用途指向形次世代モータと支援要素技術
用途指向形次世代モータと支援要素技術調査専門委員会編

目
1. はじめに次
34.4 連成解析

32

1.1 まえがき

34.5EMI 解析

34

1.2 用途指向形次世代モータの進化

34.6 あとがき

37

1.3 用途指向形次世代モータの支援要素技術

4

1.4 まとめ

45.1 まえがき

39

6

5.2 巻線技術

39

2.1 はじめに6

5.3 鉄心加工技術

46

2.2 可変磁束モータの分類と技術動向

6

5.4 ロータ製造技術

48

2.3 まとめ

155.5 あとがき49

2. 可変磁束モータの進化

3. 三次元空間有効利用技術

17

5. 用途指向形次世代モータ開発の最前線

6. モータ用材料・部品の最新開発状況

3951

3.1 まえがき17

6.1 まえがき51

3.2 アキシャル構造

176.2 軟磁性材料

51

3.3 三次元設計 PM モータ

21

6.3 永久磁石

54

3.4 ハイブリッド界磁

226.4 可変磁束モータへの

3.5 自励式巻線界磁同期モータ

23

3.6 あとがき24

4. 最新の解析・評価技術

26

パワーデバイスの適用

56

6.5 電線・絶縁構造

58

6.6 あとがき58

4.1 モータ設計に必要な解析・評価技術

26

7. おわりに60

4.2 鉄損解析・評価技術

26

付録

61

4.3 減磁の解析・評価技術

28

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調査時参考文献

用途指向形次世代モータと支援要素技術調査専門委員会
委員
委 員 長

榎本

裕 治( 日 立 製 作 所 )幹加納善 明(鳥羽章 夫(吉川祐 一( パ ナ ソ ニ ッ ク )百目鬼

英雄( 東 京 都 市 大 学 )

幹事補佐

高畑

良 一( 日 立 製 作 所 )中井英 雄( 豊 田 中 央 研 究 所 )委

浅野能 成( ダ イ キ ン 工 業 )西山典 禎( パ ナ ソ ニ ッ ク )石原千 生()丸川

泰 弘(日立金属)

磯部真 一( 三 菱 重 工 業 )深山義 浩(三菱電機)

植竹昭 仁()

森本茂 雄( 大 阪 府 立 大 学 )岡村賢 樹( ト ヨ タ 自 動 車 )森本雅 之(健( J F E ス チ ー ル )

事員

大 村

日
日同大立化

本電学成産員)千 葉明( 東 京 工 業 大 学 )富東士

海電大機学))

山本

恵 一( キ ヤ ノ ン 電 子 ))横井裕 一(加 藤崇( 日 産 自 動 車 )米 田真(オリエンタルモータ)

小 坂卓( 名 古 屋 工 業 大 学 )和 嶋潔( 新 日 鐵 住 金 )川副Sample : DO NOT PRINT

大委

洋 介(安川電機途中退任
委員長

好 文(下村昭 二( 芝 浦 工 業 大 学 )樋 口

高橋洋 介( 東 芝 産 業 機 器 製 造 )松井

信 行( 名 古 屋 工 業 大 学 )竹本

真 紹( 北 海 道 大 学 )望月資 康( 東 芝 産 業 機 器 製 造 ))大穀晃 裕(初田匡 之( 日 産 自 動 車 )剛(長崎大機)誉 大(アンシス・ジャパン)
ム

電学

下垣ー

菱大古賀ロ三崎学))

電気学会技術報告 第1405号 3

図 1.1 に用途指向形モータが成長を遂げた 1990 年代から

１.

はじめに今日までの関係する社会動向や製品と技術キーワードを示す。現在もこれらの用途指向形モータは，性能改善を継続1.1して検討されているが，これらの進化の源泉は永久磁石材

まえがき

料の性能向上をはじめとする周辺技術の進歩なども関係が2015 年に開催の COP21（国連気候変動枠組条約第 21 回締深い。永久磁石の磁束を有効に活用し，高い制御性を兼ね約国会議）で採択された「パリ協定」が 2016 年 11 月に正備えたリラクタンストルク応用電動機が提案され，およそ式発効となった。この協定では，「世界の平均気温上昇を 220 年の期間で産業界のほとんどの用途指向形モータが，そ度未満に抑える（1.5 度に抑えることが，リスク削減に大きの代表格の IPMSM に置き換わったといっても過言ではなく貢献することにも言及）」に向けて，世界全体で今世紀後い。電気学会の調査専門委員会では，1994 年から 2012 年の半には人間活動による温室効果ガス排出量を実質的にゼロ間，リラクタンストルク応用電動機と用途指向形をキーワにしていく方向が打ち出された。この地球温暖化対策では，ードとする技術調査を行った。技術報告にはこれらの技術自動車の排出ガス削減や，産業・家電・情報機器のエネル開発の変遷と詳細内容がまとめられている (2) ～ (9) 。さらにギー消費の低減，および，高効率化が求められている。上2012 年からは，歴代委員会の活動を受けて，次世代のモー

記用途のエネルギー消費において，電動機は非常に重要なタ像を模索調査することを目的に，「用途指向形次世代モ位置付けとなっており，自動車では各種電動アクチュエーータ調査専門委員会」が設置された。2 年間の活動の中では，タによる低燃費化や，電動駆動車の普及拡大，産業・家電

2010 年に発生したレアアース供給リスクへの迅速な対応

ほかではエアコンを筆頭に省エネ競争，のための技術開発や，さらなる駆動範囲拡大のための可変磁束など新たな技が活発となっている。

術開発のアプローチが出てきていることが確認できた(10)。

用途指向形モータ（Application-Specific Electric Motors：ASEM）は，「モータの構造や機構そのものを変えて，機械1.2あるいは機構の要求性能を実現させるいわば“ハード”的用途指向形次世代モータの進化なアプローチの考え方に基づいたモータ」と定義されてい用途を限定することなく使用できる汎用モータに替わっる(1)。当初は，誘導モータを用いた電動機一体型ピストンポて，種々の用途向けに用途指向形モータが進化してきた理

ンプや表面磁石形同期モータ（SPMSM）を用いた HDD 用

由にはいくつかの訴求ポイントが考えられる。モータの基モータなど，産業機器や家電用途を対象に開発が行われた。

本機能は駆動源としての電気・機械動力変換であり，小形現在では，埋込磁石形同期モータ（IPMSM）に代表されると高効率が求められる。それに加えて大量生産が前提であリラクタンストルク応用電動機を主に，ルームエアコンなるので低コストであることが必須である。用途指向形モーど白物家電の駆動用モータや電気自動車，ハイブリッド車

タは，主にはこの３つの目的を達成することを狙って，周への適用拡大が進んでおり、上述した地球温暖化対策の有辺の技術や材料を巻き込みながらさまざまな進化を遂げ効な手段となっている。

た。量産品として用途指向形モータの進化を牽引してきた用途に家電品，特にエアコン用圧縮機モータが挙げられる。

1990
社会動向

主な製品

家電（ｴｱｺﾝ）

産業/
家電

ﾌｪﾗｲﾄSPM
希土類IPM
Prius(’97) Prius(’03) Prius(’09) LEAF(’10) Prius(’14)(鉄道用モータ) IM → RPM(IPM)(ACｻｰﾎﾞ)希土類SPM → IPM
希土類IPM
大容量化 (風力発電)
用途指向形

低コスト・高効率・低騒音
高出力密度

省レアアース

省レアアース，可変磁束，三次元化

解析/
評価

CAE設計

製造

分布巻(ｲﾝｻｰﾀ) 集中巻 ｾｸﾞﾒﾝﾄ分布巻(平角線) 耐ｻｰｼﾞ絶縁 押出し樹脂
ｶｼﾒ 分割ｺｱ ﾚｰｻﾞPAC工法
接着積層工法
希土類磁石 高B電磁鋼板/薄板化 圧粉磁心/ｱﾓﾙﾌｧｽ適用 省Dy/ﾎﾞﾝﾄﾞ磁石
IPM
DIP-IPM
RB/RC-IGBT
SiC適用

材料/部品

3D解析 劣化/ばらつき解析 最適化 連成/連携鉄損評価 応力劣化評価 減磁評価

図 1.1 用途指向形モータの進歩と要素技術開発の変遷

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2020

IM

自動車

支援
要素技術

2010

自動車（HEV/EV）
産業モータ研究2000(年)▲改正省エネ法施行▲レアアース ▲COP21（パリ協定）▲
高騰(米)EP-Act ▲COP3（京都議定書）▲省エネ法▲エコカー普及（産業ﾓｰﾀﾄｯﾌﾟﾗﾝﾅｰ制施行）▲希土類磁石
▲東日本大震災
高性能化・低コスト化▲エコポイント制度