新たな電動モーター、脱中国依存の期待高める

カリフォルニア州サニーベールでモーターを組み立てるコニファーの技術者アン・トラン氏

世界は中国のレアアース（希土類）に依存しており、中国はそれを貿易戦争の報復手段として繰り返し利用してきた。こうした依存から脱却する方法があるとしたらどうだろうか。期待が高まっているのが、レアアースの主な用途である電気モーターの分野だ。新たな種類の電気モーターはレアアースを全く必要としない。日常的に使用される鉄から作られた磁石を使用し、安価で製造が容易なモーターを開発する米新興企業コニファー（Conifer）は特に注目に値する。

コニファーの技術責任者、ヤティーンドラ・デシュパンデ氏は長年、新興電気自動車（EV）メーカーの米ルーシッドの高級車に搭載されるモーターなど、世界最先端の電気モーターの設計に関わってきた。失敗に終わった米アップルのEV開発プロジェクトにも参加した。コニファー共同創業者のアンキット・ソマニ氏は、米IT大手のオラクルやグーグルでデータセンターの設計に携わった。

共同でコニファーを立ち上げた両氏が見据えていたのは、既存の機械に組み込む数十億個の小型モーターに対する需要であり、現在、数十億人の主要な移動手段であるガソリン駆動の輸送車両を電動化する需要という、潜在的に巨大な市場だった。

シリコンバレーを拠点とするコニファーで最高経営責任者（CEO）を務めるソマニ氏は「バッテリー分野には多くのエネルギーが投入されてきたが、電動パワートレインや電気モーターにはそれほどでもなかった」とし、「はるかに優れたものを生み出せるかどうか、一から見直してみたかった」と語る。

コニファーCEOのアンキット・ソマニ氏はコスト・簡易性・調達を重視した

コニファーはコスト・簡易性・調達に徹底的にこだわる必要があった。高級ハイブリッドスーパーカーに見られる設計を採用し、サイズと部品構成を縮小することがその解決策となった。同社のモーターはレアアースを用いた磁石の代わりに、普通の鉄を基にした永久磁石を使用している。

コニファーが行っていることは大きなリスクを伴う。同社が試している技術は従来と用途が全く異なっており、歴史的に製造面の困難が付きまとってきた。一方、鉄磁石は従来は出力が十分ではなかった。ただ、コストと簡素な製造プロセスをうまく組み合わせれば、同社のモーターは無数の用途において、低コストの主要動力源となる可能性がある。

安価で製造が容易であり、大半の国が国内で見つけられる材料のみで作れる電気モーターがあれば、EVからロボットに至るまであらゆるモノの製造業者にとって夢のような話だ。関税の影響も受けない。モーターやその他の電子機器の磁石として使われるレアアース鉱物は、その世界供給量の90％を中国が支配していることを考えると、そうしたモーターが今ほど求められている時はない。

「ラジアルフラックス」型と「アキシャルフラックス」型

筆者は多くの読者と同様に工学の学位は持っていないが、電磁気学的な話を少ししてみたい。

一般的な電気モーターは「ラジアルフラックス」型であり、磁石が取り付けられた中心の軸の周りに銅線のコイルが巻かれている。電流を流すと、コイルでは軸に対して直角に磁場が発生し、回転し始める。銅線と鉄くぎを使って行った家庭での実験を思い浮かべればイメージがつかめるかもしれない。

これに対し、コニファーのモーターは「アキシャルフラックス」型だ。複数の鋼板を重ねた構造になっており、一部は静止し、他は軸に取り付けられて自由に回転する。鋼板には磁石が配置され、磁場は軸と平行になる。

コニファーは高級ハイブリッドスーパーカーに見られる設計を採用し、サイズと部品構成を縮小した

ラジアルフラックスモーターと同様に、アキシャルフラックスモーターの歴史は何世紀も前にさかのぼる。ただ、現代のアキシャルフラックス型は性能が大きく向上している。それは電流のオン・オフを毎秒数百回切り替えられる高速スイッチングのパワーエレクトロニクスに負うところが大きく、回転速度の変化に応じて周波数を滑らかに調整できるようになった。

ただし、アキシャルフラックス型は製造が難しく、一般的に精度やソフトウエア制御で一定の水準を必要とするため広く普及するには至っていない。新興技術分析会社IDTechExの調査ディレクター、ジェームズ・エドモンドソン氏はそう話す。それでも、アキシャルフラックス型は潜在能力を示し始めているという。

いずれのタイプのモーターも通常はレアアースの混合物で作られた磁石を必要とする。ネオジムは磁石の大部分を構成し、ジスプロシウムは高速回転や高温に耐えられるよう補助する役割を果たす。

コニファーのエンジニアたちは、アキシャルフラックス型の設計にチャンスがあると考えた。技術責任者のデシュパンデ氏によると、磁石を増やし、それを回転する鋼板のより外側に配置し、通常よりも高速で鋼板を回転させた。これにより、コニファーは従来よりも弱い鉄系磁石を使えるようになったという。

コニファーの最初の控えめな目標は、「ベスパ」のような電動スクーターに搭載される既存モーターの代替品を作ることだ。同社はすでに、空調システムや家電製品など他の機器に適合するさまざまなサイズのモーターも開発している。この技術はEV用にスケールアップできる可能性がある。コニファーのモーターを搭載した小型ながら高速道路を走行可能なEVは4年以内に実現する可能性があるとデシュパンデ氏は語る。

「二輪車版テスラ」

ロサンゼルスを拠点とする新興企業ライラ・エナジー（Lyra Energy）は、高級価格帯で独自の充電ネットワークを備えた「二輪車版テスラ」を発展途上国向けに生産することを目指している。同社はコニファーのモーターを使用している。

ライラのクリスウェル・チョイCEOは「サプライチェーン（供給網）の柔軟性は、特に事業規模を拡大していく上で常に重要になる」とし、「長期的にはコニファー製を使うことでシステム全体のコスト削減が期待できる。レアアースへの依存度が低下するのであれば、なおさらだ」と語る。

ライラが足がかりとするインドネシアを含め、同社が展開するタイプの車両の世界市場は巨大だ。アジアだけでも年間4500万台が販売されており、マッキンゼーの2023年のリポートによると、二輪車の世界市場は2029年までに2180億ドル（約31兆3000億円）に拡大すると予想されている。

チョイ氏によると、コニファーのインホイールモーターは従来のものと同程度の価格だった。さらに利点として、従来型よりも20％効率が良く、それに伴い航続距離が伸びる可能性がある。

コニファーは一般的な「ラジアルフラックス」型の電気モーターではなく、「アキシャルフラックス」型を採用する

この同じモーター技術は四輪EVの動力源としてスケールアップすることが可能なものの、レアアース磁石なしで出せる出力には限界がある。

コニファーのモーターを使うには、EVの設計変更も必要となる。大半のEVは、中央に配置された電気モーターが車輪に動力を伝達する仕組みとなっている。コニファーのモーターは車輪の内側に配置される。インホイールモーターを搭載したEVを製造することは一部の自動車設計者にとって長年の夢でもあった。効率とトラクションの全体的な向上が期待できるためだ。

既存のEVメーカーにとって、新たなタイプのモーターやパワートレインの導入といった多くの変化を一度に行うことは、すぐには着手できない。だがスタートアップ企業はそうした機会を生かすかもしれない。関税に伴うコスト増加が喫緊の課題となれば、なおさらだ。

アキシャルフラックス型のモーターやレアアース不使用のモーターが市場に占める割合はこれまでごくわずかだったが、コニファーのモーター、あるいはライバル社による類似の設計が競争力を持つ可能性があるとIDTechExのエドモンドソン氏は話す。コニファーの簡素化された製造プロセスは金属のプレス加工を必要とせず、また、バッテリー業界から着想を得た銅線巻きの工程を取り入れている。このため、熟練労働者の不足も問題になりにくい。

1世紀以上にわたって主流となってきた設計をメーカーが捨てる意思があれば、選択肢は増える。ベンジャミン・フランクリンの発想を下敷きにしたものさえある。中国が支配するサプライチェーンに依存しない新種の電池や、米国内での半導体製造、そして増加する米国のEVスタートアップを加えると、米国製、あるいは少なくとも北米製で完全に成り立つ輸送手段の未来が見えてくる。

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――筆者のクリストファー・ミムズはWSJハイテク担当コラムニスト