電気モーターによるエネルギー効率の最大化

電気モーターは産業界の原動力であり、電気エネルギーを機械動力に効率的に変換します。 産業、商業、住宅、農業、輸送など、多くの重要な分野で電気モーターが使用されています。

したがって、電気モーター駆動システムが現在、世界中の総電気エネルギーの 50%、産業で使用される電気エネルギー (1 時間あたり 6000 兆ワット) の 70% を消費していることは驚くべきことではありません。1

インド、中国、その他多くの発展途上国における産業活動の増加により、モーターの使用はさらに進むでしょう。 電気モーター駆動システムの世界的な成長は、2040 年までに 2 倍になると予測されています。

先進国における電気自動車の市場シェアの拡大と、発展途上国の人口増加における冷暖房需要の高まりがこの成長を後押ししています。

電気モーター駆動システム (EMDS) は通常、電気モーターと、ファン、ポンプ、コンプレッサーなどのエンドユーザー デバイスで構成されます。可変速度ドライブ (VSD) と呼ばれる入力電力および速度/トルク制御デバイスも増えています。 EMDS の重要な部分になりつつあります。

出力電力の範囲は、数分の 1 キロワット (kW) から数千 kW までです。 化学、製紙、食品加工、金属および繊維業界では、材料のポンプ、圧縮、ファンの回転、取り扱い、搬送、および加工に電気モーターが広く使用されています。 さらに、家庭用電動歯ブラシから商業ビルの大型空調システムに至るまで、商業および住宅分野でさまざまな電気製品が電気モーターを使用しています。

家庭部門では、冷蔵庫、洗濯機、エアコン、さまざまなタイプの排気ファン (コンピューターのハードドライブの小型ファンを含む) で使用される電気モーターが家庭用電力エネルギーのほとんどを消費します。 灌漑ポンプ、電動農業用車両、電気器具にも電気モーターが使用されています。 輸送部門では、電車、電気自動車、ドローン、新興の電気船/ボート、航空機で電気モーターが使用されています。

ほとんどの電気モーターは回転装置です。 変換された機械的動力はモーターのシャフトでトルク（回転力）として利用され、ポンプを送り、ファンを回転させたり、車の車輪を駆動したりする貴重な仕事を実行します。 磁場と電流の間の相互作用により、電気モーターにトルクが生成されます。

DC (直流) または AC (交流) 電源が電気モーターに電力を供給します。 電動機は機械エネルギーを電力に変換すると発電機となるため、基本設計レベルでは電動機と発電機は同じものとなります。

電気モーターは、構造、電源、出力動作の種類に基づいて分類できます。 ただし、すべてのモーターの効率は機械出力電力を電気入力電力で割ることによって計算され、入力電力から損失を引いたものが出力電力となります。

モーター損失は、銅損（電流が流れる巻線の熱損失）、鉄損（鉄心の熱損失）、機械損失（可動部品の摩擦）、浮遊損失または過剰損失（部品内で発生する考慮されない損失）に分類されます。負荷がかかっているモーター）。 優れた材料、設計の最適化、アプリケーション指向の設計アプローチにより、99% もの高い効率が得られます。

エネルギー効率は、エネルギー関連の CO2 排出量を削減し、効率向上による節約によってエネルギー需要の増加を相殺する最も費用対効果の高い方法の 1 つです。 エネルギー効率に関する 2022 年の IEA (国際エネルギー機関) 報告書では、過去数十年間の堅調な経済活動にも関わらず、効率化による累積的な省エネ対策により、多くの先進国のエネルギー需要が安定していることが判明しました。2

電力部門は世界のエネルギー関連 CO2 の 3 分の 1 を排出しているため、ネットゼロを達成するにはエネルギー効率が重要な役割を果たすことになります。3

電気モーターにおける最小エネルギー性能規格 (MEPS) のメリットは 2008 年までに実現され、電気モーターの効率クラスを世界的に調和させる規格 IEC 60034-30 (国際電気標準委員会) の承認につながりました。