用途指向形モータの技術変遷と期待される次世代技術
用途指向形次世代モータ調査専門委員会編

目
1. 総論

03

1.1 はじめに03

次
4. 実用化が期待される可変磁力モータ

36

4.1 まえがき

36

1.2 用途指向形リラクタンストルク応用電動機 03

4.2 磁石磁力可変

361.3 用途指向形次世代モータへの展望

4.3 巻線切替

41

4.4 ハイブリッド界磁

424.5 その他の可変磁束モータ

47

4.6 あとがき

4903

2. 実用化技術に見る用途指向形モータの技術変遷 05
2.1 まえがき05

2.2 エアコン

05

2.3 自動車

09

2.4 洗濯機

14

磁性材料とインバータ技術

51

2.5 掃除機

17

5.1 まえがき51

2.6 あとがき

19

5.2 永久磁石材料

51

21

5.3 電磁鋼板

54

3.1 まえがき21

3.2 フェライト磁石モータ

21

5.4 SMC
5.5 軟磁性材料の鉄損測定評価技術

56
58

5.6 パワーデバイスのインバータへの適用

60

5.7 あとがき

62

3. 実用化が期待される省・脱レアアースモータ

3.3 スイッチトリラクタンスモータおよび発電機

30

3.4 実用化事例

32

3.5 あとがき

34

Sample : DO NOT PRINT

5. 用途指向形次世代モータを支える

6. おわりに64用途指向形次世代モータ調査専門委員会委員
委 員 長

小 坂

卓( 名 古 屋 工 業 大 学 )百目鬼

英雄( 東 京 都 市 大 学 )幹事

榎本裕 治( 日 立 製 作 所 )中井英 雄( 豊 田 中 央 研 究 所 )幹委員事

吉川祐 一( パ ナ ソ ニ ッ ク )梨木政 行( 名 古 屋 大 学 )幹事補佐

加納善 明(国立高専機構豊田高専 )西山典 禎( パ ナ ソ ニ ッ ク )委浅野能 成( ダ イ キ ン 工 業 )初田匡 行( 日 産 自 動 車 )石原千 生()樋 口剛(長崎大学)

磯部真 一( 三 菱 重 工 業 )松井信 行(中部大学)

植竹昭 仁()

丸川泰 弘(日立金属)

岡村賢 樹( ト ヨ タ 自 動 車 )望月

資 康(東芝産業機器システム )川副洋 介()

森本茂 雄( 大 阪 府 立 大 学 )佐藤恭 一( 横 浜 国 立 大 学 )森本雅 之(下垣

好 文()

山本

恵 一( 本 田 技 術 研 究 所 )下村

昭 二( 芝 浦 工 業 大 学 )米 田真(オリエンタルモータ)

大穀晃 裕(和 嶋

潔( 新 日 鐵 住 金 )清田

恭 平( 東 京 工 業 大 学 )大山和 伸( ダ イ キ ン 工 業 )

員

千 葉
鳥羽

日日
安立
本電川ロ三化

電ー菱成
産機
ム電機)

明( 東 京 工 業 大 学 )章 夫(富士電機)

主な海大学)

協力者
途中退任
委員

Sample : DO NOT PRINT

東電気学会技術報告 第1507号 3

高効率化設計，高速域での出力範囲拡大ならびに弱め

1.

総論

磁束電流低減と低鉄損化による高効率化設計が二律背反設計となるが，IPMSM はリラクタンストルクを併用

1.1 はじめにして，二律背反を克服して多用な動作点でバランスの1995 年度電気関係学会東海支部でのシンポジウム「S1.

取れた性能設計が可能

用途志向形電動機の開発と現状」の全体概論によれば，用途(2) 高い形状設計自由度

指向形モータ(Application-Specific Electric Motors : ASEM)と高速モータあるいは多極大径モータなどロータ周速のは，「モータの構造や機構そのものを変えて，機械あるいは速いモータでも SUS 管不要で高速回転化可能で，高占機構の要求性能を実現させるいわば“ハード”的なアプロー

積率集中巻巻線の採用による短胴型から長胴型，あるチの考え方に基づいたモータ」と定義されている(1)。そこでいはアキシャルギャップ形による超偏平形状に至る多は，誘導モータを用いた電動機一体型ピストンポンプや鉄様な形状設計が可能

道車両駆動用車輪一体形電動機，相反モータを用いた電気

しかしながら，ネオジム系焼結磁石に採用される Dy（ジ自動車駆動用モータ，表面磁石形同期モータ(SPMSM)を用スプロシム）などの価格高騰・供給不安といった外因，成熟いた HDD 用モータ，ビデオカメラ用ブラシレス DC モー期を迎えて更なる小型軽量・高効率化など大幅な性能改善

タ，誘導子歯を持つ HD リニアモータを用いた搬送用大推の困難さから，IPMSM の課題が浮き彫りになりつつある。

力・医用小形リニアモータがその具体例として紹介されている。

1.3 用途指向形次世代モータへの展望

先のシンポジウムから 20 年という年月の間，用途指向用途指向形モータとしての持続的な発展，更なる大幅な形モータは多岐にわたる用途で量産され，設計・製造・制御性能改善を実現する次世代モータのキーワードは，省・脱レ技術，各種材料技術の革新によって，有史 100 年以上のモーアアース，可変磁力と考えられる。

タの歴史の中でも飛躍的な速度で性能改善が進められてき省・脱レアアース化の取り組みは，図 1.1 に示すようにた。その主役は，リラクタンストルク応用電動機であり，語IPMSM ベースで粒界拡散磁石による省 Dy 化が進められ，弊を恐れずに言えば，埋込磁石形同期モータ(IPMSM)といっ磁石組成の最適化や製造プロセスの改善による低 Dy 材なても過言ではない。20 年の間の技術変遷は，1994 年から

ど磁石材料自身の取り組みが進む。他方，洗練された設計・2012 年まで用途指向形モータとリラクタンストルク応用電製造・制御・材料技術を導入したフェライト磁石モータへの動機をキーワードとする調査専門委員会の調査活動をまと回帰，スイッチトリラクタンスモータなど適用モータ種そめた技術報告に，その詳細を見ることができる(2)~(8)。のものの見直しなど，用途指向形モータとして実用化ある

本技術報告では，歴代委員会の活動を受け，成熟期を迎えいは実用化が期待できる研究開発が進められている。

つつある用途指向形モータの課題を抽出し，それを克服す

一方，リラクタンストルクを積極的に利用する IPMSMるための設計・製造・制御技術，各種材料技術，次世代のモといえども，永久磁石による固定界磁源がその根底にあり，ータ像を模索調査することを目的として設置された「用途高速回転化の進むエアコン，自動車用途，脱水時の高速回転指向形次世代モータ調査専門委員会」(2012 年 10 月~2014 年9 月) での調査内容について報告する。

1.2 用途指向形リラクタンストルク応用電動機
量産を前提とする汎用モータではない用途指向形モータ
において，設計・製造・制御技術，各種材料技術の飛躍的な革新を牽引したのは，特定用途単体でモータが量産される用途，具体的にはエアコン用途，自動車用途である。加えて，ユーザーの製品に対する訴求ポイントから用途指向性の高いモータが求められた用途，具体例としては掃除機や洗濯機である。前述のように，これらの用途で主役を担ってきたのは，誘導モータではなく，IPMSM である。界磁励磁源として励磁損を伴わない永久磁石，特に高エネルギー積のネ

図 1.1 エアコン用 IPMSM の重希土類使用量の変遷

オジム系焼結磁石による小型軽量，高効率といった電磁的Fig.1.1. Trend in the weight of heavy rare earth elements

な素性の良さはもとより，IPMSM が主役を担ったその他の特筆すべき理由は以下である。
(1) 高い性能設計自由度
SPMSM はマグネットトルクに依存するため，低速域での高トルク化と低中速-軽負荷域での銅損低減によるSample : DO NOT PRINTof the compressor motor
出典：浅野能成，吉川祐一：「実用化技術に見る用途指向形モータの技術変遷①－エアコン・掃除機－」，平成 26 年産業応用部門大会，Vol.III，No. S4-2，pp.Ⅲ-29-34，(2014)