現在の電気自動車の圧倒的多数はギアボックスを使用していません。これが起こる主な理由は 3 つありますが、詳細を詳しく説明する前に、ギアボックスとは何か、ICE カーでそれがどのように機能するかを説明する必要があります。 こうすることで、電気自動車においてギアボックスが根本的に重要ではない理由がわかりやすくなります。また、追加すると便利なケースや追加によってどのようなメリットがあるのかについても説明していきます。
ギアボックスとは何ですか?ICE カーではどのような役割を果たしますか?
ICE エンジンは、電気モーターとは異なり、アイドル状態では車両を動かすのに十分なトルクを生成しません。より多くのトルクを生成するには、より高い回転数が必要です。しかし、エンジンの回転範囲は限られており、その結果、車の速度が制限されるため、ギアボックスを使用します。一言で言えば、ギアボックスと最終駆動比を組み合わせると、トルクが倍増します。ギア比とファイナルドライブ比について聞いたことはあるかもしれませんが、これらの数字が何を意味するかは知らなかったかもしれません。
まずはギア比から見ていきましょう。 ICE 車で 1 速ギアを選択したと仮定します。また、1 速のギア比が 3:1 であると仮定します。これは、エンジンによって生成されるトルクが 3 倍になることを意味します。車の車輪でトルクが何倍になるかを決定するには、最終的な駆動比も考慮する必要があります。もう一度、最終的な駆動比が 3:1 の場合、車のホイール トルクはエンジン トルクの 9 倍になります。車のエンジンが上記の比率で 1 速ギアで 200 Nm のトルクを発生する場合、ホイール トルクは 200 Nm x 9 = 1800 Nm となります。
ギアボックスがなければ、この乗算は不可能であり、スロットルをフルに上げても車は静止してしまいます。 ICE カーのギアボックスは、エンジンのパワーとトルク特性、さまざまな負荷での効率、そしてもちろんエンジニアが選択した車両に指定した最高速度を完全に組み合わせるように設計する必要があります。
これらのソリューションは、過去数十年にわたる大幅な開発にもかかわらず、依然として妥協の産物です。ギアボックスはドライブトレイン全体に非効率性をもたらし、燃料消費量とエネルギー損失を増加させます。
電気自動車の場合はどうなるのでしょうか？
電気モーターには、ギアボックス開発におけるエンジニアリング上の問題を解決し、ほとんどの場合ギアボックスを不要にする 3 つの固有の特性があります。これらの特性は、ゼロ rpm からの高トルク、電気モーターの高回転能力、および電子的に制限された最高速度です。これらのプロパティを 1 つずつ説明していきます。
ゼロ回転からの高いトルクは一目瞭然です。ギアボックスは主にトルクを増大させる装置であることを忘れないでください。ゼロ回転から高いトルクが得られる場合、複数のギア比を使用してトルクをさらに増大させる必要はありません。
ただし、非常に重要なのは高回転性能です。電気モーターは 20,000 rpm まで回転でき、その範囲内で高トルクが得られるため、1 つのレシオだけで最高速度を簡単に達成できます。電気自動車の最高速度が電子的に制限されていることが最後の理由です。 これはギアボックスがないことだけが原因ではなく、現在の高電圧バッテリーのエネルギー含有量が液体燃料と比較して比較的低いためです。
これをよりよく理解するために、BMW i4 eDrive 40 を見てみましょう。最大モーター トルクは 0 ～ 5000 rpm で 430Nm で、ギアとファイナル ドライブの組み合わせ比は 11.115:1 です。つまり、ホイールトルクは4780Nmです。一般に電気自動車が信号機の王様である理由が明らかになりました。
車の最高速度が 190 km/h であると仮定します。最高速度では、モーターは 16,500 rpm で回転します。一般的な高速道路の速度 130 km/h では、モーターは約 11,300 rpm で回転します。 この例でわかるように、電気モーターには、ギアボックスを必要とせずにすべての要件を満たすのに十分な rpm 範囲があります。
ポルシェとアウディのパラダイム
ポルシェ タイカンとアウディ E-トロン GT はどちらもリアモーターに 2 速ギアボックスを使用しています。 「電気自動車にはギアボックスは必要ないと言いましたね」と言う前に。 理想的には、加速を速くするために低速から中速では短いギア比を使用し、電気モーターの回転数を下げるために高速では長いギア比を使用したいと考えています。
高速でモーターの回転数を下げる必要があるのはなぜですか?理由は 2 つあります。まず第一に、モーターの回転数を下げることで効率が向上し (逆起電力と渦電流が減少するため)、自動車の航続距離も向上します。 2 番目の理由は、モーターを過度に回転させることなく、より高い最高速度を達成できる可能性があることです。
2 速ギアボックスの採用の問題は、電気モーターが生成する巨大かつ瞬間的なトルクを処理することが技術的に難しいことです。それにもかかわらず、一部のメーカーは現在、電気自動車用の 2 速ギアボックスを開発しています。
確かな信頼性とリーズナブルな価格設定でこれらを大規模に製造することに成功すれば、ポルシェ タイカンやアウディ e-トロン GT のようなスーパーカーだけでなく、より多くの主流の自動車がそれらを採用することになるかもしれません。とはいえ、余分な複雑さと高価格が潜在的なメリットをはるかに上回っているわけではありません。
