内燃エンジン技術を深く掘り下げることに興味がある場合は、さまざまな概念にさらされることを覚悟しなければなりません。自然吸気エンジン、ターボエンジン、直接噴射、間接噴射、または直接噴射と間接噴射の両方。ガソリン、ディーゼル、CNG、LPG、アトキンソン サイクル、ミラー サイクル、バダック サイクル、ディーゼルおよびオットー サイクル (マツダ SKYACTIV-X エンジンを参照)、固定ジオメトリ ターボ、可変ジオメトリ ターボ、ツインスクロール ターボ、可変カムシャフト タイミング…リストは続きます。
ほぼ自動的に生じる疑問は、なぜこれほど多くの内燃エンジンの設計やコンセプトがあるのかということです。答えは簡単です。効率の観点からすると、どれも十分ではないからです。効率の向上を追求して、自動車の歴史を通じてエンジニアによって多くの設計が導入されてきました。このようなさまざまな設計は電気モーターにも関係するのでしょうか? e-モビリティには何種類のモーターがありますか?答えは主に 3 つだけです。彼らについて知りましょう。
非同期誘導モーター - 簡単な歴史レッスン
非同期誘導モーターは新しいものではありません。それは二人の独立した研究者、唯一無二のニコラ・テスラとガリレオ・フェラリスによって発明されました。イタリアの発明家がこのモーターを最初に開発したのは 1885 年と思われますが、最初に特許を申請したのは 1888 年でした。
誘導モーターの発明は、疑いなく、電気を私たちの生活に利用する上での最大の成果の 1 つです。 このモータータイプの採用は最近非常に普及しており、これなしの日常生活を想像するのは非常に困難です。多くの電気機器にはこれらのモーターが使用されており、産業用モーターの大部分は非同期誘導タイプです。
非同期誘導モーターはどのように動作するのでしょうか?
すべての電気モーターには 2 つの主要な部分があります。静止部分はステーターと呼ばれ、回転部分はローターと呼ばれます。ステーターから始めましょう。通常は、スロットと特定の形状で編まれた銅コイルを備えたスチール製のシリンダーです。これらのコイルには、パワー エレクトロニクスで DC (バッテリーから供給される) から変換された 3 相 AC 電流が供給されます。この電流によりステータ内に回転磁界が発生し、その回転磁界の速度を同期速度と呼びます。
本質的に、このタイプのモーターがどのように動作するかは次のとおりです。AC 電圧が銅のコイル (または巻線) に加えられ、その結果回転磁界が発生し、その磁界がローターに電圧を誘導し、それによって電流が流れます。この電流の流れにより、ステーターの磁場よりも遅れる独自の回転磁場がローター内に生成されます。最終的にローターを動かす 2 つの磁場間の力は、ローレンツ力と呼ばれます。ローターの動きは、適切な減速を通じて車の車輪に伝達されます。
このモーターは、ローターとステーターの回転磁界が同期していないため、非同期モーターと呼ばれます。誘導部分は、ステーターによって誘導される回転磁界、電圧、電流から生じます。アクセルペダルを踏むと、ローターの磁界はステーターの磁界より少し遅れます。減速してモーターが発電機として機能する (回生ブレーキ) と、ローターの回転磁界がステーターよりも先に進みます。回転磁界のこの差は「スリップ」と呼ばれ、モーターの設計にもよりますが、通常は最大 5% です。
自動車産業で使用される三相非同期誘導モーターの一般的な効率は約 90% です。このモーターは、堅牢性、シンプルさ、長寿命、特殊な材料要件がないため、ほぼ産業プロセスでのみ使用されます。また、優れた過負荷特性により、完璧なオンデマンドモーターとなるため、AWD 電気自動車のフロントモーターとしてよく使用されます。
非同期誘導モーターを使用している車両には、Audi e-Tron SUV、Mercedes-Benz EQC、Tesla Model S、3、XandYon フロント アクスル、および VW グループ MEB 車もフロント アクスルに使用されています。
永久磁石同期モーター
非同期誘導モーターと同期永久磁石モーターの基本的な違いは、ローターとステーターの回転磁界が生成され、相互作用する方法です。同期永久磁石モーターでは、ローター内の永久磁石 (これがモーターの名前の由来です) によって生成される固有の回転磁界が存在します。これらのモーターのローターとステーターの回転磁界はロックされており、スリップはありません。
ローター内の永久磁石は、出力密度を高め、モーターの効率を向上させる重要な要素の 1 つです。出力密度の増加は、少量で高出力を意味するため、永久磁石モーターは PHEV のみに使用されます。これらの車両の電気モーターはギアボックス内に収容されているため、スペースに制限があります。
永久磁石はレアアース材料から作られており、その大部分は中国が管理している。 採掘プロセスの倫理的側面には疑問があり、そのため、多くのメーカーはモーターでのこれらの材料の使用を削減しようとしています。それにもかかわらず、同期永久磁石モーターは効率の王様であり、最大 94 ～ 95% に達することがあり、車にモーターが 1 つしかない場合には、このタイプのモーターが使用されます。
永久磁石モーターは、ヒュンダイ Ioniq 5、Kia EV6、Tesla Model S、3、XandY の後車軸に使用されています。数例を挙げると、VW グループの MEB 車の後輪アクスルにもこの機能が使用されており、ジャガー i-pace、アウディ e-tron GT、ポルシェ タイなどがあります。
電気的に励磁される同期モーター
永久磁石同期モーターは最高の効率を実現しますが、希土類元素への依存が懸念されます。これに対処するために、BMW、RenaultGroupe、Smart などのメーカーは、希土類磁石に依存しない同期モーターであるハイブリッド モーター アーキテクチャに注目しました。
これらの機械はどのように動作するのでしょうか?磁束を生成するためにローターに永久磁石を使用する代わりに、ブラシとスリップ リングを利用します。 BMW によると、この種のモーターは最大 93% の効率を実現し、これは永久磁石モーターの効率に非常に近い値です。このコンセプトは有望に見えますが、ブラシが組み込まれているということは、最終的には交換が必要になることを意味します。このタイプのモーターを開発するメーカーが、十分に長い耐用年数を備えたブラシを選択してくれることを願っています。
このモーター設計は BMW iX3、iX、i4 に採用されています。ルノー メガーヌE-TECH。そしてスマートEQ。
