NACHITECHNICALREPORT
Components

16 B1

Vol.

June/2008■ 新商品・適用事例紹介
消費電力40％低減

機能部品事業
マシニング製造
機能部品製造「インバータ駆動油圧ユニットのシリーズ紹介」
Introducing "Inverter-driven Hydraulic Unit Series"---40% Reduction of Power Consumption〈キーワード〉油圧ユニット・省エネ法・省エネルギー・可変容量形ポンプ・インバータ駆動・回転数可変制御

部品事業部／技術二部

高嶋 明
Akira Takashima
荻 浦 洋 市 Youichi Ogiura消費電力40％低減「インバータ駆動油圧ユニットのシリーズ紹介」

要旨

1.

「日本機械工業連合会会長賞」を受賞

NACHIの標準油圧ユニットは、工作機械向けの「NSPシリーズ」や一般産業機械向け「NCPシリーズ」、「NNPシリーズ」といった豊富なラインアップで、ユーザー要求に幅広く対応している。
近年、環境保全に対するとり組みが活発化する
工作機械や自動車製造関連設備などを中心に、中で、油圧ユニットに対する省エネの要求が強くなってきている。

※3

工作機械向けNSPユニットは、ワークを固定するクランプ装置などの油圧源として使用され、油圧ポンプおよび電動機の効率アップにより省エネを図ったコンパクトな油圧ユニットである。
一方、一般産業機械向けのNCPユニットは、幅広いニーズに応えるための豊富なオプションを用意「NSPシリーズ」、「NCPシ
この要求に応えるため、した汎用性の高い油圧ユニットであり、NNPユニット

リーズ」および「NNPシリーズ」において、オプションは、油浸形電動機の採用により低騒音化を実現しとしてインバータ駆動による電動機の回転数可変制たコンパクトな油圧ユニットである。

※1

インバータ駆動油圧ユニットとして御機能を開発し、シリーズ化した。

Abstract
In the area of standard hydraulic units,
NACHI responds to the customer needs with
ample, wide-ranging product line such as "NSPSeries" for machine tool and "NCP Series" andNNP Series' for general industrial machines.
Recently, the undertakings for preserving theenvironment have become active. Under suchcircumstances, the demand for energy-efficienthydraulic units has become strong mainly formachine tool and auto manufacturing -related
equipment.
Responding to the demand, NACHI has
developed the inverter-driven variable speed
control for an electric motor and has made thisinverter-driven hydraulic unit available as an
option in "NSP Series", "NCP Series" and"NNP Series."

1※2

平成19年度 優秀省エネルギー機器

近年、京都議定書の発効や省エネ法の改正などにより、ユーザーの環境問題への関心がさらに高まっており、油圧機器に対しても省エネの要求がますます強まっている。
この要求に応えるため、インバータ駆動の機今回、およびNNPユニッ能をNSPユニット、NCPユニット、トにオプションとして付加し、インバータ駆動油圧ユニットとして商品化したので、各ユニットの特長、仕様などについて紹介する。
インバータ駆動ＮＳＰユニットについては、省なお、エネ性能と省エネ化技術の独自性が認められ、平成19年度 優秀省エネルギー機器として日本機械工１）業連合会会長賞を受賞した。

図1 インバータ駆動ＮＳＰユニット

2. 油圧ユニットの省エネルギー化の方法
２）１）圧力保持時の消費電力低減

工作機械用の油圧ユニットは、ワークのクランプやツールのチャックなど、長時間の圧力保持状態で使用されることが多い。

数Nを小さくすることが、圧力保持時の油圧ユニットの消費電力低減につながるといえる。

2）省エネに最適な回転数制御

油圧ユニットの消費電力は、電力

圧力保持時のポンプ回転数を下げると、ポンプの軸トルクは増加するが、軸トルクと回転数の積である

W＝N×q×P［kW］ …（1）-1

N：電動機の回転数［min ］
q：ポンプ容量［cm3/rev］（図2）
軸入力は低下する。

P：ポンプ吐出圧力［MPa］

数を下げることで省エネが図れることは、一般的に既存の油圧ユニットにインバータを追加して回転※4で表わされるが、可変容量形ポンプを搭載した油圧知られており、実際にユーザー自身で行なっているユニットでは、圧力保持時にポンプ容量qが小さくな事例もある。

る機構により、圧力保持時の消費電力Ｗを低減し回転数を下げると電動機（インバータを含む）
しかし、の効率は逆に低下し、また、同じ回転数でも負荷トている。
ポンプ容量qだけでなく、電動また、式（1）からは、（図3）
ルクによって電動機の効率が変化する。

機の回転数Nを小さくする方法でも消費電力を小さ最適な省エネ運転を行なうためには、単に回転くできることがわかる。これらをまとめると、負荷状況数を下げるのではなく、電動機の効率や負荷の状ポンプ容量qを小さくする、あるいは、回転に応じて、態に応じた最適な回転数にする必要があるといえる。
N＝1800min-180211.50.51

軸トルク60
効率（％）

軸入力

軸トルク
（1800rpm時を1）

軸入力（1800rpm時を1）1.5

N＝450min-1
40
低速回転ほど効率が低下

20
負荷トルクで効率が変化

00.5500

図210001500
回転数（rpm）

2000

回転数 − ポンプ軸入力・トルク

000.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

電動機負荷トルク（定格時を1）

図3

電動機負荷トルク − 効率（回転数毎）

3. インバータ駆動ＮＳＰユニット１）回転数制御方法

具体的には、制御装置に組み込まれたコントローラー

インバータ駆動ＮＳＰユニットでは、前述のポンプが、油圧ユニットに設置された圧力センサーで検出容量可変と回転数可変の二つの制御自由度を使っした値をもとに、その時々の負荷状態を把握する。そて、油圧ユニット全体としてより効率のよい条件でその負荷状態における、可変容量形ポンプとして、ＮＳＰユニットに対して、40％の運転を行なうことで、電動機のそれぞれの効率を組み合わせた上で最もの省エネを実現した。

省エネになる回転数を算出し、自動的に回転数の制御を行なっている。

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消費電力40％低減「インバータ駆動油圧ユニットのシリーズ紹介」

2）省エネの効果

3）仕様

自動車部品メーカーでの実機（マシニングセンター）における、NSPユニットとインバータ駆動NSPユニットの消費電力測定結果を、図4および図5に示す。なお、
油圧ユニットはいずれも2.2kWの電動機を搭載し、無負荷時の吐出流量は28L／min、最高圧力は表1に仕様を示す。
表1 インバータ駆動NSPユニットの仕様
1.電源電圧定格入力電流3φ AC200〜220V,50／60Hz
9.7A／1.5kW, 13.4A／2.2kW
22.4A／3.7kW

2.圧力調整範囲

8, 16cm3／rev
シリーズ
A2：1.5〜4.0MPa
A3：3.5〜6.0MPa
A4：5.5〜8.0MPa

3.吐出量（無負荷時）

0A＊：14L／min
2A＊：46L／min

4.作動油
5.油温
6.塗装色

一般鉱物系油圧作動油（ISO VG32担当）
10〜60℃
マンセルNo.5B6／3（NACHI色）

7.周囲温度／
湿度

10〜35℃／20〜85％RH（結露無きこと）（水溶性切削液のミストを避けてください）

6.0MPaに設定されている。
消費電力測定結果からわかるように、油圧ユニットの使用状態は、ほとんどの時間がワーククランプ状態（圧力保持）で使われている。NSPユニットに対して、インバータ駆動NSPユニットでは279W（約48％低減）の省エネ効果がある。
年間の稼働時間6,000時間（20
また、省エネ効果を、時間／日×300日）、電力料金15円／kWで金額に換算すると、年間約25,000円のランニングコスト削

形式説明減となる。

8, 16cm3／revシリーズ

NSPユニットはそれ自体が従来ユニットに対して26cm3／revシリーズ
A2：2.0〜4.0MPa
A3：3.5〜6.0MPa
A4：5.5〜7.0MPa
1A＊：28L／min

NSP-20E-15V0A2-12約40％の省エネになっているため、上記の効果となっ圧力調整範囲（上記仕様参照）※5ているが、既存設備の定吐出量形ポンプを使用した吐出量（無負荷時）

油圧ユニットからの置き換えでは、80％以上の省エ

0：14L／min

ネ効果が得られた事例もある。

電動機容量
15：1.5kW

1：28L／min
22：2.2kW

消費電力（W）

E：インバータ駆動
3000
2500
2000
1500
1000
500
0シリンダー動作

ワーククランプ中

タンク容量：20L, 30L

26cm3／revシリーズ
02468時間（sec）

101214NSP-30E-22V2A2-12
圧力調整範囲（上記仕様参照）

図4 ＮＳＰユニットの消費電力

吐出量（無負荷時）
消費電力（W）

2：46L／min
3000
2500
2000
1500
1000
5000シリンダー動作

電動機容量

ワーククランプ中22：2.2kW

E：インバータ駆動
タンク容量：30L, 40L
024681012時間（sec）

図5 インバータ駆動ＮＳＰユニットの消費電力

3

37：3.7kW

14

4. インバータ駆動ＮＣＰ／ＮＮＰユニット
1）一般産業機械向けへインバータ駆動を展開

表2 インバータ駆動の対応範囲
ポンプ容量
8cm3／rev
16cm3／rev
22cm3／rev
35cm3／rev
45cm3／rev
8cm3／rev
16cm3／rev
22cm3／rev
35cm3／rev
45cm3／rev

NCPユニット、NNPユニットは、低騒音、低発熱の信頼性の高い油圧ユニットである。
省エネルギー形で、低圧から高圧まで幅広く対応が可能で、また、豊富NCP
シリーズなオプションにより、用途に応じた選定も可能である
ことから、一般産業機械分野において、様々な用途に使用されている。

NNPシリーズ

NCPユニット、NNPユニットにおいてもインバータ1.5●●−−−−−−−−

電動機容量（kW）
2.2
3.75.5−
●
●
●
●
●
−
●
●
●
−−−−−
●
●
−
●
●
−
●
●
−−●
●−
●
●

7.5−
●
●
●
●
−−−−−

●：インバータ駆動に対応−：標準ユニット設定無し

駆動機能を追加することで、省エネ要求への幅広い対応を可能にした。

2）インバータ駆動の対応範囲（L／min）
50
P−Q特性

NCPユニットは、可変容量形ピストンポンプ搭載形
また、NNPユニットにおいては、圧ユニットに対応した。
全ての基本型式に対応した。
インバータ駆動の対応範囲（電動機容量とポンプ吐出流量のうち、1.5kWから7.5kWまでの電動機を搭載した油消費電力を、表2に示す。
容量の組み合わせ）3）可変ピストンポンプの特性に合った回転数制御

020（MPa）

NCPユニットおよびNNPユニットに搭載される可吐出圧力（NCP 7.5kW 22cm3／rev）

変容量形ピストンポンプのP-Q特性は、シャープカット

図6 インバータ駆動無しでのポンプP−Q特性※6特性である。
インバータ駆動NSPユニットでは、圧力センサーの情報だけで回転数制御を行なっている。これに対し、（L／min）
50インバータ駆動無しと同等のP−Q特性

可変容量形ピストンポンプの場合は、流量が変化しの情報だけでは負荷状態が算出できない。
インバータ駆動NCP／NNPユニットでは、そこで、インバータからの負圧力センサーの情報のほかに、吐出流量ても圧力はほとんど変化しないため、圧力センサー消費電力
シャープカット特性

荷情報もコントローラーにとり込み、回転数制御を行インバータ駆動無しの場合と同等のシャーなうことで、（図6、図7）
プカットなP-Q特性を実現している。

0

吐出圧力（NCP 7.5kW 22cm3／rev）

20（MPa）

図7 インバータ駆動でのポンプP−Q特性

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消費電力40％低減「インバータ駆動油圧ユニットのシリーズ紹介」

4）特長（1）省エネ2,000

一例を、図8、図9に示す。
NCPユニット、NNPユニットともに、14MPa圧力インバータ駆動無しの条保持時の消費電力で、件に対して、40％以上の省エネを実現している。

消費電力（W）

圧力保持状態における消費電力測定結果のNCP 7.5kW 16cm3／rev

インバータ駆動無し
インバータ駆動

1,500
45%ダウン
1,000500

よって、圧力保持時間の長いアプリケーションでは大きな省エネ効果が得られる。

073.510.514保持圧力（MPa）（2）低油温上昇
機器における損失エネルギーは、そのほとんど

図817.521NCP 7.5kW 16cm3/rev圧力保持時の消費電力が熱となり、作動油の温度上昇につながる。
油温上昇は、作動油の劣化や機器の寿命低2,500下を引き起こすだけでなく、機械の熱変形をま油温上昇の低い油圧ユニットが求められる。
インバータ駆動による回転数制御を行なうことで、回転に伴う損失が低減し、油温上昇を低くすることができる。
ＮＮＰユニットは、元々、油温上昇の低い油圧ユインバータ駆動により、更に低いニットであるが、油温上昇を実現している。
（表3）

1,500
50%ダウン

1,0005000

図9圧力保持時には電動機の回転数が下がるため、低騒音になる。
とくに、電動機に冷却ファンのない、油浸形電動機を採用して、従来ユニット対比で大幅な低騒

14NNP 5.5kW 35cm3/rev圧力保持時の消費電力

表3-1機が回転するため、従来と騒音は変わらないが、710.5保持圧力（MPa）

3.5（3）低騒音
流量吐出時には、60Hz(約1,800min )で電動インバータ駆動無し
インバータ駆動

2,000
消費電力（W）

ねき、加工精度などにも悪影響をおよぼすため、

NNP 5.5kW 35cm3／rev

NNPユニットの油温上昇ユニット

インバータ駆動
NNPユニット

NNPユニット

タンク容量（L）
室温（℃）
タンク油温（℃）
油温上昇値（℃）

60
22.032.0
10.0

24.5
2.5・ユニット：NNP−60（E）−55P35N1−10・7MPa連続圧力保持時

さら音化を図っているNNPユニットにおいても、表4に低騒音となっている。騒音の測定結果を、表4に示す。
（3）簡単操作インバータ駆 動 N S P ユニットと同 様に、三 相200Vの動力電源を供給するだけで起動する。
コントローラーのスイッ
油圧ユニットの圧力調整は、チを圧力調整モードに切り換え、従来通り、油圧ポンプの圧力調整ねじで保持圧力を調整した後、スイッチを通常運転モードに戻すだけで、コントロー
自動的に最適な回ラがポンプ特性にあわせて、5転数制御を行なう。

ユニット
保持圧力
騒音値

NNPユニットの騒音インバータ駆動
NNPユニット

NNPユニット

7MPa
54dB（A）

・ユニット：NNP−20（E）−22P16N1−10・ポンプ後方1mでの騒音値

52dB（A）

形式説明
インバータ駆動ＮＣＰシリーズ

NSP-60E-3.7PV16N2-※※-12
オプション記号
圧力調整範囲（左記仕様参照）
可変制御機構：圧力補償形
吐出量（左記仕様参照）

5）仕様

PV：可変ピストンポンプ
電動機容量

表5に仕様を示す。

1.5：1.5kW, 2.2：2.2kW, 3.7：3.7kW,
5.5：5.5kW, 7.5：7.5kW

表5 インバータ駆動NCP／NNPユニットの仕様

1.電源電圧定格入力電流3φ AC200〜220V,50／60Hz
9.8A/1.5kW（NCPシリーズのみ）
13.5A/2.2kW
22.5A/3.7kW
21.4A/5.5kW
29.1A/7.5kW（NCPシリーズのみ）

2.圧力調整範囲

N0：2.0〜 3.5MPa N1：2.0〜 7.0MPa
N2：3.0〜14.0MPa N3：3.0〜21.0MPa

8：14.4L/min
3.吐出量（無負荷時の理論値） 22：39.6L/min
45：81.0L/min
4.作動油

E：インバータ駆動
タンク容量：40L, 60L, 100L, 160L, 250L
インバータ駆動ＮNＰシリーズ

NNP-20E-22P16N2-※※-10
オプション記号
圧力調整範囲（左記仕様参照）

16：29.7L/min
35：63.0L/min

可変制御機構：圧力補償形
吐出量（左記仕様参照）

一般鉱物系油圧作動油（ISO VG32または46）

P：可変ピストンポンプ
電動機容量10〜60℃
5.油温6.周囲温度／湿度 10〜35℃／20〜85％RH（結露無きこと）
7.インバータボックス
マンセルNo.5B6／3（NACHI色）
塗装色

22：2.2kW, 37：3.7kW, 55：5.5kW

E：インバータ駆動
タンク容量：20L, 30L, 40L, 60L, 80L

5. インバータ駆動油圧ユニットの構成
インバータ駆動NSPユニット、インバータ駆動NCP

このように、インバータ駆動油圧ユニットは、標準／NNPユニットの構成を図10、図11、図12に示す。

油圧ユニットをベースにしているので、電気的なトラ

標準油圧ユニットに、インバータ駆動油圧ユニットは、ブルの際にも、電源配線を電動機につなぎ替えるだインバータ制御ボックスと圧力センサーを追加している。

けで、標準油圧ユニットとして、すぐに運転すること

また、電動機が低速回転する際に、電動機ファンが可能である。の風量が低下し、電動機自体の冷却能力が低下しインバータ駆動NSPユニッてしまう。これを補うため、

ファンクーラー

圧力センサー

トでは、NSPユニットに搭載されているラジエータのファンクーラーを搭載しており、インバータ駆代わりに、
動NCPユニットでは、電動機ファン後方にファンモーターインバータ駆動NNPユニットを搭載している。なお、については、使用している油浸形電動機が、ケース内を流れるポンプのドレンで電動機自体を冷却するインバータ制御ボックス構造であるため、電動機冷却用のファンは不要である。

図10 インバータ駆動ＮSＰユニットの構成
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電動機冷却用
ファンモーター
インバータ制御ボックス
圧力センサー

圧力センサー
インバータ制御ボックス

図11 インバータ駆動ＮＣＰユニットの構成

図12 インバータ駆動ＮＮＰユニットの構成

6. 進化した油圧の省エネ
インバータ駆動NSPユニットに続いて、低圧から高油圧の最大の長所は、大きな力を容易に発揮で圧まで幅 広く対 応 可 能なインバータ駆 動 N C P ／その長所と大きな省エネ効果を合きることであるが、NNPユニットを開発・商品化した。

わせ持ったインバータ駆動NCP／NNPユニットも、自動車関インバータ駆動NSPユニットは、すでに、連部品メーカーの加工設備などに数多く採用され、今後、様々な業種で採用され、省エネ化に貢献するものと考える。

大きな省エネ効果をもたらしている。

用語解説

参考文献

※1 インバータ駆動
インバータを使用し、回転数を制御した状態で電動機を駆動すること。

1) 社団法人 日本機械工業連合会
優秀省エネルギー機器 平成19年度受賞機器の概要※2 優秀省エネルギー機器表彰制度
社団法人 日本機械工業連合会主催。 優秀な省エネルギー機器の開発・実用化により、エネルギーの効率的利用の推進に貢献していると認められる企業や団体などを表彰する制度。
※3 クランプ装置
工作機械において、ワークや工具を固定するための装置。

関連記事1）久保 光生：さらなる省エネを図った油圧ユニット「インバータ駆動NSPシリーズ」
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.11 B3、October（2006）※4 可変容量形ポンプ
１回転当たりの吐出量を変えることができる油圧ポンプ。
※5 定吐出量形ポンプ
１回転当たりの吐出量が一定の油圧ポンプ。
※6 シャープカット特性
ポンプの吐出流量が減少しはじめる圧力と吐出流量がゼロになる圧力の差が小さい圧力 − 吐出流量特性。

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.16 B1June / 2008〈発行〉 2008年6月1日
株式会社 不二越 開発本部 開発企画部
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Tel.076-423-5118 Fax.076-493-5213