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東北大、レアアース磁石を一切使わないEV駆動用モータを開発

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東北大、レアアース磁石を一切使わないEV駆動用モータを開発

東北大学は、レアアース磁石を一切用いずに、現状のレアアース磁石モータなみのトルクを有するアキシャルギャップ型スイッチトリラクタンスモータ(SRモータ)を世界に先駆けて開発したと発表した。

今後は、電気自動車(EV)への適用および走行試験などを通じて、実用化に向けた検討をさらに進める予定。なお、アキシャルギャップ構造は、永久磁石モータではそれほど珍しくないが、SRモータでは初の試み。

環境保護や省エネルギーの観点から、普及が進んでいるハイブリッド自動車(HV)やEVの駆動用モータには、強力な磁力を有するレアアース磁石が使用されているが、レアアースは産出される地域が偏在しているため、常に供給の不安定さと価格高騰のリスクにさらされている。

そのため、最近では、レアアースの使用量を削減した磁石の開発や、レアアース磁石を安価なフェライト磁石で代替する試み、リラクタンスモータなどの磁石レスモータの見直しなどが、産学官研究機関で行われている。

SRモータは、固定子が鉄心と巻線、回転子は鉄心のみという単純な構造の磁石レスモータで、非常に頑丈で高温に強いという特長を持つため、HVやEV用駆動モータとして期待されているが、同じサイズのレアアース磁石モータに比べるとトルクが小さいという問題が指摘されていた。

これらの課題に対して、同大研究グループは、鉄-コバルト系の高磁束密度磁性材料を鉄心に使用することにより改善を目指してきたが、コバルトを大量に使用するため、コストが問題だった。そこで、SRモータの構造を見直し、一般的なラジアルギャップ型(図1)からダブルロータタイプのアキシャルギャップ型(図2)に変更することで、トルクの改善を試みた。

ラジアルギャップ型モータとアキシャルギャップ型モータのしくみ

さらに、鉄心材料に高コストの鉄‐コバルトを使用せず、通常のモータ鉄心材料であるケイ素鋼板を利用することによりコストの削減を図った。

これまで磁石レスモータは、レアアース磁石を用いたモータと比べて、トルクや効率が低いと考えられていたが、今回の成果により、モータの構造を工夫することで同等程度の性能を実現できる可能性が示された。これはSRモータに代表される磁石レスモータの研究開発に新たな展開を与えるとともに、この分野の発展に寄与するものと考えられる。

【参考】
東北大学 - 磁石レスで大出力トルクのモータ開発に成功(PDF)

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