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2022년 12월 16일
근래, SDGs 달성을 위한 탈탄소 사회의 실현이 세계 공통의 목표가 되고 있는 가운데, 환경에 대한 배려는 기업에 있어서 중요한 과제가 되고 있다. 각국에서도 정부에 의한 환경 규제 등을 받아 제조업을 중심으로 기업 측에서도 에너지 절약과 탄소 중립에 대한 대처에 대한 고조가 있습니다. 특히 세계의 전체 전력 소비량의 40~50%를 차지한다고 한다※1모터의 고효율화가 중요합니다.
이런 배경을 받아, 당사는 창업 이래 100년에 걸쳐 축적해 온 모터 기술·파워 변환 기술을 활용한 에너지 절약 신제품, 에코 PM 모터 플랫 타입(전 시리즈 42 기종※2)을 2022년 3월에 제품화했습니다. 고효율 및 소형화를 철저히 추구한 본 제품은 고객의 기계·설비의 생산성·에너지 절약을 비약적으로 향상시켜, 세상의 CO2배출 감소에 기여합니다.
에코 PM 모터 플랫 타입의 4가지 특징을 보여줍니다.
각국에서 모터의 효율 규제가 도입되어 일본에서도 2015년 4월부터 톱 러너 제도의 대상이 되어, IEC 규격의 효율 클래스※3IE3 이상이 필요합니다.
에코 PM 모터 플랫 타입은 당사의 PM 모터로서 세계 최고 수준인 효율 등급 IE5 이상을 처음으로 달성했습니다(오른쪽 그림).
PM 모터는 회전자(로터)에 영구 자석을 배치하고 동기 속도로 운전하므로 2차 동손이 없고 유도 모터보다 고효율이 됩니다. 또한,
··고급 코어 재료의 채용과 코어 형상과 적 두께의 최적화로 철손을 저감
· 집중 권 · 고밀도 권선으로 동손 감소
· 고정자 코어 및 로터 코어 형상을 최적화하여 EMF(유기 전압) 파형 개선
등의 방법을 실시해, 시리즈 전 기종에서 효율 클래스 IE5를 우월하게 넘는 효율치를 달성했습니다.
또한, 당사의 소형 고기능 인버터(GA500)는 PM 모터용 어드밴스 벡터 제어를 탑재하고 있어, PM 모터의 자극 위치를 검출하면서 구동할 수 있기 때문에 전력을 최소한으로 억제할 수 있어 에코 PM 모터 플랫 타입과 조합하는 것으로 저부하에서 고부하의 전 영역에서 종합 효율이 향상합니다.
위에서 설명한 다양한 방법으로 고효율 IE5 이상을 달성하고 모터 형상을 플랫형으로 함으로써 모터 본체부 전체 길이를 대폭 단축할 수 있었습니다. 또한, 효율적으로 방열할 수 있는 형상에 냉각 구조를 최적화할 수 있는 최신의 열 설계※4과 세계 최고 수준 IE5의 고효율을 실현하는 모터 설계로 냉각 팬을 줄였습니다. 이러한 설계 기술을 통해 톱 러너 모터비로 모터 전장은 최대 70% 단축, 모터 부피는 50~75% 감소를 달성했습니다.
또한 타사 IE5 모터(SynRM)나 PM 모터와 비교해도 대폭적인 모터 전장의 단축이 됩니다. 오른쪽 그림은 5.5kW 모델에서의 비교를 보여줍니다.
에코 PM 모터 플랫 타입을 채용함으로써, 고객의 기계·설비의 면적, 용적을 삭감하는 것이 가능해져, 기계·설비의 설계 자유도의 비약적인 향상, 소형화에 공헌합니다.
시리즈 전 기종으로 팬리스를 실현하고 있어, 소음의 요인인 팬을 없애는 것으로, 풍절음이 없어져 저소음을 실현했습니다. 특히 고속 기종에서는 종래 기종보다 소음 레벨을 3~5dB 저감하고 있습니다. 에코 PM 모터 플랫 타입 (3.7kW, 3600min-1)는 약 60dB의 소음 레벨을 제공합니다.
팬리스 구조로 인해 팬 교체 및 팬 커버 청소(막힘 방지)와 같은 유지보수가 필요하지 않습니다.
이에 따라 유지 보수 공간(팬 교체 서비스 공간)과 냉각 공기 공간을 줄일 수 있습니다.
※3 IEC 표준의 효율 등급이란
모터 단위의 효율 클래스는 효율적인 클래스부터 순서대로 IE5(울트라 프리미엄 효율), IE4(슈퍼 프리미엄 효율), IE3(프리미엄 효율), IE2(고효율), IE1(표준 효율)이 되어 있으며, 이것은 국제 전기 표준 회의(IEC)의 IEC600.
※4 최신의 열 설계란?
온도 및 기류 분포를 분석하여 모터 설계 단계에서 온도 특성을 예측할 수 있으므로 프로토 타입을 만들지 않고 냉각 구조를 최적화할 수 있습니다.
표준 유도 모터(효율 클래스 IE3)에서 에코 PM 모터 플랫 타입으로 대체했을 경우의 에너지 절약·탈탄소·경제 효과를 소개합니다.
모터 용량 1.5~15kW의 7기종에 대해, 이하의 조건으로 각각 1년, 3년, 5년 사용하는 것으로, 소비 전력 삭감량 및 CO2삭감량※5계산하여 아래 그림과 같습니다. 15kW의 에코 PM 모터 플랫 타입을 5년간 사용하면, 소비 전력은 약 15,000kWh, CO2약 8700kg의 감소 효과를 얻을 수 있습니다.
| 조건 | : | 모터 단품(회전 속도 1800min-1기종)이 정격 출력으로 연간 5000h 운전한 경우 |
※5 CO2감소량은 1kWh당 0.571kg으로 계산
다음 조건에서 전력 요금 삭감 금액을 계산했습니다. 에코 PM 모터 플랫 타입으로 교체하면 연간 약 380 만엔의 전력량 요금을 절감 할 수 있습니다.
| 조건 | : | 오피스 빌딩 에어컨에서 3.7kW 모델(회전 속도 1500min-1)을 300대 설치, 부하율 50%로 연간 6000h 운전한다고 가정한 경우 |
※6 모터 단체에서의 소비 전력량 비교(인버터는 포함하지 않음)
※7 소비 전력 요금 단가 19엔/kWh로 계산
오피스 빌딩 에어컨에서 단위 공간을 줄임으로써 바닥 유효 면적이 증가합니다. 이하의 조건으로 40 플로어에 1 플로어당 공조 유니트 7대 설치한다고 해, 에코 PM 모터 플랫 타입으로 치환했을 경우, 플로어당 4.2 m2의 공간이 줄어듭니다. 효과와 경제효과(유닛 공간 절감으로 플로어 유효 면적 증가에 따른 이점)을 달성할 수 있습니다.
| 조건 | : | 유닛 길이 치수 단축 0.3m/대, 유닛 설치 공간 폭 2.0m/대 |
| 효과 계산식 | : | 층당 공간 절감 면적 = 0.3m × 2.0m = 0.6m2/대1층당 7대 유닛 설치 = 0.6m2×7대=4.2m2/층 |
참고까지 공간 절감을 금액(임차료)으로 환산합니다. 이하 조건으로, 에코 PM 모터 플랫 타입으로 치환했을 경우, 삭감 스페이스 부분의 임차료는, 연간 약 2500만엔이 됩니다.
| 조건 | : | 층당 4.2m2공간 축소 |
| 효과 계산식 | : | 4.2m2÷3.3m2×임차료 4만엔/월·평※8×40층=204만엔/월(약 2500만엔/년) |
※8 평(=3.3m2)당 임대료를 4만엔/월로 가정하여 계산
에코 PM 모터 플랫 타입은 탈탄소 사회의 실현에 공헌하는 초고효율 박형 동기 모터로서 우수한 기술적 성과를 나타내고, 전기 공업 기술의 진보 발달에 공헌했다고 평가되어, 「2022년도(제71회) 전기 공업 기술 공적자 표창※9우수상'을 수상했습니다.
탈탄소 사회 실현에는 전력 소비량의 40~50%를 차지하는 모터의 고효율화가 필요하다고 당사는 생각합니다. 그 첫 단계로서 팬 펌프(테이토토크) 용도용으로 에코 PM 모터 플랫 타입을 제품화했습니다. 다음 단계로서 압출기·크레인·컴프레서 등의 정 토크 용도에도 전개함과 동시에 국내외 고객의 카본 중립을 향한 대처에의 공헌을 목표로 합니다.
