新 Rラ デ ィ パ ッ ク

adiPacebm-papst 技術＆品質

正確で真の特性値とは？

01 ° 2016J

techmag 01°2016j2

01°2016J

もくじ

ebm-papst Japan株式会社

〒222-0033 神奈川県横浜市港北区 新横浜2-8-12 Attend on Tower 13FTel  045-470-5751 Fax  045-470-5752 info@jp.ebmpapst.comwww.ebmpapst.jp

01°2016J

技術＆品質2

3 最適な測定4 精密な測定6 ファン7 データ資料およびファン選択10 製造12 ファンの比較14 要望に合わせた運用18 継続的な開発プロセス21 体系的アプローチ27 比較32 事実33 ドレスデンのILKにより測定

新 Rラ デ ィ パ ッ ク

adiPac

新 Rラ デ ィ パ ッ ク

adiPac

3技術＆品質

空気調和機（AHU）の信頼性と効率性を追及するために、ファン選びは極めて重要です。そのため、ファンメーカーから提供されるデータ資料と製品特性に応じた保証精度は信頼できるものでなければなりません。しかしそのデータは、いったいどこから収集されるのでしょう。また、その信頼性とは？

データ資料　カタログやファン選択ソフトウェア「プロダクトセレクタ」でebm-papstが提供する特性データは、個別の詳細な測定試験に基づいています。その試験項目には、ISO 5801に準じたチャンバー試験装置に試験ファンを設置して行う空力音響測定が含まれています。測定後、データ資料に記載する仕様を測定値が満たしているか評価します。

したがって、お客様にはファン選定の際に、信頼のおけるデータ資料をご利用いただけます。

製造　資料に記載されているとおりの性能をファンが発揮するためには、データが正確であることに加え、最適なファン製造工程が求められます。そのためebm-papstでは、許容偏差の超過を検知する監視およびチェック機構を製造過程に導入しています。それにより、データ資料が提供する製品性能が誤差なく発揮されます。製造過程の最後に、全てのファンには性能試験を行います。　正確なデータ資料の作成と信頼の製造過程の実現により、お客様に確実なデータを手にしていただくことができます。その結果、AHUの一部としての役割を果たすebm-papstのファンは、必要とされる性能を確実に発揮します。

最適な測定正確なデータ資料と信頼の製造工程

技術＆品質4

図1a：フリーインレット試験スタンドに設置されたプラグファン吸込側に騒音測定用マイクを設置

測定項目 測定範囲／ユニット 測定精度

静圧（psf） 0～3,000 Pa 測定値の±0.5％

風量（qv） 100～100,000 m³/h 測定値の±1％

空気動力（Pu） kW 測定値の±1.2％ 

入力電力（Pe） 0～30 kW 測定値の±0.5％

トルク（M） 0～200 Nm 測定値の±1％

総合効率（e） % ±1.3％ポイント

回転数（N） 0～99,999 rpm ±1 rpm 

空気密度（r） 約1.2 kg/m³ 測定値の±0.1％

音響パワーレベル（LwA） 30 dB(A)の場合 ±1 dB(A)

試験スタンドの設計および試験の実施は以下に準拠：ISO 5801 – Industrial fans, performance testing using standardised test stands DIN EN ISO 3744, DIN EN ISO 3745, ISO 13347-3 – Acoustics

図1b：空力音響試験スタンドによる測定数値および精度レベル

精密な測定

ebm-papstでは、風量特性データと騒音値を同時に記録する空力音響試験スタンドを採用しており、ファンは図1aで示すようなフリーインレット／アウトレット試験チャンバーに設置されます（設置タイプA）。チャンバーまたはコンビネーション試験装置は、ハイインピーダンスの床と、音響測定精度クラス１に相当する２つの低反射チャンバーで構成されています。コンビネーション試験装置を使用して、最大

100,000 m³/hの風量と、静圧3,000 Pa（図1b）の範囲で風量特性を測定することが可能です。ファンの特性曲線は、コンビネーション試験装置上で一定の回転数で試験ファンを運転し、徐々に風量をスロットルで調整することにより得られます。騒音、風量、静圧増、消費電力を決定する回転数およびリアクショントルクが各動作点ごとに記録されます。ファンの特性曲線は、少なくとも10ケ所の動作点で示されます。

最新のチャンバー試験装置が精密な測定を実現

5技術＆品質

この測定は異なる回転数で繰り返されます。この方法で得られた特性曲線から、ファンマップと呼ばれるデータが生成されます（図3）。

正 確 な 測 定 結 果　一貫して正確な、 かつ再現可能な測定を維持するためには、定期的な検査が必要となります。ebm-papst では、品質保証のために定期的に試験装置の検査を実施しています。その検査の測定内容は、国家・国際機関（ドイツ校正サービスDKD、ドイ

ツ国立標準計測機関（PTB））の規格に準じています。風量の選定と通常のリーク試験は、ISO 5801 に準じて実施しています。2014 年半ば以降、風量試験機器のキャリブレーション、および PTBの国家規格に沿ったトレーサビリティの確保が品質保証のプロセスに加わりました。測定値から± 0.5％以内の基準器を使用し、対象範囲は 100 m³/h ～40,000 m³/h です。内部検証により社内で品質管理が行われ、お客様には信頼していただけるデータが提供されます。

データ資料は常に閲覧可能です。　風量500 m³/h ～ 39,000 m³/h、圧力上限1000 Paの条件のもと、試験スタンドがDIN EN  ISO 5801で定められている規定を満たしていることが検査機関TÜV Südにより証明されています（図2）。コンビネーション試験スタンドの音響特性の認証試験は、Fraunhofer  Institute, Stuttgartによって実施されています。ebm-papstの騒音測定チャンバーは、上記機関によりクラス１と認定されています。

まとめ　ebm-papstではすべてのファン製品のデータ資料を、認証を受けた精密なチャンバー試験装置を使用した測定に基づき作成しています。継続的に試験設備の内部検査を実施し、取得された数値に基づき常に高い製品レベルとファンの信頼性を保証します。

検査機関が試験スタンドに求めるものebm-papst は認定メーカーとして、空気調和機（AHU）製造業者協会のガイドラインが定める以下の試験スタンドの標準に準拠します。「各部品に修正や改造が施されていないことを条件に、指定の試験ファンを吸込側チャンバー試験装置に設置し、最新版DIN  EN  ISO  5801:12-2010  (ISO 5801:2007  incl.  corr.  1:2008)に準拠した試験を実施した場合に限り、専門／テストレポートを承認します。」  図2：試験スタンド用検査機関証明書

風量（qV） m³/h

静圧（p fs）

Pa

1250 50002500

200

400

600

800

1000

1200

3750

公称回転数

1

2

3

4

5

部分負荷

6

7

8

図3

技術＆品質6

ebm-papstのファンはインペラーだけではありません。最小構成で以下の部品が最適に組み付けられています。

• インレットノズル付き精密インペラー• GreenTech ECモータ• ドライバーユニット

試験の実施　上記の最小構成のファンに対しチャンバー試験装置を使用した

性能試験が実施され、試験結果がデータ資料に記載されます。　空気調和機（AHU）に使用されるebm-papstのプラグファンRadiPacシリーズは、最小構成部品に加え必要部品が組み込まれた、すぐに設置可能なユニットです。「スパイダーアーム」または「キューブ」タイプからお選びいただけます。「スパイダーアーム」タイプは、機器の壁面に簡単にねじ止めできる小型のタイプです。大型で重量のあるファン向けには「キューブ」タイプが最適です。機器の底面に取り付けられた防振部品の上に設置します。　製品名称「RadiPac」は、“Radial（遠心ファン）”と“Package（パッケージ）”を意味します。RadiPacは、すぐに設置が可能なうえ、簡単操作、簡単設置を可能にした最適設計のユニットです。

簡単設置：オールインワン – プラグアンドプレイ

精密インペラーGreenTech

ECモータドライバー

ユニットインレットリング

ファンインペラー、モータ、および制御システム

図1：ファン構成部品

7技術＆品質

図1a：特性曲線（RadiPacカタログより）

公称値

特性曲線

公称電圧範囲

周波数

回転数

最大入力

最大入力電流

許容雰囲気温度

技術的特徴と

電気接線図

型番 モータ VAC Hz rpm W A °C 遠心ファン kg

*3G 560 M3G 150-IF A 3相 380-480 50/60 1610 3,530 5.40 -25〜+40 P.85/M3) R3G 560 30.5

仕様は変更される場合があります 1） 最大負荷、AC 400 Vにおける動作点での公称値

4000 8000 12000 16000

0

200

400

0,8

1,6

600 2,4

800 3,2

1000 4,0

1200 4,8

1400

2000 4000 6000 8000 cfm

qV

p fs

Pa

in H

2O

m3/h

11

2

2

3

4

3

41

2

3

4

1

2

3

4

1610

1610

1610

1610

1750

1750

1750

1750

2247

2951

3530

3241

2938

3704

4600

4271

3,48

4,55

5,40

4,97

4,47

5,59

7,10

6,42

94

88

82

86

95

89

84

87

最高効率点 3

nmin-1

PedW

IA

LWAdB(A)

A

B

A

B

A

A

A

B

B

B

データ資料および ファン選択

それぞれの仕様に基づいて適切なファンを選ぶためには、信頼のおけるデータが必要です。そしてそれを実現するために、ソフトウェアを使用することができます。プラグファンRadiPacの特性は、製品の仕様書、およびカタログ等に記載されています（図1a、b、c）。また、ファン選択プログラム「プロダクトセレクタ」にも登録されています。ソフトウェアに登録されているebm-papstのファン性能データは、上記の測定値と一致します。実際の運用においてファンに求められる風量と静圧は、ファン選択の過程において最低限の基準となります。

最適なソフトウェア　仕様上の動作点は、測定で得られる動作点と常に一致するとは限りません。そのため、測定値の補間が必要になります。測定値の補間はファンの関連規格でも定めされています。ファンのインペラーにおいては、補間によって十分正確なデータを得ることができます。すでにご紹介しているとおり（6ページ）、ebm-papstのファンにはモータとドライバーユニットが含まれます。これらの組み立て部品は、ファンの関連規定には準拠せず、特に部分負荷の範囲で完全に異なる性能特性を発揮します。ファン選択ソフトウェアは、考えられるすべての動作点において、ファンの特性データを高い精度で予測するために最適化されています。

信頼のおけるデータ

（1）

（1）

（1）

技術＆品質8

4000 8000 12000 16000

0

200

400

0,8

1,6

600 2,4

800 3,2

1000 4,0

1200 4,8

1400

2000 4000 6000 8000 cfm

qV

p fs

Pa

in H

2O

m3/h

11

2

2

3

4

3

41

2

3

4

1

2

3

4

1610

1610

1610

1610

1750

1750

1750

1750

2247

2951

3530

3241

2938

3704

4600

4271

3,48

4,55

5,40

4,97

4,47

5,59

7,10

6,42

94

88

82

86

95

89

84

87

最高効率点 3

nmin-1

PedW

IA

LWAdB(A)

A

B

A

B

A

A

A

B

B

B

4000 8000 12000 16000

0

200

400

0,8

1,6

600 2,4

800 3,2

1000 4,0

1200 4,8

1400

2000 4000 6000 8000 cfm

qV

p fs

Pa

in H

2O

m3/h

11

2

2

3

4

3

41

2

3

4

1

2

3

4

1610

1610

1610

1610

1750

1750

1750

1750

2247

2951

3530

3241

2938

3704

4600

4271

3,48

4,55

5,40

4,97

4,47

5,59

7,10

6,42

94

88

82

86

95

89

84

87

最高効率点 3

nmin-1

PedW

IA

LWAdB(A)

A

B

A

B

A

A

A

B

B

B

プロダクトセレクタ　ebm-papstのプロダクトセレクタは、特に使いやすさを重視した、適切なファンを選択するためのソフトウェアです。このプログラムを使用することにより、あらゆる動作点でファンの動作が確認でき、特性データを収集することができます。また、実際の動作条件に限りなく近い

状態で動的な比較が可能です。気温、標高、設置スペースの情報も設定することができます。指定の性能範囲内に複数のファンが存在する場合は、表示される風量特性および音響データに基づき、最も適したファンモデルを選択することができます。また、選択したファンのライフサイクルコストを計算

することも可能です。指定された動作点において、吸込側および吐出側の各オクターブバンドでの音響パワーレベルと共に特性データが出力されます。本プログラムはDLLインターフェイスを介し、お客様のソフトのコンフィギュレーションプログラムに読み込まれます。

図1b：特性曲線（RadiPacカタログより）

図1c：特性データ

9技術＆品質

認定精度　出力される特性データは非常に正確であり、検査機関TÜV Südの認証を受けています。（図3）RadiPacシリーズの38のすべてのモデルで実施される検証測定によると、プロダクトセレクタが示す効率レベルの平均は、実際よりわずかに低い数値を表わします。検証測定にはどのような手順が採用されているのでしょうか？ RadiPacの製品ラインの中で、各ファンごとに15点（図2）の基準点が検査機関TÜV Südにより選ばれます。それらの点は、認証を受けたチャンバー試験装置を使用して測定されます。

そしてプロダクトセレクタが示す特性データと比較されます。その結果、プロダクトセレクタが算出する数値は実際の測定数値とほぼ同一であることが分かります。AHUガイドライン 01に準拠し、RadiPacシリーズのファンは最高の精度クラス0を取得しています（図4）。言い換えると、ebm-papstのRadiPacシリーズのファンは、納入の段階でプロダクトセレクタが示す効率レベルを上回る傾向にあるということになります。これにより、お客様には信頼のおけるファン選びを行っていただくことができます。

図4：ebm-papstのファンは、データ資料で示す効率レベルよりも高い効率レベルを発揮する傾向にあります。

精度クラス空気調和機（AHU）ドイツ製造業者協会 AHUガイドライン　01, 2013

  クラス 0  クラス 1  クラス 2

（DIN 24166準拠、10ページの図1参照）

図2：ebm-papstの全38モデルのファンに実施する検証試験

例：プロダクトセレクタが示すファンの特性図（K3G310-AX69-01, Test_Id. 159632, 159973）

1 … 15 基準点：実消費電力を測定するために選択された動作点

公称回転数 減速回転数

風量（qV） m³/h

静圧（p fs）

Pa

1250 50002500

200

400

600

800

1000

1200

3750

1

2 3

4 5

6

7

8 9

10 11 12

13

14

15

基準点の測定数

効率

偏差

Δη s

e

%

2

4

6

0

– 2

– 4

– 6 500 200 400 300 100

– 3

– 5

– 1

1

3

5

図3. 

技術＆品質10

製造

ebm-papstが目指すのは、最高の品質を誇るファンです。データ資料の特性データや適切なファンの選択については、ebm-papstが目指すファンの一部に過ぎません。製造日に関わらず、仕様が示すとおりの特性レベルを常に確保できるファンを製造することも重要な要素です。例えば、部品寸法や組み付けの誤差など（例：エナメル線の直径、または電子部品）、技術製品については一定の誤差が発生することは避けられません。許容誤差の限界を設定し、その設定値を越えないようにすることが大事です。それを管理するのが品質管理部門の役割です。偏差量の範囲が大きくなり、性能の低下が現れるほど、ファンの選択において許容誤差の設定範囲を大きくする必要があります。DIN 24166 –  "ファン；技術的引渡し条件"では、データ資料に記載された精度クラスおよび性能特性との許容誤差について定義されており、偏差制限はクラス0～ 3に分類されます。例えば、10 kW以下の小型のファンについては、精度クラス3が要求されています。（図1）

トップクラスのRadiPac　製造過程の最後に、すべてのRadiPacファンを対象に、納入される状態で性能偏差の検査を行います。この品質管理工程において、すべての電気的特性データが記録され、許容される製造公差内であるか確認されます。サイズ500mmのRadiPacファンの分析データが示しているとおり、ebm-papstは精度クラス１を取得しています（図2）。このクラスを取得した製造メーカーのファンは、カタログやプロダクトセレクタで示す数値と実際の性能の差が3％以内、総合効率においては2％未満の誤差でなければなりません。

計画における信頼性　データ資料に記載された数値と実際に納入された製品を比較すると、データよりも実際の消費電力は低く、また総合効率はデータよりも高いことが分かります。

その結果、導入したファンを実際に稼働してみて期待を下回ることはありませんし、低い性能を見越して必要以上に大きなファンを設置するなどの策を講じる必要もありません。

精度クラスは製造精度の指標

性能特性 クラス別偏差制限

0 (AN1) 1 (AN2) 2 (AN3) 3 (AN4)

風量（qv） ±1 % ±2.5 % ±5 % ±10 %

静圧 ∆pstat ±1 % ±2.5 % ±5 % ±10 %

入力電力（Ped） ±2 % +3 % +8 % +16 %

静圧効率 ηstat -1 % -2 % -5 % – (–12 %)

音響パワーレベル（dB(A)） +3dB(A) (+2dB(A)) +3dB(A) +4dB(A) +6dB(A)

*ISO 13348 による規定値でわずかに数値が異なります。（赤字）

図2：精度クラスにより、特性データと比較した製品に関する偏差が定義されています。RadiPacシリーズは精度クラス1を取得しています。これは、6953個のファンを測定した結果に基づくデータです。

図1： DIN 24166 (ISO 13348)*が定める精度クラス

クラス 0: 2 %クラス 1: 3 %クラス 2: 8 %

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

周波

数 (%

)

製品

数

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

入力電力 [W]

RadiPacシリーズの分析データ

11技術＆品質

技術＆品質12

入力電力

風量遠心型インペラーベアリングインペラー駆動

AC IECモータ（3相）

伝達装置例：ベルト用プーリー付きVベルト

動作点（DP）での静圧効率：

ファンの比較

実際に測定されたファンの効率は、モータ、駆動ユニット、制御システム、およびインペラーそれぞれの最大効率を掛け合わせたものに等しくはなりません。なぜでしょうか？

正しい 計 算 方 法　更新案件の場合には、さまざまなファンの特性データを取り寄せて比較することになります。計算に基づく特性値は、一般には実際の値とは乖離していることに留意してください。このような値は、個々のコンポーネント（モータ、駆動ユニット、制御システム、およびファンのインペラー）の最大効率値をカタログから集めて計算することが多いためです。しかし現実の状況下において、個々のコンポーネントが実際に最大効率を発揮するとは考えられません。最大限の効率値を掛け合わせた場合、実際の動作環境で可能な値よりもはるかに優れた値が得られます（図1）。このずれのため、 計算による値は実際の動作時のものよりもはるかに優れたものになります。現実

に即した値を得るため、ISO 12759:2010 "ファン−ファンの効率分類"には、設計時には測定した値を使用することが明確に推奨されています。

ebm-papstは高性能のインペラー、ECモータ、およびドライバーユニットを含む最小限の構成による、直ちに設置可能な完全なファンアセンブリーについて測定を行い、またそのアセンブリーを供給しているため、ebm-papstが提供する値は常に信頼できます。これらのコンポーネントについては最適な組み合わせが行われているため、60％を大きく超える静圧効率を得ることも可能です。これらの測定値はプロダクトセレクタに掲載されています。他のサプライヤーが示す、ebm-papstの値を大きく超えるものには非常に疑問があります。

RadiPacの計算値と実測値との比較

図1：ファンを構成する個々のコンポーネントの効率を掛け合わせても、全体としての正しい効率値は得られません。

13技術＆品質

最高の効率に加え、GreenTech ECモータによるRadiPacには他のファンと比較してさまざまな優位性が存在します。

設置作業 – シンプル、安全高性能インペラーがアウターモータのローターに直接取り付けられています。これによりスペースを節約すると共に、1度の締め付け作業により回転ユニット全体のバランスを取ることが可能です（図2）。ドライバーユニットとモータは一体化されています（図3）。制御回路が内蔵されているため外部の周波数変換器は必要なく、設置作業がさらに簡素化されています。モータシステム内のモータと回路は完全にマッチングされ、また互いに隣接しているためノイズ用フィルターやシールドケーブルの追加や、外部のモータ保護用サーキットブレーカーは不要です。したがって多大な費用を要する調整、接地、シールドなどの作業なしにシステムの使用を開始することができます。これは「プラグ＆プレイ」の送風テクノロジーと呼ぶことができます。

資源節約GreenTech ECモータは供給リスクを伴うことなく資源を節約します。商用電源を使うブラシレスDC同期モータ（BLDCまたはPMモータとも呼ばれます）の効率はクラスIE4をはるかに上回り、また問題となり得るレアアース含有磁石を使うことなくそれを実現しています。同等な効率を持つインナーロータータイプの永久磁石モータは、設計においてレアアース含有磁石を必要とします。したがってRadiPacこそがコンパクトさ、効率、使いやすさ、および持続可能性をすべて備えた送風用ファンソリューションであると言えます（図3）。

図2：ECモータはより小さな設置スペースしか必要としません。

+

+

周波数変換器を備えたACまたはPMファン GreenTech ECファン

＝「多くのトラブル」 ＝「プラグアンドプレイ」

図3：GreenTech ECモータ - オールインワンのソリューション

消費電力 最小効率

0.125 kW 42 %

0.5 kW 48.3 %

1 kW 51.5%

3 kW 56.5 %

5 kW 58.5 %

10 kW 62 %

エコデザインファンを対象としたエコデザイン指令（EU 327/2011）には、電気モータ駆動によるファンに求められる最小限の効率値が定められています。この規定は2013年に初めて導入され、2015年1月1日現在ではさらに厳しいものとなっています。これは入力電力125 W～500 kW、軸動力125 W～500 kWのすべてのファンに適用されます。ファンのタイプごとにそれぞれ達成すべき効率レベルが定められています。最小効率値の計算は上記の指令に記載されています。ebm-papst RadiPacシリーズのGreenTech ECファンは、いずれも2015年度の基準を達成しています。

2015年度エコデザイン指令に基づくRadiPac ECターボファンの最小効率基準

技術＆品質14

※ denaガイド「商工業のための換気技術」

要望に合わせた運用

外に面する壁がガラスのオフィスコンプレックス、日陰でも35℃に達する夏の日、密集している人々、最大限の換気と冷房が必要、メンテナンスやサービスが長期間不要 - システムに最大限の要求が加わる状況はこのように記述することができます。商業、公共施設、および産業向けにおいては、最大負荷が発生するのは1年のうちわずか数日に過ぎません（図1）。しかしそのような状況においても、必要な冷房と暖房、および最小限の換気回数を高い信頼度の下で確保しなければなりません。したがってシステムやファンの規模を決定するにあたっては最大負荷が発生する状況が重要となりますが、しかし運用期間全体を考慮した場合にはそれが最も重要とは言えません。

動作点と効率　ドイツのエネルギー当局であるdenaが発行した小冊子※には以下の推奨事項が記載されています。「短期的には1日のうちの時間帯、生産内容の変動、および天候条件によって動作点が変化する場合があります。中期的には季節変動の影響や生産能力の活用度が、長期的にはフィルターの透過抵抗増大が影響します。このような状況においては、動作点（最も条件が悪く、かつ性能への要求が最大になる点）を最高の効率を示す点に置いた設計は誤りとなります。この場合、最も多く見られる運転状況に動作点を置いた方が良い結果が得られます。

AHUのファンは一般に部分負荷の下で運用されます

15技術＆品質

技術＆品質16

.

1

消費

電力

►

[h]

24 0 48 72 96 120 144 168 [k

W]

12

24

時間 ►

0

理想的な手段は予想される負荷に基づいて最適化を行い、年間のエネルギーコストが最低となる特性曲線を選ぶことです。」　したがって風量を実際のニーズに合わせ続けることのできる機能を持つことが鍵となります。この機能はRadiPacにはすでに組み込まれています。幅広い範囲にわたって調整が可能なため、優れた効率を達成すると共に運用コストを引き下げます。これは周波数変換器を備えたACファンとGreenTech ECファンを比較することにより確認できます（図2）。示されている負荷状況（図3a、b、c）の下では、ECファンの効率が約28%上回っています。電力消費削減だけでなく、組み立てと設置コストがはるかに低いこと、軽量、および省スペースの設計などのメリットが存在します。

部 分 負 荷 の 下 で の 値　したがって運用コストを最小限に抑えるには、部分負荷が送風システムの計画や運転にあたって大きな重要性を持ちます。RadiPac ECプラグファンはこのための理想的なソリューションです。プロダクトセレクタにはファンを実測した特性データが含まれているため、このような運転状況を現実に即してシミュレートすることが可能です。これにより設計内容の信頼性が保証されます。

製品カタログとプロダクトセレクタに記載されているデータは、吸込側と吐出側がいずれも開放されたCategory Aの動作条件下で測定されているため、ファンどうしの直接比較が可能です（図4a）。

図1：1週間を通じたAHUの電力消費

典型的なオフィスに設置されたAHUの1週間の電力消費

図3a、b、c：周波数変換器付きの標準的な同一出力規格のACモータと比較した場合、GreenTech ECモータの効率は検証した負荷 プロファイルの下で約28%優れていました

1 2 43 5 6

3000

2500

2000

1500

1000

500

年

コス

ト/€

標準のACモータ + VFD

GreenTech ECモータ

累計節約額

400 800 1200 1600 2000 2400 2800

200

400

100

20

600

30800

40

1000 5060

qV

p sf

Pa %η

ed

m3/h

25 %

50 %

75 %

ブースト

ηed：GreenTech ECモータ

ηed ：標準のACモータ + VFD

100 %

25 % 50 % ブースト75 % 100 %

10 %

20 %

50 %

30 %

40 %

qV

t

m3/h

17技術＆品質

.

図2：周波数変換器、正弦波フィルター、および保護回路を持つIEC-E2とebm-papstのGreenTech  ECモータを比較

送風ユニットに使用されるファンは、 通常は限られた設置空間内で動作します。ファンの選択にあたっては、これによる風量特性の低下を考慮する必要があります（図4b）。　ebm-papstが提供している値はお客様からの要望に加え、想定される運転状況に基づいています。プロダクトセレクタでは換気システムの設置場所やファン設置に利用できる設置空間など、ファンの選択に影響を及ぼすさまざまな要因を考慮することができます。これによりすべての範囲にわたって正しい値が得られ、エネルギー効率だけでなく運用やライフサイクルコストなどを高い信頼性の下で検証することができます。ebm-papstが提供する現実的な電力消費や特性値を使えば、予想される特性値を実際の現場でも達成することが可能です（図4c）。このようにして適切なファンの選択が保証されます。

図4a 図4b

図4c：プロダクトセレクタの「設置空間による影響」ではAHUのサイズを入力します。

技術＆品質18

継続的な開発プロセス

制御やエネルギー効率などの改善を求めるユーザーからの声に応え、プラグファンの技術には常に改良が加えられています。ドイツではエコデザイン規制と呼ばれるEnEV（Energy Conservation Regulation）やEVPG（Energy-related Products Act）などの法規制は、このような側面への認識を大きく高めました（20ページの「エコデザイン」欄参照）。またエネルギーコストの上昇に伴い、経済的側面も重要な要素となっています。運用されているファンの数が拡大するほど、エネルギー効率の改善がさらに大きく貢献します。

継続的な改善　ドイツのムルフィンゲンを拠点とするモータとファン専門企業のebm-papstは、環境とお客様の経済的利益の両方に貢献する継続的改善に長年にわたって取り組んできました。たとえば送風専用に設計されたRadiPacシリーズのプラグファン（19ページの図1）に関しては、特にエネルギー効率、騒音低減、および風量特性を中心として改善が続けられています。

最先端のモータ　まず最初に検討の対象となるのは使用するモータです。アウターローターのGreenTech ECモータの場合、ドライバーユニットとより高品質のステータ鉄心による効率改善が

行われています。エネルギー的に最適化された、商用電源を使うブラシレスDC同期モータ（BLDCあるいはPMモータとも呼ばれます）による効率レベルは、IEC 60034-30のIE4クラスに求められている値をすでに大きく超えています。さらにこのアウターローターモータは、「シンプル」で安価な、かつ最も重要なこととして容易に入手できるフェライト磁石により動作します。言い換えれば、問題が付きまとうレアアース含有磁石に依存することなく90％を超える効率を達成します（20ページ参照）。

送風技術のための「プラグ＆プレイ」プラグファン

必要とされる出力

入力 変換

入力電力 Ped

入力電力 Ped

入力電力 Ped

風量 Pu

風量 Pu

風量 Pu

EC ‒ ダイレクト駆動ファン

新EC ‒ ダイレクト駆動ファン

AC電源駆動のファン

損失

損失

損失

VFD*

内臓VFD*

内臓VFD*

ベアリング内臓モータ

ベアリング内臓モータ

ベルトドライブ

ベルトドライブなし

ベルトドライブなし

インペラー

インペラー

インペラー用ベアリングなし

インペラー用ベアリング

インペラー用ベアリングなし

* VFD（可変周波数駆動装置）

新インペラー

100 %

100 %

100 %

図1：新RadiPac

19技術＆品質

図1：新しいRadiPac。改善は主にインペラーへの空気吸込み部、インペラーに対するアウターローターの位置、およびインペラーのブレード形状について行われました。

後 継 機 種： 常 に 改 善 の 余 地 が 存 在　 しかし2010年から計画された現行シリーズの製品はすでにその最盛期を過ぎており、送風技術に新たな基準を打ち立てるよう設計された後継機種による置き換えが進んでいます。あらゆる革新と改善は旧機種を上回るものでなければならないというebm-papst創立者のゲルハルト・シュトルムが打ち立てた原則は、このように再び現実の製品に反映されています。

新しいECドライブは、送風や空調システムにまだ広く使用されている従来のACドライブと比較し、エネルギー効率の点ではるかに優れていることが繰り返し示されています。しかしファンについてはインペラー、モータ、ドライバーユニット、およびハウジングから構成された完全なシステムとして考えることが重要です。したがって省エネ効果を最大限に高めるためには、電気的な接続からインペラーからの空気の吐出、さらにはAHU内の送風ユニットの設置状況にいたるまですべての面にわたって改善の対象とする必要があります（図2）。

1 2 3 4

入力

電力

Ped

風量

Pu 1

00%

5

新RadiPac

旧RadiPac

空力的損失

ドライバーユニット部損失

設置環境損失

モータ部損失

図2：この最適化は目覚ましい効果を発揮しました。このモータと流路の改善により、サイズ400のRadiPacファンでは最大10%の効率改善が得られました。

技術＆品質20

図3：GreenTech ECテクノロジーを採用したアウターローター：ローターは巻線を持つステーターの内部ではなくその周囲を回転し、レアアース含有磁石を必要としません。

レアアース含有磁石に依存しないアウターローターのECモータでは、固定部すなわちステーターと巻線は内部に置かれ、可動部である永久磁石内蔵のローターが外側に置かれます（図3）。この外部にあるローターが内部のステーターの周りを回転します。この配置だけでも、アウターローターモータは同じ外寸、同じ磁石システム、および同じ磁石厚みのインナーローターモータよりも高いトルクを（磁石の量、エアギャップ、半径を通じて）発揮し、より少量の磁石、狭い空隙面、および小さな半径を実現します。ファン設置領域の自由度を賢く活用することにより、ハードフェライトを使うアウターローターモータも、レアアース含有磁石を使

う自由度（体積、重量）の限られたインナーローターモータに匹敵するトルクと効率を得ることができます。サーボ駆動とは異なり、ファンの動作が非常に動的である必要はありません。むしろその逆に、スムーズな起動と加速特性を得るためには一定の慣性モーメントが必要です。これはGreenTech ECファンがレアアース含有磁石なしでも問題なく動作し、はるかに安価であるだけでなく価格が変動しない市場から入手可能なフェライトを使用できることを意味します。

エコデザインファンを対象としたエコデザイン指令（EU 327/2011）には、電気モータ駆動によるファンに求められる最小限の効率値が定められています。この規定は2013年に初めて導入され、2015年1月1日現在ではさらに厳しくなっています。これは入力電力125 W ～ 500 kW、軸動力125 W～ 500 kWのすべてのファンに適用されます。ファンのタイプごとにそれぞれ達成すべき効率レベルが定められています。最小効率値の計算は上記の指令に記載されています。ebm-papst RadiPacシリーズのGreenTech ECファンは、いずれも2015年度の基準を達成しています。

21技術＆品質

体系的アプローチ

GreenTech ECモータはそれ以上望めないほどの効率を備えています。とは言え、モータの効率が高くてもシステム（AHU）全体の効率が高いとは必ずしも言えません。測定結果からは、優れたRadiPacファンであってもまだ改善の余地が存在することが示されています。このためebm-papstでは改めて空気の流れの検証を進めています。

詳細な損失分析と定量化に続き、インペラーへの空気の吸込み部、インペラーに対するアウターローターの位置、およびインペラーのブレード形状を主とした改善が行われています。空気の流れを改善すると共に（図1）、効率改善と騒音低減が目指されました。これは大半の用途においてはファンからの騒音が重要な考慮事項のひとつとなるためです。

空気の流れの改善

図1：新しいRadiPacの最適化にあたっては、AHU内での空気の流れ全体が考慮されました。

技術＆品質22

100 200 300 400 500 600 700

Hz

dB

周波数 ƒ

音圧

レベ

ル L

p

40

50

60

70

80

85

75

65

55

45

35

FlowGridあり

FlowGridなし

800 900

RadiPac ø250を使った薄型空調ユニット

図2：ブラグファン用FlowGridエアインレットグリル。

図3：測定結果：FlowGridは音圧を下げ、可聴域の騒音を大きく軽減します。

エアインレットグリル（Fフ ロ ー

lowGグ リ ッ ド

rid）設置スペースは限られていることが多く、その改善としてさまざまな程度の乱流が発生します。ファンを最適化しても、このような流入する空気の乱れを打ち消すことはできません。しかし設置状況から生じる乱流はファンへの空気の流入を変更あるいは最適化することによって軽減可能であり、これはまた不快感を引き起こす低周波数騒音の低下にも寄与します。このため流入する空気を整える、特殊なエアインレットグリルがオプション用として開発されました（図2）。このグリルは流入する空気から騒音源となる乱流を劇的に軽減します。これにより建物の構造やハウジング内の設置状況にかかわらず、ファンの騒音を試験室での状況と同等に抑えることが可能になりました（図3）。

23技術＆品質

インレットノズル　システムとして優れた性能を得るには、コンポーネントをインテリジェントに組み合わせることが鍵となります。このため新しいRadiPacファンのインレットノズルは、空力学的に最適化されたブレードを持つインペラーに完璧にマッチするよう設計されています。これにより吸込み部での乱流が軽減され、風量の損失が減ると共に不快な騒音源のひとつも解消されます。また明確に定義された流れを隙間において作るため、インレットノズルからインペラーのカバープレートまでの推移部も改良されています。乱流によって流れの有効断面積が減少しますが、これによる影響もこの改良によって軽減されます。これもシステム全体の効率をさらに高めます。ユーザーが設置をさらに容易に行えるよう、風量測定のため最適な位置に置かれた圧力タップも標準装備として提供されています。

新しいブレード形状　新しいアルミニウム製翼形ブレードの設計と空力特性も効率を高めています。中空構造によりインペラーの重量を最小限に抑えながら剛性を最大限に高めています。またこの極めて高い剛性により高い円周速度にも対応することができます。

通過流　ブレードの吸込みは緩やかな丸みを持つため損失がほとんど発生しません。形状に留意したブレードの外形が損失を最小限に抑えながら空気を送り、また薄い後縁部によりインペラーはほとんど乱流を作り出しません。特殊な形状を持つインペラー底板のため、吐出する空気のほとんどは軸方向に沿って流れます。これによって空調機器では偏りによる損失が軽減され、また設置された状態での圧力低下も減少します（図4）。さらに騒音も低いレベルに抑えられます。

最適化されたモータの位置　インペラー内でのモータの位置も、ファンユニット全体のコンパクトさと空力学的に最適なモータ位置とを両立させるため改善されています。プラグファンのインペラーはローターに直接、つまりアウターローターの「ハウジング」に直接取り付けられています。これにより軸方向の長さが短縮され、またファンからの吸込み空気によりモータが冷却されるため冷却状況も改善されます。さらにローターとインペラーから構成された回転体全体も、振動の極めて少ない運転を実現するため生産時点で2面で動的に釣合い調整（等級G63）をしています。

図4：このような改良による効率への影響はフローシミュレーションにより判断されます。吐出特性が最適化されています。

技術＆品質24

図5：ebm-papstのファンはインペラーだけではありません。少なくとも以下のコンポーネントから構成され、最適化されたユニットを意味します。インレットノズル、GreenTech ECモータ、およびドライバーユニットを備えた高精度のインペラー。

個々のコンポーネントではなくシステムとしてのコンセプト　これもプラグファンが持つ大きな魅力のひとつです。インレットノズル、GreenTech ECモータ、およびドライバーユニットを持つ高性能のインペラーと共に、送風用のRadiPacシリーズの製品には直ちに設置可能なファンユニットを提供するための他の機械的コンポーネントも含まれています（図5）。たとえば非同期またはPMモータを使用する他のコンセプトとは対照的に、ユーザーはモータ、周波数変換器、およびインペラーを個々に購入、取り付け、接続、および相互の調整を行う必要がありません。

プラグ＆プレイ　さらにRadiPacファンではモータと回路がシステムに内蔵され、完璧な形で整合性が取られると共に互いに隣接して配置されているため、ノイズフィルターやシールドケーブルを追加する必要もありません。モータ用に外部に設置するサーキットブレーカーも不要です。これが送風技術のプラグ＆プレイです。ebm-papstが公式に提供しているプロダクトセレクタ（図6）を利用することにより、実測したファンの特性値に基づきそれぞれの運用状況について現実的な特性確認が可能です。これによって設計の際に絶対的な信頼性が得られます。

　ECモータでは一般的な連続可変式の速度制御も、ファンの性能と個々の状況とを正確に合わせるうえで役立ちます。通信には標準的な0～ 10 V DC/PWM入力もModbus-RTUインターフェースも利用可能です。

製品の選択が容易に　追加の機能として、また適切なファン選択を支援するため、ebm-papstはお客様の機器への組み込みを目的とした「Black Box」モジュールを内蔵した「プロダクトセレクタ」ソフトウェアを用意しています。この新しいファン選択プログラムを使えば動作点に基づくRadiPacファンの選択が可能です。指定の出力範囲内に複数のファンが存在する場合、表示される風量特性および音響データに基づき、最も適したファンを選択し、特性データを作成することができます。また、選択したファンのライフサイクルコストを計算することも可能です。動作点に加え、異なるファンの選択によるライフサイクルコスト図表の作成も可能です。これらはPDFフォーマットで作成でき、ファンの公称データだけでなく、指定された動作点における特性データと吸引側および吐出側の各オクターブバンドでの音響パワーレベルも含めることができます。

25技術＆品質

図6：このプロダクトセレクタには部分的負荷の下での実測値を含め、ファンの運転特性に関連するすべてのデータが示されます。

技術＆品質26

27技術＆品質

比較優れた評価結果

技術＆品質28

図1：これらの特性曲線は認証済み試験スタンドにおいて、ファン単体（開放状態）とAHU内に設備した状態で測定した、サイズ400の「旧」と「新」機種の比較を示しています。

認証済み試験スタンドebm-papst は認定メーカーとして、空気調和機（AHU）製造業者協会のガイドラインが定める以下の試験スタンドの基準に準拠します。「各部品に修正や改造が施されていないことを条件に、指定の試験ファンを吸込み側チャンバー試験装置に設置し、最新版DIN EN  ISO 5801:12-2010  (ISO 5801:2007 incl.  corr. 1:2008)に準拠した試験を実施した場合に限り専門／テストレポートを承認します。」

LWA

ηse

RadiPac 直径400「新」RadiPac 直径400「旧」RadiPac 直径400 AHU内「新」RadiPac 直径400 AHU内「旧」

優れた評価結果　図1と図2の「旧」と「新」に示すように、最適化によって優れた結果が生み出されています。送風ユニットの改善によりRadiPacファンの全体としての効率は10％以上改善し、また騒音レベルは3 dB（A） 以上削減されています。この効率改善はより大きな風量を生み、言い換えればこの新しいファンはより高い動作点を実現しています。　この測定は公式（TÜV）な、風量特性と騒音値を同時に測定することのできる空力音響試験規格（「認証済みの試験設備」参照）に基づいて行われています。チャンバーまたはコンビネーション試験装置は、ハイインピーダンスの床と、音響測定精度クラス１に相当する２つの低反射チャンバーで構成されています。風量特性の測定は最大100,000m³/時、静圧3,000 Paまでの範囲について行うことができます。

フリーインレットとフリーアウトレットによるカテゴリーAの測定では、一定のテスト規格に従う必要があります。

29技術＆品質

図2：これらの特性曲線は認証済み試験スタンドにおいて、ファン単体（開放状態）とAHU内に設備した状態で測定した、サイズ560の「旧」と「新」機種の比較を示しています。

LWA

ηse

RadiPac 直径560「新」RadiPac 直径560「旧」RadiPac 直径560AHU内「新」RadiPac 直径560AHU内「旧」

P fs

qv

400

800

1200

1600

Pa

4000 8000 12000 16000 20000 m3/h

12

34

56

7in

wg

1020

3040

5060

70dB

(A)

8090

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 cfm L WA

実際に即した動作条件送風ユニットに使用されるファンは、通常は限られたスペース内で運転します。ファンの選択においてはこれによる風量特性の低下を考慮する必要があります。ebm-papstでは実際の設置条件を考慮しています。比較のための測定ではAHU内にファンを取り付けます。サイズ400のファンの場合は900 x 900 x 760 mmの設置空間寸法になります。サイズ560の場合の設置空間は1230 x 1230 x 760 mmです。ファンはいずれもAHU内の中央に取り付けられます。

この図では設置スタンドにおけるAHU内の設置状態を表しています。

技術＆品質30

図4：AHUにてサイズ400と競合製品を直接比較。設置条件は上記参照。

– RadiPac サイズ400「新」– ECアウターローターモータによる

競合製品1– PMモータによる競合製品2

実際に即した動作条件送風ユニットに使用されるファンは、通常は限られたスペース内で運転します。ファンの選択においてはこれによる風量特性の低下を考慮する必要があります。ebm-papstでは実際の設置条件を考慮しています。比較のための測定ではAHU内にファンを取り付けます。サイズ400のファンの場合は900 x 900 x 760 mmの設置空間寸法になります。サイズ560の場合の設置空間は1230  x 1230 x 760 mmです。ファンはいずれもAHU内の中央に取り付けられます。

ebm-papstは市場における非常に高性能なファンとの比較においても、常にそれらを上回る性能を発揮しています。この比較は400と560の2つのサイズについて行い、また測定は実際の使用状況に近い同一の設置条件下で行っています（図3）。

31技術＆品質

図5：AHUにてサイズ560と競合製品を直接比較。設置条件は上記参照。

– RadiPac サイズ560「新」– ECアウターローターモータによる

競合製品1– PMモータによる競合製品2

この図では設置スタンドにおけるAHU内の設置状態を表しています。

ebm-papst 新RadiPac（緑）対：–  ECアウターローターモータを使う競合製品（青）–  PM（永久磁石）インナーローターモータとドライバーユニットを使う競合製品（赤）図には風量特性、総合効率、および騒音レベルを示します。ebm-papst RadiPacの優位性は特性曲線から明らかです。

技術＆品質32

ECモータ　ECモータの性能は、建物内でのファンやポンプの駆動モータだけには留まらず立証されています。卓越した効率性に加えて他に例のないコンパクトさと極めて静かな動作を備えたECモータの利用が、キャビネットやPCS、最新の農業機械の冷却などの用途に拡大しています。

テ クノロ ジ ー　ECモータはたとえばPMモータに非常によく似ています。 いずれのタイプも磁石が取り付けられたローターを持ち、ステーターに励磁巻線が備えられています。　ECとPMモータはその設計上、広く使用されている非同期モータ（ACモータ）よりも常に優れた効率を発揮します。これはモータからの出力が低く、速度も低い場合に特に適用されます。

IE4クラスの達成　エネルギー効率を最適化した、商用電源によるブラシレスDC同期モータ（BLDCまたはPMモータとも呼ばれます）の効率は、（IEC 60034-30

に基づく）クラスIE4の基準をすでにはるかに上回っています。

周波数変換器の動作　ebm-papstのECモータには必要な制御回路が最初から組み込まれています。これによりEMC （ノイズ）の問題が発生したときには装置にいずれかの転送ポイントに接続するだけで済みます。

典型的な用途　ECモータは建物用のみには留まらず、多くの分野のファンのための駆動装置として確立しています。アウターローターの設計は、軸流またはプラグファンのインペラーをアウターローター上に直接に取り付けられるため送風用に最適です。

注目　ECモータはさまざまな用途に使用されています。しかしBLDC、EC、およびPMモータはいずれも非常に似通った特性を備えていますが、これらの名称に大きな意味はなく、重要なことは次のとおりです：ebm-papstの 純正GreenTech ECモータは、調達などが問題となりがちなレアアース含有磁石を使うことなく動作します。

システムの最適化：ポテンシャルを備えたコンセプト　出力レンジが10 kW未満の場合、効率的なECモータを使用することにより電力消費を10％を大きく超えて削減できます。これをニーズに合わせて変化する風量特性、言い換えれば速度制御装置と組み合わせることによって50％あるいはそれ以上の削減も可能です。ECモータは周波数変換器によるACモータと比較し、特に部分的負荷の下においてはるかに効率的に動作します。またファンの吸込流と吐出流の経路を最適化することによって効率をさらに高めることができます。これはスペースの不足のため実現できない場合がよくありますが、新しいRadiPacインペラーの優れた特徴がこのような状況で役立ちます。インペラーから吐出する空気は、送風ユニット内の吐出方向に曲げられる際に事実上損失を生じないように誘導されます。このことは新しい世代のインペラーを開発するにあたり、ebm-papstが採用している系統立った取り組みを示しています。

事実

33技術＆品質

50 60 70 80 9010 20 30 40 100

部分負荷 % [P = 3 kW]

ηse

�

50

55

60

65

EC RadiPac「新」EC RadiPac「旧」プラグファン＋PMモータ

%

45

%0

1)

1)2)

ドレスデンのILKにより測定AHU内で測定されたサイズ400のプラグファン

送風ユニットとモータの改善により、RadiPacファンの効率は全体として8%を超える改善を達成しました。これは緑と黒の曲線に示されています。

ドレスデンのInstitute of Air Handling and Refrigeration（ILK）が作成したレポートの全文は www.ebmpapst.com/ilkでご覧いただけます。

旧と新タイプのサイズ400 RadiPacファンを比較。この結果は1）ドレスデンのInstitute of Air Handling and Refrigeration（ILK）により作成されたILK-B-31-15-3981a（2015年9月3日付）レポート、および2）ebm-papstの自社ラボでの測定から得られたものです。この研究の詳細についてはwww.ebmpapst.com/ilkをご覧ください。

技術＆品質34

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線1：第三者機関(ILK)で測定（緑色：New RadiPac　灰色：プラグファン+PMモータ）線2：社内設備での測定（点線：RadiPac）＊詳細は www.ebmpapst.com/ilk でご確認ください

更に高性能へthe new RadiPac

The engineer’s choice

ebmpapstの技術を余すところなく結集させたNew RadiPacが空気調和機の新しいステ－ジへ　（第三者機関ILK 空気冷凍研究所で空調機に入込測定・実証）- コンパクトな形状　　　- 可変速駆動　　- MODBUS制御- 空気力学応用翼型羽根　- 最適化されたインレットノズル　- 堅牢な設計もっと詳しい情報をご説明致します。ebm-papst Japan 株式会社Tel 045-470-5751 www.ebmpapst.jp