冷たいモーターが333km走行のカギ：電気自動車 SIM-LEI（3）（2/2 ページ）

[畑陽一郎，＠IT MONOist]

モーターの出力を高めるための3つの工夫

　なぜ、アウターローター方式を採ったのだろうか。外側の回転子に永久磁石を配置できるため、従来のモーターよりも永久磁石の数を多く、磁石の面積を広くとることができるからだ。「磁石の数に比例した出力が得られ、大きなトルクを生み出せた」（新井氏）。

　モーターの出力を増やす工夫はこれ以外にも、2つある。

　まず、コイルの配置だ。モーターが生むトルク（回転力）を高めるためには、密にコイルを巻けばよい。少ない電流であってもコイルを巻いた数に比例して力が出せる。どの程度密にコイルを巻いたかは、コイルの占積（せんせき）率に現れる。コイルの巻線機メーカーと協力して占積率58％を実現した。

　次に、磁界解析による最適設計^＊2）を利用したことだ（図4）。「計算機シミュレーションで発生する磁場を確認し、永久磁石の形状や配置、コイルの配置などを最適設計した。1回の設計で当初の予定通りの性能が実現できている」（新井氏）。

＊2）JSOLが開発した電磁界解析ソフトウェア「JMAG」を用いた。

図4　モーターの出力を高める工夫　3つある。回転子に永久磁石を多数配置したこと（左）、コイルの密度を高めたこと（中央）、磁界解析ソフトウェアを設計に用いたこと（右）である。出典：SIM-Drive

　コイルを巻いた固定子のヨークで発生する磁場と、外側の回転子の永久磁石が発する磁場を計算して、その2つの相互作用からどのような力が発生するかを確かめて設計した。

インバーターには課題あり

　EVのモーターを駆動するには、直流を交流に変換するインバーターが欠かせない。インバーターの変換効率が低ければ、二次電池に蓄えた電力が無駄になり、回生にも悪影響が出る。

　インバーターの性能にはさらなる改善が必要だという。「走行時のEVは実に静かだ。このように静かなEVだと、インバーター用の水冷ポンプ^＊3）が意外にうるさく感じた。将来は水冷ポンプのないEV、効率の良いインバーターを採用してユーザーが快適に乗れる車を目指したい」（新井氏）。

＊3）インバーターの損失を低くすれば、熱として失われる電力を少なくでき、水冷ポンプが不要になる。例えば、SiC（炭化ケイ素）パワー半導体を内蔵したインバーターを採用するといった手法がある。

数字で見る駆動系の工夫

　SIM-LEIの駆動系の全体像を図5に示した。

図5　SIM-LEIの駆動系　4つの車輪全てにインホイールモーターを内蔵する。二次電池（バッテリー）は前輪用と後輪用を分けた。制御用のECUは3個利用している。出典：SIM-Drive

　4つの車輪全てにインホイールモーターを内蔵し、二次電池は前輪用と後輪用に分けた。電池に故障が生じたとしても、駆動力を失わないためである。

　インホイールモーターの最大出力は1個当たり65kW（図6）。「トヨタ自動車のプリウスなどのHV（ハイブリッド車）はモーターを1つだけ搭載しており、出力は約60kW。SIM-LEIはHV4台分のモーターを1台に積んでいるといえる」（新井氏）。

　これまでに紹介したさまざまな工夫により、モーターの性能を高めており、トルク定数1.8Nm/Aという値に性能の高さが現れているという。なおトルク定数とは、モーターに電流を通したときにどの程度の力に変わるかを示した値であり、定数値が高いほど電流が少なくて済む。

図6　SIM-LEIの駆動系の仕様　二次電池の容量は24.9kWhであり、市販の5人乗りEVとほぼ同じ容量である。電池容量を変えずに、333km連続走行できる。出典：SIM-Drive