エアコンプレッサーモーターの選定：負荷・起動・デューティ
コンプレッサ用モーターの解説は、圧縮空気を使う業界の話になりがちです。しかしモーター選定に必要なのは、圧縮機本体が要求するトルク、電磁接触器が入った直後の起動条件、そして年間で部分負荷運転に費やす時間です。
早わかり回答
コンプレッサ用モーターの選定は、kW 定格だけでは決まりません。定格吐出圧力における軸動力、起動に必要なトルク、デューティの3点で決まります。1.05m³/min・8bar の機種なら軸動力は約7.3kW です。起動トルクはアンロード状態なら小さく、逆止弁の漏れでヘッドに圧力が残っていれば定格の約2倍になります。デューティも機種で異なり、レシプロは発停を繰り返し、スクリュは1時間に4〜6回の起動で連続運転、可変速機は年間の多くを40%負荷で運転します。どのケースも7.5kW モーターは選べますが、適否を決めるのは残りの条件です。
コンプレッサは「業界」ではなく「負荷」
コンプレッサを「使う業界」で分類すると、モーターの供給側が必要とする情報が見えなくなります。同じエア工具（たとえば釘打ち機）を動かす2台でも、要求される出力はまったく違うことがあります。モーター選定を左右するのは、圧縮機の形式と運転パターンが決めるデューティ特性です。
モーター選定に効く負荷特性は3つあります。圧縮トルクは圧力比で変わるため、同じモーターでも10bar では8bar より吐出流量が減ります。吐出圧力が一定なら軸動力と質量流量はほぼ比例するので、コンプレッサ負荷をファン負荷と同じように扱って駆動装置を選ぶのは適切ではありません。起動条件も同じくらい重要です。電磁接触器が入った直後、モーターと圧縮機はどちらも定常状態からは程遠い状態にあります。
圧縮機の要求条件とモーターのデータを突き合わせてください。定格出力・回転数・電流はある1点の動作点を表すもので、圧縮機はその点以外で長時間運転することがあります。トルク―回転数平面を使うと関係が見えます。モーターはトルク曲線を出し、負荷はトルク曲線を要求し、運転点は2本の曲線が交わるところで決まります。
4つの圧縮機形式と、それぞれのモーターの役割
圧縮機の形式は、モーターの回転数、取付方式、起動負荷、そして最初に壊れる部品を変えます。要求が形式ごとに違うので、モーターがそのまま互換ということはありません。
| 圧縮機形式 | 一般的なモーター | 回転数と駆動 | 起動条件 | 最初に壊れる部品 |
|---|---|---|---|---|
| レシプロ（往復動）、可搬式 | 0.75〜7.5kW、単相または三相誘導電動機 | 2極、Vベルトでフライホイールへ | ヘッドアンローダでアンロード | ベルト張力によるモーター前軸受 |
| レシプロ、産業用 | 4〜75kW、三相誘導電動機 | 4極または6極、ベルトまたは直結 | アンロード、高慣性フライホイール | 弁板、次いで発停によるモーター絶縁 |
| スクリュ | 5.5〜250kW、三相誘導電動機 | 2極で圧縮機本体に直結、または4極＋ギヤ | 吸込弁閉・ブローダウン後 | カップリングエレメント、本体軸受 |
| スクロール | 1〜7.5kW、三相または単相 | 2極直結、タンク搭載が多い | 残留圧力が低い場合のみ | チップシール、次いで短サイクルによるモーター |
| 遠心式（ターボ） | 100kW 以上、2極＋増速ギヤ、または高速 PM | 一体型ギヤボックス、入力3000/3600rpm | 入口案内羽根閉・ブローオフ開 | サージ損傷（モーターではない） |
レシプロ：フライホイールがモーターを変える
ベルト駆動のレシプロ圧縮機は、モーターとクランクシャフトの間にフライホイールを置きます。フライホイールは単動シリンダのトルク脈動を均し、エネルギーを蓄えます。アンローダがヘッドを空にすれば、モーターの起動負荷はピストン単体から想像されるよりも無負荷起動に近くなります。
ベルト張力はモーター前軸受にラジアル荷重をかけます。過大な張力は小型機の軸受早期破損の一因になり、最初の兆候は異音、次いで焼付きで、モーターのせいにされることがあります。張力が適正でも軸受はベルト荷重を受けます。そのためコンプレッサ専用モーターは、同じフレームの汎用モーターより前軸受を大きくしていることがあります。
スクリュ：フランジがインターフェース
スクリュ圧縮機は通常、ベルハウジングを介してモーターと圧縮機本体を接続します。この構造ではフランジとシャフトが嵌合の要で、IEC の B5 または B35、NEMA の C フェースが各市場で一般的です。インロー径とボルトピッチ円はフレームサイズで決まります。出力も回転数も合っている足付きモーターでも、ベルハウジングに付かないことがあります。アダプタはコストと芯出しの手間を増やすので、正しいモーターを手配するのと比べて判断してください。
2極モーターなら圧縮機本体はモーター回転数で回り、50Hz で約2900rpm、60Hz で約3500rpm です。大型機では4極モーターとタイミングギヤで必要なロータ回転数を得る場合があります。これらの構成は固定回転数で、流量は本体の押しのけ容積で決まります。可変速駆動にすると要求が変わり、それは後述します。
スクロール：静かで、熱に弱い
スクロール圧縮機は低騒音とオイルフリー空気を理由に選ばれることが多い形式です。小型パッケージはタンク搭載の2極モーターで連続運転するのが一般的です。スクロールセットは往復動質量が小さいため起動は比較的穏やかで、圧力に応じて発停する機種もあります。アンロード運転をしない機種では、この発停がそのままデューティになります。
レシーバが小さいスクロール圧縮機は、1時間に20〜30回発停することがあります。起動のたびに巻線に熱ストレスがかかり、短サイクルはモーター早期故障の一因になります。レシーバを大きくするか最低運転時間タイマを入れれば発停は減ります。モーターを大きくしても制御の問題は解決しません。
遠心式：容積式ではなく流体機械
遠心圧縮機は容積式ではなく流体機械です。容積式は一定体積の気体を閉じ込めて圧縮しますが、遠心式はインペラで気体に速度を与え、ディフューザで速度を圧力に変えます。負荷曲線が違います。本稿では遠心式を、入口案内羽根を閉じて起動し、ブローオフ弁でアンロードする機械として扱います。
おおむね100kW を超えると、増速ギヤボックスを介して2極モーターを原動機とする構成が一般的です。最新世代ではドライブと高速永久磁石モーターを使い、ギヤボックスを持たない構成もあります。この形式でブラシレス機が誘導電動機と直接競合するのは、まさにこの領域です。比較の論点は他と同じで、BLDC か誘導機かはデューティと生産量で決まり、万能の勝者はいません。
kW はどこへ消えるか：比動力の内訳
モーターを選ぶ前に、必要な軸動力を計算してください。以下の例は、吸込空気20℃・海面高度、吐出1.05m³/min（自由空気）・ゲージ圧8bar の圧縮機を使います。吸込圧力は絶対圧1bar、吐出圧力は絶対圧9bar なので、圧力比は9です。
理想等温動力は、圧力×体積流量×圧力比の自然対数です。SI 単位では 100000Pa × 0.0175m³/s × ln9 となり、3.85kW になります。これが理論的な下限で、完全に冷却され摩擦のない機械が必要とする動力です。実際の圧縮は断熱に近く、空気の比熱比を使った断熱式では5.35kW になります。両者の比 3.85/5.35 は72%で、これがこの圧縮過程の等エントロピ効率です。
| 段階 | 値 | 意味 |
|---|---|---|
| 等温動力 | 3.85kW | 1.05m³/min・9:1 の理論的下限 |
| 断熱動力 | 5.35kW | 同じ流量を除熱なしで圧縮した場合 |
| 等エントロピ効率 | 72% | 理論下限にどこまで近づけたか |
| 圧縮機本体の軸動力 | 7.13kW | 5.35kW ÷ 本体効率0.75 |
| モーター軸動力 | 7.28kW | カップリング効率98%を見込む |
| モーター入力 | 8.05kW | 7.5kW・4極の IE3 効率90.4%で除す |
| 入力比動力 | 7.67kW/(m³/min) | 8.05kW ÷ 1.05m³/min、電源端での値 |
入札用には、最後の行が使いやすい比較軸になります。定格圧力での入力比動力（kW/(m³/min)）です。流量だけ、圧力だけ、あるいは入力動力のない圧力だけでは、機械の比較になりません。モーターはそれに見合う軸トルクを出す必要があり、2900rpm では7.28kW が24.0N·m に相当します。その動力の裏にあるトルクも参照してください。
ゲージ圧と圧力比は別物です。8bar から10bar への引き上げは25%増に聞こえますが、絶対圧力比は9から11へ動きます。本稿の試算では軸仕事は約9〜13%増え（熱の扱い方で変わる）、同じ軸動力では流量が約8%減ります。異なる圧力で出た見積は、比較前に換算が必要です。
モーター効率を上げると実際に何が買えるか
効率クラスは比べやすい指標ですが、比動力を動かすのは本体・カップリング・モーターの3者です。以下の例はモーター軸動力を7.5kW に固定し、1つずつ条件を変えたものです。
| 変える条件 | 軸動力7.5kW での流量 | 比動力 | 効果 |
|---|---|---|---|
| 本体等エントロピ効率0.70 | 1.01m³/min | 7.43 | 基準 |
| 本体等エントロピ効率0.75 | 1.08m³/min | 6.93 | 1m³あたり7%減 |
| 本体等エントロピ効率0.78 | 1.13m³/min | 6.67 | 1m³あたり10%減 |
| カップリング0.98→0.95 | 1.05m³/min | 7.11 | 3%悪化 |
| モーターを IE3→IE4 | 1.05m³/min | 7.53 | 1.8%改善 |
この例では、本体効率を0.70から0.78へ上げるとエネルギー消費が約10%減り、モーターを IE3 から IE4 にしても2%弱の改善です。年間4000時間運転、0.12EUR/kWh とすると、削減額はそれぞれ約425EUR と約71EUR になります。どちらも投資する価値はありますが、この計算では本体側の効果が大きくなります。
とはいえ効率クラスが任意になるわけではありません。これは選択ではなく法的な下限です。EU 規則2019/1781は、EU 市場に投入される0.75〜1000kW の三相誘導電動機に IE3 以上を要求し、75〜200kW の帯では2023年7月以降 IE4 を要求しています。欧州でモーターを調達するコンプレッサメーカーは、明確な適用除外がない限り対象製品を買っています。除外は狭い範囲です。クラスの境界そのものはモーター効率クラスで解説しています。
制約になるのは運転時ではなく起動時
コンプレッサは何ヶ月も問題なく運転した後、保守の直後に起動しなくなることがあります。原因はモーターの故障ではなく、機械の状態である場合があります。電磁接触器が入った最初の数秒間、モーターは定格電流の数倍を引き、有効トルクと要求トルクは定常値と異なります。
| 起動方式 | 起動時の電流 | 得られるトルク | コンプレッサでの評価 |
|---|---|---|---|
| 直入れ（DOL） | 定格の6.5〜7.5倍 | 定格の2.0〜2.5倍 | 電源が堅牢なら約7.5kW まで実用的 |
| スターデルタ | 定格の2.2〜2.5倍 | 定格の0.7〜0.8倍 | 無負荷起動が保証される場合のみ成立 |
| ソフトスタータ（定格3倍に制限） | 定格の3倍 | 定格の約0.47倍 | 閉じ込め圧力に対しては不足 |
| 可変速駆動 | 定格の1.5倍を60秒 | 定格の1.5倍 | 負荷起動が可能で、制御停止もできる |
ソフトスタータは起動電流を抑えますが、それは同時に得られるトルクを下げます。誘導電動機のトルクは電圧の2乗にほぼ比例します。この例では電流を定格の6.5倍から3倍へ落とすと、直入れトルクの約5分の1しか残りません。アンロード状態のコンプレッサなら足りても、ヘッドに8bar が残った状態では足りません。
アンロード起動の原則
大型のコンプレッサは、圧力のかかっていない状態で起動するよう設計されています。レシプロはヘッドアンローダで最初の数行程を逃がし、スクリュは吸込弁を閉じて起動前にセパレータをブローダウンします。これらの仕組みは、レシーバ圧力を本体から切り離す逆止弁と、電磁弁やダイヤフラムが正しく動作することにも依存しています。
アンローダや逆止弁が故障すると、モーターは圧力に抗して起動することになります。加速できずに拘束電流を流し続け、過負荷が2〜5秒でトリップすることがあります。3回続けて試せば、クラスF の巻線は永久損傷に至る温度まで上がり得ます。その後モーターが回ったとしても同じです。電気部品を交換する前に、ヘッドに圧力が残っていないか、停止時にブローダウンが起きていたかを確認してください。
モーターを大きくすることは、逆止弁の漏れを直す代わりにはなりません。押し切ってしまえば故障を隠すだけで、圧縮機本体とカップリングには設計以上の起動トルクがかかります。壊れているのは逆止弁で、モーターの何分の一かの部品です。モーターのサイズを変える前に、逆止弁を点検・修理してください。
ロード／アンロードか、可変速か
固定速スクリュ圧縮機は、圧力が設定帯を動く間に吸込弁を開閉して吐出量を調整します。アンロード中もモーターは回り続けるので、部分負荷のエネルギーは「全負荷動力×負荷率」に「残りの時間のアンロード動力」を足したものになります。給油式スクリュでは、ロータと油系統が動き続けるため、アンロード動力は全負荷動力の20〜35%程度が典型です。
| 平均需要 | ロード／アンロードの入力 | 可変速の入力 | 削減率 |
|---|---|---|---|
| 100% | 8.05kW | 8.05kW | 0 |
| 75% | 6.64kW | 6.10kW | 8% |
| 50% | 5.23kW | 4.15kW | 21% |
| 25% | 3.82kW | 2.17kW | 43% |
ファンやポンプの相似則は、吐出圧力を一定に保つコンプレッサにはそのまま当てはまりません。この場合、比圧縮仕事はあまり変わらず質量流量が落ちるので、動力は回転数の3乗ではなく流量にほぼ比例して下がると考えるのが妥当です。削減率を試算するときは、需要が半分になったら87%減るという仮定を置かず、その圧縮機の運転プロファイルを使ってください。
最悪の1週間に合わせて選定されたプラントに典型的な、平均需要50%という条件では、この例ではドライブによって約1kW、年間4000時間で3880kWh・466EUR の削減になります。これは IE4 への変更で見込める効果の約6倍です。ただしこの比較は需要プロファイルと前提条件に依存します。
VSD コンプレッサのモーターは標準モーターではない
ドライブを追加すると、モーターの運転条件が変わります。深い絞り込みでは、巻線絶縁、軸電流のリスク、冷却の3点を確認してください。この3点が満たされない場合、生じる故障は製作不良のように見えます。
巻線絶縁
PWM ドライブは正弦波ではなく電圧パルスの列を出力します。立ち上がりが速く、長いモーターケーブルでは反射波が重なり、モーター端子の電圧ストレスが増します。本稿の400V の例では、パルスが1100V 近くに達すると試算しています。IEC 60034-18-41はタイプI 絶縁システムを、IEC 60034-18-42はタイプII 絶縁システムを扱います。ケーブルが長い場合は、dv/dt フィルタや出力リアクトルと組み合わせたタイプII 絶縁が必要になることがあります。ドライブとモーターの組み合わせとして確認してください。
ドライブで使うなら、モーターの絶縁システムを仕様に明記してください。直入れで問題ないモーターが、ドライブの電圧ストレス要件を満たすとは限りません。絶縁の試験方法は電動機の試験規格で解説しています。
軸電流
高速スイッチングはコモンモード電圧を生み、容量結合で回転子に伝わります。軸受放電電流は軌道面を侵食し、フルーティング、異音、軸受故障につながります。対策としては片側または両側の絶縁軸受、シャフトアースリングなどがあります。一般にフレームサイズ90程度より大きい機種で検討され、小型機では対策なしで使われることも多い項目です。適切な設計はモーターとドライブシステムの組み合わせで決まります。
低速時の冷却
全閉外扇形（TEFC）モーターはシャフト直結のファンで冷却します。回転数が半分になれば、ファン則により風量は約半分、静圧は約4分の1になります。モーターが半分の速度で全トルクを出せる定格であっても、冷却が減っているため過熱することがあります。深い絞り込みでは、IEC 60034-6で IC 416 と呼ばれる他力通風が必要になる場合があります。
もう1つ、モーターではなくドライブ側で決める事項があります。コンプレッサは定トルク負荷なので、ドライブは定トルク定格で選ばなければなりません。前面に最も大きく印字されていることの多い可変トルク定格で選ぶと、この用途では容量不足になります。両者の違いはVFD モーターと一般モーターの違いに、制御の挙動そのものは可変速モーターの仕組みにまとめています。
40℃、1000m、そして高温のコンテナ
モーターの定格は、規定の使用条件を前提にしています。IEC 60034-1は周囲温度40℃、標高1000m を基準条件としています。高温のコンプレッサ室や高標高の現場では減定格が必要になり、それが正しく選定したはずのモーターのサーマルトリップを説明することがあります。
温度
コンプレッサは、部屋が換気されていたり熱がダクトで排出されていない限り、周囲にかなりの熱を放出します。本稿では、換気のないコンテナや小さな機械室で45〜50℃が珍しくないと述べています。TEFC の目安として40℃を超える1Kあたり出力約1%の減定格を挙げており、46℃なら約6%の減定格になります。実際の現場条件はモーター メーカーのデータで確認してください。
クラスF 絶縁でクラスB 温度上昇に抑えた設計は、熱的な余裕を持てます。ここでは約25K と見積もっています。この組み合わせを仕様に明記し、実際の設計をサプライヤに確認してください。高温現場での余裕は定格全体の熱設計で決まり、夏場のサーマルトリップを減らす助けになる場合があります。
標高
標高2000m では、空気密度は海面の約4分の3になります。同じ体積を送るファンは質量流量が減り、冷却能力が下がります。本稿では TEFC の目安として1000m を超える100m あたり約1%の減定格を挙げていますが、優先すべきはメーカーの減定格表です。高標高では圧縮機本体の質量流量も減りますが、これはモーターの冷却低下とは別の話です。
| 現場条件 | モーター減定格 | 7.5kW がどうなるか |
|---|---|---|
| 40℃、海面高度 | なし | 7.5kW |
| 46℃、海面高度 | 約6% | 7.05kW |
| 40℃、2000m | 約10% | 6.75kW |
| 46℃、2000m | 約15% | 6.38kW |
最後の行が、よくある不満の正体です。同じモデルなのに A 国では調子が良く B 国では悪い、しかし故障は見つからない。46℃・2000m での7.5kW モーターの実効出力は約6.4kW で、本体が必要とする7.28kW を下回ります。機械は不良ではありません。温帯の海面高度で仕様を決め、それを別の場所に据え付けただけです。
フランジ、シャフト、カップリング
電気的な定格に関心が集まりがちですが、取付とシャフトの違いが交換不可を生みます。スクリュ圧縮機では、フランジのインローとシャフトが主要な嵌合寸法です。
IEC のフランジ取付は、フランジのみが B5、足＋フランジが B35 で、インロー径とボルトピッチ円はフレームサイズで決まります。NEMA の相当品は C フェース系で、小型フレームが56C、小型コンプレッサに現れるサイズが143TC や145TC です。出力・回転数・電圧が同一の足付き B3 モーターはベルハウジングに付きませんし、合わせるためのアダプタ板は芯出し公差とコストを追加し、それは通常モーター価格差を上回ります。
シャフト端もカップリングと合う必要があります。可撓性カップリングは限られた角度・平行の偏心を吸収しますが、軸方向の予圧は吸収しません。組立時にモーターを圧縮機本体の軸受側へ押し込むと、両方の軸受が予圧され、振動の原因になります。2900rpm では1回転1回の振動が約48Hz になり、音として聞こえる前に配管の振動として感じられることがあります。
機械側でもう2点、同じ文脈で確認すべきことがあります。回転数は互換ではありません。4極1450rpm のモーターは、プーリ比やギヤ比を変えずに2極2900rpm の代替にはならず、極数と回転数の関係はモーターの極数にまとめています。そしてベルト駆動機ではモーター軸受がベルト荷重を受けるため、銘板の数字がすべて一致していても、前軸受がオリジナルより細い交換モーターは早期に壊れます。
計算例：8bar で7.5kW
ここまでの要素を、上で使った機械に当てはめます。1.05m³/min（自由空気）・ゲージ圧8bar、給油式スクリュ、直結、夏に46℃まで上がる機械室、年4000時間運転、平均需要は55%前後という条件です。
| 項目 | 仕様 | その値にする理由 |
|---|---|---|
| 出力 | 7.5kW | 計算値7.28kW に3%の余裕 |
| 回転数と極数 | 2900rpm（50Hz 4極）、または60Hz で3500rpm | 圧縮機本体への直結 |
| 電圧 | 400V デルタ 50Hz、または460V 60Hz | 現場電源。実際の端子電圧を確認する |
| 取付 | IEC B5 フランジ、または NEMA 145TC | 圧縮機本体のベルハウジングに付く |
| 絶縁 | クラスF、クラスB 温度上昇 | 46℃の機械室に対する余裕を残す |
| 保護 | PTC サーミスタ3個直列＋過負荷継電器 | 過負荷継電器より先に巻線異常を検知する |
| 外被 | IP55、TEFC | 機械室の粉塵と洗浄に対応 |
| 効率 | 最低 IE3、量が正当化するなら IE4 | EU の法的下限。実利は1.8% |
| デューティ | S1、起動は1時間に最大4〜6回 | 巻線と接触器の熱サイクル限界 |
実際の現場条件で実効出力を確認してください。46℃・海面高度では、この例の試算で約7.05kW が使えるのに対し要求は7.28kW なので、定格出力では計算上の要求を満たしません。機械室が50℃に達するなら余裕はさらに足りません。9kW モーターへ上げるか、機械室をダクト換気するか。想定運転条件と比べて判断してください。
これが小型レシプロ機であれば、同じ論理でも答えは変わります。4極、ベルト駆動、足付き、前軸受を強化し、発停を前提としたサービスファクタを取る。それはコンプレッサ用のデューティを付けた汎用モーターであり、そのカテゴリの境界条件は汎用モーターにまとめています。可搬式の12V・24V パッケージはさらに別で、永久磁石 DC モーターを中心に構成されます。
仕様決定でよくある6つの誤り
| 誤り | 何が起きるか | 正しい進め方 |
|---|---|---|
| 圧縮機の kW 表示でモーターを選ぶ | その表示は入力動力で、モーターには軸動力を要求している | 軸動力を計算する。または表示値をモーター効率で割る |
| 起動トルクを無視する | 停止後の最初の起動でモーターが失速する | アンローダと逆止弁の動作を確認する。保証できなければ負荷起動で選定する |
| 負荷起動し得る機械にソフトスタータを付ける | 電流3倍・トルク5分の1でトリップする | ドライブを使う。まずアンローダを直す |
| 深い絞り込みのドライブに標準モーターを使う | 2年以内に絶縁破壊や軸受フルーティング | タイプII 絶縁、絶縁軸受、他力通風を仕様化する |
| 50℃の部屋で40℃定格を選ぶ | 毎年夏にサーマルトリップし、モーターのせいにされる | 実周囲温度で減定格する。クラスF・B 温度上昇で仕様化する |
| サービスファクタを余裕として使う | 1.15での連続運転は絶縁寿命を縮める | 1.0で選定し、サービスファクタは過渡過負荷用に残す |
6番目は地域差があります。NEMA モーターはサービスファクタ1.15で販売されることが多く、これは規定の過負荷を許容するものです。その許容は、何年も115%で運転してよいという許可証ではありません。絶縁は温度で劣化し、温度は負荷に追随します。軸動力を正しく計算して1.0で選定したモーターは、限界で連続運転し続けたモーターより長持ちします。
見積依頼で伝えるべき項目
次の8項目を伝えると、サプライヤは見積を組みやすくなります。情報が欠けると追加のやり取りが発生し、前提が未解決のまま残ります。
- 自由空気吐出量と吐出圧力。どちらも単独では意味を持たないので、両方を示してください。
- 圧縮機形式と駆動方式。スクリュかレシプロか、直結かベルトか、増速しているなら本体回転数。
- 軸動力は計算値で、表示値の転記ではなく。前提とした等エントロピ効率も添えてください。
- 起動方式。直入れ、スターデルタ、ソフトスタータ、ドライブのいずれか、および負荷起動の可能性。
- 1時間あたりの起動回数と年間運転時間。この2つで熱的なデューティが決まります。
- 現場の周囲温度と標高。平均ではなく最悪条件で。減定格は最も厳しい1時間で決まります。
- 取付とシャフト。フランジ呼称、インロー径、シャフト径とキー、カップリング形式。
- 効率クラスと必要な認証。投入市場が要求するものを、ラベルではなく規格名で示してください。
特に注意すべきは2点です。軸動力は銘板値を転記せず計算すること、そして負荷起動が起こり得るかを確定させること。この2つは発注前に容量不足や起動問題を見つけます。スキッド上の他の被駆動機にも同じ考え方を適用してください。ポンプ用モーターの解説も参考になります。
参考文献
- International Electrotechnical Commission. (2022). IEC 60034-1:2022 — Rotating electrical machines, Part 1: Rating and performance. IEC. https://webstore.iec.ch/en/publication/65446
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- International Electrotechnical Commission. (2014). IEC 60034-2-1:2014 — Standard methods for determining losses and efficiency from tests. IEC. https://webstore.iec.ch/en/publication/121
- International Electrotechnical Commission. (2013). IEC 60529:1989+AMD2:2013 — Degrees of protection provided by enclosures (IP code). IEC. https://webstore.iec.ch/en/publication/2452
- International Electrotechnical Commission. (2016). IEC TS 60034-30-2:2016 — Efficiency classes of variable speed AC motors (IE code). IEC. https://webstore.iec.ch/en/publication/30830
- International Organization for Standardization. (2009). ISO 1217:2009 — Displacement compressors: Acceptance tests. ISO. https://www.iso.org/standard/44769.html
- European Parliament and Council. (2019). Regulation (EU) 2019/1781 laying down ecodesign requirements for electric motors and variable speed drives. EUR-Lex. https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2019/1781/oj
- European Parliament and Council. (2014). Directive 2014/68/EU on pressure equipment. EUR-Lex. https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2014/68/oj
- National Electrical Manufacturers Association. (2021). NEMA MG 1 — Motors and Generators. NEMA. https://www.nema.org/standards
- U.S. Department of Energy. (2024). Motor Systems — Advanced Manufacturing Office. DOE. https://www.energy.gov/eere/amo/motor-systems
よくある質問
Q: エアコンプレッサにはどんなモーターが使われますか？
電源駆動のコンプレッサはほぼすべて三相かご形誘導電動機です。スクリュ機は50Hz で2900rpm、60Hz で3500rpm の2極モーターを圧縮機本体に直結するのが一般的で、ベルト駆動のレシプロ機は1450rpm または1750rpm の4極モーターを使います。小型の可搬式や車載用では12V・24V の永久磁石 DC モーターが使われます。ブラシ付き DC モーターの解説も参照してください。
Q: コンプレッサのモーターが起動時にトリップするのはなぜですか？
よくある原因は、起動時にヘッドへ圧力が残っていることです。コンプレッサはヘッドアンローダ、または吸込弁と逆止弁によって、圧縮機本体をレシーバ圧力から切り離します。逆止弁が漏れたりアンローダが故障すると、モーターは拘束電流を流して加速できず、トリップします。電気部品を交換する前にヘッド圧力を確認してください。
Q: コンプレッサのモーターにソフトスタータは使えますか？
起動時に確実にアンロードされているなら使える場合があります。この例では電流を定格の3倍に抑えると直入れトルクの約5分の1しか残らず、ヘッドに8bar が残った状態で押し切るには不足します。ドライブなら電流を抑えつつ150%のトルクを出せ、惰性停止ではなく制御停止になります。圧縮機とドライブに必要な定格を確認してください。
Q: コンプレッサ用モーターの定格が40℃なのはなぜですか？
40℃と1000m は IEC 60034-1 の基準使用条件です。夏のコンプレッサ室は45〜50℃に達することが多く、一年で最も暑い日にはモーターが定格外に出ます。目安は40℃を超える1Kあたり出力約1%、これが標高の減定格と積み重なります。クラスF 絶縁でクラスB 温度上昇にすれば、小さなコストで約25Kの余裕が得られます。
Q: 可変速コンプレッサには専用モーターが必要ですか？
多くの場合、ドライブに関わる3つの条件でモーターを選ぶ必要があります。PWM の電圧ストレスに対しては IEC 60034-18-42 のタイプII 巻線絶縁が必要になることがあり、特にケーブルが長い場合に重要です。コモンモードの軸電圧は、大型フレームで絶縁軸受やアースリングを要求することがあります。低速時のシャフトファン冷却低下により、深い絞り込みでは IC 416 の他力通風が必要になる場合もあります。モーターとドライブの組み合わせで確認してください。標準の TEFC モーターがそのまま代替になるわけではありません。
Q: コンプレッサはモーターを大きくしておけば安全ですか？
コストが増えるだけで、起動時の圧力や高温の設置環境は解決しません。過大なモーターは軽負荷で運転することになり、力率と効率がかえって悪化することがあります。必要な軸動力と適切な余裕から選定し、その差額は本体効率や漏れ修理に振り向けてください。本稿の試算では、配管の20%漏れは IE4 化で得られる削減額の約10倍のコストになります。現場データで確認してください。
Greensky Power は、コンプレッサ、ポンプ、ブロワ用途向けに三相誘導電動機とブラシレス DC モーターを供給しています。クラスF 絶縁と PTC 保護を備えたスクリュ圧縮機用フランジ形モーターも含みます。自由空気吐出量、吐出圧力、現場の周囲温度をお知らせいただければ、銘板ではなくデューティに合わせて選定します。技術チームに相談する。
