XPEACモーター｜コイルを直接オイル冷却する高出力密度・高効率モーター

XPEACモーターの特長

コイルを直接冷やす直接オイル冷却

モーターの中で最も発熱するのはコイルです。従来モーターは、ハウジングの外側の冷却ジャケットに水やオイルなどの熱媒体を流し、コイルを外側から間接的に冷やします。コイルと熱媒体の間には絶縁材・空気・ステーターの鉄心などがあって熱が伝わりにくく、ピーク時にはモーターの内部温度が180〜200℃を超えることがあります。

XPEACモーターは、モーターの内部でコイル全体をオイルなどの熱媒体に直接触れさせて冷やす「直接オイル冷却」を採用しています。コイルが熱媒体に直接触れるため熱を効率よく逃がせ、高負荷時でもコイル温度を60℃以下に抑えることが可能です。モーターコイルの冷却方式に関して、特許を取得しています。

高い出力密度による小型・軽量化

XPEACモーターの連続出力密度（連続運転時の重量・体積あたりの出力）は、30kW/kg以上・150kW/L以上です。

従来モーターが最大出力を出せるのは、30〜120秒程度の短時間です。コイルは、この短時間の最大出力に合わせて設計します。最大出力のときに放熱が十分でないと、コイルが焼けてしまいます。これを防ぐため、コイルの断面積を大きくして抵抗値を下げます。その分、モーターが大型になります。

XPEACモーターはコイルを低温に保てるため、最大出力のまま連続運転できます。コイルやモーターを大きくする必要はありません。

モーターが小さく軽くなると、搭載する車体・船体・機体も軽くできます。軽くなった分をバッテリーや貨物の積載量に振り分ければ、稼働時間や航続距離を延ばしたり、運べる量を増やしたりできます。

全運転領域での高効率

XPEACモーターの効率は、定格運転効率95%以上・最高効率98%以上です。値はモーターの設計によって変わります。

モーターの損失の多くは、コイルの電気抵抗による発熱（銅損）と、ステーターやローターの鉄心で生じる損失（鉄損）です。

トルクを一定に保ったまま、コイルと磁石の温度が60℃の場合と180℃の場合を比べると、180℃では銅損が約2倍になります（当社の試算）。まず、銅線は温度が上がると抵抗値が大きくなり、銅損が約1.4倍になります。次に、ネオジム磁石は温度が上がると磁力が弱まります。その分を補うために電流が増え、銅損がさらに約1.4倍になります。

XPEACモーターは、全運転領域でコイルや磁石の温度を低く保てるため、この損失の増加を抑えられます。さらに、コイルと磁石の配置・磁極数・スロット数・電磁鋼板の種類などを最適化し、高回転時の鉄損なども低減しています。

銅・磁石などの使用量の削減

同じ出力であれば、XPEACモーターは従来モーターの数分の1の大きさで済むため、モーターに使う銅・磁石・鉄・アルミの量も少なくなります。これらの使用量は、従来モーターと比べて1/4以下です（当社による比較）。

従来モーターのネオジム磁石には、高温で磁力が弱まるのを防ぐため、ジスプロシウム（Dy）やテルビウム（Tb）などの重希土類が添加されます。XPEACモーターは磁石の温度上昇も抑えられるため、重希土類を使わないか、ごく少量で済みます。高耐熱グレードの磁石・絶縁材料・グリースも必要ありません。

磁石や重希土類の使用量が減ることで、産出国が限られる資源の輸入への依存を下げられる可能性もあります。

XPEACモーターの仕様と対応範囲

基本の仕様

連続出力密度	30kW/kg以上・150kW/L以上
連続トルク密度（上記の出力時）	20N·m/kg以上・100N·m/L以上
効率	定格運転効率95%以上・最高効率98%以上（設計により異なる）
高負荷時のコイル温度	60℃以下に抑えることが可能
使用環境	氷点下でも使用可能

カスタムオーダーで対応できる範囲と導入条件

連続出力	5〜10kW程度の小型から、数MWクラスの大型まで
入力電圧	12V程度から1,600V以上まで（設計により異なる）
入力電流	3,000A以上にも対応（設計により異なる）
回転数	低回転・大トルク型、低トルク・高回転型など。例えば100rpmから3万rpm以上
モーター形式	ラジアルフラックス型・インナーローター型のPMSM（永久磁石同期モーター）を基本に、アキシャルフラックス型、アウターローター型、誘導モーター、SRモーター（スイッチトリラクタンスモーター）、ホイールインモーターなど
減速機・増速機	取り付け可能。ギア一体型も製作可能
冷却方式	液冷式が基本。空冷式も製作可能
冷却システム	液冷式は、オイルなどの熱媒体をポンプで循環させる構成。ラジエターやポンプはモーターとは別に必要。通常のモーターと同様の冷却システムを使用可能
既存システムとの組み合わせ	既存のモーターと入れ替える場合は、既存のモーターコントローラーや冷却システムを流用することも可能
空冷式の性能	液冷式より連続出力密度は下がるが、既存の空冷式モーターより高効率・高出力密度

用途例

小型の車両や船舶から、従来モーターでは搭載が難しかった中・大型の旅客機、大型の重機・建設機械や風力発電まで対応します。航空機・発電などの分野で、試作品（プロトタイプ）の納入実績があります。

航空機・ドローン

中・大型の電動航空機では、モーターに20kW/kg以上の出力密度が求められます。XPEACモーターの連続出力密度30kW/kg以上は、この水準を上回ります。ジェット機・プロペラ機・ヘリコプター・ドローンなどの動力として使え、積載できる重量を増やしたり、航続距離を延ばしたりできます。

船舶

ジェットスキーなどの小型船舶から、フェリー、タンカークラスの大型船、特殊船まで対応します。モーターを軽く、効率よくできるため、航行距離を延ばしたり、積載量を増やしたりできます。

乗用車・モーターサイクル・レース車両

電気自動車やハイブリッド車などの乗用車、モーターサイクル、レース車両の駆動に使えます。小型・中型の車両では、バッテリーの積載スペースや車内の空間を広げられます。

エンジンで動いていた車両を電動に改造するコンバージョンにも使えます。ディーゼルエンジンやガソリンエンジンでなければ難しかった用途でも、モーターへの置き換えを検討できます。

重機・建設機械・大型車両

重機、建設機械、農業機械、トラック、バス、特殊車両など、連続して大きな負荷がかかる車両や機械に使えます。最大出力のまま連続運転できるため、連続負荷が大きい用途でも、モーターの大きさを抑えられます。

風力発電・発電機

風力発電機や可搬式の発電機など、発電機としても使えます。風力発電機では、発電機を収めたヘッド部（ナセル）を軽くできるため、輸送・設置のコストや資源量を減らせるほか、ナセルを支えるマスト（タワー）に求められる強度を下げることもできます。発電効率が上がることで、発電量の増加も見込めます。

産業機器・鉄道車両

産業用ロボット、ポンプ、送風機、鉄道車両などの動力のほか、汎用モーターとしても使えます。小型・軽量化のほか、設置の自由度の向上にもつながります。

導入の流れ

XPEACモーターは、お客様の用途と仕様に合わせて設計・製作するカスタムオーダーで提供しています。「この重量でこの出力を出せるか」といったご相談から承ります。少量のご注文や、海外からのご注文にも対応します。

1. 仕様の打ち合わせ	用途と、必要な出力・重量・大きさなどの条件をお伺いし、仕様を打ち合わせます。
2. 設計	仕様が決まったら、当社で設計を行います。
3. 設計内容のご確認	設計した内容で問題がないか、お客様にご確認いただきます。
4. 部品の製造	ご確認いただいた設計をもとに、部品の製造に取り掛かります。
5. 組み立て・納品	部品の製造が終わったら、当社の本社で組み立て、納品します。