消費者の利益

　スカラー制御されたモーターを使用する昔ながらの電化製品は、おそらく、その効率が50％を下回っている。これは、理論上の最大値である約90％からは大きくかけ離れた数値である。ベクトル制御設計を導入すれば、パワーを損なうことなく、より一層小さなモーターを取り入れることができる。ベクトル制御可能なモーターは従来型のモーターより高価な場合がある。しかし、比較的単純な機械設計が、その高価な分を幾分埋め合わせしてくれる。ベクトル制御モーターを搭載した電化製品は、購入後の所有コストが従来型より低くなるほか、大抵はモーター音も小さくなると考えられる。その上、従来型の電化製品では実現できない機能も利用可能となる。
　多相モーターおよびコントローラの使用により従来型の電化製品がどのように生まれ変わるかを理解するために、一般の洗濯機を例に考えてみる。この頼れる電化製品は、これまで100年近くにわたり人類に多大なる奉仕をし続けてきた。しかし、それは大量のエネルギーを消費し、膨大な電力をお湯に変えて垂れ流す。新たに設計された洗濯機は、水平ドラムを採用し、水位センサーとインテリジェント・コントローラを搭載する。この仕組みにより、従来に比べ短時間で、より効果的な洗濯サイクルの実現が可能となっている。1回の洗濯で消費される水とエネルギーの量が最大50％低減され、その結果、洗剤の消費量も少なくなる。その一方、高速脱水によってこれまで以上に大量の水分が搾り取られる結果、乾燥時間が短縮され、ひいてはエネルギーの節約並びに衣類の損傷低減にもなる。
　インテリジェント制御された洗濯機モーターを使用すれば、洗濯物の偏り検知・修正機能など、消費者のニーズに合った機能を追加することも可能である。そのような洗濯機では、機械的な構造をさらに複雑にさせることなく、容易に逆回転を実現することができる。ベクトル制御モーターでも、洗濯ドラムを直接駆動することにより、機械的設計を簡素化させることが可能となる。また、ソフトスタート機能により、洗濯機の急激な始動を回避できる。これらの機能は、洗濯機駆動機構の効率性および信頼性をさらに高める上で役立つほか、音の静かな洗濯機を実現する上でも役に立つ。　モーター制御を適用したもう一つの良い例として、冷蔵庫が挙げられる。コンプレッサの単純なオン/オフ・サイクルによって、エネルギーは浪費され、メーカーは必要以上に出力の高いモーターの使用を強いられている。マイクロコントローラ制御を行なうだけで、エネルギー消費を25％削減することができる。これは、小型化されたコンプレッサにより、冷却負荷に合わせて絶えず速度を変化させることが可能なためである。
　米国エネルギー省（US Department of Energy）の調査によれば、電気モーターは、米国で作り出されるエネルギー全体の60〜65％を消費している。サンフランシスコで今年開催されたEmbedded Systems Conferenceの発表の場において、NEC Electronics America社シニア・システム・アプリケーション・エンジニアのJohn Pocs氏は、電気モーターで消費されるエネルギーの20％が無駄の多いスロットリングにより失われていることを示したABB Review Special Reportに言及している。例えば、ポンプやファンを50％の速度で運転させると、最高速度で運転する場合のわずか12.5％に相当するエネルギーしか消費されないと、この報告書では述べている。また、Pocs氏は発表において、モーター制御を効率良く行なうことにより、ポンプやファンを使用した製品では60％の節約を、HVACでは80％の節約をそれぞれ実現できるとも述べている。

モーターの基礎

　モーターの誕生は19世紀にさかのぼる。以来、ほぼ100年に渡り、身近なところで活躍し続けている。モーターは、一般的に、その内部構造（ローターやステータにおける巻線や永久磁石の有無など）に基づいて分類される。もう一つの大まかな分類法では、整流ブラシの有無によってモーターが分類される。
　ブラシモーターの最も一般的な形は、ユニバーサル・モーターである。この「ユニバーサル」という表現は適切であるものと思われる。と言うのも、そのようなモーターは、電動工具から、小型電化製品、自動車のパワー・ウィンドウ、衣類用洗濯乾燥機にいたる、あらゆる場所で見受けられるからである。ただし、この名称は本来、直流交流両用モーターを表したものである。
　現在最も広く普及しているモーターは、交流誘導モーターである。このモーターは、文字通り、産業を「動かしている」。比較的価格が安く、なおかつ信頼性も高い交流誘導モーターからは、良いトルクが得られる。ユニバーサル・モーターや交流誘導モーターはいずれも家庭用電源ラインから直接電源を取れるという長所を持っている。これらのモーターに必要な制御は、オン・オフのスイッチだけである。その反面、ほかの形のモーターとの比較において、交流誘導モーターは電力損失が大きく、出力密度が低い。ユニバーサル・モーターは、整流アーク放電により破損しやすいという特徴を持っているため、ブラシレス・モーターほどの信頼性はない。ただし、安く入手することができる。
　永久磁石BLDC（brushless dc）モーターおよび三相誘導モーターでは、このような欠点が解消されている。電化製品メーカーがこれらのモーターに転向するのはこのためである。三相誘導モーターおよびBLDCモーターは、効率性が良く、モーター音も静かで、さらに信頼性も高い。その上、BLDCモーターでは効率性を95％以上に高めることができる。これに対し、誘導モーターの効率性は85％である。また、これらのモーターは、特定の用途に応じて物理的に形を合わせ易い。BLDCモーターは、低速（速度0も含む）でもフルトルクを生み出し、高速では良好に動作する。

今後の展望

　　コストが低いモーター制御によって、かつてのモーター技術が再び呼び起こされている。そのような技術は、今後のモーター制御を背負って立つ存在になるかもしれない。SR（switched reluctance）モーターは19世紀に誕生したが、その制御は、これまで非常に困難なものであった。このSRモーターは、低コスト、スタート時の高トルク性、高速回転、高効率性、高信頼性という長所を持っている。また、ほかの形のモーターに比べて用途に合わせた設計が容易である。コストが低いDSC（digital signal controller：デジタル・シグナル・コントローラ）を使用すれば、SRモーターのこのような長所を電化製品市場で活かすことが可能である。
　SRモーターの機械的構造は単純である。ローターは型打ちした鋼製のラミネーションを軸に取り付けただけのものであり、巻線は使用されていない。ステータは、BLDC（brushless dc：ブラシレスDC）モーターのものと類似している。ローター巻線もブラシも取り付けられていないSRモーターは、メーカーにとって信頼性が高く、コストが低く抑えられるモーターとして位置付けられる傾向がある。業界専門家の中には、いつかSRモーターが最も経済的なモーターになると予測する者もいる。
　今日、SRモーターは困難な設計の中に活路を見いだしている。そこでは、SRモーター特有の機能により、SRモーターを選択することが最良となる。掃除機の「Dyson DC12」はその一例である。英Dyson社は先頃、小型かつ高性能が求められる日本市場にこのDyson DC12を投入した。求める性能水準を限られたスペース内で達成するために、英Dyson社のエンジニアは新たなファンを設計した。それは、10万回転/分のSRモーターにより駆動する構造となっていた。この高性能な掃除機は、診断情報をDyson社のヘルプ・ラインに報告することさえも可能である。この報告は、内蔵スピーカーに近づけた電話機を介して行われる。
　SRモーターは、振動と音が非常に大きい。そのため、掃除機や送風機など、元々騒音が発生する製品に使用される場合がほとんどだった。しかし、DSCを使えばこの問題を解決することができる。エンジニアは、モーターの各種エミッション（RF、熱的、電気的、物理的）の削減に取り組んでいる。ここで、ある手法が有望と見られている。「ランダム・トルク・パルス生成（random torque pulse generation）」と呼ばれるその手法は、次のような観察結果に基礎を置いている。モーターのトルクは、1回転ごとに同一レベルのパワーが供給される限り保持され、回転中のパワー供給のタイミングには影響されない。これによりエミッション全体の半分以上カットされているが、この手法を有効とするには高い処理スピードが必要である。
　モーターの設計上有望なもう一つの手法として、多相式も挙げられている。なお、「多相」とは相巻線が三相（標準的なモーターによく使用される）以上のものを指す。相巻数が増えるに従い、1相当たりの供給電流は減少する。電流レベルが低くなるにつれて、使用できるドライバも安くなり、ひいては、製品に使用されるドライバの総コスト削減にもつながる。多相巻線全体に渡って小さな電流ピークを発生させることにより、電流リップル、機械ノイズ、電気ノイズが低減される。多相モーターには冗長機能も備わっている。そのため、巻線に障害が発生した場合でもなお多相モーターは出力を落として運転を継続することができる。これは、交通手段のほか、故障しても運転を継続することに価値を見いだす用途において強みとなる。多相モーターの制御には、DSCを始めさらに多くの要件が必要となる。例えば、さらなるPWM出力およびセンサー入力、そして一段と高い性能が求められる。