H22_3_25 NEDOプレスリリース－1

次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発/要素技術開発/

レアアース使用量を半減する

要素技術開発/脱レアアースを目指す自動車用モータの研究開発/

アを利用したレアア ス使用量を半減する高出力密度モーターを開発

SMCコアを利用したハイブリッド界磁モータの研究開発ハイブリッド界磁モ タの研究開発

名古屋工業大学大学院 工学研究科 おもひ領域 小坂 卓

平成２２年３月２５日（木）

H22_3_25 ＮＥＤＯプレスリリース－2

EV/HEVEV/HEV用モータへの要求と設計ジレンマ用モータへの要求と設計ジレンマEV/HEVEV/HEV用モータへの要求と設計ジレンマ用モータへの要求と設計ジレンマ

10000[N

]広範な速度－トルク運転領域をモータ１台でカバー

低速大ト ク高速高出力

8000

行抵

抗　

[

1速ルク

低速大トルク・坂道発進・路肩乗り上げ

・高速道巡航

モ タ設計上6000

4000及び

走行 1速

2速

モー

タト

ル・路肩乗り上げ

モータ設計上

モータ設計上電圧 ∝ v B lバッテリ電圧制限4000

2000駆動

力

3速

4速

∝モトルク ∝ I B l

B：磁力※

バッテリ電圧制限

高速高出力化＝低磁力化

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180速

5速高トルク化＝高磁力化

低磁力化損失 ∝ B2

低損失高効率化車速[km/h]

∝モータ回転数※正確には磁束密度＝低磁力化出典元：堀洋一 他：「自動車

用モータ技術」 p.185日刊工業新聞出版、2003年

H22_3_25 ＮＥＤＯプレスリリース－3

EV/HEVEV/HEV用モータへの要求と設計ジレンマ用モータへの要求と設計ジレンマEV/HEVEV/HEV用モータへの要求と設計ジレンマ用モータへの要求と設計ジレンマ

広範な速度－トルク運転領域をモータ１台でカバー磁力源として，永久磁石を用いると。。。

10000[N

]

広範な速度 トルク運転領域をモ タ１台でカ

低速大ト ク高速高出力

磁力源として，永久磁石を用いると。。。

一般に永久磁石は固定磁力源なので，モータ設計上，両立は背反

変 考 が8000

行抵

抗　

[

1速ルク

低速大トルク・坂道発進・路肩乗り上げ

・高速道巡航

モ タ設計上

ということで，近年，可変磁力方式という考え方に世界中が注目

6000

4000及び

走行 1速

2速

モー

タト

ル・路肩乗り上げ

モータ設計上

モータ設計上電圧 ∝ v B lバッテリ電圧制限4000

2000駆動

力

3速

4速

∝モトルク ∝ I B l

B：磁力※

バッテリ電圧制限

高速高出力化＝低磁力化

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180速

5速高トルク化＝高磁力化

低磁力化損失 ∝ B2

低損失高効率化車速[km/h]

∝モータ回転数※正確には磁束密度＝低磁力化

H22_3_25 ＮＥＤＯプレスリリース－4

可変磁力方式を採用したモータ開発動向可変磁力方式を採用したモータ開発動向可変磁力方式を採用したモータ開発動向可変磁力方式を採用したモータ開発動向

磁石磁力可変方式磁石磁力可変方式○2009年：東芝ﾎｰﾑｱﾌﾟﾗｲｱﾝｽ 日経ｴﾚｸﾄﾛﾆｸｽ2010年3月8日号解説３

巻線接続切替方式○2009年 日立ｱﾌﾟﾗｲｱﾝｽ○2009年：日立ｱﾌ ﾗｲｱﾝｽ 日経ｴﾚｸﾄﾛﾆｸｽ2010年3月8日号解説３

○2009年：安川電機 日経ｴﾚｸﾄﾛﾆｸｽ2010年3月8日号解説３

永久磁石磁力と電磁石磁力の併用方式⇒ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ界磁モータ○1995年 明電舎○1995年：明電舎，電気学会論文誌，Vol.115-D, No.11, pp.1402-1411

○2003年：Univ. of Wisconsin, Madison(USA)IEEE Trans. on IA, vol. 39, No.6, pp. 1704-1709, 2003, , , pp ,

○2007年：SATIE - Ecole Normale Supérieure de Cachan(France) Proc. of the 12th EPE 2007

H22_3_25 ＮＥＤＯプレスリリース－5

省ﾚｱｱｰｽﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ界磁ﾓｰﾀのｺﾝｾﾌﾟﾄ省ﾚｱｱｰｽﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ界磁ﾓｰﾀのｺﾝｾﾌﾟﾄ省ﾚｱｱ ｽﾊｲﾌ ﾘｯﾄ 界磁ﾓ ﾀのｺﾝｾﾌ ﾄ省ﾚｱｱ ｽﾊｲﾌ ﾘｯﾄ 界磁ﾓ ﾀのｺﾝｾﾌ ﾄ

１．強め磁力制御による省レアアース化・・・磁石磁力＋電磁石磁力

低速大トルクに要する磁力Ｂを1とすると低速大トルクに要する磁力Ｂを1とすると、磁石磁力のみの場合・・磁石磁力1 ⇒磁石量100%100%ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ界磁の場合・・・磁石磁力0.5＋電磁石磁力0.5 ⇒磁石量50%

２．弱め磁力制御によるバッテリ電圧拘束下での高速高出力化と低損失高効率化・・・・磁石磁力－電磁石磁力

磁力Ｂのゼロ化による逆起電力と損失（鉄損）のゼロ化ハイブリッド界磁の場合・・・磁石磁力0.5－電磁石磁力0.5⇒磁力ゼロ化課 題ハイブリッド界磁の場合 磁石磁力0.5 電磁石磁力0.5⇒磁力ゼロ化

磁石磁力と電磁石磁力を効率的に協調作用させるモータ構造の創出課 題

H22_3_25 ＮＥＤＯプレスリリース－10

本開発の省ﾚｱｱｰｽﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ界磁ﾓｰﾀ本開発の省ﾚｱｱｰｽﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ界磁ﾓｰﾀ本開発の省ﾚｱｱ ｽﾊｲﾌ ﾘｯﾄ 界磁ﾓ ﾀ本開発の省ﾚｱｱ ｽﾊｲﾌ ﾘｯﾄ 界磁ﾓ ﾀ

主 タ部 SMCコア製界磁極

主モータ部SMCコア製界磁極

N S

軸方向着磁

N S

軸方向着磁永久磁石

N S

ロータ内周SMCコア

シャフト

薄板積層コア

SMCコア

モータ巻線 トロイダルコイル電磁石ｽﾃｰﾀ外周SMCコア

トロイダルコイル電磁石S C ア

H22_3_25 ＮＥＤＯプレスリリース－11

本開発の省ﾚｱｱｰｽﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ界磁ﾓｰﾀ本開発の省ﾚｱｱｰｽﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ界磁ﾓｰﾀ本開発の省ﾚｱｱ ｽﾊｲﾌ ﾘｯﾄ 界磁ﾓ ﾀ本開発の省ﾚｱｱ ｽﾊｲﾌ ﾘｯﾄ 界磁ﾓ ﾀ

主 タ部 SMCコア製界磁極

主モータ部SMCコア製界磁極

N S

軸方向着磁

N S

軸方向着磁永久磁石特徴

１．効率的な強め磁力／弱め磁力制御を実現する３次元磁気回路構造軸方向に磁化された永久磁 を主 タ中心部に配置

N S

ロータ内周SMCコア

シャフト

・軸方向に磁化された永久磁石を主モータ中心部に配置・磁石と向かい合うように軸方向両端に電磁石を配置（無駄ｽﾍﾟｰｽの利用）

薄板積層コア

SMCコア

モータ巻線 トロイダルコイル電磁石ｽﾃｰﾀ外周SMCコア

トロイダルコイル電磁石

２．３次元磁気回路構造を効率的に実現するSMCコアを新材料として採用SMCコア・・・Soft Magnetic Composites（軟磁性複合材）微細鉄粉(粒径100μ )を圧縮成形したコア

S C ア微細鉄粉(粒径100μm)を圧縮成形したコア。どの方向にも磁束を流し易く，うず電流損失が小さい。

H22_3_25 ＮＥＤＯプレスリリース－12

本開発の省ﾚｱｱｰｽﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ界磁ﾓｰﾀ本開発の省ﾚｱｱｰｽﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ界磁ﾓｰﾀ本開発の省ﾚｱｱ ｽﾊｲﾌ ﾘｯﾄ 界磁ﾓ ﾀ本開発の省ﾚｱｱ ｽﾊｲﾌ ﾘｯﾄ 界磁ﾓ ﾀ

試作機組み立て前概観

H22_3_25 ＮＥＤＯプレスリリース－13

動作原理－強め／弱め磁力制御①動作原理－強め／弱め磁力制御①

＜界磁非制御時＞ ＜強め磁力制御時＞

動作原理－強め／弱め磁力制御①動作原理－強め／弱め磁力制御①

＜界磁非制御時＞ ＜強め磁力制御時＞

N SN S

永久磁石磁力＋電磁石磁力 効率的な磁力の強め作用永久磁石磁力＋電磁石磁力

トルク ∝ 合成磁力×モータ電流効率的な磁力の強め作用低速大トルク性能の付与

H22_3_25 ＮＥＤＯプレスリリース－14

動作原理－強め／弱め磁力制御②動作原理－強め／弱め磁力制御②動作原理－強め／弱め磁力制御②動作原理－強め／弱め磁力制御②

＜界磁非制御時＞ ＜弱め磁力制御時＞＜界磁非制御時＞ ＜弱め磁力制御時＞

N S N S

磁束の流れを直流化かつ磁束の流れを直流化かつ

無力化＝ゼロ化高速回転時の電圧と鉄損軽減

H22_3_25 ＮＥＤＯプレスリリース－15

強め／弱め磁力制御性能の評価強め／弱め磁力制御性能の評価

＜実スケール設計機の

強め／弱め磁力制御性能の評価強め／弱め磁力制御性能の評価

＜1/3ダウンスケール試作機の

300

＜実スケ ル設計機の

磁力可変能力（ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ）＞150

+140%

＜1/3ダウンスケ ル試作機の

磁力可変能力（実測）＞

+258%

200

250

300

100

150

実測値

3D-FEM値

+258%

100

150

200

整率

[%]

50

整能

力[%

]

0

50

100

界磁

調整

0界

磁調

整（原点磁石磁力）ほぼゼロ化

100

-50

0

100

-50

－94.7%力）

ゼロ化ほぼゼロ化

-100-5000 -3000 -1000 1000 3000 5000

界磁アンペアターン [AT]

-100-2500 -1500 -500 500 1500 2500

界磁電流アンペアターン[AT]

弱め電磁石電流 強め電磁石電流弱め電磁石電流 強め電磁石電流

H22_3_25 ＮＥＤＯプレスリリース－16

強め／弱め磁力制御性能の評価強め／弱め磁力制御性能の評価

＜実スケール設計機の

強め／弱め磁力制御性能の評価強め／弱め磁力制御性能の評価

＜1/3ダウンスケール試作機の

300

＜実スケ ル設計機の

磁力可変能力（ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ）＞150

+140%

＜1/3ダウンスケ ル試作機の

磁力可変能力（実測）＞

+258%

200

250

300

100

150

実測値

3D-FEM値

+258%

100

150

200

整率

[%]

50

整能

力[%

]

世界初の効率的な強め／弱め磁力制御（従来技術では不可能）

0

50

100

界磁

調整

0界

磁調

整（原点磁石磁力）ほぼゼロ化

世界初の効率的な強め／弱め磁力制御（従来技術では不可能）・強め磁力制御：磁力を約２．６倍弱め磁力制御 磁力のゼロ化に成功

100

-50

0

100

-50

－94.7%力）

ゼロ化ほぼゼロ化・弱め磁力制御：磁力のゼロ化に成功

試作機試験にて その実現可能性を実証-100-5000 -3000 -1000 1000 3000 5000

界磁アンペアターン [AT]

-100-2500 -1500 -500 500 1500 2500

界磁電流アンペアターン[AT]

弱め電磁石電流 強め電磁石電流弱め電磁石電流 強め電磁石電流

試作機試験にて，その実現可能性を実証

H22_3_25 ＮＥＤＯプレスリリース－17

本研究開発の成果本研究開発の成果省ﾚｱｱ ｽﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ界磁ﾓ ﾀの性能省ﾚｱｱ ｽﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ界磁ﾓ ﾀの性能

省レアア ス 従来モ タ比 磁石量半減以下＝550 以下

－省ﾚｱｱｰｽﾊｲﾌ ﾘｯﾄ 界磁ﾓｰﾀの性能－－省ﾚｱｱｰｽﾊｲﾌ ﾘｯﾄ 界磁ﾓｰﾀの性能－

・省レアアース－ 従来モータ比 磁石量半減以下＝550g以下・高出力密度－ 従来モータと同等 ＝3.5kW/kg（推定）・モータ効率－ 従来モータと同等モ タ効率 従来モ タと同等

目標性能項目 目標値 設計結果 達成度評価

磁石使用量 550[g]以下 517[g]（NMX38SH） OK磁石使用量 550[g]以下 517[g]（NMX38SH） OK大速度 20,000[r/min] 電圧制限，機械強度クリア OK大トルク 210[Nm]以上 183[Nm] 87%大トルク 210[Nm]以上 183[Nm] 87%

出力@6-7kr/min 123[kW]以上 124 [kW] @6.5kr/min 101%目標トルク密度 6[Nm/kg]以上 4.9[Nm/kg] 81.6%目標トルク密度 6[Nm/kg]以上 4.9[Nm/kg] 81.6%目標出力密度 3.5[kW/kg]以上 3.4[kW/kg] 97.1[%]

期待される波及効果期待される波及効果・低引き摺り損失・高効率EV四駆用後輪駆動モータの実現