なぜ自動車の電気モーターがEV革命の中心であるのか

1884年に最初の大量生産電気自動車の誕生以来、電気自動車（EV）は長く曲がりくねった道を歩いてきました。 20世紀初頭の短い栄光の後、EVは、走行範囲が限られているため、バッテリー寿命の問題、不便な充電により、内燃機関（ICE）車両によって脇に押し出されました。何十年もの間、ガソリン駆動の車が道路を支配し、速度、利便性、手頃な価格の基準を設定しました。

しかし、20世紀後半までに、アイスカーの欠点は無視することが不可能になりました。自家用車の所有権の急速な成長は、大気汚染の増加、温室効果ガスの排出量の増加、および化石燃料へのより深い依存を意味しました。世界中の政府と自動車メーカーは、かつて時代遅れだと考えられていた技術を再訪し始めました。その後、テスラが豪華なポジショニング、印象的な範囲、洗練されたパフォーマンスでモデルSをリリースした2012年が来ました。モデルSはメディアの注目を集めただけでなく、消費者の認識を変えました。突然、EVはもはや風変わりな実験とは見なされなくなりました。彼らは現実世界の利点を持つ野心的な製品になりました。

その時点から、EV革命は加速し、政府は補助金を導入し、自動車メーカーがR＆Dに多額の投資をし、消費者はEVを実用的な代替品と見なし始めています。しかし、バッテリー、充電ネットワーク、政策のインセンティブに関する見出しの下には、この変換の真の鼓動心、自動車電動モーターがあります。

自動車用電気モーターの基本

そのコアでは、電気モーターは電気エネルギーを機械的エネルギーに変換するデバイスです。化石燃料の燃焼に依存して動きを作成する内燃エンジンとは異なり、電磁モーターは電磁場を介して動作します。この根本的な違いは、EVが従来の車よりもはるかに高い効率を達成できる理由を説明しています。アイス車両は通常、燃料のエネルギーの約20〜30％しか変換しませんが、実際の動きに変換しますが、EVモーター85〜90％を超える効率を達成できます。

電動モーターのもう1つの決定的な特徴は、それらのシンプルさです。可動部品が少ないと、メンテナンスが少なく、静かに動作し、最小限の振動を生成します。これにより、運転の快適性が向上するだけでなく、長期的な所有コストが削減されます。さらに、モーターのモジュラー性により、シングルモーターの後輪駆動システムからデュアルモーター全輪駆動セットアップ、さらには車軸の必要性を排除するホイールハブモーターまで、複数の構成が可能になります。

自動車モーターの種類

すべてのモーターが平等に作成されるわけではありません。自動車メーカーは、コスト、パフォーマンス、効率の要件に応じて、さまざまなモータータイプを使用しています。最も一般的な4つは次のとおりです。

DCブラッシュモーター - 最も古いタイプの中で、それらはシンプルで安価ですが、ブラシ摩耗のために高いメンテナンスのニーズに苦しんでいます。

ブラシレスDCモーター（BLDC） - 今日広く使用されているBLDCモーターは、効率的で信頼性が高く、軽量であるため、最新のEVに最適です。

誘導モーター（ACモーター） - テスラが以前のモデルで普及させている誘導モーターは、堅牢で比較的安価であり、さまざまな負荷でうまく機能します。

恒久的な磁石同期モーター（PMSM） - ますます一般的になると、PMSMは非常に効率的であり、希土類材料に依存していますが、低速で強力なトルクを提供します。

これらの違いを説明するための比較は次のとおりです。

この品種により、メーカーは、手頃な価格、効率性、または高性能を優先するかどうかに応じて、最適なモーターを選択できます。

どのように自動車電気モーターパワーEV

電気モーターの基本的な役割は、バッテリーに保管されている電気を動きに変換することです。ピーク性能を達成するために1分あたりの狭い回転範囲内（rpm）内で動作する必要があるアイスとは異なり、電気モーターはゼロRPMから最大トルクを提供できます。これは、ドライバーがアクセルを押す瞬間、車は強力な加速度ですぐに反応することを意味します。

この特徴は、テスラのモデルS P85DのようなEVがわずか3.1秒の0〜100 km/hの加速時間で世界を驚かせた理由を説明しています。大規模なSUVと同じくらい重量があり、最大7人の乗客を運んでいたにもかかわらず、数倍の高級スポーツセダンでさえも優れていました。複雑な送信、クラッチ、ギアの必要性を削除することにより、電気モーターはドライブトレインを簡素化するだけでなく、ユニークなパフォーマンス機能を解き放ちます。

効率とパフォーマンスの利点

EVの最強のセールスポイントの1つは、その効率にあります。従来の車両はほとんどのエネルギーを熱として無駄にしますが、EVは電気をより効果的に使用します。再生ブレーキと組み合わせて、モーターズは減速中にエネルギーを回復するための発電機として機能しますが、EVは廃棄物をさらに最小限に抑えます。

電動モーターは、柔軟な設計の選択も可能にします。デュアルモーターのセットアップにより、全輪駆動がより安く、より効率的になります。ホイールに直接配置されたモーターは、各ホイールのパワーが優れたハンドリングと安定性のために独立して制御される正確なトルクベクトルの可能性を開きます。その結果、よりスムーズで、より速く、より安全な運転体験ができます。

コストの観点からは、バッテリーは高価なままですが、モーター自体は比較的安価です。この経済的利点は、エントリーレベルのEVでさえ、氷の対応物と比較して優れた加速を提供することが多い理由です。

自動車電気モーターの技術革新

イノベーションは、モーターの景観を再構築し続けています。冷却システム、軽量材料、およびパワーエレクトロニクスの進歩は、パフォーマンスの境界を押し上げています。有望な傾向の1つは、より高いトルク密度を提供しながら、従来のラジアルフラックスモーターよりも軽くて小さい軸フラックスモーターへの動きです。 Yasa（Mercedes-Benzが買収）のような企業は、この技術を次世代EVのためにすでに商業化しています。

さらに、希土類磁石への依存を減らすことに関する研究は勢いを増しています。サプライチェーンのリスクと希土類採掘を取り巻く環境への懸念により、新しい設計は、費用のかかる材料なしで同様のパフォーマンスを達成しようとしています。同様に、シリコン炭化物インバーターにより、モーターはより効率的に動作し、熱損失が少なくなり、電力処理が改善されています。

自動車用電動モーターとEV範囲

消費者に対する重要な関心事は、EV範囲のままです。バッテリーが主要な決定要因ですが、運動効率が重要な役割を果たします。高効率モーターは、エネルギー廃棄物を最小限に抑え、電荷ごとに走行距離を直接延長します。たとえば、PMSMは優れた効率のために長距離EVで好まれますが、誘導モーターは耐久性がありますが、エネルギーをわずかに消費します。

範囲を最適化するためのさまざまな戦略も存在します。一部の車両は、1つのモーターが高デマンドシナリオを処理するデュアルモーターシステムを使用し、もう1つの車両は巡航中に効率的に動作します。それらをインテリジェントに切り替えることにより、車両はパフォーマンスと保全のバランスを取ります。

自動車の電気モーター開発における課題

その利点にもかかわらず、モーターには課題がないわけではありません。製造業者は、効率、コスト、体重、持続可能性のバランスをとる必要があります。永久磁石モーターは、高価で地政学的に敏感な希土類元素に依存しています。誘導モーターは、安価ですが、高速道路の速度で同じ効率をもたらさない場合があります。

冷却は別の挑戦です。モーターが高出力で動作するため、熱の蓄積は効率を低下させ、寿命を短くすることができます。オイルイマージョンや統合冷却ジャケットなど、革新的な冷却技術は、これに対処するために開発されています。

最後に、バッテリーやパワーエレクトロニクスとの統合には、慎重なエンジニアリングが必要です。モーターは、それらをサポートするシステムと同じくらい効果的であり、モーター設計、インバーター効率、およびバッテリー化学の相互作用は、複雑なエンジニアリングパズルのままです。

EV革命における自動車電気モーターの未来

今後、電気モーターはEV革命の中心になるだけです。バッテリーコストが低下し、充電ネットワークが拡大するにつれて、モーターは運転体験をますます定義します。将来の車両は、究極の精度のためのインホイールハブモーター、より良い効率のための軽量複合材料、およびトルク分布をリアルタイムで最適化するためのAI駆動型ソフトウェアを備えている場合があります。

同時に、米国の近隣の電気自動車や中国の田舎の低速電気自動車など、専門のEVカテゴリの台頭は、大幅に異なる市場ニーズに柔軟なモーターをどのように適応させることができるかを示しています。超高速の豪華なセダンから低コストのコミュニティシャトルまで、電気モーターはそれらが単なる機能的なコンポーネントではなく、まったく新しいモビリティモデルのイネーブラーであることを証明しています。

結論

電気自動車の旅は、19世紀の初期の約束から、数十年のあいまいさから21世紀の復活まで、長いものでした。しかし、EVを真に革新的にしているのは、バッテリーや充電インフラストラクチャだけでなく、電気モーターです。

電気モーターは、車両がどのように動くかを変え、より清潔で、より速く、より効率的にします。彼らは新しいデザインの可能性を開き、化石燃料への依存を減らし、パフォーマンスベンチマークを再定義します。コスト、原材料の制約、熱管理など、課題は残っていますが、イノベーションは容赦がありません。

政府が清潔なモビリティを支援し続け、消費者はますます持続可能でありながら強力な車両を要求するようになるにつれて、電気モーターの役割は成長するだけです。それらはEVの中心ではなく、自動車革命そのものの脈動です。