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レアアースの使用を抑えた重希土類フリーモータの開発に成功【ジェイテクト】
2019年1月24日
ジェイテクト、レアアースの使用を抑えた重希土類フリーモータの開発に成功
独自の技術でレアアースの使用を抑え、製品性能を向上させた、埋込磁石型モータを開発
ジェイテクトでは2011年より、ネオジムとジスプロシウムを使用しないモータの開発に着手。その結果、焼結磁石を用いたSPMモータと同等の高出力・低トルク変動を誇り、且つネオジムとジスプロシウムを使用しない重希土類フリーのボンド磁石を用いたIPMモータの開発に成功。
株式会社ジェイテクト（以下ジェイテクト）は、重希土類を用いないことでレアアースの使用を抑え、さらに独自の技術で製造工程を簡略化し、製品性能を向上させた埋込磁石型モータ (IPMモータ)を開発。
1.開発背景
焼結磁石を用いた表面磁石型モータ(SPMモータ)には、実用化されている磁石の中で最も磁力の強いネオジム磁石に、耐熱性と保磁力を向上させるジスプロシウムを添加したものが使用されている。このジスプロシウムは全17種類のレアアースの内、世界的に希少で分布が偏在している重希土類に分類されており、鉱物資源として利用するには軽希土類元素に比べて安定調達・材料コストの観点でリスクを抱えている。
そこでジェイテクトでは2011年より、ネオジムとジスプロシウムを使用しないモータの開発に着手。その結果、焼結磁石を用いたSPMモータと同等の高出力・低トルク変動を誇り、且つネオジムとジスプロシウムを使用しない重希土類フリーのボンド磁石を用いたIPMモータの開発に成功。
2.開発品の特長
◆使用磁石
今回開発した製品にはネオジムとジスプロシウムを使用せず、重希土類フリー且つ安価なサマリウムを原料としたボンド磁石を採用しました。これにより、重希土類の調達リスク回避と安定供給を図る。
◆ロータ形状
ボンド磁石の利点である成形自由度の高さを活かして、表面積を大きく取れるU字形状に磁石を埋め込んだIPMモータを開発。U字埋め込み形状を採用することで、限られたスペースでの磁石表面積を大幅に増加させて、焼結磁石と同等のトルクを達成。
◆製造工程
製造工程においては、磁場成形金型設計と性能解析手法によって、ジェイテクト独自の射出成形技術を生み出すことに成功し、着磁率・配向率の向上によって信頼性を高めることに成功。そのうえで、従来の6工程から自社内完結の2工程にすることで生産性向上も実現。
以上の特長より、ボンド磁石の成形自由度を活用した独自の金型設計を確立したことに加えて、磁石先端形状の最適化を実現したことで、ロータコアへの供給磁場の向上とボンド磁石の流動経路の磁場を向上させ、「モータのトルク向上」と「トルク変動の低減」を達成。
3.今後の展望
開発には、設計部門とつくり部門の同席設計( SE：Simultaneous Engineering ) により、ジェイテクトのOnly One技術を生み出すことに成功。
SPMモータと同等のトルク変動を達成したことで、「IPMモータはSPMモータに比べてトルク変動が生じやすい」という常識を打破し、IPMモータでは世界最高レベルの低トルク変動に到達。同時に、焼結磁石と同性能の磁気特性を達成したことにより、ボンド磁石では世界最高レベルの出力を誇るIPMモータとなった。
まずは自動車部品用アクチュエータ向けに2019年1月より当社東刈谷事業場（愛知県刈谷市）で生産開始。
今後は更なる耐熱性の向上を図り、電動パワーステアリングや電動オイルポンプをはじめとする多くの自動車部品での活用に向け、更なる開発を推進。
参考 モータについて
電気自動車や電動パワーステアリング、その他各種産業に使用されているモータには、ロータの表面に磁石を張り合わせた形状をもつ表面磁石型モータ(SPMモータ)と、ロータの内部に磁石を埋め込んだ構造をもつ埋込磁石型モータ (IPMモータ)がある。また、モータに使用される磁石には、主に焼結磁石とボンド磁石があります。焼結磁石とは、磁石合金を微粉砕した後、磁場中で磁化容易軸を揃えてプレス成形し、さらに高温で焼き固めることにより製造される。焼結磁石を用いたモータは、電動オイルポンプや駆動モータなど、高出力・高耐熱性が要求される場面で使用されている。一方、ボンド磁石は、磁石を砕いてゴムやプラスチックなどの樹脂素材に練り込んだ柔軟性のある磁石。加工が容易で、磁石が遠心力で飛散しないという特長があります。ボンド磁石を用いたモータは、出力は高くなく、耐熱性能に課題があるため、ワイパーやパワーウィンドウなど、低負荷な環境で使用される。
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