日立らが希土類磁石を使わないモータを試作，効率は5ポイント向上
日立製作所と日立産機システムは，鉄心にアモルファス金属を用いたモータを試作した（発表資料）。ネオジム（Nd）やディスプロシウム（Dy）といったレア・アースを使った磁石（希土類磁石）を使わずに，モータの効率を高められるのが特徴である（図1，2）。エアコンなどに使われるような，出力150Ｗのモータを試作したところ，希土類磁石を使う同社従来品に比べて，効率が約81％から約86%と5ポイントほど向上したという。アモルファス金属を利用したモータは，幅広い分野での利用を想定している。例えば，産業機器や家電，自動車などの分野である。
現在，全電力消費の約半分をモータの消費電力が占めており，省エネルギー化にはモータの高効率化が欠かせない（図3）。そこで，モータには高い特性を備えた希土類磁石が使われている。中でもNd-Fe-B（ネオジム─鉄─ホウ素）系磁石（いわゆるNd系磁石）が一般である。高温状態での特性を保つため，Nd系磁石にはDyが添加されている。
希土類磁石を使えばモータの効率は向上するものの，原料に使うレア・アースの価格が高騰しており，大きな課題となっている。「現在は，以前の急騰した時期よりも価格が落ち着いてきているが，今でも高い」（日立製作所）という。例えば，2004年と2008年9月で1kg当たりの価格を比較すると，Ndは約3倍の30米ドル，Dyは5倍近くの155米ドル（同）に高騰している。価格が高止まりしている一因は，レア・アースの90％ほどを中国が握っているためである。中国が生産国から消費国へと変化しており，レア・アースが高騰している。そこで日立らは，レア・アースを使わないモータの研究開発を進めてきた。
損失が少ない
今回，Nd系磁石を使わなくてもモータの効率が向上したのは，アモルファス金属自体の損失が小さい上，新たなモータ構造を開発したためである。
モータは，鉄心にコイルを巻いて電流を流して電磁石にし，回転子となる永久磁石を回してモータの回転力を生み出す（図4）。従来は，鉄心に電磁鋼板を，回転子にNd系磁石を利用している。試作モータでは，鉄心にアモルファス金属を使うことで，回転子にフェライト磁石を利用できるようにした。アモルファス金属は，電磁鋼板に比べて透磁率が約10倍高く，かつ磁性材料によるエネルギー損失（鉄損）が1/10ほど小さいためである（図5）。鉄心の透磁率が大きいほど，弱い磁石でも高い磁束密度を実現できる。
鉄心の構造を変更
アモルファス金属の最大の課題は，電磁鋼板に比べて薄くて硬く，切断や切削などの加工がしにくい点である。電磁鋼板の場合，損失につながる渦電流の発生を防ぐために，0.35〜0.5mmほどに薄くした電磁鋼板を積層して鉄心を構成する。一方，アモルファス金属は厚さ25μmと薄い。硬さに関しては，ビッカース硬さ(HV)と呼ばれる硬さの指標で比べると4倍以上になるという。
そこで，鉄心の構造とその作製法を変えた。アモルファス金属を用いた変圧器で培った技術を応用し，薄いアモルファス金属を幾重にも巻いて鉄心を形成している。アモルファス金属を利用するとともに，3次元の磁界解析を利用してモータ構造の最適化も図った。従来は2次元での解析だった。
今後は，まず産業機器での用途に向け，3年間で実用化するのが目標である。さらなる信頼性向上と，製造コストの低減などを図るという。用途拡大に向け，モータの高出力化も狙う。「10kW級のモータも作製できるだろう」（日立製作所）とみる。
