モーターの損失を減らしたい

モーターが熱い。電気代を下げたい。省エネの計画で、モーターの効率を上げるよう求められた。モーターに入った電気のうち、仕事にならなかった分が損失で、そのほとんどが熱になります（編集部の解説）。損失は、銅損・鉄損・機械損などに分けられ、どの損失が大きいかによって、効く対策が変わります。

このページでは、まず損失の種類と効率の関係を説明し、4kW の三相誘導モーターを例に、効率のクラスで損失と電気代がどう変わるかを計算します。そのあとで、運転のしかたで変わる損失と、損失を減らす方法を、どの損失に効くのかと合わせて紹介します。

モーターの損失は、5つに分けて考える

誘導モーターの損失は、一次銅損・鉄損・二次銅損・機械損・漂遊負荷損に分けられます（三菱電機技報、2017年）。効率は、出力を入力で割った値で、入力は出力と損失の和です。

効率 η ＝ 出力 ÷ 入力 ＝ 出力 ÷（出力 ＋ 損失）
損失 ＝ 出力 ×（1 ÷ η − 1）

損失	どこで出るか	主に何で決まるか
一次銅損	固定子の巻線	電流の2乗 × 巻線の抵抗。抵抗は温度で上がる
二次銅損	回転子の導体（かご形の導体）	回転子に流れる電流。永久磁石のモーターにはない
鉄損	主に固定子の積層鋼板	ヒステリシス損と渦電流損。周波数・磁束密度・板厚で変わる
機械損	軸受・冷却ファン	軸受の摩擦と、回転子の回転に伴う風損
漂遊負荷損	鉄心や導体の各所	全損失から上の4つを引いた残り。主に空間高調波による

経済産業省の総合資源エネルギー調査会の資料は、誘導モーターの損失の構成の一例として、一次銅損40％、鉄損30％、二次銅損16％、機械損12％、漂遊負荷損2％を示しています（何 kW・何極のモーターかは書かれていません）。

銅損：電流の2乗と、巻線の温度で増える

銅損は、電流の2乗 × 巻線の抵抗です。銅の抵抗は温度で上がり、温度 θ1 での抵抗 R1 と θ2 での抵抗 R2 には、R2 ÷ R1 ＝（θ2 ＋ 234.5）÷（θ1 ＋ 234.5）の関係があります（抵抗法の式を変形した関係）。巻線が20℃から75℃になると、抵抗は約1.22倍になり、同じ電流なら銅損も約22％増えます（編集部の計算）。

鉄損：周波数と板厚で増える

鉄損は、磁界の向きが変わるたびに出るヒステリシス損と、鋼板の中に流れる渦電流による渦電流損の和です。ヒステリシス損は周波数に比例し、古典的な渦電流損は、正弦波で励磁する場合、板厚の2乗・周波数の2乗に比例します（大阪府立大学の博士論文の式から）。そのため、回転数を上げて周波数が高くなるほど、薄い電磁鋼板が効きます。

日本製鉄の無方向性電磁鋼帯のカタログの代表例では、400Hz・1.0T の鉄損（W10/400）が、板厚0.50mm の 50HX350 で 29.2W/kg、0.35mm の 35HX230 で 16.1W/kg、0.20mm の 20HX1200 で 10.8W/kg です。一方、50Hz・1.5T（W15/50）では 3.06・2.12・1.97W/kg で、差は小さくなります（鋼種も違うので、板厚だけの効果ではありません）。

機械損と漂遊負荷損

機械損は、軸受の摩擦と冷却ファンなどの風損です。日本精工は、軸受による損失はモーターの消費電力の1％程度と少ないとしています（2018年）。漂遊負荷損は、全損失から銅損・鉄損・機械損を引いた残りで、空間高調波による損失が主です（三菱電機技報）。

出典：誘導電動機の高効率化技術（三菱電機技報 2017年12月号）｜三菱電機、三相誘導電動機の現状について（総合資源エネルギー調査会 資料、2013年）｜経済産業省、抵抗法（用語集）｜高砂電気工業、各種モータの特性に及ぼす無方向性電磁鋼板の磁気特性の影響に関する研究（2014年）｜大阪府立大学、無方向性電磁鋼帯（カタログ）｜日本製鉄、高効率モータ用省エネ軸受を開発（2018年）｜日本精工

計算例：4kW モーターの効率クラスと損失

4kW・4極・50Hz の三相誘導モーターで計算します。効率は、IE1〜IE3 が日本電機工業会の対比表の値（JIS C 4034-30 に対応する IEC 60034-30 の値）、IE4 が IEC 60034-30-1:2014 の最低効率値（ABB の技術資料の表）です。年間の運転時間と電気料金は、説明のための仮定です。

項目	値	根拠
モーター	4kW・4極・50Hz の三相誘導モーター（定格負荷）	説明のための例
効率 IE1／IE2／IE3	83.1％／86.6％／88.6％	日本電機工業会（JEMA）の対比表
効率 IE4	91.1％	IEC 60034-30-1:2014 の最低効率値（ABB の技術資料の表）
年間の運転時間	6,000時間	説明のための仮定
電気料金	20円/kWh	説明のための仮定

手順1：効率から損失を出す

損失 ＝ 出力 ×（1 ÷ η − 1）です。IE3 なら 4,000W ×（1 ÷ 0.886 − 1）≒ 約515W。同じように、IE1 は約813W、IE2 は約619W、IE4 は約391W です。IE1 から IE3 にすると、損失は約37％減ります。

手順2：年間の電力量と電気代にする

損失の電力量は、損失 × 運転時間です。IE3 では 0.515kW × 6,000h ≒ 3,088kWh、電気代にすると約6.2万円です。IE1 との差は年間約1,793kWh、約3.6万円になります。

効率クラス	効率	入力	損失	年間の損失電力量	損失の電気代（年）
IE1	83.1％	4.81kW	約813W	約4,881kWh	約9.8万円
IE2	86.6％	4.62kW	約619W	約3,714kWh	約7.4万円
IE3	88.6％	4.51kW	約515W	約3,088kWh	約6.2万円
IE4	91.1％	4.39kW	約391W	約2,345kWh	約4.7万円

手順3：損失の内訳を当てはめる（参考）

IE3 の損失 515W に、経済産業省の資料の「損失の構成の一例」を当てはめると、一次銅損 約206W、鉄損 約154W、二次銅損 約82W、機械損 約62W、漂遊負荷損 約10W になります。これは一例の割合を機械的に当てはめた参考値で、4kW のモーターを測った内訳ではありません。実際の内訳は、モーターの種類・大きさ・負荷で変わります。

手順4：巻線の温度で銅損が変わる

一次銅損が、巻線20℃のときに 200W だったとします。75℃では 200W ×（75 ＋ 234.5）÷（20 ＋ 234.5）≒ 約243W、115℃では約275W です（電流が同じ場合。編集部の計算）。冷却を良くして巻線の温度を下げることは、銅損を減らすことにもつながります。

条件を変えると、損失はこう変わる

条件	計算	損失・動力	条件1との比
1. IE3・定格負荷	4,000 ×（1 ÷ 0.886 − 1）	約515W	1
2. IE1 のまま	4,000 ×（1 ÷ 0.831 − 1）	約813W	約1.58
3. IE4 にする	4,000 ×（1 ÷ 0.911 − 1）	約391W	約0.76
4. 20℃で一次銅損 200W の巻線が 75℃→115℃	×（115 ＋ 234.5）÷（75 ＋ 234.5）	銅損 約243W→約275W	銅損が約1.13倍
5. ファンを回転数80％で回す（インバーター）	軸動力 ∝ 回転数の3乗：0.83	軸動力 約51％	（損失ではなく動力そのもの）

この例では、効率クラスの違いで損失が約391W から約813W まで、2倍ほど変わります。一方、ファン・ポンプでは、回転数を下げることによる動力の減り方のほうがずっと大きくなることがあります（次の節）。損失を減らすか、そもそも必要な動力を減らすかを、分けて考えます。

出典：トップランナーモータ基準値と IE コードとの対比表｜日本電機工業会、Technical note IEC 60034-30-1（2018年、英語）｜ABB、三相誘導電動機判断基準小委員会 最終取りまとめ（2013年）｜省エネルギーセンター、三相誘導電動機の現状について（総合資源エネルギー調査会 資料、2013年）｜経済産業省、抵抗法（用語集）｜高砂電気工業

運転のしかたで、損失と動力が変わる

モーターの効率は、カタログの定格負荷の値だけでは決まりません。回転数の決め方、インバーターの使い方、冷え方によって、実際に使う電力は変わります。

ファン・ポンプは、回転数を下げると動力が3乗で減る

ファンやポンプでは、風量や流量は回転速度に比例し、使う電力は回転速度の3乗に比例して減ります（日本電機工業会）。回転数を80％にすると、軸動力は 0.8³ ≒ 51％です。中小機構の J-Net21 は、締切圧力が運転点の1.4倍・実揚程が定格揚程の0.3倍と仮定した試算で、ポンプの流量を半分にしたとき、吐出し弁で絞ると定格電力の65％、インバーターで回転数を下げると24％としています。インバーターが有効なのは、実揚程が小さく、流量比で30〜80％程度までとしています。

日本電機工業会の計算例では、7.5kW のファンを風量85％で1年（8,760時間）運転すると、誘導モーター（IE1）とダンパでは約6万8,300kWh、インバーターで回転数を下げると約5万4,300kWh、永久磁石モーター（PM モーター）とインバーターでは約4万9,200kWh です。

インバーターで回すと、高調波で損失が増える

日本電機工業会の指針は、インバーターで回すと、電流の高調波成分でモーターの損失が増え、商用電源で回すより温度上昇が高くなる傾向があるとしています。また、回転数を下げると、モーターの軸に付いた冷却ファンの風量も減って冷えにくくなるため、負荷によっては低速で使えないことがあります。日本製鉄の技報は、インバーターで励磁したときに鉄損が増えるのは、渦電流損が主な要因と考えられるとしています。

出典：インバータ駆動する場合の適用指針（2024年度版）｜日本電機工業会、ポンプのインバーター制御の省エネ効果（エネルギー効率化 Q&A）｜中小機構 J-Net21、PM モータ（パンフレット、2014年）｜日本電機工業会、日本製鉄技報 第411号（2018年）｜日本製鉄

損失を減らす方法と、どの損失に効くか

損失を減らす方法は、モーターを替える方法（高効率モーター・PM モーター）、モーターの中の材料と作り方を変える方法（電磁鋼板・鉄心・巻線）、使い方を変える方法（インバーター・冷却）に分けられます。どれを選ぶにも、まず損失がどこで出ているかを測ることが出発点です。

方法	どの損失に効くか	出典の例	相談できる企業
高効率モーター・PM モーターに替える	全体（PM は二次銅損がない）	IE1→IE3 で損失約37％減（計算例）	エスコ
インバーターで回転数を下げる	必要な動力そのもの	流量半分で 65％→24％（J-Net21 の仮定の試算）	スマック
電磁鋼板と鉄心の作り方	鉄損	400Hz で 29.2→10.8W/kg（鋼種の例）	守谷刃物研究所、ブライテック
巻線の占積率を上げる・高密度のコイル	一次銅損	占積率 69％→76％（三菱電機）	セルコ（高密度のコイル）
軸受・ファンを見直す	機械損	軸受の損失を最大8割低減（日本精工）	―
損失を測って分ける	どれが大きいかを知る	効率マップ、鉄損の分布	スマック、ブライテック、エスコ

高効率モーター・PM モーターに替える

2015年4月から、三相誘導モーター（0.75〜375kW など）はトップランナー制度の対象になり、基本的に IE3 レベルの効率が求められています（日本電機工業会）。古い IE1 クラスのモーターを使い続けている設備では、置き換えだけで損失が大きく減ります。

永久磁石モーター（PM モーター）は、回転子に二次銅損がないため、高効率にできます。日本電機工業会のパンフレットは、誘導モーターの損失を100％としたとき、PM モーターでは60％になる例を示しています。誘導モーターでも、TMEIC の IE4 クラスの例（4極75kW）では、IE1（92.6％）から IE4（96.1％）にすると損失が約50％減るとしています。

インバーターで回転数を下げる

ファン・ポンプのように、ダンパや弁で流量を絞っている設備では、インバーターで回転数を下げると必要な動力そのものが減ります。J-Net21 は、実揚程が小さく、流量比で30〜80％程度までが有効としています。インバーターで回すと高調波で損失が増え、低速では冷えにくくなるので、モーターがインバーター駆動に対応しているかを確かめます。

電磁鋼板と鉄心の作り方

鉄損を減らすには、損失の小さい鋼種や、薄い電磁鋼板を使います。回転数が高く周波数が高いモーターほど、薄い鋼板の効果が大きくなります。さらに、鋼板を重ねて留める方法でも鉄損は変わります。守谷刃物研究所は、接着で積層する方法は、カシメやレーザー溶接で積層するより鉄損によるロスが少ないとしています。経済産業省の資料も、鉄損の対策として、磁束密度の最適化・低損失の鉄心材料・薄い鋼板を挙げています。

巻線の占積率を上げる

固定子の溝（スロット）の中で、銅が占める割合を占積率といいます。占積率を上げると、同じ溝に太い銅を入れられ、抵抗が下がって一次銅損が減ります。三菱電機は、圧縮機用のモーターで巻線の占積率を69％から76％に上げ、銅損を減らしました（2019年）。経済産業省の資料も、一次銅損の対策として、導体の断面積の増加、巻線の端の長さの短縮、占積率の向上を挙げています。コイルを高密度に作る加工で、抵抗と発熱を減らすコイルの受託製造もあります（セルコ）。

軸受・ファンを見直す

機械損は、軸受の摩擦と冷却ファンの風損です。日本精工は、専用のグリースと量の最適化で軸受の損失を6割、プラスチックの保持器と組み合わせると最大8割減らしたとしています（2018年）。ただし同社は、軸受による損失はモーターの消費電力の1％程度としているので、全体の効率への効き方は小さめです。冷却ファンを小さくすると風損は減りますが、モーターの温度が上がると銅損が増えるので、温度とのつり合いで決めます（三菱電機技報）。

損失を測って分ける

どの損失が大きいかは、モーターごとに違います。トルクと回転数を変えながら入力と出力を測ると、運転点ごとの効率の分布（効率マップ）がわかります。鉄心のどこで鉄損が出ているかは、赤外線カメラで鉄心の表面の温度の上がり方を測る方法が、2023年に JIS C 2541 になっています（ブライテック）。設計の段階では、電磁界解析で銅損・鉄損を見積もれます。

出典：三相誘導電動機のトップランナー基準（案）の紹介（電機 2013年4月号）｜日本電機工業会、インバータ駆動する場合の適用指針（2024年度版）｜日本電機工業会、PM モータ（パンフレット、2014年）｜日本電機工業会、IE4 高効率モータ SF-THE4（カタログ）｜TMEIC、ポンプのインバーター制御の省エネ効果（エネルギー効率化 Q&A）｜中小機構 J-Net21、三相誘導電動機の現状について（総合資源エネルギー調査会 資料、2013年）｜経済産業省、短辺クロス巻線方式と段付ポキポキコアによる圧縮機用 DC モータの高効率化技術（三菱電機技報 2019年10月号）｜三菱電機、高効率モータ用省エネ軸受を開発（2018年）｜日本精工、誘導電動機の高効率化技術（三菱電機技報 2017年12月号）｜三菱電機

モーターの損失を減らす技術を持つ企業

各企業が解決できる課題と技術の内容を、企業が公開している情報をもとに紹介します。鉄心を作り直したいのか、巻線を変えたいのか、損失を測りたいのか、モーターの設計から相談したいのかによって、合う相談先が変わります。

株式会社守谷刃物研究所｜アモルファスなどの低鉄損の材料で、積層モーターコアを試作する

守谷刃物研究所は、島根県安来市に本社・工場がある会社です（1953年創業、1956年設立）。アモルファス合金やパーメンジュールなどの材料で、積層モーターコアの試作を行っています。

技術	内容
低鉄損の材料のコア	Fe 基アモルファス合金（板厚0.025mm、最大φ180）と、パーメンジュール（板厚0.1〜0.2mm、最大φ230）の積層モーターコアを作る
接着積層	接着で積層する方法は、カシメ積層やレーザー溶接積層に比べて、鉄損によるロスが少ないとしている
金型なしの試作	ワイヤーカットで作るため金型の費用と工期がいらず、1個から試作できる。最短1か月で納品（仕様と数量で変わる）。量産にも対応する

• 低鉄損の材料で、モーターコアを試作したい
• 金型を作る前に、鉄心の材料を試したい
• アモルファスなどの低鉄損の材料のコアを、金型なしで1個から試作したい

出典：会社概要｜守谷刃物研究所、モーターコア｜守谷刃物研究所

株式会社セルコ｜精密巻線の技術で、抵抗と発熱の小さいコイルを受託製造する

セルコは、長野県小諸市にある、精密巻線の技術による各種コイルの受託製造の会社です（1970年設立）。

技術	内容
高密度のコイル	圧縮加工などの巻線の技術で、従来品と比較して抵抗値を約23％、発熱量を約41％低減し、同じ性能で約30〜40％の小型化を実現したとしている（比較の条件は公開されていない）
医療向けの小さなコイル	MRI の内部のモーター、内視鏡用の極小モーターなどの用途を挙げている

• コイルの抵抗と発熱を減らしたい
• 同じ性能のまま、コイルやモーターを小さくしたい
• 精密なコイルの製造を外に頼みたい

出典：会社概要｜セルコ、技術｜セルコ

株式会社エスコ｜小型モーターの受託設計と、電磁界解析・トルク効率の測定

エスコは、山形市の山形事業所と東京都荒川区の東京営業所を拠点にする会社です（1989年創業）。小型モーターの開発と、解析・測定のサービスを行っています。

技術	内容
小型モーターの開発	DC ブラシレスモーターで、制御系の回路の見直しや、解析技術・マグネット技術によって、従来の物より約15％程度の効率向上を行ったとしている
電磁界解析	電磁界解析のシステム JMAG を持ち、誘起電圧・トルク・インダクタンスなどから、熱減磁・振動の解析まで対応する
トルクと効率の測定	各種モーターの N-T、T-N、T-A、T-W、T-P、T-効率の特性図を測定する

• 小型モーターの効率を上げる設計を相談したい
• モーターの電磁界解析を外に頼みたい
• 試作したモーターのトルクと効率を測りたい

出典：会社概要｜エスコ、開発｜エスコ、解析・測定サービス｜エスコ

スマック株式会社｜モーターの試験装置と委託試験で、効率や特性を測る

スマックは、大阪市中央区に本社があり、滋賀県大津市に開発センターと評価センターを置く会社です（2003年設立）。モーターの試験装置や、モーターの駆動・制御の開発ツールを作っています。

技術	内容
モーター試験装置	最大トルク500Nm、最高回転数30,000rpmまでの試験装置がある。トルク・回転速度・電力と、各種のモーター特性を測る。ブラシレス DC モーター、リラクタンスモーター、誘導モーターなどに対応する
省エネの計測	エネルギー循環システムで省エネで計測できる。恒温槽付きの試験システムや、磁気軸受にも対応する
委託試験	モーターの委託試験を受け付けている

• モーターのトルク・回転速度・電力などの特性を測りたい
• 試験装置を持たずに、モーターの試験を頼みたい
• 高速回転のモーターを試験したい

出典：会社概要｜スマック、モータ試験装置｜スマック

株式会社ブライテック｜赤外線カメラで、鉄心の鉄損の分布を見えるようにする

ブライテックは、大分市に本社・工場がある会社です（1997年に有限会社野崎技研として設立、1998年に現在の社名に変更）。磁気特性の測定装置の開発・販売などを行っています。

技術	内容
鉄損の分布の可視化	モーター鉄損可視化装置 LVSFM シリーズで、サーモグラフィカメラにより鉄心の鉄損の分布を見えるようにする。温度分解能の不足を補う特許技術で、高い分解能で測れるとしている
JIS になった測り方	大分大学・大分県産業科学技術センターと共同で開発した方法で、2023年12月20日に JIS C 2541「赤外線カメラによる鉄心表面の損失分布の熱的測定法」が制定された

• 鉄心のどこで鉄損が大きいかを知りたい
• 鉄心の加工や積層で、鉄損がどう変わったかを確かめたい

出典：会社概要｜ブライテック、技術紹介｜ブライテック

選ぶ前に確かめる条件

相談する前に、次の条件を整理しておくと、どの損失を減らすべきかの見当が早くつきます。

• モーターの種類（誘導・PM など）、出力、極数、効率クラス、使っている台数
• 運転のしかた：負荷率、回転数、1日・1年の運転時間、起動・停止の回数
• 電源：商用電源かインバーターか。インバーターなら周波数の範囲
• 負荷の種類：ファン・ポンプ（流量を絞っているか）か、一定のトルクか
• モーターの温度（巻線・フレーム・軸受）と、まわりの温度・冷え方
• 今の消費電力と、目標（効率・電力量・温度）
• モーターを替えられるか、取付けの寸法・軸の高さを変えられるか
• 新しく設計する場合：大きさ・重さ・コスト・量産の数量の制約

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※アイキャッチ画像は、AI（ChatGPT）で生成したイメージです。実在の製品ではありません。

情報の確認日：2026年10月1日