NACHITECHNICALREPORT
Components

11B3

Vol.

October/2006■ 新商品・適用事例紹介
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」
機能部品事業制御

Dramatic Energy-saving Hydraulic Unit
"Inverter Motor Drive NSP Series"〈キーワード〉省エネルギー・油圧ユニット・可変吐出量ポンプ・インバータ・回転数可変部品事業部／技術二部

久保 光生
Mitsuo Kubo
新ブランド Legato／レガート
しなやか な動きと力強さを併せ持っています。

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」

要旨

1. はじめに

NACHIの省エネ油圧ユニット「NSPシリーズ」は、1996年に工作機械向け油圧ユニットとして商品可変吐出量ポンプや電動機の高効率化を追求す化した「NSPシリーズ」は、2001年に改良を行ない、ることで、省エネを図り、今日、多数の工作機械で採約20％の省エネを図って、現在の「NSPシリーズ」と用されている。

なっている。これは、従来品と全く同一の機器構成

近年、環境問題への関心の高まりを背景に、油でありながら、油圧ポンプおよび電動機の機器効率圧機器の省エネに対する要求は、ますます強まってＵＰにより、省エネを実現したものである。今日では、インバータ駆動によるいる。この要求に応えるため、汎用工作機械などに数多く搭載され、機械の省エ回転数可変制御のオプション機能を開発し、省エネネに貢献している。

「NSPシリーズ」に付加することで、さら油圧ユニットなる省エネ化を可能とした。

近年、京都議定書の発効や、省エネ法の改正などがあり、環境問題への関心がさらに高まっている。
各企業においては、企業の社会的責任との認識で、Abstract
NACHI's energy-saving hydraulic units, "NSPSeries" are widely used in machine tools nowadays in that high efficiency is pursued in variable pump and motor.
Recently, a demand for an energy-saving hydraulic unit has become increasingly strong
because of the growing interest in environmental issues.
Responding to this demand, Nachi has developed and added to our product line, "Inverter
Motor Drive NSP Series" with inverter motor
drive control of the rotation number and variable volume pump for further energy saving.

お金をかけてでも工場の省エネにとり組む事例が増えてきている。このため、工場で多数の工作機械を使用しているユーザーからは、現在の「NSPシリーズ」油圧ユニットよりもさらに省エネを図った油圧ユニットの要求が出てきている。
これらの要求に応え、さらに省エネを図ったイ
今回、ンバータ駆動油圧ユニットを「NSPシリーズ」のオプションとして追加したので、特長、仕様などを紹介する。

図1 インバータ駆動NSPユニット

12. 油圧ユニットの消費電力低減のとり組み
1）油圧ユニットの消費電力
油圧ユニットの省エネには、まず、油圧ユニットが実際の工作機械での使われ方では、ワークのクランプなどほとんど流量Ｑを必要としない圧力保持の消費する電力について考える必要がある。
電動機が消費する電力は、時間が長い。油圧ポンプとして、圧力保持時にポン電力

プ容量ｑを小さくなる機構を持つ、可変容量ポンプを

Ｗ＝2πＮ×Ｔ ・・・（1）
Ｎ：電動機回転数 [min-1]

ｑが小さ搭載した油圧ユニットでは、圧力保持時に、

Ｔ：電動機発生トルク [N・m]

くなることで、式（３）の消費電力Ｗも小さくなる。固定容量ポンプを搭載した油圧ユニットを使用していまた、油圧ポンプが必要とする電動機トルクは、る古い設備などでは、可変ポンプ搭載油圧ユニット

トルク Ｔ＝ｑ×Ｐ／2π・・・（2）に入れ替えるだけで、省エネ効果が得られることを示している。

ｑ：ポンプ容量 [cm /rev]
3

Ｐ：ポンプ吐出圧力 [MＰa]（４）からは、ポンプ容量ｑではなく、また、式（３）、電動機回転数Ｎを小さくするという別の方法でも、（2）をまとめると、式（1）、電力同様に消費電力を小さくできることが分かる。ただし、

・・（3）
Ｗ＝N×ｑ×Ｐ・インバータなどの機器を追加して電動機の回転数をで、油圧ユニットが消費する電力が表される。

変更する必要がある。
ポンプ容量ｑを小
このように、負荷状況に応じて、ポンプが吐出する流量は、一方、吐出流量

さくする、あるいは、回転数Ｎを小さくすることが油圧・・（4）
Q＝q×N／1000 [l/min]・ユニットの消費電力低減につながることを理解いたで表される。

だけると思う。

ここまでの式ではなお、説明を単純化するため、電動機やポンプの効率は無視している。
油圧ユニットの働きは、機械の加工状況（負荷状況）に応じて、必要な圧力Ｐと流量Ｑを供給することである。

固定容量ポンプで回転数可変N

圧力保持の時W

Q＝q×N／1000

流量Q

電力W

回転数N

圧力に応じて回転数Nを変える。
ポンプ容量qは一定。

00圧力P
電力W

ポンプ容量q
00圧力P

q

Q＝q×N／1000

圧力保持の時W

可変容量ポンプで回転数固定
00

図2

NACHI TECHNICAL REPORT

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圧力に応じてポンプ容量qを変える。
回転数Nは一定。

圧力P

油圧ユニットの消費電力（低減方法の説明）

2

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」

2）油圧ユニットの損失低減

損失低減、究極は損失ゼロをめざすとり組みが必要

1）で述べた消費電力は、理論的に必要なエネルである。

ギー（本来仕事をするために必要なエネルギー）に今回の「インバータ駆動NSPシリーズ」は、可変ポ相当する電力の話である。実際の油圧ユニットで消インバーンプによるポンプ容量ｑの可変容量制御と、費される電力は、これに損失分が上乗せされたものタによる電動機回転数Ｎの可変速制御との2つのとなる。

より最適な条件で運転を行ない、制御自由度を持ち、油圧ユニット消費電力＝①＋（②＋③＋④）

油圧ユニット全体としての省エネを実現している。

①理論的必要エネルギー
発生圧力・吐出流量に応じた動力→仕事をするために消費される。
②ポンプの損失エネルギー（図3）（圧力に依存する損失）
ポンプ内部圧力アンバランスによるシャフトに働く偏心力や、摺動部摩擦力、内部漏れ流量などの損失。

可変ベーンポンプ③電動機の損失エネルギー（図4）（電動機トルクに依存する損失）

吸入

電動機の負荷率による効率低下などによる。

カムリング

吸入ポート
ローター

④回転数に比例する損失
回転に伴う粘性摩擦抵抗（機械的摩擦、油のなどによる。
撹拌抵抗）
仕事（理論的）に必要なエネルギーは減らすこと

シャフトはできないので、油圧ユニットの省エネ化とは、②、③、吐出ポート④の損失を低減するとり組みとなる。

吐出

現在、数多くの工作機械で使われている省エネ

シャフトに動く偏心力「NSPシリーズ」は、②に対してポンプ効
油圧ユニット（圧力が高くなると大きくなる）率UPを、③に対して電動機効率UPを図ることで、可図3変ポンプと汎用電動機を組みあわせた機器構成のま効率UP（損失低減）

1）まで、従来品より約20％の省エネを実現している 。

80②、今回紹介する「インバータ駆動NSPシリーズ」は、インバータ制御機器を追加して圧力保持時の対し、回転数を下げることで、④の回転数に比例する損失を低減し、さらに約40％の省エネを実現したものである。つまり、先に挙げた②、③、④の損失全ての低減を図った商品である。
「インバータ」を使っ省エネといえば、家電製品でも7065

電動機負荷率（=ポンプ回転に必要なトルク）によって、電動機の効率が異なる。
保圧時（負荷率低い）の電動機効率は一般的に低い。

50

ポンプフルカットオフ時（保圧時の負荷率）

5550

0255075

100125インバータによる回転数た製品がすぐに思いつくが、電動機負荷率（％）

可変は、省エネ手段の一つであり、万能ではない。

図4 トルクに依存する損失の説明

省エネを追求するためには、油圧ユニット全体として375
電動機効率（％）③の損失を低減した「NSPシリーズ」油圧ユニットに圧力に比例する損失の説明

3.「インバータ駆動NSPユニット」の特長
3）低騒音

1）省エネ
圧力保持時の消費電力を図5に示す。ポンプ、電流量吐出時には、60Hz（ 約1800min−1 ）で電動動機の高効率化により省エネを図ったNSPユニット

機が回転するため、従来と騒音は変わらないが、圧自体低消費電力であるが、インバータ駆動による制力保持時には電動機の回転数を下げているため、御を追 加することで、さらに省エネになっている。

電動機ファンの風切り音が低減し、大幅に低騒音にインバータなしのNSPユニッ
7MPa圧力保持の電力で、なる。表2に測定データを示す。

ト比約40％省エネを実現している。よって、クランプなどで圧力保持時間の長いアプリケーションでは、大

4）従来通りの使い勝手
圧力保持時の電動機回転数は、専用コントローラ

きな省エネ効果が得られる。
インバータ駆動の場
ただし、最大流量吐出時は、がポンプ特性にあわせて最適な回転数を自動で調合は、インバータそのものの損失が加わり、インバータ整するため、外部からは従来通り三相200Vの動力なしのNSPユニットに比べ消費電力が高くなる。そ電源を供給するだけでよい。油圧ユニットの最大吐のため、高頻度で油圧シリンダを動かすアプリケーショ

出流量の調整や、保持圧力の調整は、従来通り油ンでは、逆にトータル消費電力が増えてしまう場合も圧ポンプの調整ねじにて行なう。圧力調整の際には、ある。事前に運転サイクルの確認が必要である。

コントローラの切換スイッチを圧力調整モードに切り

消 費 電 力［ k W ］

1

通常運転モードに戻すだけで、コントロー
換え、調整後、40％down

0.5

明する。

2468
保 持 圧 力［ M P a ］
フルカットオフ（保圧）時電力、電動機：2.2kW、ポンプ：1A4

図5

インバーているため、電気的調整は不要である。なお、
タ駆動NSPユニットの構成については、次章にて説

NSPユニット
インバータ駆動
NSPユニット0

ラ内部でポンプ特性データを自動設定するようになっ

保持圧力−消費電力特性（参考データ）

2）低発熱・低油温上昇
機器による損失分は、熱エネルギーとなって機器

5）その他商用電源で運転する場合は、地区電力周波数により電動機回転数が異なるため、設置地域によって吐出流量の違いが生じていたが、インバータにより入力周波数に関係なく60Hz運転ができるため、設置地域による吐出流量の違いはない。の発熱となる。その結果として、油圧ユニットにおいては作動油温度が上昇する。よって、損失が小さい程、つまり、省エネである程、油温上昇が小さくなる。
表１に連続圧力保持時の油温上昇試験結果を示す。

表1

油温上昇（タンク：20L、6MPa連続圧力保持）

室温／油温室NSPユニット

インバータ駆動
NSPユニット

油温上昇は、機械の熱変形をまねき、工作機械の温（℃）

23.223.2

タンク油 温（℃）

34.424.7

精度にも悪影響をおよぼすため、油温上昇値の低油温上昇値（℃）

11.21.5

い油圧ユニットが求められている。インバータ駆動
NSPユニットは、従来の油圧ユニットに比べ油温上さらに油温上昇値が昇が小さいNSPユニットよりも、低くなっている。

表2
ユニット形式
測定位置

Vol.

11B3NSPユニット

インバータ駆動
NSPユニット

状態 3.0MPa 6.0MPa 3.0MPa 6.0MPa
吐出時 保圧時 吐出時 保圧時

四方平均値

NACHI TECHNICAL REPORT

騒音（距離1m）

656165534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」

4. インバータ駆動NSPユニットの構成
インバータ駆動NSPユニットの構成を図6に示す。

インバータは、省エネルギーに加え、油圧ユニット

NSPユニットに対し、インバータと専用コントローラに求められる回転数立ち上がり応答性で最適なもを入れた制御ボックスと、ポンプ吐出口には圧力センのを選定し、パラメータ設定も最適化を行なっている。

ラジエータの代わりに、ファサーを追加している。また、専用コントローラは、圧力センサーから得られる情ンクーラを搭載している。これは、電動機が低速回報にもとづき、油圧ポンプの特性にあわせて回転数転することにより電動機ファンの風量が低下し、電動を自動調整する機能を持たせてある。

機の冷却能力が低下するのを補うことと、作動油のさらに、風下に配置した制御ボックス表面を冷冷却、ボックス内部温度を下げる目的がある。
却することで、

図6 インバータ駆動NSPユニットの構成

5. 仕様・寸法表3に仕様、図7に外形寸法を示す。
表3 インバータ駆動NSPシリーズの仕様

5形式説明

図7

外形寸法図（表４も参照のこと）

表4

寸法表

図8 ユニット油圧回路図

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6. ランニングコストのメリット
省エネ油圧ユニット「NSPシリーズ」にインバータ

従来、機械に使用される油圧機器はイニシャルコ駆動による回転数可変制御を付加して、さらに省エストばかり重視され、ランニングコストでの評価は余りを開発した。
ネを図った「インバータ駆動NSPシリーズ」

されてこなかったが、近年、省エネ意識の高まりととインバータ制御装置を追加したことで、イニシャルコもに、消費電力低減というランニングコストのメリット

ストはUPするが、運動時の消費電力を約40％低減を重視して機器を選定されるお客様も増えている。
「ＮＳＰ
インバータを使わない省エネ油圧ユニットできる。

も従来の油圧ユニットに比べ省エネになっシリーズ」ており、お客様の判断で最適な油圧ユニットを選定いただくことができる。

参考文献
1）熊本克英：省エネ油圧ユニット，
不二越技報，
Vol57，
No.1，
pp.36-41（2001）NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.11B3

October / 2006

〈発行〉 2006年10月20日
株式会社 不二越 開発本部 開発企画部
富山市不二越本町1-1-1 〒930-8511
Tel.076-423-5118 Fax.076-493-5213