ISSN0913-0020

The Japan Research and Development Center for Metals

一般財団法人

金属系材料研究開発センター

2021.6

No.416TODAY

ようこそ世界一の業界へ！ 3 つの No.1

二点目の No.1 は「歴史」です。鉄器時代の開始は、今からおよそ 3200 年前といわれますが、一点目
一般社団法人 日本鉄鋼協会の No.1 から分かるように、現在も鉄器時代が続業務執行理事・専務理事いています。日本でも、「ハイテク日本の始まり」は、
小澤 純夫
たたら製鉄です。卑弥呼の時代の外貨獲得は奴隷輸出でしたが、平安時代は刀剣になりました。刀
本年 6 月 1 日に、日本鉄鋼協会専務理事に就任 は日本が世界最高レベルの技術水準に達した最初することになりました小澤純夫です。1915 年に の工業製品ですが、それを支えたのが玉鋼です。
設立され 100 年以上にわたり我が国及び世界の鉄 私が社会人になった頃は、米国の粗鋼生産量が鋼技術の発展、さらには人材育成について貢献し ピーク時の半分となり米国では鉄鋼業は無くなるてきた鉄鋼協会で勤務することに身が引き締まる のではないかと言われていましたし、日本でも通商思いです。
産業大臣の諮問機関である産業構造審議会でも本協会では、欧文誌「ISIJ International」にお 衰退産業と位置付けられ、鉄鋼業が無くなるのではけるインパクトファクター（文献引用影響率）の ないかとの意見もありました。しかしながら、財継続的な伸びが示す通り、質の高い議論や論文投 務省が発表している日本からの「対世界主要輸出稿が展開されていると伺っており、鉄鋼分野の技 品の推移（年ベース）」では、「鉄鋼」は、2000 年
術情報源としての役割の維持、発展が重要と認識 の 7 位から、2011 年から 2014 年は自動車に次いでしています。
2 位、2015 年は 3 位、2016 年から 2019 年は 4 位
また、次世代の鉄鋼研究者・技術者の育成が、 となっており、また 1 位を長年維持している自動車
本会が果たすべきもう一つの重要な使命と理解し に使用され間接輸出されているとともに、自動車ています。JRCM ニュースに寄稿させて頂くこの 等の外貨獲得製品の競争力も平安時代の刀剣同様機会を利用して、学生の方々及び若手の鉄鋼研究者 に日本の鉄鋼が源泉となっていることから、しぶ・技術者に私が伝えたいと考えるところを以下申し とい産業であることが分かります。
上げます。
三点目の No.1 は「技術」です。日本の鉄鋼製品は、まず申し上げたいことは、「日本の強みは部素材」 ライン・スタッフの一体開発、製鋼工程など各鉄であるということです。日本政府が毎年公表して 鋼製造工程における要素技術により、高性能、高いる「ものづくり白書」の 2019 年版でも、「部素 信頼性・再現性、商品開発力などの点で世界最高材を中心とした製品群が我が国の強み」、「厳しい 水準の技術力を維持し続けています。また、転炉鋼、国際競争の中、完成品のシェアを大きく低下させ 電炉鋼とも世界一のエネルギー効率で、世界一た品目においても、それを構成する部素材では高 地球に優しい鉄づくりを行っています。
いシェアを維持」と記載されています。
鉄鋼業は、GAFA のように、一人の天才出現によりそのような中で、鉄鋼業は３つの点で世界一の 一夜で勢力図が変わるような派手さはありません
業界だと考えます。
が、クラシック音楽のように、歴史のフィルター一点目の No.1 は、「量」です。鉄は地球の総質 を通って生き残ってきており、流行に左右されず万量の 34.6%を占めており、鉄の星「地球」と言って 人にとって価値があり続け、オーケストラのよう過言ではありません。また、2020 年の世界粗鋼生 に多種の専門家のチームワークでつくり出す産業産量は約 19 億トンで金属生産量としては断トツで です。学生の方々及び若手の鉄鋼研究者・技術者あり、また、2000 年の世界粗鋼生産量約 8 億トン が「日輪刀」を作るための玉鋼作りにチームワークから 20 年で 2 倍以上となっている成長産業です。 で挑戦されることを期待しております。
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JRCM REPORT

電動機とシステムに関する国際会議 ICEMS2020 ＠浜松と電動自動車駆動システムに関するシンポジウム
Advanced E-Drive System for BEV/HEVs2021 に参加して一般財団法人金属系材料研究開発センター 磁性・先進技術研究部長
高効率モーター用磁性材料技術研究組合 主席研究員
1. はじめに高効率モーター用磁性材料技術研究組合 MagHEM の技術調査活動の一環として、2020 年 11 月 24 日～ 27 日に浜松を拠点としてオンラインで開催された電動機（電気機器）とシステムに関する国際会議 ICEMS2020(International Conference on Electrical Machines andSystems) と、2021 年 3 月 24、25 日にオンラインで開催された電動自動車駆動システムに関するシンポジウム
Advanced E-Drive System for BEV/HEVs2021 に 参 加し、電動自動車用高効率モーターを中心に、技術・市場動向を調査したので概要を報告する。
2. 電動機とシステムに関する国際会議 ICEMS2020の概要
ICEMS は 1987 年以来、日本の電気学会産業応用部門(IEEJ-IAS)、中国電気学会 (CES)、韓国の大韓電気学会(KIEE)、
国際電気学会産業応用部門 (IEEE-IAS) の共催で、2003 年以降はアジア（・オセアニア）地域で毎年開催されており、今回で第 23 回目となる。99 のセッション
で 415 件の論文発表がオンラインで行われた。回転機（モータ・ジェネレータ）およびドライブに関連する講演が全体の約 70%を占め、残り約 30%がパワーエレク
トロニクス関連、新エネルギー関連、電力関連の講演であった。回転機およびドライブ関連の講演を国別にみると、日本 111 件、中国 107 件、独 17 件、英 13 件、その他欧州 17 件、その他アジア 14 件であった。モータのタイプ別の分類では、永久磁石モータおよびドライブに分類された講演が最も多く 40%。次いでリラクタンスモータが 10%、インダクションモータが 6%、特殊モータおよびその他が 8%であった。永久磁石モータでは可変磁束モータに加え、バーニアモータやリラクタンスモータの論文が増加傾向にある。
2.1 可変磁束モータに関する講演
LS4B-4 A Novel Variable Flux Permanent Magnet
Synchronous Motor with Separately Excited Field
Winding Yuki Hidaka 氏ら ( 三菱電機 ) 組み立て容易な巻き線ユニットを組み込んだ可変磁束モータを考案し性能を評価。スリット間にブリッジを設けた分割ステータコア構造が特徴。
LS3B-2 Design and Experimental Studies on HEFSM
Employing Two Types of Permanent Magnets per
Pole as Traction Motor for Automobile Applications
Takeshi Okada 氏ら（名工大） ハイブリッド励磁フラックススイッチングモータ。ステータに組み込む磁石を減磁耐力の異なる磁石（高 B、高 Hc）で構成し、モータ性能を改善。
JRCM NEWS No.416

2豊田 俊介谷川 茂穂

LS8A-2 Magnetization Strategy for a FeCrCo-Based
Variable Flux Machine（カルノー機構、仏） リング
形状磁石をロータに用いた高速の可変磁束モータ。FeCr-Co 磁石の高機械強度を活用し、リング形状で高磁束密度が得られる設計とした。出力 2kW、最大回転数は 60,000rpm。
LS8A-3 Consideration of Driving Area Expansion for
Flux Switching Motor with Variable Flux Magnet
Ryosuke Minegishi 氏ら ( 芝浦工大） アウターロータ型フラックススイッチングモータ。低保磁力の可変磁石の磁束変化で磁束を制御し、モータ稼働領域を拡大。
高保磁力磁石と高 Br 磁石を組み合わせたハイブリッド構造とし、減磁界の大きな部分に高保磁力磁石を配置することで減磁を抑制。
LS7A-1 Performance Comparison between Adjustable
Field IPM Motor Based on Permeability Modulation
Technique and Conventional IPM Motor Kiyohiro
Iwama 氏ら（静岡大） 磁気飽和を利用して磁石による磁束の流れを制御することで、可変磁束機能を持たせた IPM モータ。特殊な可変磁束機構の付加が不要。
運転領域の拡大、高速域での銅損の低減、トルクリップルの低減などに期待。
2.2 リラクタンスモータに関する講演
LS2D-1 Experimental Evaluation of Characteristicof Switched Reluctance Motor Made by Blanking
Amorphous Alloy Foil Takahiro Kumagai 氏 ら ( 長 岡技科大、他 ) Fe 基アモルファス薄帯（25 μ m）および打ち抜き加工した電磁鋼板（200 μ m）の積層コアを使用した出力 70W のリラクタンスモータを試作し性能を比較。アモルファス積層コアを使用した SRM は鉄損が約 60％減少し、モータ効率が約 6％向上。
LS2D-2 Development and Testing of Soft Magnetic
Rotor for a Switched Reluctance Motor Built ThroughAdditive Manufacturing Technology ( ノッティンガム大、英 ) 3D プリンテイングプロセスで造形したロータコアを適用したリラクタンスモータ。ロータは突極型 8 極構造、ステータは積層電磁鋼板。ロータの原料 粉 末 は Fe 粉 と 高 Si-Fe 粉 を 混 合 し、Fe-5 % Si 組 成で平均粒径を 36 μ m に調整。200℃の基板上に出力200W スポット径 35 μ m のレーザをスキャンして積層造形。バルク造形体の電気抵抗は約 100 μΩ㎝。モータ損失の評価・低減が今後の課題。
LS1D-2 Preliminary Performance Evaluation of a SRHSRM（電子科技大、中国） ハイブリッド励磁方式を採用したセグメントロータ型の同期リラクタンスモータ。ステータ内に磁石を配置した永久磁石アシスト方 や鉄損の観点から期待した特性は今回得られなかった。
式で、励磁極間に補助極を設けたことが特徴。既存の LS1G-4 Evaluation of Insulating Magnetic Materials
セグメント方式（SR-SRM）に比べ、トルク密度が向上 Composed of Epoxy Resin and Pure Iron Powder for
し効率改善が期待出来る。
Motor and Reactor Core Applications Katsuya Hirata
LS1D-1 Effect of Motor Structure on Loss and Modal 氏ら（明治大） 誘導モータの鉄損低減を狙いとして、
Frequency of High-Speed Switched Reluctance Motor 純鉄系磁粉 + エポキシ絶縁皮膜の圧粉磁心の最適化をwith Amorphous Alloy Core（ハルビン工業大、中国） 検討。磁粉体積分率と抵抗率、比透磁率、損失、飽和アモルファスコアを使用した高速同期リラクタンス
磁化との関係を 104 ～ 106Hz で評価。
モータを設計。コアロスと風損の観点から構造を最適 2.4 電動自動車向けモータに関する講演化。バックヨーク部が積層構造、ティース部が巻構造。 LS3B-3 Design of Axial-Flux Integrated Starter
実機でのコア製作方法が課題。
Generator Drive System for Hybrid Electric Vehicles
DG4L-6 Parameter Identification for Acoustic Noise （華中科技大、中国） アキシャルフラックス PM モータ
Analysis of SRM Made of 6.5% Si Steel and Amorphous を組み込んだ機電一体型のスタータジェネレータ。マグIron - Comparison of Noise Analysis and Experiment
ネットワイヤーの短縮と冷却スペースの削減で小型化をHaruki Sobue 氏ら（東京工大、JFE スチール） 無方向性 実現。ドライブのアルゴリズムを適正化し効率を改善。
電磁鋼板（20JNEH1200）、6.5％Si電磁鋼板（10JNEX900） LS3B-1 A New Methodology to Design Electric Motors
および Fe アモルファス（2605SA1）の 3 種類の軟磁 for Automotive Applications Including Magnetic,性材料をコアに使用した同期リラクタンスモータの音 Thermal, Structural and Vibration Constraints
響ノイズを比較評価。実質ゼロ磁歪材である 6.5％ Si （アルテアエンジニアリング、仏） 複数のソフトウェア
電磁鋼板によるモータは、アモルファス材を適用した を組み合わせた、EV 用モータの多目的最適設計手法をモータに比べ音響ノイズが小さい。
考案。磁気、熱、振動、効率など、様々な性能因子を2.3 磁性材料の有効活用に関する講演
効率良く最適化可能。モータの基本構造が定まっていLS4B-3 Consideration of Asymmetrical Magnetic Pole る場合の最適化設計に有効なツールと考えられる。
IPMSM Using Bonded Rare-Earth Magnet Yukihiro 3. 電動自動車駆動システムに関するシンポジウム
Yoshida 氏 ら ( 秋 田 大 ) Sm-Fe-N 系 射 出 成 型 ボ ン ド Advanced E-Drive System for BEV/HEVs2021 の概要
磁石の形状自由度を活用し、埋め込み磁石の磁極構造
Internat ional Conference Advanced E-Motorを左右非対称とすることでマグネットトルクのピーク Technology は米国ニューヨークに本拠地を置く IQPC
角度を制御。Nd-Fe-B 焼結磁石を埋め込んだ IPM と同 （国際生産性本部）が主催する電動自動車用モータ技等のトルクが得られるモータ構造を考案。非対称形状 術に特化した国際会議で、2013 年から毎年ドイツでに起因するトルクリップルやコギングトルクの低減が 開催されてきた。今回 Advanced E-Drive System for
今後の課題。
BEV/HEVs2021 と題してオンラインのシンポジウム
LS5H-2 Magnetic Characterization of 4μm-thick Steel 形式で行われた。以下に招待講演の概要を報告する。
Made by Continuous Rolling Process for Power
電動化運転へのロードマップ：電動車の構成要素とElectronic Applications in High Frequency Nguyen Gia 技 術 の た め の よ り 良 い 市 場 需 要 の 理 解（RoadmapMinh Thao 氏ら（豊田工業大） 厚さ 4 μｍの純鉄薄帯を for future electrified drives：Better understand
精密連続圧延プロセスで製造する技術を開発。この薄帯 market demand for key e-drive components andをリング形状の巻磁心に加工し、リングコアの基本的 technologies）Claudio Vittori 氏（IHC マークイット、英）な磁気性能を商用周波数から最大１MHz の高周波域で 自動車の電動化は引続き進展し、2030 年には世界で製B-H 曲線、比透磁率、鉄損等の磁気特性を評価。イン 造される約 1 億台の約 60％が電動車となる ( マイルドダクターや変圧器などパワエレ機器用高周波軟磁性ハイブリッド車を含む )。給電によるエネルギー供給能
コア材料としての活用が期待できる。今後、1 μ m 厚の 力の割合も 2020 年から 2030 年にかけて増大し、欧純鉄薄帯や 3.8 μ m 厚のアモルファス薄帯の軟磁気 州：19 → 83%、中国 11 → 78%、日本・韓国 24 → 62%、性能評価を予定。
北米 9 → 40%となる。電動化に伴い、駆動モータ、パLS1G-3 Research on Stator Core with Crushed Pieces ワエレ機器、バッテリー、給電機器がさらに必要とさ
of Nanocrystalline Soft Magnetic Alloy Tuyoshi れてゆく。駆動モータは、電気自動車、燃料電池車、Nonaka 氏ら（安川電機） モータの小型高エネルギー フルハイブリッド車など高圧システムでは磁石モータ密度化を狙いとしたナノ結晶軟磁性材料 NANOMET の IPM が主流であり続け（図１）、マイルドハイブリッド適用検討例。トロイダルコアに NANOMET を適用した 車などでは主にクローポール同期モータと SPM が使わ試作モータの特性を評価。ラミネートされた NANOMET れる。前者の冷却は油冷、冷媒冷却が主体で、後者のは 0.35mmt 厚の電磁鋼板に対して大幅に鉄損が低減 冷却は空冷が主体。高圧システムのスイッチングインされ、6.5％ Si 電磁鋼板に比べ高い飽和磁束密度を有 バータは IGBT、MOSFET を中心に増大し、SiC、GaNすることを確認。課題はモータ製造のコスト。なお 半導体の電動車への本格的な適用は 2020 年代の後半
NANOMET のコストダウンの観点から、2 ロール法によ 以降と予想している。バッテリーは、急速充電とエネるクラッシュドプロセスも検討したが、飽和磁束密度 ルギー密度の向上が図られる。
JRCM NEWS No.4163図１．BEV、HEV(MHEV を除く )、FCEV の駆動モータ
タイプ別数量 ( 予測 )磁石同期モータと誘導モータ、電気自動車への選択と制御（Permanent magnet synchronous or induction
machine, selection and control for electric vehicles）
Peter van Duijsen 氏（ハーグ大、蘭） 効率マップで
HEV の 効 率 を 磁 石 同 期 モ ー タ IPM と 誘 導 モ ー タ IM
で 算 定 比 較 す る と IPM の 方 が 4 % 高 く な る。 電 動 車の 100km 走 行 に 必 要 な 電 力 は 例 え ば、 日 産 リ ー フ
15kWh、テスラ X 27kWh、アウディ Etron 28kWh、ジャガー I-Pace 30kWh、eBike 0.8kWh など。実効率はドライブサイクルに依存。IPM は磁石とエンコーダに初期コストがかかり、IM は効率から運転コストがかかる。
センサレスコントロール、太陽電池給電はどうか ?
アキシャルギャップモータのハイブリッド車への適用：
小型乗用車の効率向上への試み（Renault experiencein axial flux eMachines for hybrid applications –efficiency improvement in WLTP area）Sid Ali Randi 氏（ルノーグループ） コンセプトカー EOLAB ZE HYBRIDなどへの適用を念頭に、YASA コンセプトのダブルサイドのアキシャルギャップモータの適用を試みた。イン
ナーロータ型、12 スロットの 2 個のステータ、10 極の 1 個のロータ、集中巻き、回転数は最大 7,000rpm。
磁石は 8mm 厚の N42SH(3% Dy)、軟磁性材料は 0.35mm厚の電磁鋼板。アルミシャーシ、グリコール 50%の水冷冷媒利用。トルクとパワー能力は良好で、WLTP 基準に対しては良好な効率を示すが、他形式の駆動モータに比較した効率は課題。製造コストはトポロジー解析で最適化すれば IPM と変わらないと考えている。
14,000rpm など BEV でも設計可能だが高速回転時の機械強度が必要。最高温度を抑制するための冷却も重要。
E モ ー タ と ノ イ ズ 振 動 挙 動： 統 合 と 効 率（E-motor& NVH behavior：Integration and efficiency）
The Japan Research and Development Center for Metals

Ercan Altinsoy 氏（ドレスデン工科大、独） 音源は、
風切り音 30%、ロードノイズ 40%、電動車固有音 25%、その他 10%など。電動車固有音は、モータ + ギア音
15%、スイッチングノイズ・コンプレッサー音などの補助機器の音 10%など。磁石モータ、誘導モータ、リラクタンスモータ音のデモンストレーションがそれぞれあり、エンジン音に比べると小さいが、側で測ると大きい。基本はドライバーポジションで評価する。アウディ Q5 ハイブリッド、メルセデス S400、VolkswagenTouareg、Tesla X90D、BMW I3、Hyundai IONIQ、Toyota Prous 2004、Renaut Zoe、Nissan Leaf などは磁石モータが使われており、Tesla Model S では誘導モータが使われている。今回さらに、インホイールモータについても NVH の観点から分析した。E モータにおいても外部由来と構造由来ノイズの重ね合わせで考える必要があり、安全の観点からは歩行者認知のための危険予知音も考える必要がある。
EV 中 型 車、 商 用 車 に お け る 電 動 機 関 の 効 率 と ロ バ
スト性の向上（Efficiency and robustness of electric
powertrains：Focus on heavy duty EV’s；Closing
panel – developing electric axle for hybrid/electriccommercial vehicles）Mihai Dorobantu 氏（Eaton 社、米）
Eaton 社は総合産業機器メーカで e モビリティを含む自動車の他、電気製品、電気システム＆サービス、航空宇宙、油圧機器などの製品を手掛けている。自動車分野
では、乗用車用部品、商用車用部品、電動車用駆動システムなどを提供している。電動自動車の効率は、①駆動装置‥モータ、トランスミッション、②構成部材‥インバータ、ギア、③システム構造の３要素で決まり、95 ～ 98%の効率を適価で達成する必要がある。重量トラックでは、最高速度は 90 ～ 100km/h と小型車に比べて低いものの、始動や坂道で大トルクが必要であり、マルチスピードに対応するギアによる効率向上と、ギアの疲労強度が課題。燃料電池車も含め、商用車にはライフタイムコストと信頼性が要求される。電動車長距
離トラックの場合、１日あたり約 2MWhr のエネルギーが必要で、充電時間、充電コストも課題となる。
4. まとめICEMS2020 では、可変磁束モータや新規磁性材料の適用などによる、モータの小型化・高効率化・アプリケーションの拡大への研究開発段階での創意工夫を、
Advanced E-Drive System for BEV/HEVs2021 では、アキシャルギャップモータを含め、新規駆動モータをモビリティへ実装する際の課題と今後の展望を、それぞれ概観することができた。企業と大学・研究機関、材料技術者とモータ技術者が、顕在化していない社会のニーズをも共有し、息の長い新たな価値を生む技術の創造が期待される。
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発行人
発行所

JRCM NEWS ／第 416 号

2021 年 6 月 1 日
小紫 正樹
一般財団法人 金属系材料研究開発センター〒 105-0003 東京都港区西新橋一丁目 5 番 11 号 第 11 東洋海事ビル 6 階

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