洗濯機のインバーターダイレクトドライブモーターとは何ですか？

ダイレクトドライブとは、モーターがドラムシャフトの背面に直接接続することを意味します。これは伝統的に、ベルトを使用して行われていました。

インバーターとは、着信電源と誘導モーターへの発信電力との間に電子駆動制御システムがあることを意味します。

インバータードライブの利点は、速度と ブレンダーメーカー向けの中国モーター モーターのトルクは正確に制御できるため、結果は非常に静かで滑らかなモーター作用です。また、従来のブラシがないため、火花やブラシの摩耗に悩まされません。マイナス面は、回路基板と誘導モーターが高価であるため、間違っている場合のコストです。

ACユニットインバーターモーターコントロールなどの一部の製品では クッカーフードメーカー用のモーター 効率が大きくなり、コスト削減を節約できますが、洗濯機で使用することで効率を賢く獲得することはほとんどありません。しかし、高いRPMモータースクリームを持っていないのはいいことです。

ベルトも非常に信頼性が高いので、ダイレクトドライブは本当の利点を提供しません。


エネルギー効率と精密制御が最も重要な時代において、インバーターモーターは多くの産業で礎石技術として浮上しています。これらの高度なモーターシステムは、従来の固定速度モーターからの厳しい出発を提供し、モーター速度を比類のない制御を提供し、その結果、大幅なエネルギー節約を提供します。このガイドは、インバーターモーターの世界を掘り下げ、基本的なコンポーネント、運用原則、幅広いアプリケーションを調査します。

インバーターモーターとは何ですか？

コアでは、インバーターモーターは電気モーターシステムであり、速度とトルクは、インバーターまたは可変周波数駆動（VFD）として知られる電子デバイスによって正確に制御されます。電源の周波数によって決定される固定速度で動作する従来のモーターとは異なり、インバーターモーターの速度は連続的かつ正確に調整できます。

システムは、2つの主要なコンポーネントで構成されています。

モーター：これは通常、標準的なACモーターであり、多くの場合、3相誘導モーターですが、同期モーターも使用できます。モーター自体は、インバーターによって供給される可変周波数と電圧を処理するように設計されています。

インバーター（VFD）：これは、システムの脳として機能する電子ドライブです。メインから着信AC電力をかけ、可変周波数と電圧出力に変換し、モーターに供給します。これにより、モーターの動作を正確かつ動的に制御できます。

インバーターモーターのしくみ

インバーターモーターの柔軟性の秘密は、可変周波数駆動（VFD）の動作にあります。従来のACモーターの速度は、電源の周波数に直接比例します。 VFDは、モーターに送達される電力の周波数と電圧を動的に変更することにより、この関係を操作します。プロセスは、3つの主要な段階に分類できます。

ACからDCへの変換：VFDは、最初にグリッドから標準のAC電力を取得し（たとえば、60 Hz）、DC電源に整理します。これは、交互の電流を一定の直接電流に変換する整流器ブリッジを使用して達成されます。

DCからAC変換：VFDは、一連の電力トランジスタ（絶縁ゲート双極トランジスタやIGBTなど）を使用して、DC電源を迅速にオン /オフにします。パルス幅変調（PWM）として知られるこのプロセスは、DCパワーを新しいAC波形に再構築します。

周波数と電圧の調整：VFDは、トランジスタのスイッチング速度を制御して、新しい可変周波数と電圧で出力AC電源を生成します。出力電力の周波数を増加または減少させることにより、VFDはモーターの速度を直接かつスムーズに増加または減少させることができます。同時に、VFDは電圧を調整して、一貫したトルクとスピード比を維持し、速度範囲全体で効率的な動作を確保します。

インバーターモーターを使用することの利点

インバーターモーターの採用は、従来の固定速度モーターシステムよりも説得力のある利点により、指数関数的に成長しました。大幅なエネルギー節約から運用パフォーマンスの向上まで、これらの利点は、より効率的で持続可能な産業環境に貢献しています。

エネルギー効率

インバーターモーターの最も重要な利点の1つは、特にさまざまな負荷を持つアプリケーションでの優れたエネルギー効率です。従来のモーターは、実際の需要に関係なく全速力で動作します。これは、負荷が低いときに実質的な無駄なエネルギーにつながります。一方、インバーターモーターは、モーターの速度をアプリケーションの正確な要件と正確に一致させることができます。

たとえば、ポンプやファンでは、モーターの速度と消費電力の関係は線形ではありません。キューブ法に従います。これは、運動速度のわずかな低下がエネルギー消費の劇的な減少をもたらすことを意味します。ファンの速度をわずか20％削減することにより、インバーターモーターはエネルギー使用量をほぼ50％削減できます。この固有の省エネモーターの特性により、インバーターモーターは最新の産業モーター設計の基礎となり、消費電力と運用コストを削減することを目的とした企業にとって重要なコンポーネントになります。

正確な速度制御

モータースピードを正確かつ継続的に調整する能力は、多くの産業プロセスのゲームチェンジャーです。可変周波数駆動（VFD）は、固定速度モーターが単に一致できないレベルのモーター制御を提供します。この精度は、混合、伝達、切断などのプロセスが正確な速度同期を必要とする製造業の一貫性と品質を維持するために重要です。

微調整された調整を可能にすることにより、インバーターモーターはプロセス制御を最適化し、製品の欠陥を減らし、全体的なスループットを改善できます。この強化された制御は、生産性を高めるだけでなく、生産需要の変化に対応する柔軟性を高めることができます。

拡張された運動寿命

インバーターモーターシステムの制御された動作により、モーターおよび接続された機器の機械的および電気的応力が大幅に減少します。従来のモーターは、開始して停止するたびに高いストレスを経験します。これにより、ベアリング、巻線、ギアなどのコンポーネントが早すぎる摩耗につながる可能性があります。

インバーターモーターはソフトスタートメカニズムを利用しているため（以下で説明するように）、伝統的なモータースタートアップに典型的な突然の衝撃と高電流を避けます。荷重の最適速度で動作することにより、モーターはより低い振動で動作します。この穏やかな制御された操作は、メンテナンスコストの削減と大幅に延長されたモーター寿命につながり、初期投資の利益を最大化します。

ソフトスタート

従来のモーターが始まると、イングラッシュ電流として知られるグリッドから大量の電力を引きます。これは、モーターの走行電流の5〜10倍になる可能性があり、電気システムに電圧ディップを引き起こし、モーターと接続された機械の両方に大きなストレスをかけます。

対照的に、インバーターモーターは「ソフトスタート」機能を採用しています。 VFDは周波数と電圧を徐々に増やし、モーターを停止から目的の速度にスムーズに加速します。このプロセスは、突入電流を最小限に抑え、電気障害を防ぎ、ベルト、ギア、カップリングの機械的ストレスを軽減します。これは、機器を保護するだけでなく、電気システム全体の安定性にも寄与します。

インバーターモーターの種類

可変周波数駆動（VFD）を使用してモーターを制御するというコア原理は一定のままですが、インバーターモーターシステムは、使用されるモーターの種類、ACとDCに基づいて2つの主要なタイプに広く分類できます。それらの選択は、効率、トルク、および制御に対する特定のアプリケーションの要求に依存します。

ACインバーターモーター

ACインバーターモーターシステムは、近代的な産業および商業用途で最も一般的なアプリケーションで最も一般的です。標準のACモーターの信頼性と広範な可用性を活用しています。 VFDは、これらのモーターに可変速度で動作する機能を提供し、最大限の潜在能力を解き放ちます。

VFD制御を備えた誘導モーター：これは、最も一般的なタイプのインバーターモーターシステムです。標準的なリスケージ誘導モーターは堅牢で費用対効果が高く、最小限のメンテナンスが必要であり、膨大な範囲のアプリケーションに最適です。 VFDとペアになると、ポンプやファンからコンベア、ミキサーまで、あらゆるものに適した非常に効率的で可変速マシンになります。

VFD制御を備えた同期モーター：同期モーターは、高効率と正確な速度追跡で知られています。誘導モーターとは異なり、ローター速度は電源の周波数と正確に同期されます。 VFDによって制御される場合、これらのモーターは特に高出力アプリケーションで優れた効率を提供し、正確な速度同期を必要とする要求の厳しいプロセスでよく使用されます。

DCインバーターモーター

DCドライブとしても知られるDCインバーターモーターシステムは、かつては可変速度アプリケーション、特に低速での高トルクを必要とするものの支配的な技術でした。それらは主により効率的で費用対効果の高いACシステムに置き換えられていますが、特定の専門アプリケーションでニッチを保持しています。しばしばDCドライブまたはコントローラーと呼ばれるDCシステムの「インバーター」は、AC電源をDC電源に整理し、その速度を制御するためにモーターに供給される電圧を調整します。

ACカウンターパートと比較して、DCモーターは通常、ブラシや整流器の使用により、より多くのメンテナンスが必要であり、時間とともに摩耗しています。しかし、それらの単純な制御スキームと低速での優れたトルク特性により、現代の高性能ACドライブが出現する前に、歴史的に人気のある選択肢になりました。

インバーターモータータイプの比較

インバーターモーターのアプリケーション

インバーターモーターテクノロジーの汎用性と効率は、多様な産業にわたって広範囲にわたる採用につながりました。正確なモーター制御と大幅なエネルギー節約を提供することにより、これらのモーターはさまざまなシステムの動作方法に革命をもたらしています。

産業用アプリケーション

産業部門では、インバーターモーターがパフォーマンスを最適化し、運用コストを削減する標準となっています。モーター速度を負荷要件に合わせる能力により、さまざまな重要な機能に最適です。

ポンプ、ファン、コンプレッサー：これらは、インバーターモーターの最も一般的なアプリケーションです。従来のシステムは、スロットリングバルブまたはダンパーを使用して流れや圧力を調節するために、しばしば全速力で動作します。インバーターモーターを使用することにより、モーターの速度が直接調整され、エネルギー消費が劇的に減少します。たとえば、コンプレッサーは需要の低い期間中に減速し、かなりの電力を節約できます。

コンベアと材料の取り扱い：製造と物流において、インバーターモーターはスムーズな加速と減速を提供し、脆弱な商品を損傷する可能性のある突然の衝撃を防ぎます。それらの正確な制御により、複雑な組立ラインでの同期された動きが可能になり、一貫した材料の流れが保証されます。

製造および加工装置：ミキサーや遠心分離機から押出器やワインダーに至るまで、インバーターモーターが提供する微調整された速度とトルク制御の幅広い製造装置に利益をもたらします。この精度により、製品の品質が高く、廃棄物が少なくなり、プロセスの再現性が向上します。

HVACシステム

インバーターモーターは、最新のHVAC（暖房、換気、エアコン）システムで重要な役割を果たし、エネルギー効率と快適性を向上させます。コンプレッサーまたはファンを単一の速度で実行し、オンとオフをサイクリングする代わりに、インバーター駆動型システムは速度を継続的に調整できます。

これにより、システムは「オン」と「オフ」の間で振動するのではなく、定常状態を維持できるため、より正確な温度と湿度の制御が可能になります。この可変速度操作は、より快適な環境を提供するだけでなく、システムが一定の開始と停止のエネルギー集約的なイングラッシュ電流を回避するため、大幅なエネルギー節約をもたらします。

電気自動車（EV）

電気自動車のパワートレインの中心は、洗練されたインバーターモーターシステムです。ホイールを駆動するトラクションモーターは通常、強力なACモーターであり、高電圧VFD（モーターコントローラーと呼ばれることが多い）は、バッテリーパックからDC電源を取り、車を推進するために必要な可変周波数AC電源に変換します。

このアプリケーションでは、インバーターモーターシステムが提供します。

シームレスな加速と減速：広い速度の範囲にわたって瞬時のトルクと滑らかで連続的なパワーを提供します。

再生ブレーキ：EVSの重要な機能、再生ブレーキはインバーターモーターによって可能になります。ドライバーがアクセラレータから足を上げると、モーターの極性が逆になり、発電機として機能します。これにより、車両の運動エネルギーが電気エネルギーに戻り、バッテリーの充電に使用されるため、車両の範囲が増加し、機械式ブレーキの摩耗が減少します。

右インバーターモーターの選択

適切なインバーターモーターシステムを選択することは、最適なパフォーマンス、効率、および寿命を確保するための重要なステップです。よく一致したモーターとVFDシステムは、意図した利点を提供しますが、不一致システムは非効率性、早期障害、およびコストの増加につながる可能性があります。

重要な考慮事項

システムを選択する前に、アプリケーションの要件を完全に理解することが不可欠です。これらの要因は、モーターとVFDの両方の仕様を決定します。

負荷要件とデューティサイクル：負荷の性質が主な考慮事項です。速度範囲全体で一貫したトルクを必要とする一定のトルク荷重（コンベアベルトなど）、またはトルク需要が速度とともに減少する可変トルク荷重（ファンやポンプなど）ですか？さらに、デューティサイクル（連続または断続的な動作）は、必要なモーターサイズと冷却要件に影響します。

モーターサイズと電力評価：モーターの電力定格（馬力またはキロワット）は、アプリケーションに適している必要があります。大きさのサイズのモーターは過熱して故障しますが、特大のモーターは非効率的に動作します。熱制限を超えることなく、予想される最大荷重を処理できるモーターを選択することが重要です。

マッチングモーターとVFD

インバーター（VFD）とモーターは単一の統合システムであり、互換性がなければなりません。ミスマッチは、パフォーマンスが低下したり、機器の損傷をもたらす可能性があります。

互換性とパフォーマンスの最適化：VFDの電圧、電流、および周波数の評価がモーターの仕様に合っていることを確認します。 VFDの出力は、モーターに適切に電力を供給できる必要があります。さらに、最新のVFDは、ベクター制御などの高度な制御方法を提供します。これは、低速で高速度または正確な位置決めで高トルクを必要とするアプリケーションに優れた性能を提供できます。 VFDの制御機能をアプリケーションのニーズに一致させることは、パフォーマンスの最適化の鍵です。

環境要因

操作環境は、インバーターモーターシステムの性能と寿命に大きな影響を与える可能性があります。選択プロセス中にこれらの要因を考慮することが重要です。

温度、湿度、高度：周囲温度が高くなると、モーターとVFDの両方の冷却効果を低下させると、過熱を防ぐためにそれらを導出する必要があります（より低い容量で動作）。湿度が高いと凝縮が生じる可能性があり、電子部品を損傷する可能性があります。より高い高度では、より薄い空気がモーターとVFDの冷却能力を低下させ、誘導性も必要とします。適切なイングレス保護（IP）の評価を備えたコンポーネントを選択し、これらのリスクを軽減するために適切な換気を確保することが不可欠です。

インストールとメンテナンス

適切な設置と定期的なメンテナンスは、インバーターモーターシステムの信頼できる長期にわたる操作を保証するために重要です。ベストプラクティスに従うことで、早期障害を防ぎ、効率を最大化し、コストのかかるダウンタイムを最小限に抑えることができます。

適切な設置手順

インストールプロセスは、安全性とシステムの整合性を確保するために細部に注意を払う必要がある重要な最初のステップです。

配線と接地：VFDとモーターの間の配線は、メーカーの仕様に従って行う必要があります。シールドされたモーターケーブルを使用して、他の敏感な電子機器に影響を与える可能性のある電磁干渉（EMI）を防ぐことを強くお勧めします。適切な接地が最重要です。モーター、VFD、およびシールドされたケーブル終端は、電気障害から保護し、システムの安定性を確保するために、共通のグラウンドポイントにしっかりと接地する必要があります。

VFDのセットアップと構成：配線後、VFDは特定のモーターとアプリケーションに一致するように構成する必要があります。これには、電圧、電流、周波数、モータータイプなど、VFDに重要なモーターパラメーターを入力することが含まれます。多くの最新のVFDには、モーター制御パラメーターを自動的に最適化する自動調整機能があり、最初からピーク性能と効率を確保しています。

定期的なメンテナンス

インバーターモーターとVFDは堅牢性のために設計されていますが、積極的なメンテナンススケジュールは、パフォーマンスの持続に不可欠です。

検査とクリーニング：摩耗、損傷、または過熱の兆候について、モーターとVFDを定期的に検査します。モーターベアリングとカップリングに細心の注意を払ってください。 VFDの内部コンポーネント、特に冷却ファンとヒートシンクは清潔に保たれ、ほこりや破片がないようにする必要があります。

モーターパフォーマンスの監視：モーター温度、振動レベル、VFDエラーログなどの主要なパフォーマンスインジケーターを監視します。多くのVFDには、潜在的な問題の早期警告を提供できる組み込み診断機能があり、障害が発生する前に是正措置を可能にします。

一般的な問題のトラブルシューティング

最善の努力にもかかわらず、問題が発生する可能性があります。一般的な問題をトラブルシューティングする方法を知ることは、それらを迅速に解決するのに役立ちます。

過熱：モーターまたはVFDが過熱している場合は、さまざまな潜在的な原因を確認してください。これらには、モーターの過負荷、不十分な換気、冷却フィンまたはファンの詰まり、または周囲温度の高い環境での動作が含まれます。

振動：過度の振動は、機械的な問題を示すことができます。一般的な原因には、接続された機器とのモーターシャフトの不整合、摩耗したモーターベアリング、または不均衡な負荷が含まれます。

電気障害：VFDのディスプレイには、多くの場合、電気障害（過電圧、低電圧、地上障害など）の特定のエラーコードが表示されます。 VFDのマニュアルを参照して、これらのコードを解釈し、電源、配線接続、およびモーター断熱材を確認して、根本原因を特定します。

インバーターモーターと従来のモーターを比較します

アプリケーションのモーターシステムを評価する場合、インバーターモーターと従来の固定速モーターとの直接比較が不可欠です。伝統的なモーターは何十年も信頼できる主力でしたが、インバーターモーターテクノロジーは、効率、パフォーマンス、および長期的な所有コストの明確な利点を提供します。

効率の比較

最も重要な違いは、特に負荷が一定ではないアプリケーションのエネルギー効率にあります。従来のモーターは固定速度で動作し、接続された機器がそれを必要としない場合でも、グリッドから完全な電力を引き出します。これは、実質的なエネルギー廃棄物につながります。たとえば、低流量の需要を満たすために全速で走るポンプは、非常に非効率的な方法である流れを制限するためにスロットリングバルブを使用します。

一方、インバーターモーターは、設計による省エネモーターです。正確な負荷要件に合わせてモーターの速度を調整することにより、手元のタスクに必要な電力のみを消費します。この動的な調整は、特に速度のわずかな減少がパワーの大幅な減少をもたらすことを決定する流体扱い用途でのエネルギー消費の劇的な減少につながります。

コスト分析

VFDを含むインバーターモーターシステムの初期投資は、通常、従来のモーターとそのスターターのそれよりも高いです。ただし、この高い前払いコストは、多くの場合、大幅な長期節約によって相殺されます。モーター効率の向上は、ユーティリティの請求書の削減に直接変換され、わずか1〜2年以内に投資収益率（ROI）をもたらすことがあります。さらに、ソフトスタート機能と機器の機械的ストレスの減少により、メンテナンスコストが削減され、システム全体の寿命が長くなります。機器のライフサイクル全体で、インバーターモーターシステムがより経済的な選択です。

パフォーマンスの違い

パフォーマンスは、インバーターモーターの利点が本当に輝く場所です。従来のモーターの基本的な制限は、電源周波数によって決定される固定速度です。インバーターモーターは、正確な速度制御を提供し、継続的かつ正確な調整を可能にします。このレベルの制御により、プロセスの品質が向上し、欠陥が低下し、運用上の柔軟性が向上します。さらに、VFDのソフトスタート機能は、従来のモータースタートの特徴である高いイングラッシュ電流を防ぎ、シャフト、ギア、ベルトに電気障害や機械的ストレスを引き起こす可能性があります。

インバーターvs.従来のモーター：比較テーブル