148-1/2. 省エネでインバータ

省エネ・低炭素社会へと向う追い風が吹く中で、日系企業が世界シェアの凡そ半分を獲得できているインバータは、日本経済を下支えしてくれる産業分野の一つです。

155でインバータエアコンについて記述しましたが、例えばビル空調でインバータを使用すると電気代を約1/4にできるそうです。インバータは、モーターの回転数を自在に制御することで、一定速のモーターよりも大きな省エネ効果を発揮します。インバータについては103[2007.8]でも前述しましたが、狭義のインバータとは、直流(DC)を交流(AC)に変換する装置を意味します。インバータ照明では、商用電源の交流を一旦は直流にした上で、インバータ(電子式安定器)で「直流を高周波の交流に変換」しています。広義のインバータとは、“直流を交流化(Invert)する狭義のインバータ”に加えて“電圧と周波数を変換する回路を内臓”した装置”を意味します。モーター駆動を制御するために使われている産業用の汎用インバータでは、電源から給電される交流をコンバータ回路で整流することで直流に変換し、平滑回路のコンデンサで直流に含まれる変動成分を平滑化した上で、平滑化した直流を、インバータ回路でスイッチングしながら、つまり逆変換(交流への変換)と周波数変換を行いながら出力しています。直流を交流電力に切り刻むスイッチング素子としては、MOS-FETやIGBTが使われています。産業用インバータとは、出力する交流の周波数を自在に変えることで、モーターの回転数を制御する装置で、広義のインバータを意味します。
安川電機の発表では、同社は“1974年に世界初のトランジスタインバータを出荷して以来、汎用インバータの累計出荷台数が10百万台を超え、2006年度の世界シェアは14％でトップシェアを維持”ということですが、電波新聞2009年4月6日付は「安川電機は、ビル空調やエレベータなどインフラ系分野をターゲットに、インバータ事業の拡大に取り組んでいる。安川電機は、07年8月に稼働した行橋事業所内のインバータ新工場(ドライブセンター)をマザー工場に、米(シカゴ)、欧(スコットランド)、中国(上海)の4極体制で世界市場にインバータを供給している。インバータ事業部の営業部長/重田正博氏は“誘導モーターよりも8%高効率なIPMモーターが注目されている。市場のIPM化を狙う。新規分野では太陽光発電分野に期待し、太陽電池メーカーにPVインバータの納入を始めている。”と語る。」と報道していました。
産業用の汎用インバータでグローバルトップの安川電機に対し、国内に限ると三菱電機が国内シェア4割と報道されています。容量範囲が75KW以下で且つ標準仕様で量産されている汎用インバータに関し電波新聞2008年8月21日付は「日本電機工業会によると、インバータの国内生産は、07年度実績が836億円で2.69百万台。08年見込みが902億円。出荷台数の約85%が3.7kW以下の小型。海外でも市場が広がっており出荷台数に占める輸出の割合も07年度は半分を占めるまでになった。現在はIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を主回路に用いた装置が一般的。駆動周波数で回転数を変え、駆動電圧でトルクを制御する。周波数と電圧を変化させる方法をV/f制御(VVVF制御)と呼んでいる。かご形モーターが、インバータの周波数制御で速度制御でき、最近ではIPM(磁石埋め込み形モーター)と呼ばれる高効率同期モーターでも用いられている。」と、また企業別に各社の製品展開について「東芝産業機器システム/東芝シュネデール・インバータは、空調用では、外部リアクトルなしで高調波を抑制し、ノイズフィルター内臓で大幅な省スペース、省配線が図れた。主回路コンデンサに長寿命のフィルムコンデンサを採用・・・・同様に富士電機システムズが“３製品系列(ベーシック/EMCフィルター内臓/国交省ガイドライン対応)で構成”、日立産機システムズは“高トルクタイプ”を投入・・・・安川電機は、業界に先駆けて誘導モーターのほか同期モーター(IPMモーター/SPMモーター)も駆動可能な機能を新製品に搭載。IPMモーター駆動時には、位置制御に必要なセンサー(エンコーダ)が不要。今まで難しかったセンサーなしでの同期モーター駆動が可能。」と紹介していました。
インバータ応用製品で、太陽電池で発電された直流(DC)を交流(AC)に変換するパワーコンディショナー(PCS)について、三社電機製作所の電源機器営業本部の取締役執行役員本部長、喜田博司氏は半導体産業新聞2009年5月13日付で「当社パワコン製品はトランスを内臓したコンパクトな設計。当社の製造部門では板金ケースからプリント基板の組立まで内製率80%強。IGBT制御方式では168kWユニットで構成。3個のユニットで5百kWの製品を製造している。リアクトルや変圧器をすべて内製化することで、性能設計の全体最適化を実現。家庭向けの小容量品では、内製化したIGBTとFRD(ファーストリカバリーダイオード)を組み込んだ自社製IPMを用いている。電源機器は中小型製品が大阪工場、大型製品が滋賀工場。ここに供給される半導体製品群は岡山工場で製造している。」と述べておられました。同じく山洋電気に関し半導体産業新聞2009年4月２９日付は「同社が “UPS技術を用いて太陽光システムのインバーターを開発しよう”と思い立ち、パワコン市場に参入したのは95年。日本電信電話(NTT)へのUPS納入で蓄積してきたインバータ技術をコアとした電源装置開発の技術力で、自社の冷却ファンなどにIGBTモジュール、電解コンデンサ、トランス、リアクトルなどのデバイスを調達し、長寿命のパワコンを製造している。“UPSでの経験から判断すると、大容量対応が必要な産業用パワコンは参入障壁が高いため、アジア勢など簡単には参入できない”と同社の和田好弘氏はいう。」と報道していました。Electronic Journal 2008年12月号は「住宅用システム向けでは、三菱電機が階調制御インバータ方式で97.5％の電力変換効率を持つPCSを上市するなど、変換効率の向上に向けた競争が激化している。・・・変換効率の向上にはインバータユニットの効率を上げることが不可欠だ。ここではIGBTのさらなる性能向上によるところが大きく、SiCやGaNデバイスの進展が期待される。」と紹介していました。台湾のデルタ電子(台達電子工業股份有限公司)に関し電波新聞2008年11月21日付は「電源供給装置で世界トップのデルタ電子は、PV事業を将来的な柱に育成していく方針だ。パワーコンディショナーは現在、中国と07年に操業を開始したスロバキアの2工場で生産し、07年の売上高は約2億ドル。太陽光発電システム用インバータでは、出力11k-100kwに対応し、電力変換効率95.5%を実現している。日本でJET認証を受け日本でも採用されている。太陽電池セルは新竹工場で生産しており、年間生産能力は160MW。09年中には600MWに引き上げる。」と紹介していました。