こんにちは、「冷却塔トラブル改善プロ」の杉山です。

 

「トップランナーモーター(IE3)とはなに？」

「高効率モーター(IE2)や標準効率モーター(IE1)となにが違うと？」

 

モータの規格が変わって困られている方も多いのでは、ないでしょうか？汎用モーターが購入できなくなり、 モータのトップランナー制度によって製造業では、大変な事になっています。

 

これまで様々な分野で使用されてきた、産業用モータ(三相誘導電動機)の省エネに関する規制が厳しくなり2015年4月以降、一般的に使用されている汎用モータの入手が困難になりますので、これまでの実体験を交えトップランナー制度についての問題点をご説明いたします。

 

汎用モータ(IE1,IE2)で定格出力0.75kw以上～375kw以下の規格は製造中止になります。

 

プラント機器や機械メーカーさんで、モータを多く使用されるところはご存知かもしれませんが、実際に工場の生産設備でご使用されているユーザー様には、トップランナーモータとは何なのか、あまり知られていないのが現状のようです。そこで、今後、汎用モータを超高効率トップランナーモータに交換する際の問題となる点とデメリットをいくつか上げてみましたので、ご参考にされて下さい。

 

トップランナーモータ規制でどうなるの？

2015年4月以降、省エネ法によりポンプや送風機、コンプレッサーやクーリングタワー、そしてギヤモータなど産業用として国内で多く使用されている汎用モーター(効率クラスIE1)は、製造元となるモーターメーカーが製造・販売を行う事ができなくなります。これにより、故障でモーター交換が必要な場合、同じ機種の汎用モーターは入手できなくなり、上位の機種であるプレミアム効率モーター(効率クラスIE3)(トップランナーモータ)への置き換えが必要となります。

 

環境問題も重要ですが、いらん手間が掛かる規制ができたもんですねー。

 

私自身、汎用モーターから高効率モーターへの置き換えで、すでに苦い経験を何度となく味わっています。これが更に、プレミアム効率モーター(IE3)への置き換えとなると、壊れたからと言って簡単に取り換えが効かない問題が実は多くありますのでご注意ください。

 

モータの効率クラス（JIS C 4034-30)

日本で使用されているモーターは、ほとんどがIE1レベルの汎用モーターなのに対し、米国や欧州では、ほとんどが高効率(IE2)とプレミアム効率(IE3)のモーターが使用されおり、高効率化が進んでいます。それに対し日本では、IE2の高効率モーターさえも普及していなのが現状です。プレミアム効率(IE3)となると2ランクも高効率化のハードルが上がる事になります。

 

ビールと同じでプレミアムって名前からして庶民にとっては高嶺の花　( ´△｀)ｱｧ-

 

IE3の超高効率モーターは、性能も特性も全く違う超高級モーターです。しかし、2015年4月以降は強制的に超高効率モータの普及が進む事になります。庶民がみんなプレミアムビールを飲むって事になるんです！

 

IEC規格　モータの機種

• IE3　効率：高　プレミアム効率（トップランナー超高効率モーター）
• IE2　効率：中　高効率（これまで普及していた高効率モーター）
• IE1　効率：低　標準の汎用モーター

 

トップランナーモータ規制について

トップランナー規制は、モーター製造事業者に対しての規制です。また、モーターを組み込んだ機械の製造・輸入事業者、使用者等の取り組むべき努力目標についても求められています。ユーザー様が規制開始以前から使用されている汎用モーターは、対象ではございませんので、そのままご使用いただけます。あくまで新規で導入されるモーターについての規制です。

 

防爆モータについては、市場で使用されている割合が少ないので対象外となっているようです。

 

既設の汎用モータを

トップランナーモータに交換する際の注意点

プレミアム効率モーターは、汎用モータ―と比べ異なる点があり、簡単に取り換えが効かない場合がありますので注意が必要です。モータの種類によっては、取り合い寸法が合わないサイズがあります。

特に開放型の18.5kw以上は寸法が、汎用モーターと比べが大きくなりますので取り合い寸法の確認が必要です。取り換えの際には、カップリングやプーリーの交換、モータベースの改造などが必要になります。ここは一番要注意です！

18.5kw以下は、取り合い寸法は同じなので置き換えには問題ありません。ただし、重量はかなり重たくなっています。

 

全閉外扇形は、各社取付け寸法の互換性がありますが、外形寸法が異なりますのでいずれにしても設計確認が必要です。気を付けておかなければいけないのが、機械を汎用モーターで設計されている場合、いざ組み立てる時に取り付かない何て事が起こりますので、古い図面は書き換えをお忘れなく。

 

汎用モータと比べて回転速度が速くなります。

定格回転速度が、汎用モーターと比べ約20〜30回転高くなります。ポンプやコンプレッサー・ファン・ルーツブロワ・クーリングタワーなどでご使用させるときは、回転速度が上がる事で仕事量が増加しモーターの出力が増加する事で電流値が高くなります。定格電流値ギリギリの状態で使用されている場合、定格を超えオーバーロードとなります。

 

回転数増加 → 仕事量増加 → 電流値増加 → オーバーロード → モータが焼ける

 

この時、定格電流値を超える場合は、ファンであればダンパー調整、ポンプであればバルブ調整で仕事量を減らす必要があります。インバータが設置されている場合は、周波数変更で回転数を下げる事で対応可能です。ただし、トルク不足にならないよう注意が必要です。

 

モータ回転数の違い東芝製全閉外扇形モータの例

モータ容量	電源電圧	(IE1)定格回転数	(IE3)定格回転数
0.75kw	200V 60Hz	1690r/min	1730r/min
1.5kw	200V 60Hz	1690r/min	1740r/min
2.2kw	200V 60Hz	1680r/min	1755r/min
3.7kw	200V 60Hz	1690r/min	1755r/min
5.5kw	200V 60Hz	1730r/min	1760r/min
7.5kw	200V 60Hz	1730r/min	1755r/min
11kw	200V 60Hz	1730r/min	1770r/min
15kw	200V 60Hz	1730r/min	1760r/min
18.5kw	200V 60Hz	1750r/min	1770r/min
22kw	200V 60Hz	1750r/min	1760r/min
30kw	200V 60Hz	1745r/min	1765r/min
37kw	200V 60Hz	1750r/min	1775r/min
45kw	200V 60Hz	1750r/min	1775r/min
55kw	200V 60Hz	1755r/min	1775r/min

 

始動電流値が高くなる傾向にあります

プレミアム効率モーターは、汎用モータ―と比べ、始動電流とトルクが高い為、電流値や消費電力が増加しますので、漏電遮断機・電磁開閉器などの変更が必要となる場合があります。

 

モータ交換時の予防対策

現在、工場の設備で使用されているモータの電流値を測定し、定格電流値に対して余力があるかを把握し記録しておく事をお勧めします。いざ、モータが焼けた場合は、電流値の測定が行えませんので事前に行っておきましょう。現状で定格電流値の８０％以下でしたら交換しても問題無いレベルだと思われます。※装置の特性により異なりますのであくまで目安です。

 

写真は、クランプメータでモータの電流値を測定しています。

 

プレミアム効率モータのコスト

モーターのコストとしては、汎用モータと比べ４〜６割アップするようです。導入されるユーザー様は、電力コスト削減により数年で回収できますが、機器メーカー様にとっては製品コストに直結する為、かなり頭の痛い問題でしょうね。

 

高効率モータへ置き換えた場合の失敗例

クーリングタワー（冷却塔）でご使用されるモータの置き換えは、直径が大きな冷却ファンをモータで回転させるので特に注意が必要です。

 

私は以前、クーリングタワーの高効率モータの選定で何度も苦い経験をしています。

 

トップランナー規制が始まる以前から、大手企業様を中心に省エネ化により高効率モータの採用が増え始めていました。その為、安易に汎用モータ(IE1)から高効率モータ(IE2)への置き換えを進めていたところ、新品のクーリングタワーでモータの電流値が定格電流値を超えるトラブルが何度もありました。当時は、高効率モータのデメリットが判っておらず、原因を発見するまでに電流値の異常を24時間付きっ切りで監視したりと大変苦労しました。

 

クーリングタワーなどは省エネと言う発想からか、モーター容量が機種に対してどのメーカーさんも定格電流値ギリギリで設計されています。その為、ちょっと回転速度が増えるだけで定格電流値を超えちゃうんです。Ｖベルトの張りすぎで電流値が超える事もありますので、全くと言っていいほどモーターには余裕がありません。風量を絞る事ができればいいのですが、クーリングタワーは冷却ファンの風量調整ができませんので、プーリー交換で回転数を下げるかインバーターによる周波数調整が必要となります。

 

そのため、新規で冷却塔（クーリングタワー）を納入する際に高効率モーター指定の場合、モーター容量を1サイズ上げて機種選定を行っています。そうしなければ、通常の運転でも定格電流値をオーバーロードする事があるからです。モータ単体の効率は高いのですが機器に組み込んで使用する場合、出力（仕事量）が増加することにより、逆に消費電力が増えてしまいます。高効率モーター(IE2)を使って、1ランクモーター容量を上げるので、お客さんとは「何が省エネなんだ？」って話しにいつもなります。(笑)

 

トップランナーIE3モータのまとめ

プレミアム効率モーターＩＥ３モータは、従来の汎用モータＩＥ１とは、見た目が同じってだけで、特性も性能もまったく違うモータだと思ってご使用下さい。
プレミアムだからって、いい事ばかりじゃない事は、伝わりましたでしょうか？

 

省エネ以外には、意外とデメリットが多いのでご注意ください！

 

コメント一覧

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セールスエンジ への返信（ZEROSHIN）

電子サーマルです。そのリミッターを切って過電流にして始動を速くしています。先ほどは過電圧と書きましたが、過電流の間違いです。申し訳ありません。
やはりIE1とIE3では全くの別物なのですね。
単に高性能になったモーターとは考えないようにしないとダメみたいですね。大変参考になりました。
ありがとうございました。

 

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ZEROSHIN への返信（セールスエンジ）

過電流リミッターとは、電子サーマルの事でしょうか？
IE3モータは、始動時と定格時の電流値が高い特性があります。
IE1のモータで考えると過電流かと思いがちですが、IE3モータにとっては定格以内かも知れません。
電気制御については、あまり詳しくありませんのですが、何らかの過負荷保護は必要かと思います。
装置メーカーさんもIE3については、手探り状態のようですね。

 

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セールスエンジ への返信（ZEROSHIN）

すいません。図々しくも更に質問なのですが、始動時間を短縮するために過電流のリミッターを切って、始動時の電圧を上げるというような制御は通常あり得るのでしょうか？
あくまで暫定的な処置だとは思いますが、過電流の繰り返しでモーターが焼けないか心配しています。

 

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ZEROSHIN への返信（セールスエンジ）

IE3は高効率モータと言うよりも、経済的には非効率モータだと思います。
貴重なお話をありがとうございました。

 

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（ZEROSHIN）

早速のご回答ありがとうございます。
既存の設備にモーターだけIE3というのは、やはりありえない話なのですね。

ご指摘の通り最初の設定ではIE3は始動電流が高いため加速時間を長くとっていましたし、ただそれでは作業効率が悪くなるため、水分を含んだ原料が入った容器が、水切り装置に据え付けられる前からモーターの始動をはじめるように制御ソフトの設定を変更してほしいと要望しました。
しかし実際には過電流を防ぐためのリミッターを解除してしまい、モーター始動時は短時間ながらも毎回過電流がかかっている状態です。自分は電気関係は全く素人なのですが、これではモーターなどの寿命が縮むのではないかと心配です。

モーターとタービンは直結になっています。回転数はインバーターで制御しています。
IE３は定格回転数がIE1よりも高いという事をこちらのサイトで知ることができました。

タービンとモーターの間にはギアもなにもかましていない直結なので、インバーターで回転数を下げているために、定格回転数に達することなくパワー不足になっているのかもしれません。
どうしても車のエンジンに例えてしまうのですが、定格回転数に達しない状態で、負荷のかかる仕事をさせているため、トルク不足になっているのではないかなどとも考えています。

実際問題メーカーの技術者もモーターやインバーターが耐えうるの回転数の上限についても、口を濁すというか、よく把握していないようです。

「既存の設備に対しモータだけ違ったものを付けると言うのは普通あり得ない話で、モータのサイズが上がれば設備全体の見直しが必要になります。」

のお言葉通り、設備全体の見直しも含めて考えざるを得ないですね。
とにかく非常に参考になりました。

大変ありがとうございました。

 

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ZEROSHIN への返信（セールスエンジ）

ZEROSHIN様へ
ブログへの投稿ありがとうございます。
IE3モータのトラブルとして多くの事業所様が困られている内容かと思います。
モータ交換以外にインバータの設定を変更されてはいませんでしょうか？
IE3はIE1と比べ始動電流が高い為、加速時間を長くされて立ち上がり時の過電流を防いであるのではないでしょうか。
定格電流値もIE3はIE1と比べ高いようで、過電流を防ぐためには周波数を下げなければなりません。
ファンの風量が下がっているとの事ですが、通常の定格運転時は風量が下がる事は無いと思いますが・・・過電流に対し周波数をインバータで調整されているのであればファンの羽根回転数が下がり風量が低下しているのかも知れません。
IE3モータへの変更でIE1より回転数がUPしている場合、ファンの駆動部がＶベルト式であればプーリサイズを変更しIE1モータの回転数に合わせれば風量は保つ事ができます。プーリによる速比変更でトルクが上がり電流値は下がる為、過電流を防ぐ事ができます。
直結の場合は、ダンパーによる風量調整かインバータによる回転制御で電流値を下げる事となります。
IE3は同じ容量でも従来のIE1モータの1サイズ上だという印象です。5.5kwであれば7.5kwみたいな感じです。
既存の設備に対しモータだけ違ったものを付けると言うのは普通あり得ない話で、モータのサイズが上がれば設備全体の見直しが必要になります。
IE3の制度は安易に省エネを推進されているだけで、現場にとっては大変迷惑な制度ですね。
明確な答えではございませんが、ご参考までに。

 

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（ZEROSHIN）

はじめまして。

弊社でも最近IE3の高効率モーターに交換したものの、どうも思ったような運用が出来ないため、ネットで調べていくうちにこちらのサイトを拝見しました。
弊社は食品関連なのですが、洗浄した材料の水気を切るために大型のファンを使用しています。最近ファンを回転させるモーターをIE3に変更しました。モーターはインバーター制御です。
メーカーの説明では、モーター容量が同じIE3に交換しただけで、その他は全く変更していないそうです。しかし現在いくつか問題が出て来ております。まずIE３の場合、始動に時間がかかるため、作業時間が長くなりました。
また作業員の感覚的なものですが、ファンのパワーが下がったようで水切りが明らかに悪くなりました。そのためファンを駆動させて水を切る時間を長めに設定しなければならず、こちらも作業時間が長くなりました。

モーターの始動時間については、メーカーに相談したところ過電流防止のためのリミッターを切り、過電流をかけて強引に始動時間を短縮させるという設定に変更されました。この対応には自分もさすがに驚いて、「モーターや回路の寿命が縮むのでは？」と質問したもの、口を濁した感じでごまかされてしまいました。

たまたまポンプ関連のメーカーに知人がおり相談してみたところ、IE3対策は何年も前から進めており、基本IE3は同じ容量でも、よりパワーがあるので、1~2段階くらい大きなポンプを取り付けて、更なる効率アップをはかっているとのことでした。ただその知人もモーターや電機関係は専門外なので正確なアドバイスは難しいとの事でした。

どうもメーカーのほうもIE3モーターの運用は初めてで、よくわかっていないような印象を受けました。ただ全体的に作業効率が非常に悪くなり、作業時間も延びてしまったため、さすがにこのままの状態で運用を続けることは出来ないので、またメーカーとの交渉を行う予定ですが、こちらもモーターに関してはまったくの素人なので、なにか対応策をご教授願えないでしょうか。

宜しくお願いいたします。

 

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塚本清一 への返信（セールスエンジ）

塚本様へ
比較表が掲載されているサイトは無いようです。旧型のカタログもメーカーサイトには、どこも掲載されておりません。
全閉外扇形IE1とIE3の外形寸法は違いますが、シャフトと取り付けベースの取り合い寸法は合っております。
ただし、開放形の防滴保護形は、寸法が違いますのでご注意下さい。
旧寸法は、古いカタログを手元に保管しておく必要があります。手元のカタログでよろしければメールでお送りさせて頂きます。

 

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（セールスエンジ）

トップランナーモータの外形寸法が従来のモータと違っているとのことですが
どこかのＷＥＢに表の形で掲載されていませんでしょうか
教えてください。

 

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（ハワード）

丁寧な回答をいただきありがとうございます。
鍋谷に問い合わせします。

 

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ハワード への返信（セールスエンジ）

ハワード様へ
私自身、当時を経験しておりませんので詳しくは判りませんが、新ＪＩＳへ移行した時も機械の設計変更や交換時の軸径変更などは各所で起こったんだと思います。古いモータを載せ替えの際には、おっしゃる通りプーリやモータベースの改造が必要になります。IE3に関しても同じ様に、今後数十年に渡り取り付け方では無いですが、電気系統の方で問題が起こるでしょうね。現場を見ていないので出来るかどうか定かではないですが、排風機用でしたらモータも大きいでしょうから、本体側のコモンベースを改造するよりもモータベースを既設に合うように作る方検討できないでしょうか。
ちなみにモーターベースは、以下のメーカーさんで特殊仕様のモータベースも対応している様なので、ご相談されてみてはいかがでしょうか。

 

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（ハワード）

 

はじめまして。
半導体工場の設備管理に携わっているのですが、新JIS規格(1984年以降)のIE1,2からのIE3への更新は気にしておりませんが、旧JIS規格からの更新に頭を痛めています。ベルト掛け式排風機ですので、モータベースの固定位置を変更しプーリーの穴径仕様変更しなければならなく、頭を痛めています。新JIS規格への移行時も今回のように盛り上がったのでしょうか。
良い経験が御座いましたら、ご紹介いただければ幸いです。

 

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華苺 への返信（セールスエンジ）

華苺様へブログへの投稿ありがとうございます。海外でご使用されるモータについては、各国のモータ規制に従う必要があると思います。
ご質問の内容は、海外→日本→海外なので規制には当たらないと思いますが、詳しくはモータメーカーに確認された方がいいですよ。
中国からIE2を日本へ輸入して販売するのはＮＧです。
ご質問内容に応えきれてないかもしれませんが、ご了承ください。

 

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（華苺）

貴殿のブログ参考にさせて頂いております。
規制は「国内」という言葉が目立ちますが、これが例えば中国からIE2以下のモーターを日本で直接輸入・仕入れ、機械を製造している会社がそれを組み込んだ機械を再度海外のお客様に輸出、もしくは現地で機械に組み込む場合でも同様の規制が掛かると考えればよいのでしょうか？
日本国内での取り扱いについてはわかるのですが、少々混乱気味です。

 

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名古屋鶏 への返信（セールスエンジ）

 

名古屋鶏様へ
ブログへの投稿ありがとうございます。
モーター交換の問題が、早くも起こり始めてますね。
専用モーターなどは、対象外かと思いきやそんな例もあるんですね。
この制度に対し、規制緩和を求めます！

 

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（名古屋鶏）

新規のみならず、東芝では自社の設備に付属する「専用モーター」の、更に「交換品」についてもトップランナーを(すでに)採用しており、「交換部品は出荷出来ません」という鬼対応をしております。
ユーザーとしては、ホトホト困り果てております。

 

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ＴＰＳ山岡 への返信（セールスエンジ）

TSP山岡様へ
ブログをお読み下さりありがとうございました。トップランナーについて加圧給水装置の事をうかがってもよろしいでしょうか。
ＩＥ３搭載品は、吐出量などの能力がＵＰするのでしょうか？
加圧給水装置に使用されるポンプなどは汎用のＩＥ１搭載品と能力を合わせてあるものと思っておりました。
性能曲線がIE1と比べ違っているのであれば、モータの規格変更(IE1→IE3)だけされているという事でしょうか？
多くの方が疑問を持たれている事かと思います。

 

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（ＴＰＳ山岡）

大変参考になりました。加圧給水装置関係扱ってますが、ＩＥ３モーター搭載品の性能曲線図から
記載されてる事とまったく同じことを思ってました。本来の基本はまず無駄の無い用途に合った機器選定ですよね。高効率品は製造コストも上がるだろうし（＝エネルギー消費）。既設載せ替えは省エネでは無く矛盾を感じてます。