ワイヤレス給電インホイールモーターは、大容量バッテリーよりも「トータルコストが安い」：電気自動車（1/2 ページ）

[齊藤由希，MONOist]

　東京大学とブリヂストン、日本精工（NSK）、ローム、東洋電機製造は2019年10月10日、千葉県柏市で説明会を開き、走行中のワイヤレス給電が可能なインホイールモーターの第3世代品を開発したと発表した。東京大学の敷地内に送電コイルを設置し、インホイールモーターを装着した車両で走行しながら充電できる様子も実演した。

　今回は、モーターやインバーター、コンバーター、共振コンデンサー、冷却系を小型化してタイヤ内に収めた上で従来よりも高出力化したタイプと、受電コイルまでタイヤ内に収めたタイプの2つを披露した。1輪当たりのモーター出力は12kWから25kWに、充電出力は12kWから20kWに増えた。

　今後は2022年までにタイヤを含めた車両での評価を行い、2025年に実証実験に移行することを目指す。基本特許をオープンにして開発の参加者を増やし、さまざまな領域の知見を広く取り入れていく。

受電コイルがタイヤホイールの外にあるタイプ（左）。受電コイルまでタイヤ内に収めたタイプ（右）（クリックして拡大）

バネ下重量が増えるネガティブは解決済み

　第3世代のインホイールモーターの開発には複数の企業が関わった。科学技術振興機構（JST）の未来社会創造事業による研究プロジェクト「電気自動車への走行中直接給電が拓く未来社会」の一環での取り組みとなる。

　プロジェクト名の通り、電気自動車（EV）の駆動用バッテリーに走行中に充電することが目標であり、これが実現すれば、バッテリー容量の大きさに依存せずにEVの走行距離を延ばすことが可能になる。バッテリーの搭載量を少なくすることで、車両の軽量化が図れる他、EVのコストの大部分を占めるバッテリーのコストを抑えることができると見ている。また、バッテリー搭載量を減らすことは、駆動用バッテリーを搭載する車両が大幅に普及した時にリチウムやコバルトが不足するリスクへの対策にもなるという。

送電側コイルの上をインホイールモーターで通過する様子（クリックして拡大）

　走行中に充電するにはワイヤレス給電が不可欠となる。駐車中のワイヤレス給電は既に量産車で採用例があるが、車体下部に取り付けられており、走行中のワイヤレス給電に使用した場合、乗員や荷物の重さによって受電側と送電側のコイルまでの距離（コイルギャップ）が変動し、給電効率が低下するという課題があった。

　コイルギャップ変化への対策としては、電圧や電流の制御によって効率を高めることはできるが、走行中の細かなコイルギャップの変動に対応した制御は難しいという。そのため、コイルギャップの変化が起きにくい受電コイルの搭載位置として、タイヤの中あるいはホイール近くが最適だという。

　インホイールモーターを採用することは、さまざまなメリットがあるとしている。1つは軽量化で、インホイールモーターによってバネ下重量は23％増となるが、駆動系システム全体では36％の軽量化が図れる試算だ。ばね下重量が重くなることをインホイールモーターの欠点として挙げられることが多いが、「モーター制御によって乗り心地の問題は解決済み」（東京大学 准教授の藤本博志氏）だという。

　「インホイールモーターのサスペンションのジオメトリを考えると、上下方向の力は制御できる。また、モーター制御を上手く使えばビッチングやローリングも制御できると考えている。悪路を走った時にも上下の揺れを大幅に抑えられることが分かっていて、乗員の頭の揺れも抑えられることを確認済みだ。今はインホイールモーターでないとできない制御を検討しており、細かい音や振動も制御したいと考えている。乗り心地が大きく変えられる技術だ」（藤本氏）。また、独立4輪制御による安全性の向上や、車内が広くなることによる快適性の向上などにも貢献するとしている。インホイールモーターとワイヤレス給電を組み合わせることは、「究極の電動システム」（藤本氏）だという。

　第3世代のインホイールモーターで受電コイルがホイール内にあるタイプとホイールの外にあるタイプを発表したが、藤本氏は「それぞれの特徴があるので、自動車メーカーに電動車のコンセプトに応じて選んでほしいと考えている。車体下部にコイルを取り付けるタイプは量産モデルでも採用実績があり、設計が容易だ。ホイールの外にコイルがあるタイプは既存のタイヤやホイールを使用できる。ホイール内にコイルがあるタイプは受送電コイルの間に金属異物が入らないというメリットがある。明らかなのは、バッテリーのコストを下げられるためトータルコストとして走行中給電の方が安くなる」と語った。

　送電用のコイルをインフラとしてどのような場所に設置するかも重要だ。効果的な場所として「信号の停止線手前30ｍ」があるという。国道などを対象に調査した結果、全走行時間の25％の時間で、信号機の手前30ｍまでの範囲にクルマが停止することが分かった。全ての信号の停止線手前30ｍの範囲に走行中ワイヤレス給電の設備があれば「充電からの解放は決して夢物語ではない」（藤本氏）。

　送電用コイルのインフラを整備するコストは、自動車業界全体がバッテリー生産拠点に投資する額よりも安く済むと見込んでいる。「道路を舗装し直すタイミングで設置すれば、1kmで1億5000万〜3億円を見込んでいる。仮に高速道路のうち2000kmに敷設すると3000〜6000億円で、この10倍かかっても3兆〜6兆円だ。この費用をどう捻出するか、ビジネスモデルはSIP（戦略的イノベーション創造プログラム）で検討中だが、現実的なインフラ投資ではないか」（藤本氏）。

第3世代（左）と第2世代（右）の違い（クリックして拡大）