第2回EV・HEV駆動システム技術展(1)

駆動用モーター関連の新製品・新技術

2011/02/17

要 約

第2回EV・HEV駆動システム技術展(EV Japan 2011)(2011年1月19日~21日に東京ビッグサイトで開催)における駆動システム、モーター[部品・材料]、モーター[巻線機]、加工技術に関連する注目すべき27社の製品/技術の概要を紹介する。

今年の出展では、モーター本体、関連部品・材料および製造設備、さらには加工技術もモーター関連の企業が大幅に増えている。加工技術では、技術商社であるエヌシーネットワークのブースに10社の中小企業(昨年は6社、うち4社は今年も継続)が出展し、独自技術をアピールしていた。なお、二次電池/次世代電池、充電器、関連部品・材料については続編で紹介する。


分野 企業名 製品・技術
駆動システム 安川電機 EV用モータードライブシステム
ピューズ EVシステム開発支援
TGMY/繁原製作所 DCブラシレスモーター、一次減速機
ワーテックス コンバートEV用エアコン電動コンプレッサー
Mywayプラス EV/HEV用車載モーター評価システム
モーター[部品・材料] 東レ モーター用絶縁材(PPS繊維・フィルム)
津田工業 HEV用モーターシャフト(冷間鍛造工法)
シコー コアレスモーター
エス・エッチ・ティ チョークコイル
秋山製作所 モーターシャフト(摩擦圧接工法)
菱電化成 ブスバー
ノアコーポレーション コイルテスター
東洋電産 車載発電システム
モーター[巻線機] 小田原エンジニアリング 各種巻線機
多賀製作所 各種巻線機
加工技術 アルファテック 精密石膏鋳造工法
伊藤精密製作所 精密旋盤複合加工技術
イナテック 薄肉砂型鋳造工法
LSIクーラー ヒートシンク技術に特化
クライム・ワークス 部品軽量化技術
大槇精機 同時5軸薄肉加工技術
日伸精工 精密プレス加工技術
ミヤキ アルマイト処理技術
ムサシ 同時5軸加工技術
山岸製作所 旋盤薄肉加工技術
ナミテイ 冷間鍛造工法
アテクト 粉末射出成型工法


駆動システム

 安川電機(EV用モータードライブシステム)

自動車業界へ新規参入した同社は、昨年発表したHEV/EV用モータードライブシステムQMET DRIVE(Qualified Magneto-Electronic Transmission 電子式巻線切替制御を採用)と共に、今回はそれをコミューター~軽自動車クラス用に小容量化したYMEV(Yaskawa Motordrive for Electric Vehicle)を公開した。YMEVは、QMETから巻線切替制御機能を取り除くと共に、低出力域に焦点を絞った。EVベンチャーのゼロスポーツ(岐阜県各務原市)が1000台分を発注し、同社が日本郵政グループの郵便事業会社に納入する集配用EVに搭載される見込み。(プレスリリース

また、SiC(炭化ケイ素)パワー半導体素子を採用したSiC-QMETを参考出品した。モーター駆動用のインバーターの主回路や、モーターの巻線切替部にSiC製パワー素子を利用し、切替部の容積を半分にした。SiCパワー素子は、ローム製のトレンチ型MOSFETとショットキーバリアダイオード(SBD)である。
(注)以下の画像はクリックすると拡大します。
   
軽EV用小容量のYMEV SiCパワー半導体を採用したSiC-QMET
   
SiCパワー半導体を使用した巻線切替制御 SiCパワー半導体を使用したインバーター
   
小型~普通自動車用のQMET DRIVE  

  ピューズ(EVシステム開発支援) 

EV開発・試作受託サービスで著名な同社は、ブラシレスDCモーター(IPM同期モーターと同義)、インバーター、電池パック、電池制御ユニット(BMS)等を展示した。納入実績例はHEV駆動用モーター(定格出力10kW~30kW)、小型EV駆動用モーター(600W~5kW)他がある。小型の600W級モーターシステム(M600 Motor System)は、モーター機構部、インバーター部、コントローラー部を一体構成して部品点数を削減、軽量化を図って電動二輪車用途に適す。HEV/EVは高圧電流を使うために、車体シャーシへの高圧電流のリーク(漏出)対策が不可欠である。この用途に絶縁劣化検知センサーを提案する。この検知センサー CEL4 は、車体シャーシから絶縁された420Vまでの高圧直流回路と車体シャーシの間の絶縁抵抗を常時監視して、絶縁抵抗が劣化した場合に警告信号と警報信号を出力する。
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自動車用ブラシレスDCモーター受託開発の概要 600W級モーター・インバーター・コントローラー
一体型パワーユニットの仕様
   
ハイブリッド車用12kW級モーターの展示 高圧直流回路使用機器の絶縁劣化を検出するセンサー
CEL4 の展示

  TGMY(DCブラシレスモーター、モーターECU) 繁原製作所(一次減速機) 

EV改造用基幹部品輸入とEV改造サービスを行うTGMYと自動車用部品試作メーカーの繁原製作所は、一回の充電での走行距離550kmを目指したEVである「卑弥呼」を共同開発して展示した。

繁原製作所が開発したEV用減速機(FR 2段変速タイプ)は、AT車のEVへの改造を可能にした。一次減速機の固定ギア比に加え高速ギア比または高出力ギア比を備える2速仕様の減速機のFF・MR・RR用 縦置き型/水平置き型およびFR用が開発済み。

(注1)現状のEVへの改造は、モーターの回転数とエンジンの回転数が合わないためにATの制御が困難なため、通常はMT車のみが対象となる。
(注2)以下の画像はクリックすると拡大します。
   
TGMYのEV改造例 コンバートEV車「卑弥呼」の仕様概要
   
コンバートEV車「卑弥呼」の展示
(モーターと制御関連はAzure製)
コンバートEV車「卑弥呼」の展示
   
繁原製作所の開発したEV用FF 2速減速機(ミラバン用)の展示  

  ワーテックス(コンバートEV用エアコン[電動コンプレッサー:冷房専用]) 

既存車を電気自動車へ改造するコンバートE事業の高まりに着目して開発。市販車を電気自動車に改造するためにエンジンとコンプレッサーを取り外した車両では従来のエアコンが使えなくなるので、エアコン用電動コンプレッサーを開発した。冷房専用。コンプレッサー以外は元のエアコンシステムを使用するが、エアコン用バッテリーが追加で必要となる。暖房用にセラミックヒーターを別途開発中とのこと。
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コンバートEV用エアコンのシステム図 コンバートEV用エアコンの概要

  Mywayプラス(EV/HEV用車載モーター評価システム) 

同社は、EV用永久磁石型同期モーターおよびドライバー、リチウムイオン電池用充電器という自動車用部品製造に進出してきた。元々はパワーエレクトロニクス分野における研究開発用ツールや試験用装置の開発・製造・販売で18年の経験を有する。今回は、EVの中核部品であるモーターを評価するMES-Complete(モーターの対応容量:1kW~200kW)を展示した。この評価システムは、最も計測時間のかかるトルクマップ、インダクタンス値、N-T特性などを自動計測する機能がつき、効率アップが可能。さらに銅損・鉄損評価にも対応可能。
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電動車両用試験装置の概要  


モーター[部品・材料]

  東レ(モーター用絶縁材) 

結晶性の高機能熱可塑性エンジニアリング・プラスチックであるPPS(ポリフェニレンサルファイド)繊維(製品名:トルコン)は、絶縁材としてモーターの導線結束用コードやそのコードの保護材に使用される。また、モーター内部の絶縁紙の用途に、PPSフィルム(製品名:トレリナ)やNSNフィルム(製品名:Namli)を提案する。
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モーター用絶縁材用途のPPS繊維 PPS繊維を使用したモーターの展示
   
モーター用絶縁紙用途の2種類のフィルム

   津田工業(HEV用モーターシャフト)  

プリウスに採用されたHEV用モーターシャフト(深穴冷鍛品)は、深穴・細穴を冷鍛成形することによりネットシェイプ(切削又は転造工程を廃止)できるために、従来の熱間鍛造+穴開け切削に比較して製造コストを15%低減した。また、ジェネレーターシャフトは、ロット生産から1個流しが可能となり、コストを30%も低減した。

(注1)冷間鍛造工法について
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HEV用モーターシャフトの展示 HEV用ジェネレーターシャフトの展示
   
冷間鍛造工法によるコスト低減効果  

  シコー(コアレスモーター

同社は、巻線ではなく銅シート材を使ったステーターを用いた超小型のコアレスモーターを得意とし、特に携帯電話のバイブレーター用振動モーターでは世界的なトップ企業である。車載用ではカーナビ、カー・オーディオ等の冷却用ファンモーターの大手でもある。独自開発してきたコアレスモーター技術を活用して風力発電用発電システムを事業化し、次いでEV用ホイールインモーター(3kW、5kW級)を開発した。4輪に計4個のホイールインモーターを組込むことで、現行のガソリン軽自動車クラスの出力を想定している。

(注1)開発に関するIR情報
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コアレスモーターによるホイールインモーターの概要

開発した5kWホイールインモーターの展示

(注)中空となったモーターケース内にディスクブレーキを収納できる。

 エス・エッチ・ティ(チョークコイル)

世界特許を取得した「サイドギャップ構造」、「バンク巻線工法」に代表される独自の製品構造・工法の開発に取り組む同社は、モーターの芯となる電磁鋼板コアから自動巻線をギャップから挿入するサイドバック構造を有するサイドギャップチョークコイル(インダクター)や整流・ノイズ除去用の電磁鋼板カットコアリアクトルへ製品領域を拡張してきた。
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リアクトル・チョークコイルの用途例 リアクトル・チョークコイルの特長

 秋山製作所(モーターシャフト)

クランクシャフト、シャフトに特化した同社は、中実材と中空構造材を摩擦圧接して製造した中空構造を有する超軽量モーターシャフトを展示した。中空構造にすることで45%の軽量化を実現した(2.75kg⇒1.52kg)。

なお同社は、この新工法が特許に該当することが判明したにもかかわらず特許申請を行っていない。ウェブサイトにて公開することにより公知の技術として第三者に特許取得をできないようにし、誰もが利用できる技術としている。(参照先
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超軽量モーターシャフトの特長① 超軽量モーターシャフトの展示
 
超軽量モーターシャフトの特長②  

 菱電化成(ブスバー)

三菱電機と三菱ガス化学の合弁会社である同社は、大電流用導電体であるラミネートブスバーを出展した。ブスバーまたはバスバーは、HEV/EVにおいて駆動用バッテリーとインバーターをつなぐ直流高電圧リレー装置の中で端子と端子を接続するもので、銅、銅系合金などからなる導体平板をプレス機で打ち抜いて形成される。同社のラミネートブスバーは、パワーエレクトロニクス用電子回路のスイッチングサージ電圧の発生を抑制する効果がある。
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HEV/EV用ラミネートバスバーの概要 大電流回路用ラミネートバスバーの概要
 
ラミネートバスバーの展示  

 ノアコーポレーション(コイルテスター)

インサーキットテスターなど電子回路検査装置の設計開発・製造を行う同社は、HEV用駆動モーターの巻線の絶縁不良を検査(最大6kVまでの電圧値で評価)するコイルテスターを展示した。このテスターは、パワーMOSFET(半導体)による独自のインパルス発生機構(特許取得済)を有し、極軽微なコロナ(絶縁不良により発生する初期のアーク現象で、放置すると短絡(ショート)を引き起こす)を検出してコイル層間の短絡事故の事前予知を可能にする。
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コイルテスターの特長 モーター巻線層間絶縁テスト装置の概要

 東洋電産(車載発電システム)

自動車用アルミニウム鋳造を主力事業とする同社は、車載用発電システムを展示した。このシステムは、車両取り付け型の1軸2系統で直流12V、交流100Vが得られる発電システムであり、移動中継車両や緊急車両・保守車両等へ採用実績がある。参考出展した15kVA-HMG NMG発電システムは、DC/DCコンバーター不要の電圧制御とブラシレスが特長である。
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15kVA級車載発電システムの特長 15kVA-HMG NMG発電システムの実機展示
(エンジンルーム内)


モーター[巻線機]

 小田原エンジニアリング

モーター製造用巻線設備(巻線機、自動巻線製造ライン)専業メーカーである同社は、13年前のトヨタの初代プリウス用駆動モーターの製造用に採用されて以来、トヨタ自動車や日産他に採用実績が多くある。たとえば、下の写真にみるインサータ式全自動ステーター巻線ライン(価格:一式6億円)はトヨタ自動車にも採用されている。

顧客からはPPMの精度を要求され、同製造ラインを導入してもその精度はすぐには出せず、製造ラインを使いこなすまでに少なくとも半年はかかるとのこと。
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全自動ステーター巻線ライン

 多賀製作所

1948年に日本最初の自動巻線機を開発した巻線機の老舗メーカーである同社(1887年創業)は、ホンダのインサイト用駆動モーター製造用に採用されてより、ホンダ、日産、現代他に採用実績が多くある。汎用機を組み合わせた製造ライン(価格:一式5000万円)を提案している。巻線機ビジネスの販売上の競合先は、同業他社というよりは、巻線機や製造ラインを内製している顧客側の工機部が多いとのこと。
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巻線機の展示 HEVモーター内の分割巻コイルの展示


加工技術

 アルファテック(精密石膏鋳造工法)

エヌシーネットワーク会員会社。自動車部品メーカーの同社は精密石膏鋳造工法をアピール。精密石膏鋳造とは金型を使わない精密鋳造で、型材に石膏を使用する。コスト的には5~100個程度の試作部品等の少量生産に適していると言われ、多く使われている砂型鋳造に比較して、複雑な形状の部品を製造可能である。同社は、愛知県の本社工場に加え、中国・上海とインドHaryanaにも量産工場を進出させている。
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精密石膏鋳造品の展示 精密石膏鋳造工法の特長①
   
精密石膏鋳造工法の仕様概要 精密石膏鋳造工法の特長②

 伊藤精密製作所(精密旋盤複合加工技術)

エヌシーネットワーク会員会社。自動車部品加工メーカーの同社は、NC自動旋盤他130台の設備力を生かし、岐阜県の本社工場で集中生産する。
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加工実績の例 精密旋盤複合加工したサンプルの展示

 イナテック(薄肉砂型鋳造工法)

エヌシーネットワーク会員会社。アイシングループを主要顧客とする同社は、精密砂型鋳造技術や5軸NC加工技術をアピール。たとえば、冷却性能を高めた複雑な中空形状のHEV用ハウジング部品を砂型鋳造で製造したサンプルを展示した。同社は、愛知県内の3ヶ所の工場で集中生産する。
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薄肉砂型鋳造工法の特長

 LSIクーラー(ヒートシンク技術)

エヌシーネットワーク会員会社。ヒートシンク技術に特化した同社は、HEV/EVも含めて電動化の拡大に伴い急増するモーターや電池が発生する熱対策部品であるヒートシンクの需要増に対応し、福島工場の生産に加えてベトナム現地法人でも生産を行っている。同社のヒートシンクの製造技術は、フィンをベース(両者ともアルミ製)に圧入して接合させる冷間圧接工法(コームフィット接合原理:特許出願中)に基づき、大幅なコスト低減を可能にした。
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コームフィット接合原理の概要 ヒートシンクのサンプル展示

 クライム・ワークス(部品軽量化技術)

エヌシーネットワーク会員会社。大田区に創業した同社は、顧客の製品開発の全工程を支援する「ワンストップサービス」の提供を目指す。そのため、開発試作/量産試作や、材質・強度・不具合を改善する改案試作を顧客に積極的に提案している。今回の展示では、改案試作としての「金属部品の樹脂化」をアピール。熟練した3次元CAD/CAE/CAM技術の活用でコスト低減を可能にするとのこと。
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金属部品の樹脂化の特長 クライム・ワークスの技術概要

 大槇精機(同時五軸薄肉加工技術)

エヌシーネットワーク会員会社。試作開発に特化した同社は、高度な同時五軸切削加工技術をアピール。下右の写真の金賞のヘルメットは、OPEN MIND 2009 CAM AWARDで受賞したもので、hypermill(CAMソフトウェア)を使い、材料時120kgだったアルミの塊からメッシュ加工や薄肉加工を施して3.6kgまで削り出したもの。作業時間は150時間。
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超薄肉切削加工技術のアピール① 超薄肉切削加工技術のアピール②

 日伸精工(精密プレス加工技術)

エヌシーネットワーク会員会社。プレス金型設計製作及びプレス加工を行う同社は、2部品一体化を行う精密プレス一体成型加工により、従来の切削/ダイキャスト成形/軸受部溶接をなくして90%のコストを低減した実績をアピール。
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精密プレス一体成型技術のメリット 精密プレス一体成型技術の事例
 
精密プレス品のサンプル展示  

 ミヤキ(アルマイト処理技術)

エヌシーネットワーク会員会社。自動車/二輪車用アルミ部品の超潤滑硬質アルマイト処理(技術名:カシマコート)と超耐電食・耐薬品複合アルマイト処理(技術名:WRコート)の技術をアピール。WRコートは、FCV(燃料電池車)の燃料である水素の絶縁材として使用された。また、カシマコートをエンジン用ロッカーアームに適用した例では、鉄からカシマコート処理されたアルミへ変更されたことにより、その自己潤滑性によってベアリングを不要とすることができ、大幅な軽量化とコストダウンに成功した。
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アルマイト処理のサンプル展示

 ムサシ(同時五軸加工技術)

エヌシーネットワーク会員会社。同時5軸マシニングセンタや縦型CNC旋盤など充実の設備を誇る同社は、熟練磨き職人を不要にするほどのサブミクロン単位の面粗さをへール加工で実現した。回転切削による加工面にはカッターマークが渦巻状に残り、この僅かな筋が気体や液体などの微量な漏れを引き起こすことから、加工後に熟練技能者による磨き作業で均一にする後工程が必要である。同社のへール加工技術では、カッターマークが加工面に付かない面粗さ精度を誇るため、技能者の磨き作業を不要にしたとのこと。
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同時5軸ヘール加工技術の特長

 山岸製作所(旋盤薄肉加工技術)

エヌシーネットワーク会員会社。日本精工グループを主要顧客とし、肉切削加工技術に強い同社は、昨年の出展では薄肉切削加工部品が米国自動車メーカーのPHEV用駆動モーターのケースに採用(エヌシーネットワーク経由の受注)されたことを明らかにした。今回も試作部品製造用に旋盤薄肉加工技術をアピール。
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旋盤薄肉切削加工技術の特長 薄肉切削加工技術のサンプル(モーター用部品)展示

 ナミテイ(冷間鍛造工法:異形線加工・端子等精密部品)

東大阪市に創業した同社は、冷間圧造(鍛造)工法を得意とし、2007年に異型(異形)線の精密切断(剪断)加工技術を開発したことにより「東大阪ものづくり大賞」金賞を受賞、併せて 経済産業省「元気なモノ作り中小企業300社2007年版」に選定された。
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冷間鍛造による異形線加工の特長 冷間鍛造で加工された異形線のサンプル展示

 アテクト(粉末射出成型工法:窒化アルミ製ヒートシンク、燃料電池用金属セパレーター)

東大阪市に創業した同社は、粉末射出成型工法(PIM:Powder Injection Moulding)を活かした窒化アルミ製ヒートシンクや燃料電池用金属セパレーターをアピール。自動車部品事業への多角化を推進している。同社は、M&Aを通じてトライアル(株)と(株)ダイプラを連結子会社化し、PIMにおける素材開発技術と量産技術を備えている。
(注)以下の画像はクリックすると拡大します。
   
粉末射出成型による窒化アルミ製ヒートシンクの
サンプル展示
粉末射出成型による燃料電池用金属セパレーターの
サンプル展示
                     <自動車産業ポータル、マークラインズ>