An 電動モーター電気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、私たちはこの装置がなくても生活を送ることができるようになった。
近年、自動車は機械式から電気駆動へと急速に変化しており、モーターの搭載はますます普及しています。自分の車にいくつのモーターが搭載されているか見当もつかないという方も多いでしょう。そこで、以下の解説では、あなたの車に搭載されているモーターについて解説します。
自動車におけるモーターの応用
車の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。エコノミーカーでは、モーターは通常、前後調整と背もたれの傾斜を提供します。プレミアムカーでは、電気モーター高さ調整、例えば座面クッションのリクライニング、ランバーサポート、ヘッドレスト調整、クッションの硬さ調整など、電動モーターを使わずに操作できる機能も備えています。電動モーターを使用するその他のシート機能としては、電動シート折りたたみ機能や後部座席の電動格納機能などがあります。
フロントガラスワイパーは最も一般的な例です電動モーター現代の自動車における用途。一般的に、どの車にも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や観音開きのリアウィンドウを備えた車でますます普及しており、そのためほとんどの車にリアワイパーとそれに対応するモーターが搭載されています。もう1つのモーターはウォッシャー液をフロントガラスに送り込み、一部の車ではヘッドライトにも送り込みます。ヘッドライトには独自の小型ワイパーが付いている場合もあります。
ほぼすべての車には、暖房・冷房システムを通して空気を循環させる送風機が搭載されており、多くの車両では車内に2つ以上のファンが備えられています。高級車には、シートクッションの換気と熱の分散のために、シート内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われることが多かったが、現在ではパワーウィンドウが一般的になっている。サンルーフやリアウィンドウを含め、各窓にはモーターが内蔵されている。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シンプルなものもあるが、障害物検知や物体挟み込みなどの安全要件を満たすためには、動作監視機能や駆動力制限機能を備えたより高度なアクチュエータが用いられるようになっている。
手動式から電動式へと移行するにつれ、車のドアロックはより便利になってきています。電動制御の利点としては、リモート操作などの便利な機能に加え、衝突後の自動解錠など、安全性とインテリジェンスの向上が挙げられます。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オプションも維持する必要があるため、モーターの設計や構造に影響が出ます。
ダッシュボードやメーターパネル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へと進化してきたが、現在ではあらゆるダイヤルや計器に小型の電気モーターが使用されている。利便性を高めるモーターとしては、サイド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、コンバーチブルのルーフ、格納式ペダル、運転席と助手席を隔てるガラス製仕切りなど、より個性的な用途にも用いられている。
ボンネットの下では、電気モーターが他の多くの場所でますます一般的になっています。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ります。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挙げられます。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、現代の電子機器で駆動モーターを使用することは、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、軽量化、排出ガスの削減などのメリット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ことで、機械設計の自由度が高まることです。ポンプやファンの取り付け位置は、各プーリーに取り付ける必要のあるサーペンタインベルトによって制約される必要がないためです。
車載モーター技術の動向
電気モーターは、上記の図で示された箇所において不可欠な役割を果たしており、今後、自動車の電子化が進み、自動運転やインテリジェント化が進むにつれて、自動車における電気モーターの使用頻度はますます高まり、駆動用モーターの種類も変化していくでしょう。
従来、自動車のモーターのほとんどは標準的な12V車載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ます。デュアル電圧システムでは、12Vバッテリーから高電流負荷の一部を分離することが可能です。48V電源を使用する利点は、同じ電力で電流を4分の1に削減できること、そしてそれに伴いケーブルやモーター巻線の重量も軽減されることです。高電流負荷で48V電源にアップグレードできる用途としては、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、冷却ファンなどが挙げられます。これらの部品に48V電源システムを導入することで、燃料消費量を約10%削減できる可能性があります。
運動タイプの理解
用途によって必要なモーターは異なり、モーターは様々な方法で分類することができる。
1. 動作電源に基づく分類 - モーターの動作電源によって、直流モーターと交流モーターに分類できます。交流モーターは、さらに単相モーターと三相モーターに分けられます。
2. 動作原理による分類 - 構造と動作原理の違いにより、モータは直流モータ、非同期モータ、同期モータに分類できます。同期モータは、永久磁石同期モータ、リラクタンス同期モータ、ヒステリシスモータに分類できます。非同期モータは、誘導モータと交流整流子モータに分類できます。
3. 始動および運転モードによる分類 - モータは、始動および運転モードに応じて、コンデンサ始動単相非同期モータ、コンデンサ運転単相非同期モータ、コンデンサ始動運転単相非同期モータ、および分割相単相非同期モータに分類できます。
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（ドリル、研磨、研削、溝加工、切断、リーマ加工などの工具を含む）、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）、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）に電動モーターが搭載された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. ローターの構造による分類 - ローターの構造により、モータはかご型誘導モータ（旧規格ではかご型非同期モータと呼ばれる）と巻線型ローター誘導モータ（旧規格では巻線型非同期モータと呼ばれる）に分類できます。
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、速度モーターに分類できます。
現在、自動車の車体用途で使用されるモーターのほとんどは、従来型のブラシ付きDCモーターです。これらのモーターは、ブラシによる整流機能のおかげで駆動が簡単で、比較的安価です。しかし、用途によっては、ブラシレスDC（BLDC）モーターは出力密度の面で大きな利点があり、軽量化、燃費向上、排出ガス低減につながります。そのため、メーカーはワイパー、車内暖房・換気・空調（HVAC）ブロワーやポンプなどに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短時間の動作ではなく、長時間稼働する傾向があります。短時間動作の場合、ブラシ付きモーターのシンプルさとコスト効率の良さが依然として有利です。
電気自動車に適した電動モーター
燃費の良い車両から純粋な電気自動車への移行に伴い、自動車の中核となる動力源もモーター駆動エンジンへと移行するだろう。
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、電源装置で構成されています。電気自動車に適したモーターとしては、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、スイッチトリラクタンスモーターなどが挙げられます。
直流モーターは、直流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あり、優れた速度制御性能から電力輸送に広く用いられています。また、始動トルクが大きく、制御が比較的容易であるという特徴も持ち合わせているため、大型可逆圧延機、ウインチ、電気機関車、路面電車など、重負荷で始動する機械や、一定の速度制御を必要とする機械に適しています。
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しており、低速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できます。同時に、低速、中速、高速の広い速度範囲で動作でき、高効率特性も備えており、軽負荷状態では高効率です。欠点は、モーター自体がACモーターよりも複雑で、コントローラーがブラシ付き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、回転子が回転磁界内に配置され、回転磁界の作用によって回転トルクが発生し、回転子が回転する装置です。非同期モータは構造がシンプルで、製造やメンテナンスが容易であり、ほぼ一定の速度負荷特性を備えているため、ほとんどの産業機械や農業機械の駆動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の回転速度であるため、速度制御が悪く、DCモータほど経済的で柔軟性に欠けます。また、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、回転子として働く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。回転磁界の作用により、三相固定子巻線が電機子を介して反応し、三相対称電流を誘起します。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。さらに、トルク対慣性比が大きく、過負荷容量が大きく、特に低回転速度での出力トルクが大きいため、コンピュータ制御車両の始動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、トヨタ・プリウス・ハイブリッドにも使用されている永久磁石モータで駆動されています。
投稿日時：2024年1月31日