富田電機

電気モーターは電気自動車（EV）の心臓部であり、電気エネルギーを機械エネルギーに変換して車両を駆動します。 この記事では、電気自動車のモーターがどのように機能するのかを詳しく見ていき、またACモーターを中心にして、いくつかの種類の電動モーターをご紹介します。
 

電気モーターの仕組みとは？

電気モーターは、従来の内燃エンジン車とは異なり、バッテリーに蓄えられた電気エネルギーを機械エネルギーに変換する。 通常リチウムイオン電池で構成されるバッテリーパックから直流（DC）が供給され、インバーターによって交流（AC）に変換され、回転磁界（RMF）を発生させて電動モーターを駆動する。 モーターのローターは磁場とともに回転し、トランスミッションシステムを介してディファレンシャルにトルクを伝え、最終的に車輪を駆動する。

電気自動車用モータは発電機としても使える。車輪がローターを逆方向に回転させると、回転磁界によってエネルギーが直流に変換され、バッテリーが充電される。

車両に搭載されたコンピューターが電気エネルギーの流れとモーターの回転数を正確に制御し、効率的な運転と最適な性能が確保できる。 電気自動車は電気で駆動するため、排気ガスがなく、従来の燃料自動車のような燃料ポンプ、燃料パイプ、燃料タンクも必要ない。 バッテリー、インバーター、モーターのシームレスな統合により、電気自動車は効率的で環境に優しいものとなっている。

三種類の電気自動車用モーター：完全ガイド

3種類のEV車用モーター

電気自動車のモーターには多くの種類があるが、電流の種類によって主にDCモーターとACモーターの2つに分類される。 この2つのうち、ACモーターはその優れた性能からより普及している。

ACモーターは、電源の周波数と電圧を調整する能力があるため、効率がより高い。 ACモーターは低速で大きなパワーを発揮し、速度とトルクの制御精度が高いため、幅広い種類の自動車への応用に最適です。
 

永久磁石同期モータ (PMSM)

永久磁石同期モータ（PMSM）のローターには希土類永久磁石が埋め込まれる。交流電流がステーターに供給されると、発生する回転磁場とローター内の永久磁石が相互作用され、同期回転を生み出して駆動トルクを発生させる。この同期回転により、高効率なエネルギー変換が可能となり、コンパクトな設計で最適な性能を発揮する。

永久磁石同期モータは高い出力密度を持ち、誘導モータに比べて必要な電流が少なくても同じトルクや速度を達成できる。ローターの設計により、トルク制御が簡単であり、インバータを介して調整し易く、また様々な構成や巻線オプションがあり、特定のニーズに応じてカスタマイズができる。

しかし、希土類鉱物への依存度が高く、コストが高いことが課題です。さらに、希土類の採掘は環境に影響を与え、価格の変動も大きいである。

現在、多くの電動車は永久磁石同期モータを採用しており、その理由はサイズ、重量、効率において優れた利点があるためである。誘導モータに比べ、永久磁石同期モータの体積は約25%小さく、効率も高いである。テスラ（Model S、Model 3、Model X、Model Y）、日産（LEAF）、BMW（i3、i8）などのメーカーは、その効率性とコンパクトな設計から永久磁石同期モータを選択したである。
 

電気励磁交流同期モーター（EESM）

EESMのローターは交流電流を受け取り、回転磁場を発生する。希土類永久磁石を使用する永久磁石同期モーターとは異なり、このタイプのモーターではローター内部で直流電流を使用して励磁し、磁場を発生させる。この磁場はステーターの回転磁場に合わせ、トルクを発生させて車両を駆動する。交流電流の周波数と振動幅を調整することで、モーターの速度とトルクを精密に制御し、安定かつ機敏な運転を確保する。

EESMはその機敏性と高性能で知られており、さまざまな運転条件下で高トルクとパワーを提供する。特に電動車に非常に適する。このタイプのモーターはBMWのiX3、iX、i4、およびルノーのMegane E-TECHやSMART EQに応用されている。
 

誘導モーター

誘導モーターは三相交流電流に依存して動作し、電機ブラシや整流子がないため、メンテナンス必要が少なく耐久性が上がれる。ステーターの巻線が回転磁場を発生させる。ローター内に誘導電流を発生させ、電磁誘導によってトルクを発生する。その回転速度は先進的な電子システムによって、ステーターへ供給する交流電流の周波数を変化させることで制御する。

誘導モーターは価格が手頃で、構造がシンプルで耐久性があり、変速や変動負荷の状態でも運転できる。多様な運転条件に非常に適しており、低速時には大きなトルクを提供し、高速時には効率が維持できる。特にテスラの初期モデルであるRoadsterや初代Model Sに採用されている。また、Audiのe-Tron SUVもこのタイプのモーターを採用してある。

 

同期モーターと誘導モーターの選択方法

同期モーターと誘導モーターを選ぶ際には、特定のアプリケーションで最適な性能を確保するために複数の要因や特性を考慮する必要がある。
 

回転速度

同期モーターは電源供給の周波数と極数によって定まる回転数（RPM）を持ち、負荷の変化に影響されず一定の速度とトルクを保つ。

一方、誘導モーターは負荷とスリップによって速度とトルクを調整し、異なる要求に対応する。
 

モーターの出力

出力面では、同期モーターは高い力率を持ち、電力を効率的に機械エネルギーに変換する。この力率は励磁電流の変更によって調整可能である。

対照的に、誘導モーターは通常、低い力率を持つ。
 

モーターの制御システム

効率的なモーター制御システムは速度、トルク、方向の調整に重要である。同期モーターには複雑で高価な制御装置が必要で正確的にパラメーターを管理する。例えば周波数変調器やスリップリングなどである。 一方、誘導モーターは簡単で経済的な制御装置によって運転可能で、例えば可変抵抗器、コンデンサー、ソフトスターターなどがあり、操作とメンテナンスが容易である。

 

直流電動車用モーターについて

直流系列モーターは、サイズ種類が多く、コイルに直流電流を通じて回転を生み出す。これらは電力消費面での利点であり、特に低速時には効率が上がる。

設計は簡単ですが、トルクと速度を精密に制御できる。但し、全体的な効率は比較的低く、電力を機械エネルギーに変換する効率は75-80%程度である（ブラシ付き直流モーターよりブラシレス直流モーターの 転換率がより高くなる）。

また、高温や危険な環境で発生する熱や冷却の問題に対応するため、適切な換気または冷却システムが必要である。そのため、一般的に電気自動車への応用は適していないとされる。

 

富田電機——電動車用モーターの最適な製造メーカー

電動車革命が進む中、適切なモーターの選択は極めて重要である。これらの強力な電動の心臓部は、電動車の進化を支える静かで且つ効率的な動力源である。

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よくある質問

電動車は通常どのタイプのモーターを使用していますか？

ほとんどの電動車は交流モーターを使用しており、一般的なタイプには永久磁石同期モーター、電気励起同期モーター、誘導モーターがあります。
 

電動モーターにはどんなメンテナンスが必要ですか？

電動モーターの定期的なメンテナンスには、摩耗のチェック、適切な潤滑の確保、および電気接続の制御確認などが含まれます。これにより、損傷の兆候を確認します。
 

電動モーターを使用する際に考慮すべき安全予防対策は何ですか？

正しい電気安全規定に従うことが重要です。適切な通風を確保して放熱させ、そして移動物体に接触しないように対策することが重要です。