세계의 총 발전량은 약 21.4조kWh로, 산업용 모터에 의한 전력 사용량이 총 발전량의 46%를 차지하고 있는 것으로 알려져 있습니다. 최근의 지구 온난화와 향후 예상되는 화석 연료의 고갈에 대해서 고효율 모터 개발이 더욱 중요한 추진 과제가 되고 있습니다.
이러한 상황에서 3상 모터의 효율 기준을 국제적으로 통합하고 표준화하는 것을 목적으로 IEC 60034-30에 의해 효율 클래스가 규격화되었습니다. 아울러, 효율 시험 방법도 국제적으로 통일되어 각국에서 법규제화가 진행되고 있습니다. 일본 내에서도 에너지 절약법이 시행된 2015년도부터 TOP RUNNER 기준값(IE3 상당) 규제에 대응하기 위해 프리미엄 효율 모터 SF-PR형을 개발ㆍ출시하게 되었습니다.
프리미엄 효율 모터 SF-PR형은 모터의 각 손실을 확실하게 절감하여 1대의 모터로 일본 에너지 절약법과 미국 EISA법의 법규제에 대응하고, 설치 치수 및 보호 장치의 호환성을 유지한 제품입니다. 브레이크 장착 모터 SF-PRB형도 라인 업에 추가하여 폭넓은 용도에 대응하고 있습니다.
또한, 프리미엄 효율 모터 SF-PR형을 당사 공장에 도입하여, 설계한 그대로 소비 전력량이 12% 절감되는 것을 직접 확인하였습니다.

3상 모터는 전기 에너지(입력)를 기계 에너지(출력)로 변환하는 장치로, 에너지 변환시 그 일부가 손실로서 3상 모터 내부에서 소비됩니다(그림 1). 입력과 출력의 비를 3상 모터 효율η로 나타내며, 손실이 작을수록 효율η이 높아져 모터의 효율을 높일 수 있습니다.
3상 모터 발생 손실은 동손(1차 동손 및 2차 동손), 철손 및 기타(기계 손실 및 표류 부하 손실)로 나눌 수 있습니다. 이하에 손실 절감에 대한 대표적인 항목을 설명합니다.

그림 1.　입출력과 손실의 관계

2.2 1차 동손 절감

동손은 전기 에너지가 도체의 전기 저항에 의해 열에너지로 바뀌는 손실입니다.
특히 1차 동손은 코일 저항에 크게 의존하므로 슬롯 면적 확대가 효과적이지만, 한편으로는 자기 회로를 감소시킵니다.
프리미엄 효율 모터 SF-PR형은 제한된 슬롯 면적에서 권선 점적율을 향상시킴으로써, 코일 도체 단면적을 증가시켜 1차 동손을 줄였습니다.

2.3 2차 동손 절감

2차 동손은 회전자 도체의 전기 저항에 의한 손실로, 회전자 홈 모양에 크게 의존합니다.
회전자 홈 모양을 크게 하면 2차 동손을 절감할 수 있지만, 기동 전류 증가 및 슬립 감소의 우려가 있습니다.
프리미엄 효율 모터 SF-PR형은 회전자 홈 모양을 최적화하여, 기동 전류 증가 및 슬립 감소를 억제하면서 2차 동손 절감을 실현하였습니다.

2.4 철손 절감

철손은 철심의 자장이 변화함으로써 발생하는 손실로, 히스테리시스 손실과 와전류 손실이 있습니다.
히스테리시스 손실은 자성체의 히스테리시스 감소에 의한 것으로, 주파수 및 자속 밀도에 의존합니다. 와전류 손실은 3상 모터 철심의 전자 유도시 발생하는 와전류에 의해 에너지가 감축되는 현상입니다.
철손은 저손실 철심 재료 및 최적의 슬롯 모양을 채택하여 절감할 수 있지만, 저손실 철심 재료는 포화 자속 밀도가 저하됩니다.
프리미엄 효율 모터 SF-PR형은 철심 재료와 슬롯 모양을 최적화하고 모터 전체의 밸런스를 유지함으로써 철손 절감이 가능하였습니다.

2.5 기계 손실 절감

동손과 철손의 절감에 의해 모터의 온도 상승이 감소하므로 외선팬의 소형화가 가능합니다.
다만 외선팬을 소형화하는 것은 모터의 온도 상승을 야기하여 코일 저항을 증가시키게 됩니다.
프리미엄 효율 모터는 모터 전체의 손실을 최소화할 수 있는 소형 외선팬을 채택함으로써 기계 손실을 절감하였습니다.