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2010年11月 9日 (火)

これが中国に依存しないモーターだ

これが中国に依存しないモーターだ
レアアースを使わない電気自動車の
可能性が見えた

2010年11月5日 日経ビジネスONLINE

詳細は、リンクを参照して下さい。

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 「ここまで苦労するとは思わなかった。
 しかし、ついに、磁力がネオジム磁石の
10分の1しかないフェライト磁石を使って、
同等の出力を出すモーターの開発に成功した」

 そう語るのは、北海道大学の竹本真紹
准教授である。

 現在、竹本准教授が研究開発に取り
組んでいるのが、レアアース(希土類元素)
を使わない電気自動車(EV)や
ハイブリッド車(HEV)用のモーター、
「フェライト磁石を用いた3次元モーター」
だ。

 新エネルギー・産業技術総合開発機構
(NEDO)は、2007年度より5カ年計画で、
「次世代自動車用高性能蓄電システム技術
開発事業」を開始。
 その一環として、レアアースを使わない
次世代自動車用モーターの研究開発を推進
している。

 現在、7つのプロジェクトが進行中で、
その中の1つが、竹本准教授が研究開発を
進めている「フェライト磁石を用いた
3次元モーター」プロジェクトである。

 現在のフェライト磁石の主な用途は
吸着用や小型モーター用である。
 子供がよく遊んでいる棒磁石も
フェライト磁石だ。
 身近な磁石の1つであることには間違い
ないが、パワーの面でネオジム磁石と
比べると、スーパーカーと軽自動車ほどの
差がある。

 ネオジム磁石の代わりにフェライト磁石
を使って、同等の性能を出すことなど
果たしてできるのだろうか――。

 通常、モーターは磁石によって発生する
「リラクタンストルク」と
「マグネットトルク」という2種類のトルク
を利用して回転している。

 リラクタンストルクとは、簡単に言えば、
磁石が鉄などを引きつける力を利用した
トルク、一方、マグネットトルクは、
N極とS極が互いに反発したり吸引したり
する力を利用したトルクだ。
 この引きつける力と、反発・吸引する力
の2種類を利用して、モーターを回転させて
いるのである。

 しかしながら、通常、磁力の強い
ネオジム磁石を使ったモーターの場合、
マグネットトルクが高いため、
リラクタンストルクはあまり利用せず、
約8割をマグネットトルクに頼っている。
 その方が、モーターの構造が簡単で、
製造コストを低く抑えられるからだ。

 「しかし、フェライト磁石を使うとなる
と、リラクタンストルクの割合を5割に
引き上げる必要があるだろう」。
 竹本准教授はこう考えていた。

 竹本准教授はひらめいた。
「フェライト磁石がコイルの磁力線に強い
のであれば、大電流を流すモーターにも
使える。しかも、それだけではない。
 この特性を生かせば、逆に
リラクタンストルクとマグネットトルクの
両方を同時に上げることができる」。

 「この発見が、個人的にはこの
プロジェクトの最大の成果だった」と竹本
准教授は振り返る。

 その結果、たどり着いた答えが、
フェライト磁石を表面に出し鉄心を交互に
配置するという回転子の構造だった。

 こうして、3年間の試行錯誤の末、竹本
准教授がたどり着いたのが、下の写真の
ような構造のモーターである。
Photo
竹本准教授が開発した「フェライト磁石を
用いた3次元モーター」の回転子の部分

 コイルが巻かれた2つの固定子が、
回転する部分である回転子を両側から
挟み、その間でトルクを発生させる。
 ユニークな点はもちろん、回転子が
フェライト磁石と鉄心が交互に組み込ま
れた構造になっていることと、鉄心に
圧粉鉄心を使っていることだ。

 2010年夏には、従来のネオジム磁石を
使ったモーターと同等の50キロワットの
出力を達成。一方、トルクは従来の
ネオジム磁石を使ったモーターに対し、
約75%の性能にまで迫ることができた。

 「モーター形状のさらなる最適化を図る
ことで、2号機では80~85%までは上げたい」
 竹本准教授は意気込む。

 このフェライト磁石を用いた
3次元モーターが、次世代自動車に搭載
されるのは、かなり先のことになるだろう。

 しかしながら、元来、検討されたことも
なかったフェライト磁石が、次世代自動車
のモーターになりうるということを示せた
という点で、竹本准教授の挑戦は意義深い
と言えるだろう。
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心強い成果ですね。

ただ、ネオジム磁石を使ったモーター
に比べると、多分サイズが大きくなると
思われます。

>次世代自動車に搭載されるのは、
>かなり先のことになるだろう
とのことですが、どの位先になるので
しょうか?

その際乗り越えなくてはいけない課題は
どの位残されているのでしょうか?
気になりますね。

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