軸方向磁束モータの紹介

磁束の経路方向に基づいて分類すると、軸向磁束モータと径向磁束モータに分けられる。軸向モータでは磁束が軸方向に流れ、径向モータでは径方向に流れる。新エネルギー車や再生可能エネルギーの発展に伴い、空間利用率と効率の優位性から、軸向モータは電動駆動技術の未来と称され、ロボットや関節用モータ、高級電気自動車など、高付加価値分野における代替ソリューションとして徐々に広がりを見せている。

軸方向磁束モータは、高い出力密度と軽量化を核心的な優位性としているが、放熱およびコストの課題を解決する必要がある。

ラジアル磁束モータは製造技術が成熟しておりコストも低いが、体積が大きく、出力密度には限界がある。

次元	軸方向モーター	ラジアルモーター（従来型モーター）
磁束の方向	モータ軸に平行（軸方向）	モータ軸に垂直（径方向）
構造上の特徴	フラットデザインで、軸方向の寸法が短い	円柱形状の構造で、軸方向の長さが長い
電力密度	高（外径³とトルクに関連）	中程度（外径²×積層高さはトルクと関連）
トルク特性	低速高トルク（回転子径が大きい）	トルクは回転数の変化に伴い、比較的顕著に変化する
放熱の難易度	放熱経路が長いため、設計の最適化が必要です。	放熱経路が短く、製造技術が成熟している
コストと工法	コストが高く、工程が複雑である	コストが低く、量産技術が成熟している
典型的な用途	電気自動車、風力発電、レンジエクステンダー	産業用モーター、従来型電動車、家電
効率	通常＞96％	通常90％～95％

軸方向磁束モーター（Axial Flux Motor）

磁束経路が電機の回転軸に平行な構造を有するモータで、固定子と回転子は平面状に配置され、磁束は軸方向に貫通する。その技術原理および構造設計は、従来の径向磁束型モータとは著しく異なる。

特徴：

• 構造がコンパクト：フラットな設計により、軸方向寸法が短く、重量が軽く、出力密度が高い（外径はトルクに依存）。
• 高トルク密度：ローターの直径が大きく、同じ力作用下でもより高いトルク出力を実現できます（トルク＝力×半径）。
• 高効率：磁束経路が短く（一次元）、効率は通常96％を超え、従来のラジアルモーターと同等かそれ以上です。
• 熱放散の課題：熱経路が長く、複合材料製の回転子や能動冷却システムなど、設計の最適化が必要である。
• コストが高め：製造工程が複雑（例：カーボンファイバー製ローター、精密組立）で、量産の難易度も高い。

アプリケーションの使用シーン：

• 電気自動車：分散型電動駆動システム（車体下部スペースの最適化）、レンジエクステンダー式発電機。
• 風力発電：直結式風力タービン（高トルク密度・軽量化の要求）。
• 産業用機器：高出力密度と軽量化が求められる用途（ドローンやロボットの関節など）。

構造：

モータは円盤状の構造を有し、固定子と回転子が平行に配置されており、軸方向寸法が小さい。気隙は平面型で、磁束は軸方向に沿って磁気回路全体を貫通するため、磁束損失が低減される。一部の設計では高強度複合材料を用いて磁気回路を隔離し、渦電流損失の低減と機械的強度の向上を図っている。代表的なトポロジーには、単一固定子・単一回転子型、二重固定子・単一回転子型、単一固定子・二重回転子型、および多ディスク構造が含まれる。

 

ラジアルフラックスモーター（Radial Flux Motor）

磁束経路が固定子と回転子を径方向に貫く従来型の電動機構造では、固定子が回転子を包み込む円柱形状を呈し、有効磁場の方向は電動機の回転軸に垂直であり、径方向磁界の相互作用によって電気エネルギーと機械エネルギーの変換が実現される。

特徴：

• 構造の成熟度：円柱形の設計で軸方向の長さが長く、技術の蓄積が厚く、製造プロセスは標準化されている。
• 出力密度が低い：トルクは外径と積層高さに依存し、体積が大きく、空間利用率が低い。
• 放熱性能に優れる：磁束経路が短く、熱管理が比較的容易で、連続的な高負荷運転に適している。
• コストが低い：量産技術が成熟しており（例えば、積層鉄心や巻線工法）、高い費用対効果を実現しています。
• トルク特性：トルクは回転数の変化に伴って顕著に変動するため、減速機との併用が必要です。

アプリケーションの使用シーン：

• 産業用電動機：ポンプ、送風機、コンプレッサなど、汎用の機械駆動に使用されます。
• 従来型電気自動車：初期の電動車両の駆動システム（例：テスラ・モデルS）。
• 家電製品：洗濯機やエアコンなど、低騒音・低コストの用途。

構造

電動機は円柱状で、固定子が回転子を囲む構造をとっています。気隙は環状であり、磁束の経路は長く、固定子および回転子の鉄心を介して閉じられます。この構造は製造技術が成熟しており、量産にも適しています。また、固定子と回転子の設計は比較的単純で、巻線の配置も規則的であるため、標準化された製造に適しており、保守コストも低く抑えられます。

 

█ 軸方向磁束モータは誰が開発しているのか？

現在、国内外の主要な軸方向磁束モータの供給業者は以下のとおりです。

01#

ヤサ

YASAは2009年の設立以来、軸方向磁束モータの最適化と量産に注力するとともに、輸送分野における応用拡大に取り組んできました。十数年にわたる不断の努力を経て、YASAは軸方向磁束モータ技術の分野で強固な知的財産ポートフォリオを構築し、中国国内だけで100件を超える関連特許を出願、特許出願件数においてトップクラスに位置しています。

YASAの主力製品であるYASA 750およびYASA P400は、磁気ヨークを備えず、分割式電機子構造を採用し、直接油冷方式を導入するなど、独自の設計により、牽引、発電、油圧変換など多岐にわたる分野で卓越した性能を発揮しています。さらに、YASAは新型のハブ軸方向磁束モーターの開発にも成功しており、メルセデス・ベンツのVision One-Elevenに搭載されています。今後は、AMGの電動車市場においても重要な役割を果たすことが期待されています。

02#

マグナックス

Magnaxは、無磁性軸方向磁束モータの設計と最適化に注力しており、2015年以降、電動ドライブ技術の革新を継続的に推進しています。同社の事業はTraxy部門とAxyal部門の二つに分かれ、それぞれ地上車両向けおよび航空宇宙用推進システム向けにサービスを提供しています。

Traxy軸向磁束モーターシリーズ：地上走行車両向けに設計され、出力密度・効率・信頼性のバランスを重視し、電気自動車やバスなどに適しています。

Axyal軸方向磁束モーターシリーズ：航空宇宙用途向けに設計され、高い出力密度と厳しい重量・寸法要件を満たします。

Magnaxの軸方向磁束モーターにおける技術的優位性には、矩形断面導線による銅充填率の向上、配向鋼による鉄心損失の低減、多様な冷却ソリューション、ならびに積層式放熱器などが含まれます。同社の代表製品であるAXF225軸方向磁束モーターは、重量わずか13kgながらピーク出力220kWを実現し、無磁性設計が高い出力密度と軽量化においていかに顕著な利点をもたらすかを示しています。

03#

エヴォリト

Evolitoは、航空宇宙産業向けに先進的な軸方向磁束モーターの供給を専門としており、これらのモーターは小型で軽量でありながら、適切な推進速度においてより高いトルクと出力密度を実現することで知られています。

Evolitoは、さまざまなニーズに対応するため、D250／D500／D1500の3種類の軸方向磁束モーターを提供しています。

▶ D250型番： 特徴は低トルク・高速度で、特に高速な用途に適しています。▶ D500型番： 中程度のトルクと中程度の回転速度を備え、トルクと速度のバランスが求められる用途に適しています。▶ D1500型番： その高いトルクと低回転数という特性から、低速域で高トルクが求められる用途に非常に適しています。

Evolito軸向磁束モータの技術的特長には、以下が含まれます。

▶ 最小サイズと最軽量：同クラスの製品と比較して、Evolitoモーターはサイズ・重量ともにトップクラスを誇ります。

▶ ユークレス設計：ユークレス構造を採用し、セグメント式磁石を組み合わせることで、重量を効果的に軽減し、性能を向上させます。

▶ 強化されたセキュリティ： モーターは1×3および本格的な2×3位相シフト設計を採用しており、安全性が大幅に向上しています。▶ 統合冗長性とセンサー： 内蔵のデュアルチャネル冗長システムに加え、位置センサーおよび温度センサーを搭載することで、高い安全性が求められる環境においても安定した稼働を実現します。▶ カスタム巻線： Evolitoは、特定の用途に応じて巻線をカスタマイズすることで、モータの性能をさらに最適化することが可能です。

Evolitoの軸方向磁束モーターは、eVTOL（電動垂直離着陸機）、UAM（都市空中交通）、ヘリコプター、ならびに1枚または複数の回転翼を備えた固定翼の一般航空機など、航空宇宙分野において幅広く活用されています。

04#

アヴィッド・テクノロジー社

AVIDテクノロジー社は現在、EVOシリーズの標準化された軸方向磁束モータ製品を展開しており、仕様は表3に示されています。同社は、自社製品の比出力が10 kW/kg以上に達すると主張しています。

上図はAVIDテクノロジー社の製品ラインナップです。

05#

パングッド（盤毂動力）

軸方向モーターを核として、ディスクハブ・パワートレインは最適化された減速機やコントローラーなどの関連部品を統合しており、その電動ドライブソリューションは新エネルギー車、バス、トラック、電動二輪車、建設機械など幅広い分野で採用されています。2023年初頭時点で、ディスクハブ・パワートレインは累計1,178件の各種特許を出願しており、軸方向磁束モーターの分野において世界トップクラスの水準に到達しています。

現在、盤毂動力は累計で1,178件の各種特許を出願しており、世界の軸方向磁束モーター分野において圧倒的な優位を誇っています。（盤毂の特許出願状況）

盤毂動力の軸方向モーター製品は、PCB、ICS、ICD、9TFAの4つの主要なシリーズに分類され、さまざまな用途において63Wから600kWまでの動力ニーズに対応しています。同種の競合製品と比較すると、盤毂動力の車載駆動モーターの出力密度は8.17kW/kgに達し、米国エネルギー省がモーター開発計画で定めた2025年目標を上回っています。また、トルク密度についても、中国工業情報化部が「省エネ・新エネルギー自動車技術ロードマップ2.0」で設定した2035年時点の商用車用駆動モーター基準を超過しており、盤毂動力の製品性能は国際的にも先進的な水準に到達しています。

盤毂動力公司は、ホイールハブおよびホイールハブモーターのソリューションに深耕し、軸方向モーターの乗用車市場における導入を推進しています。最近開催された展示会において、盤毂動力はICS120K、ICD150K、PDS100Kなどの軸方向モーターとその電動駆動ソリューションを展示し、中央統合型ソリューションや新型乗用車向け電動駆動ホイールハブソリューションを含む、同社の乗用車分野における技術統合力を十分に示しました。なかでもICS120Kモーターは成熟したホイールハブモーター駆動ソリューションとして、バス分野で広く採用されており（累計8,000台超）、地下鉄バスなどへの適用事例からも、商用車分野における盤毂モーターの先進的な水準が明らかとなっています。

06#

マジェレック（磁雷革）

Magelec Propulsionは、完全なパワートレインメーカーであり、米国のギアメーカーであるOmni Gearの傘下にあります。2014年、Omniは自社の動力伝達製品を通じて複数の電気自動車プロジェクトに参画し、10年にわたり事業の多角化を進めてきました。その結果、電動化に特化した独立した事業体としてMagelecが設立されました。

Magelecの主力製品は軸方向磁束型永久磁石同期モーターであり、IGBTおよびSiC MOSFETを採用したモーターコントロールユニットとギアトレインを組み合わせることで、自動車OEM向けに包括的な駆動システムソリューションを提供します。これにより、純電気自動車やプラグインハイブリッド車など、多様な用途に対応可能です。

07#

セモーター（小象電動）

SEMOTORは高エネルギー磁気モータ技術の開発に注力し、駆動ソリューションを提供しています。主力製品には、小型四足バイオニックロボット向けのSEmotor1Kおよび大型バイオニックロボットや関節用モーターシステム向けのSEmotor6Kが含まれます。

これらのモーターは、出力密度が10kW/kg、トルク密度が20Nm/kgに達し、効率は97％以上で、ピーク出力は1.5kWから100kWまで幅広く対応します。従来のラジアル磁束モーターと比べて、SEMOTORのアキシャル磁束モーターは体積・重量・効率の面で顕著な優位性を有しており、新エネルギー車、電動オートバイ、産業用ロボット、ドローン、電動船舶、電動航空機などの分野に適しています。

深圳小象の製品は、複数のロボット駆動装置プロジェクトの下流工程で採用されています。現在までに、深圳小象の軸方向モーターSEmotor1KおよびSEmotor6Kは、小型四足バイオニックロボットおよび大型バイオニックロボットの関節用モーターシステムの各プロジェクトに既に導入され、良好な成果を上げています。

08#

Phi-Power

Phi-Power社は、軸方向磁束モータの研究開発および製造に特化した企業であり、同社の軸方向磁束モータシリーズには以下が含まれます：

▶ フィ301： このモーターは高出力用途向けに設計されており、極めて高い出力性能が求められる場面にも対応します。

▶ フィ271： 中出力用途に適しており、性能と効率の完璧なバランスを実現しています。

▶ フィ27S： このモーターは高速用途に最適化されており、より高いトルク出力を実現します。

技術的優位性の面では、Phi-Powerの軸方向磁束モーターは以下の特長を示します。

▶ 高出力とトルク密度： 従来のモーターと比較して、Phi-Powerのモーターは同じ設置スペースにおいてより大きな出力とトルクを発揮し、優れた性能を示します。

▶ コンパクトな設計： これらのモーターは、設置長さに制限のある用途に特に適しており、高い出力密度により機器をよりコンパクトかつ高効率にすることが可能です。

▶ 高防護等級： 堅牢な密閉構造を採用し、Phi-PowerのモーターはIP6k9の高い防護等級を備え、過酷な環境下でも安定かつ信頼性の高い運転を実現します。

▶ カスタムデザイン： 当社は、ハイブリッド機械やレンジエクステンダー発電機など、特定の用途ニーズに応じたカスタム設計サービスも提供しています。

応用分野において、Phi-Powerの軸方向磁束モーターはレーシング、大型トラック、ハイブリッドおよびレンジエクステンダー型電動システムなど、多岐にわたる領域で広く採用されており、その幅広い市場適応性と高い技術力を示しています。

09#

ゾンホウ（中豪電動）

中豪電動の軸方向モーターは、主に中小出力領域に集中しており、公式ウェブサイトに掲載されている60kWのハイブリッド用モーターでは、最高効率が95％を超えるものもあります。現在、中豪電動の軸方向モーターは、ディーゼル増速発電機、ハイブリッドシステム、建設機械搭載用モーターなどの分野で実用化されており、市場から広く評価されています。

製品の特長は以下のとおりです。

▶ 革新的技術： 二重固定子軸方向磁束モータ技術を採用することで、市場の主流製品と比較して、サイズを3分の1に縮小し、重量を30％軽量化するという顕著な優位性を実現しました。

▶ 優れた性能： モーターの薄型構造と低速・高トルクの特性により、増速式発電機として非常に適しています。

▶ コンパクトで効率的： 増程器システム全体はコンパクトな設計で、各種車両の限られた搭載スペースにも容易に対応でき、現代車両の軽量化という潮流にも適合しています。

10番

ビヨンド・モーターズ）

BEYOND Motorsは、高性能な軸方向磁束モーターの設計・製造に注力し、優れた出力密度、効率および信頼性を実現しています。同社の製品は、海事、航空宇宙、トラック輸送、自動車、産業分野など幅広く活用されています。BEYOND Motorsのモーターは、お客様がより高いエネルギー効率と長距離走行を実現するのに貢献します。

11番

イーコンパワー

儀坤動力科技（無錫）有限公司は2021年12月に設立され、新エネルギー車、鉱山用駆動装置、電動船舶、軌道交通、国防・軍需産業など多分野の主要顧客に対し、新型の軸方向磁束型電磁トポロジー設計、新材料、新工法、ならびに一体化統合技術に関する設計・研究開発・応用ソリューションを提供するハイテク企業です。同社は、高出力密度のディスク型モーターの技術開発・改良およびその産業化の実現に注力しています。

現在、無錫市恵山区に年産10万セットのディスク型モーター向けフレキシブルスマート製造ラインを整備しており、三一重カ、福田汽車、中聯重科などの業界トップ企業に、ディスク型モーターおよびアセンブリ製品の量産供給を行っています。

儀坤動力とYASAのディスク型モーターの比較：

▶YIKUN SRSディスク型モーターは独自の冗長性を備えており、2つの固定子を個別に制御して独立運転が可能です。これにより、システムの高い信頼性と冗長性を実現します。

▶SRSディスク型モーターは回転子を1つだけ搭載するため、高価な永久磁石の使用量を大幅に削減し、機器全体のコストを低減します。これにより、製品の高いコストパフォーマンスを実現します。

▶SRSディスク型モーターは2つの固定子を備えており、機器全体の熱負荷を両方の固定子に分散させることができます。また、端蓋には平板型放熱器を採用することで、機器全体の放熱性能の向上に寄与します。

▶核心生産設備は完全に独自開発され、関連する知的財産権を有しており、従来の固定子鉄心の生産におけるサイクルタイムの遅さという課題を解決するとともに、大量生産への対応も実現しています。

12番

深圳北極欧

北極鴎の動力パッケージは、主に大型ペイロードドローン向けであり、同時に有人用動力システムにも製品とカスタマイズサービスを提供しています。北極鴎社は、非晶ディスク型高速モーターの研究開発および製造を主力としています。非晶ディスク型モーターは、高回転域において優れた電磁特性を備え、損失が低く、効率が高く、省エネルギー性にも優れるといった多くの優れた特長を有します。同社の非晶モーターは、小鵬X2飛行自動車にも採用されており、この飛行自動車は非晶合金にとって新たな活用シーンを切り拓いています。

深圳北極鵞非晶動力は中研非晶と協力し、非晶製ドローン用ディスク型モーターの共同開発および量産を実現しました。

記事出典：具身小站、RIO電駆動