日立制作所和日立產(chǎn)機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出了效率提高到了約93％的永久磁鐵式同步馬達(dá)，其中未使用含釹（Nd）及鏑（Dy）等稀土元素的釹（Nd-Fe-B）磁鐵（圖1）。該馬達(dá)的輸出功率為11kW。“可用來(lái)配備在（鼓風(fēng)機(jī)及流體泵等）需求較大的工業(yè)設(shè)備上”（日立制作所日立研究所馬達(dá)系統(tǒng)研究部MS3部門(mén)負(fù)責(zé)人榎本裕治）。

　　圖1：不使用稀土即可達(dá)到93％的效率

　　日立制作所和日立產(chǎn)機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出了不使用釹磁鐵即可使效率達(dá)到約93％的永久磁鐵式同步馬達(dá)。輸出功率為11kW，可用于工業(yè)設(shè)備。與原來(lái)的感應(yīng)馬達(dá)相比，實(shí)現(xiàn)了小型化。（照片由日立制作所提供，圖片由《日經(jīng)電子》根據(jù)日立制作所的資料制作）

　　此次開(kāi)發(fā)品達(dá)到的效率在IEC（International Electrotechnical Commission，國(guó)際電工委員會(huì)）規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)（IEC60034-31）中相當(dāng)于最高的“IE4（超超高效率）”級(jí)別注1）。與以前工業(yè)設(shè)備廣泛使用的輸出功率為11kW的感應(yīng)馬達(dá)相比，效率提高了3個(gè)百分點(diǎn)以上，即使與使用釹磁鐵的永久磁鐵式馬達(dá)相比，也幾乎達(dá)到了同等水平。

　　注1）IEC60034-31中規(guī)定的馬達(dá)效率除IE4以外還有IE1（標(biāo)準(zhǔn)效率）、IE2（高效率）、IE3（超高效率）。輸出功率為11kW的馬達(dá)，IE1的綜合效率為87.6％以上，IE2為89.8％以上，IE3為91.4％以上，IE4為93.6％以上。

　　要想使馬達(dá)實(shí)現(xiàn)高效率，采用強(qiáng)磁性釹磁鐵是有效手段之一。不過(guò)，由于占世界稀土產(chǎn)量9成以上的中國(guó)限制出口導(dǎo)致稀土材料供給不足，并且價(jià)格也隨之高漲。盡管價(jià)格在2011年夏季達(dá)到峰值后略趨于下降，但目前依然保持著Nd為200美元/kg、Dy為1500美元/kg的高水平。另外，Dy只有通過(guò)中國(guó)南部的離子吸附礦才能穩(wěn)定獲得，因此將來(lái)能否從其他地區(qū)采購(gòu)得到也是個(gè)問(wèn)題。

　　此次的開(kāi)發(fā)品作為可避免稀土采購(gòu)問(wèn)題的對(duì)策之一，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的高效率化和低成本化。日立制作所計(jì)劃2014年度開(kāi)始量產(chǎn)工業(yè)設(shè)備使用這類馬達(dá)，將來(lái)還“打算配備到冰箱及洗衣機(jī)等家電上”（榎本）。

　　以非晶金屬為鐵芯

　　為了在不使用釹磁鐵的情況下提高馬達(dá)效率，日立制作所等改變了定子的鐵芯材料而非磁鐵材料。開(kāi)發(fā)品的定子鐵芯使用Fe-B類非晶金屬*，轉(zhuǎn)子使用鐵氧體磁鐵（圖2）。

　　圖2：憑借非晶金屬提高效率

　　開(kāi)發(fā)品的轉(zhuǎn)子鐵芯使用非晶金屬，轉(zhuǎn)子使用鐵氧體磁鐵。非晶金屬由于磁導(dǎo)率高且鐵損等較小，因此可輕松提高馬達(dá)效率。為了獲得11kWh的輸出功率，改進(jìn)了定子和轉(zhuǎn)子的構(gòu)造。（照片由日立制作所提供）

　　*非晶金：原子排列不像晶體那樣具有規(guī)則性，而是處于無(wú)序狀態(tài)的金屬?？赏ㄟ^(guò)液態(tài)金屬急冷凝固得到。

　　Fe-B類非晶金屬的磁導(dǎo)率比普遍使用的電磁鋼板高約10倍，而且磁性材料的能量損失（鐵損）也僅為電磁鋼板的約1/10。用作鐵芯時(shí)，即便使用磁力不像釹磁鐵石那樣強(qiáng)的鐵氧磁鐵，也可提高轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，從而提高馬達(dá)效率。

　　開(kāi)發(fā)品采用以兩個(gè)轉(zhuǎn)子夾著定子的雙轉(zhuǎn)子型的軸向間隙構(gòu)造，通過(guò)增加磁力弱的鐵氧磁鐵的使用量，提高了轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速。

　　日立制作所和日立產(chǎn)機(jī)系統(tǒng)曾在2008年以非晶金屬為鐵芯，試制過(guò)輸出功率為150W的小型馬達(dá)。此次為了將輸出功率提高至7倍以上，在轉(zhuǎn)子的中央部分使用了斷裂韌性高達(dá)3.1MPa√m的樹(shù)脂，從而增強(qiáng)了提高輸出功率后定子對(duì)轉(zhuǎn)矩反作用力的承受能力。另外，還通過(guò)減小轉(zhuǎn)子直徑，降低了離心力。

　　還確立了切割技術(shù)

　　為了實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，日立還改變了鐵芯的制造方法（圖3）。非晶金屬不僅厚度不到普通電磁鋼板的1/10，而且強(qiáng)度也高達(dá)后者的4倍以上，因此難以進(jìn)行切割及切削等加工。

　　圖3：改變了鐵芯構(gòu)造

　　改進(jìn)了非晶金屬鐵芯的構(gòu)造，提高了鐵芯的量產(chǎn)效率。

　　2008年的開(kāi)發(fā)品采用了對(duì)非晶金屬不進(jìn)行切割而是將其多層卷起，形成鐵芯狀的“卷鐵芯構(gòu)造”。但這種制造方法不僅加工費(fèi)時(shí)，而且受彎曲影響容易在材料內(nèi)部產(chǎn)生殘留應(yīng)力，使鐵損增加。

　　此次的開(kāi)發(fā)品由于新開(kāi)發(fā)出了切割非晶金屬的試制機(jī)，采用了多層層疊的“層疊型鐵芯構(gòu)造”。鐵芯的鐵損（W10/400*）僅為5W/kg，只有采用普通電磁鋼板時(shí)的約1/4，降低了由加工導(dǎo)致的鐵損。