自動車愛好家は常にエンジンに熱狂的ですが、電動化は止められないため、一部の人々の知識の蓄えを更新する必要があるかもしれません。
今日最もよく知られているのは 4 ストローク サイクル エンジンで、ほとんどのガソリン車の動力源でもあります。内燃機関の 4 ストローク、2 ストローク、およびヴァンケル ローター エンジンと同様に、電気自動車のモーターはローターの違いに応じて同期モーターと非同期モーターに分類できます。非同期モーターは誘導モーターとも呼ばれますが、同期モーターには永久磁石が含まれています。モーターを励磁するための電流。
ステーターとローター
すべてのタイプの電気自動車モーターは、ステーターとローターという 2 つの主要部品で構成されています。
ステータ▼
ステーターはモーターの固定された部分であり、エンジン ブロックと同様にシャーシに取り付けられたモーターの固定ハウジングです。ローターはクランクシャフトと同様、モーターの唯一の可動部品であり、トランスミッションとディファレンシャルを介してトルクを送り出します。
ステータは、ステータコア、ステータ巻線、フレームの 3 つの部分で構成されます。ステーター本体の多数の平行な溝は、相互接続された銅巻線で埋められています。
これらの巻線には、スロットの充填密度と電線間の直接接触を高める、きちんとしたヘアピン銅インサートが含まれています。高密度の巻線によりトルク容量が増加し、両端がよりきちんと千鳥状に配置され、かさばりを減らしてパッケージ全体が小さくなります。
ステーターとローター▼
ステータの主な機能は回転磁界（RMF）を発生させることであり、ロータの主な機能は回転磁界中の磁力線を切断して電流を発生（出力）することです。
モーターは三相交流を使用して回転磁界を設定し、その周波数と出力はアクセルに応答するパワー エレクトロニクスによって制御されます。バッテリーは直流 (DC) デバイスであるため、電気自動車のパワー エレクトロニクスには、極めて重要な可変回転磁界を生成するために必要な AC 電流をステーターに供給する DC-AC インバーターが含まれています。
ただし、これらのモーターは発電機でもあることを指摘する価値があります。つまり、ホイールがステーター内のローターを逆駆動し、反対方向の回転磁界を誘導し、AC-DCコンバーターを介してバッテリーに電力を送り返します。
回生ブレーキとして知られるこのプロセスにより、抗力が生じ、車両の速度が低下します。回生は電気自動車の航続距離を延ばすだけでなく、高効率ハイブリッドの核心でもあり、広範囲に回生することで燃費が向上します。しかし現実の世界では、回生はエネルギー損失を回避する「車の回転」ほど効率的ではありません。
ほとんどの EV は、モーターと車輪の間の空転を抑えるためにシングルスピード トランスミッションに依存しています。内燃エンジンと同様、電気モーターは低回転数および高負荷時に最も効率が高くなります。
EV は単一のギアで十分な航続距離を得ることができますが、重いピックアップトラックや SUV は高速での航続距離を伸ばすために多段変速機を使用しています。
マルチギアの EV は珍しく、現在 2 速トランスミッションを使用しているのはアウディ e-tron GT とポルシェ タイカンだけです。
3種類のモータータイプ
19 世紀に誕生した誘導モーターのローターは、導電性材料 (最も一般的には銅、場合によってはアルミニウム) の縦方向の層またはストリップで構成されています。ステーターの回転磁場によってこれらのシートに電流が誘導され、その結果電磁場 (EMF) が生成され、ステーターの回転磁場内で回転が始まります。
誘導モーターは、ローター速度が回転磁界よりも遅れている場合にのみ誘導電磁界と回転トルクを生成できるため、非同期モーターと呼ばれます。このタイプのモーターは、希土類磁石を必要とせず、比較的安価に製造できるため、一般的です。しかし、高負荷が続くと熱を放散する能力が低下し、低速では本質的に効率が低くなります。
永久磁石モーターは、その名前が示すように、ローター自体が磁気を持っており、ローターの磁界を生成するための電力を必要としません。低速ではより効率的です。このような回転子も固定子の回転磁界に同期して回転するため、同期電動機と呼ばれます。
しかし、単にローターに磁石を巻くだけでは問題があります。まず、これにはより大きな磁石が必要になり、重量が増えると高速で同期を保つことが困難になる可能性があります。しかし、より大きな問題はいわゆる高速の「逆起電力」であり、これにより抗力が増加し、トップエンドの出力が制限され、磁石に損傷を与える可能性のある過剰な熱が発生します。
この問題を解決するために、ほとんどの電気自動車の永久磁石モーターには、ローターの鉄心の表面の下に複数のローブに配置された縦方向の V 字型の溝にペアでスライドする内部永久磁石 (IPM) が装備されています。
V 溝は高速走行時に永久磁石を安全に保ちますが、磁石間に磁気抵抗トルクが発生します。磁石は他の磁石に引き付けられるか反発されますが、通常の磁気抵抗により、鉄のローターのローブが回転磁界に引き付けられます。
永久磁石は低速で作用し、高速ではリラクタンス トルクが引き継ぎます。プリウスはこの構造で使われています。
最後のタイプの電流励起モーターは、最近になって電気自動車に登場しました。上記はどちらもブラシレスモーターです。従来の通念では、ブラシレスモーターが電気自動車の唯一の実行可能な選択肢であると考えられています。そして BMW は最近、常識に反して、新しい i4 および iX モデルにブラシ付き電流励起 AC 同期モーターを搭載しました。
このタイプのモーターのローターは、永久磁石ローターとまったく同じように、ステーターの回転磁界と相互作用しますが、永久磁石の代わりに、DC バッテリーからのエネルギーを使用して必要な電磁界を生成する 6 つの幅広の銅ローブを使用します。 。
この場合、ローターシャフトにスリップリングやスプリングブラシを取り付ける必要があるため、ブラシの磨耗や粉塵の蓄積を懸念してこの方法を断念する人もいます。ブラシ アレイは取り外し可能なカバーが付いた別の筐体に収められていますが、ブラシの摩耗が問題になるかどうかはまだわかりません。
永久磁石がないため、レアアースのコスト上昇や採掘による環境への影響が回避されます。このソリューションにより、ローターの磁場の強さを変更することも可能になり、さらなる最適化が可能になります。それでも、ローターに電力を供給するにはある程度の電力が消費されるため、磁場を生成するために必要なエネルギーが総消費量の大きな割合を占める低速では特に、モーターの効率が低下します。
電気自動車の短い歴史の中で、電流励起 AC 同期モーターは比較的新しく、新しいアイデアを開発する余地がまだたくさんあります。また、テスラが誘導モーターのコンセプトから恒久的なコンセプトに移行するなど、大きな転換点がありました。磁石同期モーター。そして、現代の EV の時代が始まって 10 年も経っていませんが、まだ始まったばかりです。
投稿時刻: 2023 年 1 月 21 日