Development of IE5-class efficiency standard amorphous motor

Abstract

This paper presents the development of high efficiency (IE5-class) industrial motor with an amorphous core for large capacity applications. Interest in saving energy increases on a global scale, and the high efficiency of the motor attracts attention. As for the motor of the field of industry, legal regulation to IEC standard is promoted in each country. We developed the magnetic characteristic evaluation technology and highly precise analysis design technique in the motor to reduce a loss more from the IE4 efficiency class. We found core structure to reduce the loss of the amorphous metal core, and the trial motor was able to achieve an efficiency class of IE5 by applying it. Keywords: amorphous alloy, magnetic characteristics, magnetic field analysis, magnet motor, axial gap type motor １ 緒言 モータは，電気エネルギーを運動エネルギーに変換 する機械要素として様々な製品に応用され，我々の生 活に不可欠なものとなって久しい。その原理は発明さ れてから 200 年以上となるが，近年でも自動車や航空 機の駆動源などへの広がりを見せており，更なる高性 能化の技術開発が進められている[1]。産業用モータの 分野では，2000 年以降は高効率化の開発が急務となっ ている。昨今の国際的な地球温暖化防止の動きを背景 に，モータの消費電力削減に注目が集まっている。図 １に国内の電力使用量の割合を示す[2]。国内の年間電 力使用量は，約 1 兆 kWh であり，そのうちの半分以上 がモータで消費されている。また，工場などで使用さ れる産業部門に限っては，75％がモータでの電力使用 となっている。これより，産業用で使用されるモータ の効率改善が重要であることが理解できる。 このような背景をもとに，モータの効率に関する法 規制化が各国で進められている。IEC（国際電気標準 会議：International Electrotechnical Commission）では， 産業用モータの国際高効率規格（IE コード）を規定し ている[3]。2014 年に発行された IEC60034-30-1 では， IE4 までの効率クラスの規格値が示されており，IE5 についても IE4 クラスからさらに損失を 20%低減する といった見解が示されている。現在，各国で法規制に よるモータの高効率化が推進されている。図２には， 各国の規制状況を示す[4]。アメリカ，カナダでは，既 に IE3 クラスまでの義務化が開始されており，日本で も 2015 年 4 月から， 産業用モータを対象としたトップ ランナー方式での規制が開始された。これにより，産 業用モータメーカには，IE3 効率クラス以上の効率を 満足するモータの販売が義務付けられることになった。 筆者らは，アモルファス金属を鉄心に採用し，モー タの効率を高めることができる，アキシャルギャップ モータの基礎技術を 2008 年に開発した[5-7]。その後， 大容量化や更なる高効率化とシリーズ化に向けた製品 化を推進している[8]。2012 年には，IE4 に適合するモ ータ効率約 93%を達成する 11kW アモルファスモータ の試作に成功した[9]。本稿では，さらに高い効率規格 値となる IE5 の効率クラスに対応できる高効率化技術 の開発結果について述べる。 連絡先： 榎本 裕治，〒319-1292 日立市大みか町 7-1-1， ㈱日立製作所 研究開発グループ モータシステム研究部