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  • 2022/02/15 掲載

なぜダイキン工業は世界トップシェアになれたのか? インバータエアコン開発の裏側

連載:イノベーションの「リアル」

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空調機器メーカーとして「世界トップシェア」を誇るダイキン工業。同社のインバータエアコンといえば、ものづくり大賞や省エネ大賞など多数の賞を受賞しており、高効率化と省エネ化という点において、知らない者はいないだろう。しかし、その開発の影には、機械メーカーであった同社が、本物志向を目指して妥協のない新型モータをゼロから生み出すまでの努力の積み重ねがあった。ダイキン工業の主席技師 山際 昭雄氏に、開発までの苦労や、独自技術を生み出す同社の社風について話を伺った。

聞き手:アクト・コンサルティング 取締役 経営コンサルタント 野間 彰

聞き手:アクト・コンサルティング 取締役 経営コンサルタント 野間 彰

アクト・コンサルティング 取締役
経営コンサルタント

1958年生まれ。大手コンサルティング会社を経て現職。
製造業、情報サービス産業などを中心に、経営戦略、事業戦略、業務革新、研究開発戦略に関わるコンサルティングを行っている。主な著書に、『正しい質問-ノーベル賞受賞者や経営者との対話で得た、超生産性ノウハウ集』(Amazon)、『ダイレクトコミュニケーションで知的生産性を飛躍的に向上させる研究開発革新』(日刊工業新聞社)、『システム提案で勝つための19のポイント』(翔泳社)、『調達革新』(日刊工業新聞社)、『落とし所に落とすプロの力』(リックテレコム)、『団塊世代のノウハウを会社に残す31のステップ』(日刊工業新聞社)、『ATACサイクルで業績を150%伸ばすチーム革命』(ソフトバンク クリエイティブ)などがある。

アクト・コンサルティング
Webサイト: http://www.act-consulting.co.jp

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ダイキン工業 テクノロジー・イノベーションセンター(TIC)
モータ技術グループリーダー 主席技師
山際 昭雄氏
1990年、ダイキン工業に入社。大学でモータ開発に欠かせない電磁界解析の権威である教授のもとで学んだ経験から、新入社員ながらIPMモータ開発プロジェクトに抜擢される。以後、インバータエアコンの省エネ化に挑み現在に至る。高効率モーター用磁性材料技術研究組合 磁性材料開発センター 大阪分室 主席研究員のほか、電気学会 産業応用部門役員 家電・民生技術委員長も務める

何も知らなったからこそ、何にでも挑戦できた

(アクト・コンサルティング 野間 彰氏)──まずはインバータエアコンの開発経緯から教えてください。

山際 昭雄氏(以下、山際氏):最初の家庭用インバータエアコンは1980年に他社から発売され、ダイキンも1984年に1号機を発売しました。当時各社は、インバータの温度制御で快適性を追求していましたが、ダイキンは、それに加えて、もっと省エネを目指す必要があると考えていました。

 当時のエアコンは、圧縮機を動かすモータが消費電力の9割を占めていました。昔のエアコンは、交流の周波数に同期してモータが回転し、設定温度まで全出力でモータを高速回転させ、設定温度に達したらモータをOFF、温度が下がるとモータをONにする単純な繰り返しで室内温度を一定に保っていたため、エネルギーロスも大きかったのです。そこで交流をいったん直流に変換後、PWM制御(注1)で電圧と周波数を変え、再び交流に戻して、モータの電圧と回転数を細かく調整しながら設定温度を保つインバータが開発されました。

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エアコンの構造とインバータの仕組み。エアコンは室内機と室外機で構成され、熱交換機(ヒートポンプ)によって冷暖房を実現する。圧縮機のモータを駆動するのがインバータで、設定温度付近できめ細かい制御を行う
注1 PWM制御: Pulse Width Modulationの略で「パルス幅変調」の意味。半導体を使って電力を制御する方式の1つ。

 しかし我々は、「超省エネ」となる本物の技術を指向しており、もっとエネルギー効率の良いエアコンを作りたかったのです。そのためにはインバータだけでなく、モータ自体も改良する必要がありました。

 インバータエアコンのモータは当時、中低速回転域の効率が不十分だったので、新モータを開発することになりました。ただ弊社は機械メーカーなので、電気関係には強くありません。そこで大阪府立大学と共同研究を始めたのです。その後、上司となる故・大山和伸から、90年入社組の新人だった私が担当として選ばれました。自分は電気工学出身でしたが、ソフトウェアが専門で、ハードウェアの知識はありませんでした。しかし、いまから考えると、逆に知識がなかったからこそ、色々なことにチャンレンジできたのだと思っています。

新しいモータの試作品を依頼するも「そんなものはできません」と断られる

──研究された新しいモータはどのようなものだったのですか?

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リラクタンスモータ(IPMSM)の回転子(ロータ)と、外側の固定子。ロータに磁石が埋め込まれている点が大きな特徴。左から家庭用エアコン、業務用エアコン、業務用/ビル用マルチエアコン用の圧縮機用モータ
山際氏:初期のインバータ用モータには誘導モータ(IM)や表面磁石型同期モータ(SPMSM:Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)が使われていました。SPMSMは回転部(ロータ)の表面磁石と、外側の固定子(電磁石)が引き合う力(磁石トルク)でモータを回していました。大山は、新しいモータを求めて日本の有力な大学教授等を回り、「リアクタンスDCモータ」(IPMSM:Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)の開発を決めました。IPMSMはロータ内部に磁石を埋め込むことで、磁石トルクと固定子の電磁石がロータ鉄心部を引き寄せるリアクタンストルクが加わり、速度が上がり、消費電力も大幅に削減が見込めました。

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リラクタンスモータ(IPMSM)が回転する仕組み。一般的な磁石トルクだけでなく、ロータに磁石が埋め込まれている構造のため、リラクタンストルク(鉄と磁石が引き合う力)を有効活用でき、効率を大幅に向上できる

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新設計のIPMSMを採用し、高速回転と大幅な省エネを実現したダイキンのインバータエアコン。業務用エアコンではIPMSMとインバータの効果で、消費電力を43%も削減できているという(現在は60%削減)

 しかし、まだ作り方も何も分からない手探り状態。色々なメーカーに試作機をお願いしたのですが「そんなものは作れません」と断られてしました。競争相手は、難しさが分かっていて手を出していなかったんだと思います。

 やっと、ある企業が引き受けてくれたのですが、我々が想定していたものと少し違っていました。回転体のロータは磁石と一体化しないと途中でバラバラになるリスクがあります。しかし、やはり作れなかったようで、若い技術者が困り果てて頼みに来たのを見かねてか、バラバラのパーツを組み合わせて無理やり構成して作り上げてくれていたのでした。ただ我々は外から見ていたので、中身の構造までは、その段階では分からなかったのです。

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アクト・コンサルティング
取締役 経営コンサルタント
野間 彰氏

 とはいえ、実際に試験してみたところ、理論通りの性能が出ました。「これならいける!」ということで、本格的に研究テーマにして、商品化へと突き進んだのです。ただ中身が一体化されていなかったので、どうやって作るのか、あとから大慌てでした(笑)。弊社の生産技術などがアイデアを出してくれて、なんとか1996年に無事に商品化できました。磁石トルクとリラクタンストルクという2つの力を利用したハイブリッド型同期モータを世界で初めて量産化したのです。

【次ページ】特許成立も、他分野への影響が大きすぎて異例の「無効化」

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