同期リラクタンスモーターとの組合せで主駆動から副駆動まで幅広い出力に対応

日立製作所、本田技研工業、JICキャピタルによる共同出資会社Astemo（アステモ／本社：東京都千代田区、代表取締役社長：竹内弘平）は10月27日、BEV（Battery Electric Vehicle）向けに、資源リスクを大幅に低減可能な、レアアースを使用しない新型モーターを開発した。

＊画像は、新型モーターのモックアップ（左：主駆動用ステーター＆ローター、右：副駆動用ローター）

このモーターは、回転部であるローターコア(鉄心)に磁力を発生させて回転力を生み出す同期リラクタンスモーターと呼ばれる方式で、BEV駆動システムの動力源として、レアアース（希土類元素／元素周期表の主に第４周期から第６周期に含まれる17種類の元素）を多く使用する従来型の永久磁石モーターの代替を可能する。

今回の開発では、駆動力を常時発生させる主駆動モーター向けには、レアアースフリー磁石を埋め込むことで180kWの高出力を実現した他、パワーアシスト用途の副駆動モーター向けには、惰行回転時のエネルギーロスがない同期リラクタンスモーターを組み合わせることで、合計315kWの出力をカバーした。

同期リラクタンスモーターは2030年ごろの実用化を目指しており、量産自動車へ採用されれば世界初（2025年10月現在、Astemo調べ）となる見込みだ。

従来のBEV用モーターでは、強力な磁力を生み出すため、ローターにネオジムなどのレアアースから成る永久磁石(ネオジム磁石)を多く使用していた。しかし、レアアースは地政学的なリスクが高く、安定供給が課題だった。

一方で、レアアースフリーで知られるフェライト磁石は、磁力が1/3以下となるため、従来と同じ出力を得るためには、モーターのサイズを理論上約3倍にする必要がある。

そこで対策として、永久磁石を使用しない誘導モーターや巻線界磁モーターなどが実用化されているが、これらは電磁石を使ってローターの磁力を発生するため、ローターにも多くの銅材料を使用しなければらない。

ところが銅材料についても、再生可能エネルギーや電動車両の普及拡大に伴い需給のひっ迫が懸念されており、誘導モーターや巻線界磁モーターにも資源リスクの低減に向けた改善の余地が残されていた。

そこでAstemoでは、従来型の永久磁石モーターを代替するため、新型の同期リラクタンスモーターを開発した。

新型モーターでは、ローターコアの形状による磁気抵抗(リラクタンス)の差を利用して回転力を生み出す方式を採用している。

磁力を伝える経路を複数の層に分ける「多層フラックス構造」を開発し、ローターコア部分に磁極が形成されるように電流を適切に制御することで、これまでネオジム磁石が生み出していた強力な磁力を補うことが可能となった。

また、ローターコアに磁極を形成する際には、より大きな電流をモーターの固定部であるステーターのコイルに流す必要があり、発熱が課題となるが、コイルが入っているスロット部や端部を冷却油で浸漬する構造を開発したことで、モーター内の発熱増加を抑制できた。

＊従来の永久磁石モーターと、新型の同期リラクタンスモーターの比較

具体的に、BEVの駆動力として常時使用する主駆動モーター向けには、フェライト磁石を補助的に埋め込んだ磁石補助同期リラクタンスモーターによって、従来の永久磁石モーターに対してサイズ増加を30%に抑えながら180kWの出力を実現した。

一方で、BEVのパワーアシストとして必要な時だけ動かす副駆動モーターでは、磁石を埋め込んでしまうと、主駆動モーターによって惰行回転している時に磁石の磁力がブレーキとして働き、エネルギーロスが発生する。

このため、副駆動モーター向けには、磁石を一切使用しない同期リラクタンスモーターを開発し、最大135kWまでの出力をカバーすることで、BEV駆動システム全体の消費電力を抑制した。

このように、今回開発したレアアースフリーの新型モーターは、従来型のBEV用モーターと同等の性能を有しながら、Astemoの電動パワートレインのポートフォーリオを強化する技術として、レアアースなどの希少資源に対する調達リスクや価格変動の影響を軽減し、安定した供給を可能にする。

また、主駆動のみならず副駆動を含めたBEV駆動システム全体のエネルギーロスを低減することで、幅広い走行シーンにおける消費電力を抑制するとしている。

今回開発した新型の同期リラクタンスモーターは、2025年10月30日から東京ビッグサイトで開催される「Japan Mobility Show 2025」で展示される予定だ。