永久磁石同期モーターを自動車に使用する利点は何ですか?

急速に進化する自動車電動化の状況において、電動パワートレインは現代の電気自動車 (EV) およびハイブリッド電気自動車 (HEV) の中心となっています。

利用可能なさまざまなモーター技術の中で、永久磁石同期モーター (PMSM) が有力な技術として台頭し、車両の性能、効率、快適性についての考え方に革命をもたらしました。このブログでは、自動車で PMSM を使用することの数多くの利点を掘り下げ、その設計上の利点を強調し、さまざまな種類の電動車両との互換性を探り、業界全体のアプリケーションを反映した代表的な車両ケースで補足します。

最新のEV/HEVパワートレインにおける永久磁石同期モーターへの移行

自動車業界は大きな変革を迎えており、従来の内燃エンジンから、よりクリーンで効率的な電動パワートレインへと移行しています。永久磁石同期モーターは、その優れた性能特性とさまざまな車両アーキテクチャへの適応性のおかげで、この変化において極めて重要な役割を果たしてきました。

高出力密度、優れた効率、正確な制御を実現する能力により、テスラ、BMW、トヨタなどの世界的大手企業から国内の大手ブランドに至るまで、環境への影響を軽減しながら運転体験を向上させたいと考えている世界中の主要自動車メーカーに選ばれています。 2024 年までに、PMSM (特にヘアピン巻きタイプ) は新エネルギー乗用車で 70% 近くの普及を達成し、テスラのモデル シリーズ、BYD の Han/EV ラインナップ、トヨタのプリウス ハイブリッドなどのモデルはすべて、このモーター技術をコアパワートレインコンポーネントとして採用しています。

主な利点 1: 長距離での比類のないエネルギー効率

PMSM の最も重要な利点の 1 つは、その卓越したエネルギー効率です。磁場を生成するために追加のエネルギーが必要な誘導モーターとは異なり、PMSM は永久磁石を利用して一定の磁束を生成します。

これにより、エネルギー損失が減少し、全体的な効率が向上し、1 回の充電での航続距離の延長に直接つながります。 BYD Han EV や Tesla Model 3 など、PMSM を搭載した主流の電気セダンの多くは、標準的なテスト サイクルで合計 600 km 以上の航続距離を達成しており、最上位モデルでは 700 km を超えることもあります。これは主にモーターの効率の利点によるもので、多くの場合 95% 以上に達します (従来の誘導モーターより 5 ～ 10% 優れています)。商用車の場合、PMS を搭載した電気トラックやバスは、他の種類のモーターを使用するものと比較してエネルギー消費量が 10 ～ 15% 低くなり、フリート運営者の運用コストが大幅に削減されます。

これはEV所有者にとって、充電ステーションでの停車が減り、長距離旅行を計画する際の安心感が増すことを意味します。さらに、効率の向上により、車両の耐用年数にわたるエネルギー消費量の削減に貢献し、総所有コストが削減されます。

Core Advantage 2: 瞬時のトルクによる高性能走行

PMSM は瞬間的なトルクを提供する能力で知られており、ドライバーに応答性の高い爽快な運転体験を提供します。モーターの設計により素早い加速が可能となり、車両は高速かつスムーズに高速道路の速度に達することができます。

Nissan Leaf や BYD Song PLUS EV など、PMSM を搭載したほとんどの中級電気自動車は、0 ～ 100 km/h まで 7 ～ 10 秒で加速できますが、Tesla Model 3 Performance や BYD Tang EV 高性能エディションなどの高性能モデル (多くの場合デュアル PMSM を搭載) は 5 秒以内にスプリントを完了できます。この瞬時のトルク伝達は、頻繁な停止と発進があり素早い応答性が要求される都市部の運転シナリオで特に有益です。さらに、PMSM による正確な制御により、スムーズで制御された方法で電力が供給され、コーナリング、追い越し、凹凸のある道路状況における車両の安定性とハンドリングが向上します。これは、BMW i4 のような高級 EV で明らかな利点です。

主要な利点 3: 車両の機敏性を実現するコンパクトで軽量な設計

PMSM のもう 1 つの重要な利点は、コンパクトで軽量な設計であることです。他のタイプのモーターと比較して、PMSM はより小型で合理化されたパッケージでより高い出力を達成でき、バッテリー、乗客の快適機能、または貨物の保管用に車内の貴重なスペースを解放できます。

多くの自動車メーカーは PMSM をモジュール式パワートレイン システムに統合しており、BMW iX3 や NIO ET シリーズなどのモデルは、モーターのコンパクトなサイズを活用して、室内スペースを損なうことなく柔軟な配置 (前輪、後輪、または全輪駆動構成) を実現しています。 PMSM の軽量化は、車両の機敏性の向上にも貢献します。1 キログラム節約されるごとに、加速の向上、制動距離の短縮、より機敏なコーナリングにつながります。電気自動車の場合、バッテリーの重量が主な考慮事項となるため、フォルクスワーゲン ID.3 のような小型 EV に見られるように、PMSM の軽量性により車両全体の質量が相殺され、間接的に航続距離が向上します。

主要な利点 4: 高度な NVH 制御によるより静かな乗り心地

騒音、振動、ハーシュネスは、全体的な運転体験に影響を与える重要な要素です。 PMSM は、スムーズな動作と、振動や騒音の放射を最小限に抑える固有の設計上の利点により、この分野で優れています。

内燃エンジンや一部の誘導モーターとは異なり、PMSM は、特に低速から中速で最小限の機械ノイズで動作します。メルセデス・ベンツ EQE や BMW i4 などの高級電気自動車はこの強みを活用し、PMSM と追加の遮音性を組み合わせて、高速道路の走行中であってもロードノイズや風切り音がほとんど感じられない車内環境を作り出しています。この静かな動作により、乗客の快適性が向上するだけでなく、車両の知覚品質も向上し、多くの現代の EV のプレミアムな位置付けと一致します。

互換性の習得: ハイブリッド、プラグイン、および完全な電気自動車の PMSM

永久磁石同期モーターは汎用性が高く、さまざまなタイプの電動車両にシームレスに統合できるため、自動車メーカーにとって柔軟な選択肢となります。

ハイブリッド車では、PMSM が内燃エンジンと連携して加速時や登坂時に追加の出力を提供すると同時に、エネルギーを回収する回生ブレーキも可能にするため、トヨタ プリウスやホンダ CR-V ハイブリッドなどの売れ筋ハイブリッド モデルは、ガソリン専用モデルに比べて 20 ～ 30% 優れた燃費を達成できます。プラグイン ハイブリッド車や完全電気自動車では、PMSM が主電源または唯一の電源として機能することが多く、BYD Song PLUS DM-i や Volkswagen ID が実証しているように、毎日の通勤や長距離移動に一貫したパフォーマンスと効率を提供します。シリーズ（BEV）。電気バスや配送用バンなどの商用車でも、PMSM は高い耐荷重性とコンパクトな設計、低い動作騒音を両立できるため、広く採用されています。

将来のトレンド: スマート制御と先進パワートレインとの統合

自動車業界が進化し続けるにつれて、PMSM は将来の電動化運転においてさらに重要な役割を果たす態勢が整っています。スマート制御システムと先進的なパワートレイン技術の統合により、その性能と効率がさらに向上します。

たとえば、多くの自動車メーカーは現在、PMSM と炭化ケイ素 (SiC) パワー エレクトロニクスを組み合わせています。これにより、エネルギー損失が削減され、より高速で正確なモーター制御が可能になります。このアップグレードは、NIO ET7 などのハイエンド モデルですでに見られています。人工知能や機械学習アルゴリズムの使用も一般的になってきています。これらのシステムは、運転条件、ドライバーの行動、バッテリーの状態に基づいてモーターのパラメーターをリアルタイムで最適化し、効率とパフォーマンスを最大化します。さらに、ワイヤレス充電、高電圧プラットフォーム、バッテリー管理システムの進歩により、PMSM がさらに補完され、EV の走行距離が延長され、充電時間が短縮されます。

結論: PMSM – 優れた電動運転の基礎

結論として、永久磁石同期モーターは自動車電動化の基礎であり、エネルギー効率、高性能、コンパクトな設計、静かな動作という魅力的な組み合わせを提供します。ハイブリッド、プラグインハイブリッド、完全電気自動車との幅広い互換性により、市場の多様な需要に応えようとする自動車メーカーにとって多用途の選択肢となります。

主流の通勤車 (例: フォルクスワーゲン ID.3) から高級 EV (例: メルセデス・ベンツ EQE) およびハイブリッドの定番車 (例: トヨタ プリウス) まで、PMSM はアプリケーション全体にわたってその信頼性と有効性が証明されています。材料、制御システム、パワートレイン統合の進歩により、業界が革新を続ける中、PMSM は電動化された優れた運転の最前線に留まり、より効率的で持続可能で楽しいモビリティの未来を形作っていきます。