An 電気モーターモーターは電気エネルギーを機械エネルギーに変換する装置であり、ファラデーが最初の電気モーターを発明して以来、私たちはどこでもこの装置なしで生活できるようになりました。
近年、自動車は機械駆動から電気駆動へと急速に移行しており、自動車におけるモーターの搭載もますます広がっています。しかし、自分の車に一体いくつのモーターが搭載されているのか、想像もつかない方も多いのではないでしょうか。そこで、以下にモーターについてご紹介します。
自動車におけるモーターの用途
車内でモーターの位置を確認するには、パワーシートが最適です。エコカーでは、モーターは通常、シートの前後調整と背もたれのチルト調整に使用されます。高級車では、電気モーター高さ調整、例えばシートクッションのリクライニング、ランバーサポート、ヘッドレストの調整、クッションの硬さなど、電動モーターを使わずに操作できる機能を備えています。電動モーターを使用するその他のシート機能には、パワーシートフォールディングや後部座席のパワーローディングなどがあります。
ワイパーは最も一般的な例です電気モーター現代の自動車における応用例。通常、すべての車にはフロントワイパー用のワイパーモーターが少なくとも1つ搭載されています。リアウィンドウワイパーはSUVやバーンドアバックを備えた車でますます普及しており、ほとんどの車にリアワイパーと対応するモーターが搭載されています。別のモーターはウォッシャー液をフロントガラスに送り、一部の車ではヘッドライトにも送ります。ヘッドライトにも小型ワイパーが搭載されている場合があります。
ほぼすべての車には、暖房・冷房システムに空気を循環させる送風機が搭載されており、多くの車には車内に2台以上のファンが搭載されています。高級車では、クッションの換気と熱分散のためにシートにもファンが搭載されています。
かつては窓の開閉は手動で行うことが多かったのですが、今ではパワーウィンドウが一般的です。サンルーフやリアウィンドウを含むすべての窓には、隠れたモーターが内蔵されています。これらの窓に使用されるアクチュエータはリレーのような単純なものもありますが、安全要件（障害物の検知や物体の挟み込みなど）を満たすために、動作監視機能や駆動力制限機能を備えたよりスマートなアクチュエータが使用されています。
手動から電動へと移行したことで、自動車のロックはより便利になっています。電動制御の利点には、リモート操作などの便利な機能や、衝突後の自動解錠といった安全性とインテリジェンスの向上などがあります。パワーウィンドウとは異なり、パワードアロックは手動操作の選択肢を維持する必要があるため、モーターの設計と構造に影響を及ぼします。
ダッシュボードやメーターパネル上のインジケーターは、発光ダイオード（LED）などのディスプレイに進化したかもしれませんが、今ではあらゆるメーターやメーターに小型の電気モーターが使用されています。利便性向上のためのモーターとしては、ドアミラーの折りたたみや位置調整といった一般的な機能に加え、コンバーチブルトップ、格納式ペダル、運転席と助手席の間のガラス製仕切りといった、より雰囲気のある用途のモーターも挙げられます。
ボンネットの下では、電気モーターがさまざまな場所で一般的になりつつあります。多くの場合、電気モーターはベルト駆動の機械部品に取って代わっています。例としては、ラジエーターファン、燃料ポンプ、ウォーターポンプ、コンプレッサーなどがあります。これらの機能をベルト駆動から電気駆動に変更することには、いくつかの利点があります。1つは、現代の電子機器に駆動モーターを使用すると、ベルトとプーリーを使用するよりもエネルギー効率が高く、燃費の向上、重量の軽減、排出量の削減などの利点が得られることです。もう1つの利点は、ベルトではなく電気モーターを使用すると、ポンプとファンの取り付け位置が各プーリーに取り付ける必要がある蛇行ベルトによって制約される必要がないため、機械設計の自由度が向上することです。
車載モーター技術の動向
上の図で示した箇所では電気モーターが不可欠であり、今後、自動車の電子化、自動運転、知能化が進むにつれて、電気モーターはますます自動車に使用され、駆動用モーターの種類も変化していきます。
以前は自動車のモーターのほとんどが標準的な12V自動車用システムを使用していましたが、現在では12Vと48Vのデュアル電圧システムが主流になりつつあり、このデュアル電圧システムにより、高電流負荷の一部を12Vバッテリーから取り除くことができます。48V電源を使用する利点は、同じ電力で電流が4分の1に削減され、ケーブルとモーター巻線の重量が軽減されることです。高電流負荷を必要とするアプリケーションで48V電源への更新が可能なものには、スターターモーター、ターボチャージャー、燃料ポンプ、ウォーターポンプ、冷却ファンなどがあります。これらのコンポーネントに48V電気システムを導入することで、燃料消費量を約10%削減できます。
モーターの種類を理解する
アプリケーションによって必要なモーターは異なり、モーターはさまざまな方法で分類できます。
1. 動作電源による分類 - モーターの動作電源によって、DCモーターとACモーターに分類できます。ACモーターは、単相モーターと三相モーターにも分けられます。
2. 動作原理による分類 - モーターは構造と動作原理の違いにより、直流モーター、非同期モーター、同期モーターに分類されます。同期モーターは、永久磁石同期モーター、リラクタンス同期モーター、ヒステリシスモーターに分類されます。非同期モーターは、誘導モーターと交流整流子モーターに分類されます。
3. 始動および運転モードによる分類 - 始動および運転モードに応じて、モーターはコンデンサ始動単相非同期モーター、コンデンサ運転単相非同期モーター、コンデンサ始動運転単相非同期モーター、および分相単相非同期モーターに分けられます。
4. 用途による分類 - 電動モーターは用途に応じて駆動モーターと制御モーターに分けられます。駆動モーターは、電動工具（掘削、研磨、研削、溝切り、切断、リーマ加工などの工具を含む）に電動モーターが使用されるもの、家電製品（洗濯機、扇風機、冷蔵庫、エアコン、テープレコーダー、ビデオデッキ、ビデオレコーダー、DVDプレーヤー、掃除機、カメラ、ヘアドライヤー、電気シェーバーなどを含む）に電動モーターが使用されるもの、その他の汎用小型機械設備（各種小型工作機械、小型機械、医療機器、電子機器などを含む）に電動モーターが使用されるものに分けられます。制御モーターは、ステッピングモーターとサーボモーターに分けられます。
5. 回転子の構造による分類 - モーターは回転子の構造によって、かご形誘導モーター（旧規格ではかご形非同期モーターと呼ばれています）と巻線形回転子誘導モーター（旧規格では巻線非同期モーターと呼ばれています）に分けられます。
6. 動作速度による分類 - モーターは動作速度に応じて、高速モーター、低速モーター、定速モーター、速度モーターに分けられます。
現在、自動車ボディ用途のモーターの大半は、従来型のソリューションであるブラシ付きDCモーターを採用しています。ブラシによる整流機能により、これらのモーターは駆動が簡単で、比較的安価です。一部の用途では、ブラシレスDC（BLDC）モーターが電力密度の点で大きな利点を提供し、軽量化、燃費向上、排出量削減を実現します。メーカーは、フロントガラスワイパー、車内暖房・換気・空調（HVAC）ブロワー、ポンプなどにBLDCモーターを採用しています。これらの用途では、モーターはパワーウィンドウやパワーシートのような過渡動作ではなく、長時間稼働する傾向があり、ブラシ付きモーターのシンプルさとコスト効率は依然として有利です。
電気自動車に適した電気モーター
燃費の良い自動車から純粋な電気自動車への移行により、自動車の心臓部はモーター駆動エンジンに移行するでしょう。
モーター駆動システムは電気自動車の心臓部であり、モーター、電力変換器、各種検出センサー、電源で構成されています。電気自動車に適したモーターには、DCモーター、ブラシレスDCモーター、非同期モーター、永久磁石同期モーター、スイッチドリラクタンスモーターなどがあります。
DCモーターは直流の電気エネルギーを機械エネルギーに変換するモーターで、優れた速度制御性能から電力駆動に広く使用されています。また、始動トルクが大きく制御が比較的簡単という特徴も備えているため、大型可逆圧延機、ウインチ、電気機関車、路面電車など、高負荷で始動したり、均一な速度制御が求められる機械にはDCモーターが最適です。
ブラシレスDCモーターは電気自動車の負荷特性に非常に適合しており、低速域で大きなトルク特性を持ち、電気自動車の加速要件を満たす大きな始動トルクを提供します。同時に、低速、中速、高速域の広い速度範囲で動作し、高効率特性も備えています。軽負荷状態では高い効率を発揮します。欠点は、モーター自体がACモーターよりも複雑であり、コントローラもブラシ付きDCモーターよりも複雑であることです。
非同期モータ、すなわち誘導モータは、回転子を回転磁界内に配置し、回転磁界の作用によって回転トルクを得て回転子を回転させる装置です。非同期モータの構造はシンプルで、製造とメンテナンスが容易であり、ほぼ定速負荷特性を有し、ほとんどの工業および農業生産機械の抗力要件を満たすことができます。しかし、非同期モータの回転速度と回転磁界の同期速度は一定であるため、速度制御が悪く、DCモータほど経済的で柔軟性がありません。さらに、高出力、低速用途では、非同期モータは同期モータほど合理的ではありません。
永久磁石同期モータは、永久磁石の励磁によって同期回転磁界を発生させる同期モータです。永久磁石は回転子として機能し、回転磁界を発生させます。三相固定子巻線は回転磁界の作用下で電機子を介して反応し、三相対称電流を誘導します。永久磁石モータは小型軽量で、回転慣性が小さく、出力密度が高いため、スペースが限られた電気自動車に適しています。また、トルク慣性比が大きく、過負荷容量が強く、特に低回転数での出力トルクが大きいため、コンピューター制御車両の発進加速に適しています。そのため、永久磁石モータは国内外の電気自動車業界で広く認知され、多くの電気自動車に採用されています。例えば、日本の電気自動車のほとんどは永久磁石モータで駆動されており、トヨタ・プリウスハイブリッドにも採用されています。
投稿日時: 2024年1月31日