2. 京都議定書とモータの高効率化

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低炭素社会をめざす

産業分野の環境適合技術

日立の創業製品である回転機とその応用製品は進歩を続け，社会イノベーション事業において大きな 役割を果たしている。回転機と同じく約130年前に発見された電磁誘導を基本原理とする変圧器も，電 力の安定供給に貢献してきた。

日立は，顧客の課題や経験を理解し，潜在的な真のニーズを共有することで，新たな価値創出を可能と する環境適合型革新プロダクツを提供している。エネルギーや水，気候変動などをめぐる地球的課題を 克服し，持続可能な社会の構築をめざしていく。

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1. はじめに

日立製作所インダストリアルプロダクツビジネスユ ニットと株式会社日立産機システムは，モータ，インバー タ，コントローラ，開閉器などの組み込み系コンポーネ ントと，それらを用いた空気圧縮機や変圧器，受変電・

風水力機器，ホイスト，エアクリーナなどの産業系設備 を提供している。

これらの機器は，製造業や資源，エネルギー関係をは じめ，幅広い事業分野を支えるキープロダクツである。

モータやインバータ，コントローラは，エネルギーの 効率的活用を実現するドライブシステム，パワーエレク トロニクス応用製品として製造業や鉄道などの省エネル ギー性を実現している。また，ポンプ，ファン・ブロワ，

空気圧縮機を中心とした設備機器では，空気やガス，水 などの流体を高い信頼性と安定性で発電プラントや上下 水設備に供給し，社会・産業インフラを支えている。さ らに，受変電配電機器は社会インフラの中核である電力 の安定供給に貢献している。

これら機器類の高効率化と小型・軽量化を追求するこ とが低炭素社会を実現する。以降の各論文では，静止機 器である高効率変圧器の開発，回転機の環境負荷低減技 術と信頼性の向上，新型省エネルギー空気圧縮機，産業 分野へのIoT（Internet of Things）対応機器とビジネス 展開を紹介する。

2. 京都議定書とモータの高効率化

「気候変動に関する国際連合枠組条約」の京都議定書 が発効した2005年時点での日本の温室効果ガス排出量 と国内の電力消費割合を図1に示す。温室効果ガス排出 削減には，産業と運輸部門での対策が効果的であり，ま た，モータの消費電力低減が急務であることが分かる。

モータは産業や都市，家電などさまざまな分野で多用さ 低炭素社会をめざす産業分野の環境適合技術

F E A T U R E D A R T I C L E S

Overview

社会イノベーション事業に応える

環境適合型インダストリアルプロダクツ

相馬 憲一｜

日本の温室効果ガス排出量（2005）

出典 ： 温室効果ガスインベントリオフィス

国内の電力消費割合 総発電量9，996億 kWh（2005）

財団法人新機能素子研究開発協会

「電力使用機器の消費電力量に関する現状と近未来の動向調査」より 産業 36％

モータ 57％ その他

19％ ヒータ

10％ 照明 14％

家庭 14％ 運輸

19％ 発電所

6％ その他

7％

13

400

t

オフィス 18％

図1｜モータ高効率化の背景

2005年時点で，日本の温室効果ガス排出量は産業部門が最も多い。国内 の電力消費はモータによるものが最も大きいため，モータの消費電力低減に よる効果は大きい。

Vol.99 No.02 218-219 79

れている。その効率を1％向上させることは約100万kW の発電所1基分の削減に相当する計算になる。

図2に示すように，日立は創業以来，5馬力モータの ロータ，フレーム，絶縁材料とそれに伴う製造方法を見 直し，モータの小型・軽量化，高効率化を実現してきた。

小型・軽量化は省資源であるだけでなく，輸送時の効率 向上にも貢献できる。当初約140 kgであった重量は約¹₅ にまで軽量化してきた。

3. 材料の革新で一層の高効率化

産 業 用 モ ー タ の 効 率 はIEC（International Electro- technical Commission：国際電気標準会議）によりIE

（International Energy-effi  ciency）コードとして標準化

されている。日立産機システムでは，鉄基アモルファス 金属の特性を生かし，現在最高の効率に位置づけられる IE5モータを開発した。

アモルファス金属とは，結晶構造のない非晶質金属の 総称であり，ここでは1960年代に発見され，1970年以 降実用化検討が進められた鉄を主成分とする鉄基アモル ファスを用いた。図3に示すように，透磁率が高いので 効率の良い鉄心を作製でき，ネオジムやディスプロシウ ムといった希少金属で構成されるネオジム磁石を使わな くても高磁束密度を実現できる。また，鉄損が低いこと も特徴である優れた軟磁性体である。

しかし，鉄基アモルファスは，厚さが数十マイクロメー トルの薄帯で，ビッカース硬さが900 HV以上のガラス 質である。そのため，硬くてもろく非常に扱いが難しい 材料である。日立産機システムでは，鉄基アモルファス

外径：約400 mm，重量： 140 kg， 電圧： 440 V，周波数： 60 Hz，極数： 4

銅バーロータ

アルミダイカストロータ

鋼板フレーム アルミフレーム

A種→E種絶縁材料

インサータ巻線電工 小型・軽量化

設計／材料

／生産技術 初号機 最新機

直径の比較

1910年

100

1910 1930 1950 1970 1990 2010

（年）

50

モータ質量比

（％）

0

1916年 1935年 1951年 1955年 1963年 1970年1991年1994年 2013年

小型

・

創業以来，５馬力誘導モータは小型・軽量化を続けてきた。小型・軽量化は省資源であるとともに，輸送時の効率向上にも貢献する。

磁束密度

（T） 2.5

2 1.5

0.5 1

1 10

材料外観

磁気特性 硬さ

○：透磁率： 1，000〜

○：鉄損： W10/50＝1（W） 板厚：

0.35〜 0.5 mm

板厚： 0.025 mm

◎：透磁率： 10，000〜

◎：鉄損： W10/50＝0.1（W）

◎高透磁率

○：普通： HV100〜200 ×：硬い： HV900以上 100

電磁鋼板 磁界強度H（A/m）

1，000 10，000 電磁鋼板（35A300） 鉄基アモルファス金属

電磁鋼板（35A300） 鉄基アモルファス金属 B＝0.1 T

鉄基アモルファス金属 0

鉄損

（W/lg） 100

10

1

0.1 1 10

周波数（kHz） 0.1

◎低損失（約1/10）

図3｜鉄基アモルファス金属薄帯の特徴 鉄基アモルファスは透磁率が高く，鉄損が低いこと が特徴である。一方，板厚が薄く，硬くもろいため 非常に扱いが難しい。

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の特徴を生かした変圧器を1991年から製品化しており，

ここで培われたノウハウが複雑形状であるモータ鉄心作

りにも生かされた（図4参照）。

4. インダストリアルプロダクツとIoT

日立は，ITとOT（Operational Technology）を組み 合わせた社会イノベーション事業をグローバルに展開し ている。顧客視点で顧客が抱える課題の発見とソリュー ションを提供していく。

図5に示すように，圧縮機やモータ・インバータ，ファ ンやブロワなどのつながる機器で構成される生産システ ムを高精度に制御，運用する一方で，コントローラや M2M（Machine to Machine）通信デバイスなどつなげ る機器の充実を図ることで，日立のIoTプラットフォー ム「Lumada」との連携を可能にしていく。

5. おわりに

日立は，環境と省エネルギーに貢献するプロダクツの 開発を継続するとともに，IoTが進展する市場の変化を 的 確 に 捉 え， つ な が る・ つ な げ る ニ ー ズ に 応 え て Lumadaを活用しながら社会イノベーションに貢献して いく。

執筆者紹介

相馬 憲一

株式会社日立産機システム 研究開発センタ 兼 日立製作所 インダストリアルプロダクツビジネスユニット 研究開発本部 所属 現在，環境と省エネに関わる材料・プロセスの研究開発に従事 博士（工学）

日本化学会会員，日本機械学会会員，日本AEM学会会員，

日本工学アカデミー会員 コントローラ

空気圧縮機

食飲料

生活産業 ロジスティクス

流通

アミューズメント 自動車 交通

ドライブ機器 設備機器 データ収集 ・ 蓄積

分析

Security OT×ITノウハウ

プロダクト

現場へフィードバック 対策立案 Lumada

デジタル技術を活用した社会イノベーション事業 産業用

マーキング装置

無線端末 モータ・インバータ ホイスト

変圧器

ブロワ

ポンプ

実行制御 つなげるつながる

装置・機器

コントローラ M2M通信デバイス

図5｜インダストリアルプロダクツとIoT（Internet of Things）

生産システムは，さまざまなつながる機器によって構成されている。これらを制御，

運用する一方で，コントローラやM2M通信デバイスなどのつなげる機器を加 えることでLumadaとの連携が可能になる。

注：略語説明

OT（Operational Technology），M2M（Machine to Machine）

トップランナー対応 省エネルギー変圧器

生かされた ものづくり技術 アモルファスコア

株式会社日立産機システムアモルファス変圧器

11 kWアモルファスモータの試作 試作モータの効率（11 kW）

11 kW定格出力点において 96%のモータ効率（IE5）を確認 98

96 94 92 90

50 75 100

11 kWアモルファスモータ

従来の誘導モータ

125 IE5 IE4

モータ効率（%）

負荷トルク（%） 88

86

図4｜ アモルファス変圧器で培ったものづくり 技術によるアモルファスモータの開発 日立産機システムは，1991年から製品化しているア モルファス変圧器のものづくり技術を生かし，鉄基ア モルファスを用いたモータを試作した。この試作モー タは，11 kW定格出力点において96%の効率を示 した。