モーターのラミネーションをアップグレードしてEVの回生ブレーキシステムを改善する方法

私は長年にわたり電気自動車の技術に携わっており、電気自動車をより良くすることを約束する多くの新しいアイデアを見てきた。しかし、最大の改良はしばしば人々が考えない部分から生まれることを学んだ。私たちはよく、大きなバッテリーやスマートなソフトウェアについて話しますが、より優れた電気モーターや強力な回生ブレーキシステムの本当の秘密は、モーターのコアにあります。 モーター積層.これらの薄い鋼板は、あなたのEVがエネルギーを取り戻す方法を大幅に改善する隠れた助っ人です。この記事では、これらの部品がどのように機能するのか、エネルギーを取り戻すためになぜ重要なのか、そして、より遠くまでドライブし、より環境に優しくするためにどのように役立つのかをご紹介します。

EVの回生ブレーキとは何か？

私が見てきたところでは、多くのドライバーは、たとえEVオーナーであっても、回生ブレーキがどれほどクールなものか理解していない。簡単に言うと、減速するときに車の動くエネルギーを取り戻すスマートなシステムだ。通常のガソリン車では、ブレーキペダルを踏むと、摩擦ブレーキが車を減速させるために熱を発生させ、そのエネルギーはすべて空気中に無駄に捨てられてしまう。これは大きな無駄だ。しかし、回生ブレーキシステムは賢い。電気モーターを逆回転させ、発電機に変えるのだ。

このプロセスによって、車からの移動エネルギーが電気に変わり、バッテリーに戻る。考えてみてほしい。クルマを前進させるのと同じ力が、今度は動力源の充電に使われるのだ。このエネルギーを取り戻すには、市街地走行など、発進と停止を頻繁に繰り返す場合に効果的だ。その結果、より少ないエネルギーで、より遠くまで走ることができ、ただ失われるはずのエネルギーをより有効に利用することができる。これは現代のEVを環境に優しいものにしている大きな要素である。

なぜソリッドモーターコアはブレーキシステムに使えないのか？

なぜ電気モーターはただの金属の塊ではないのかとよく聞かれる。その方が簡単そうでしょう？しかし、磁石と電気では、「簡単」が「良い」とは限らない。もしモーターのコアが金属の固まりだったら、内部で高速に変化する磁場が多くの不要な電流を発生させるだろう。これは渦電流として知られている。

ソリッドコアでは、これらの電流が大きな円を描くように流れるため、大量の熱が発生し、多くのエネルギーを浪費することになる。この熱は、モーターの働きを悪くするだけでなく、モーターをオーバーヒートさせる可能性がある。これはモーターにダメージを与え、磨耗を早める可能性がある。また、この問題は、回生ブレーキ時に発電機として働くモーターの能力をひどく損なうことになる。取り込んだ運動エネルギーのほとんどは、バッテリーの電気ではなく、そのまま熱になってしまう。ソリッドコアを使用すると、ブレーキシステム全体の動作がより悪くなる。

モーターのラミネーションは、実際に自動車のブレーキシステムをどのように改善するのか？

そこで、モーターの積層という賢いアイデアが登場する。電気モーターのコア（静止する部分（ステーター）と回転する部分（ローター）の両方）は、1枚の固形物ではなく、非常に薄い金属板の積み重ねでできている。これらはしばしばスチールラミネーションと呼ばれる。各薄板は次の薄板から分離されており、通常はワニスや酸化皮膜で薄くコーティングされている。

コアをこのように別々の層に切断することで、渦電流の通り道はより小さな断片に分割される。渦電流は、エネルギーを浪費する大きな円を描いて流れることがなくなる。このシンプルでスマートな設計は、エネルギーの損失を大幅に削減する。これにより、モーターはスピードアップしたときによりよく働くようになり、回生ブレーキ時の性能も大幅に向上する。よりよく働くモーターは、車の運動エネルギーをより多く電気に変えることができる。これにより、より多くの電力がバッテリーに送られ、回生ブレーキシステム全体がよりうまく機能するようになります。

渦電流とは何か、なぜモーターの性能に悪いのか？

この目に見えない悪者についてもう少し詳しく見てみよう。渦電流とは、金属物体が変化する磁場の中にあるときに、その内部で発生する電気の輪のことである。電気モーターでは、磁場が常に変化してスピンが発生するため、渦電流は避けられない結果である。この渦電流は、磁界を作った元の磁界に対抗する独自の磁界を作ります。つまり、モーターは基本的に自分自身と戦っているのだ。

この内部抗争は2つの大きな問題を引き起こす。第一に、エネルギーの直接的な浪費であり、モーター全体の効率を低下させる。このエネルギーは、車を動かすトルクを生み出すのに役立つのではなく、無駄に消費されてしまうのです。第二に、この無駄なエネルギーは熱として現れます。高すぎる熱はモーターの絶縁を破壊し、永久磁石を弱め、最終的には部品の破損を引き起こします。回生ブレーキ時、これらの損失は、うまく電気に変換されバッテリーに蓄えられる運動エネルギーが少ないことを意味する。渦電流をカットすることで、ラミネーションはモーターをより低温で高効率に作動させ、回生プロセスをより有用なものにします。

ラミネーションはDCモーターを発電機のように機能させるか？

モーターから発電機への変化が回生ブレーキの鍵だ。EVでアクセルから足を離すかブレーキペダルを踏むと、コントローラーが電気の流れを変える。車の前進はモーター内のローターを回し続ける。ローターがステーターの磁場を通過して回転すると、モーターの巻線に電圧が発生する。

ラミネーションは、このプロセスが可能な限りうまく機能するようにするため、ここでの鍵となる。エネルギーを浪費する渦電流やその他の磁気損失（ヒステリシスなど）を阻止することで、スチールラミネーションはモーターが車両からの運動エネルギーを可能な限り電気エネルギーに変えられるようにする。粗悪なコアを持つモーターは、このエネルギーの多くをバッテリーに到達する前に熱として失ってしまう。このため、ラミネーションから得られる高効率が、強力な回生ブレーキシステムを可能にしている。これは、航続距離を長くするエネルギーを取り戻すのに直接役立つ。

ラミネーション素材の種類は性能をさらに向上させるか？

そうですね。モーターのラミネーションの材料選択は、エンジニアにとって性能に直接影響する非常に重要な選択です。一般的なモーターにはケイ素鋼板が使用されていますが、EVではより優れた性能が求められるため、各社はより特殊な金属混合物に注目しています。

ここでは、一般的な素材とその役割を紹介しよう：

ラミネートの厚さも非常に重要です。工場出荷時のモーターは0.35mmから0.5mmの厚さのラミネートを使用しているかもしれません。しかし、高性能のEV用モーターでは、0.2mmまたはそれ以下と、かなり薄いものが使用されるようになっています。ラミネーションが薄いほど、特に高速モーターでは渦電流損失を削減できる。これにより、エンジニアはより小型でより大きなパワーを持つ、より優れたモーターを作ることができ、効率をさらに高めることができるのです。

ラミネーション、トルク、運動性能の関係とは？

この関連性は明確であり、非常に重要である。渦電流やヒステリシスによるエネルギー損失を削減することで、ラミネーションはモーター全体の効率を向上させます。うまく機能するモーターは、一定のトルクを発生させるのに必要なバッテリーからの電力が少なくて済む。これは、加速の向上とEV走行距離の延長を意味する。このメリットは双方向に働く。

回生ブレーキでは、プロセスが反転する。優れたラミネーションのおかげで非常によく機能するモーターは、車両の運動エネルギーをより多く制動トルクに変え、さらに蓄積された電気エネルギーに変えることができる。磁石と相性の良い材料で作られたラミネーションは、モーターがより強い磁場を作ることを可能にする。これにより、モーターを重くすることなく、発生できるトルクを増加させることができる。このため、トルク対重量比が向上し、最新のEVに必要な小型で強力なモーター設計が可能になる。つまり、適切なラミネーション設計は、駆動と制動の両方をよりうまく機能させるのに役立つのだ。

制御システムはこのプロセス全体をどのように機能させるのか？

ラミネートは効果的な物理的部品だが、高度な制御システムは操作のスマートな部分である。車両のブレーキ・コントローラーは、車輪の速度、バッテリーの残量、ドライバーがブレーキ・ペダルをどれだけ強く踏んでいるかなどを常に監視している。そして、回生ブレーキと通常の摩擦ブレーキの最適な組み合わせをスマートなプログラムで決定する。

目標は、クルマを危険な状態にしたり不安定にしたりすることなく、最大限のエネルギーを取り戻すことだ。例えば、バッテリーがすでに満タンの場合や、車輪が滑ってコントロールを失う可能性があると感知した場合、コントローラーは回生を減らす。最新のシステムは、走行状況を事前に察知し、必要に応じてブレーキ戦略を変更するプログラムを使用している。このスマートな制御により、高度なラミネーションを備えた高効率モーターが可能な限り使用されるようになる。回生ブレーキと摩擦ブレーキをスムーズにミックスし、スムーズで安全、そして非常に効率的なドライビングを実現する。

ハイブリッド車と電気自動車の将来はどうなる？

モーターのラミネーションのような部品への注目は、EV業界が成長していることを示している。バッテリーの改良を推し進める一方で、パワートレインのあらゆる部分を改良し完璧にすることで、大きな改善を見出している。ハイブリッド車、プラグイン車、完全電気自動車にとって、電気モーターと回生ブレーキシステムの改良は非常に重要です。

高品質のスチールラミネートは、直接、このことにつながる：

• より長いEV走行距離： 無駄なエネルギーを減らし、ブレーキ時に多くのエネルギーを取り戻すことで、車は1回の充電でより遠くまで走ることができる。
• より環境に優しい： 効率が良いということは、全体的なエネルギー使用量が少なく、車の耐用年数中の二酸化炭素排出量が少ないということである。
• より良いパフォーマンス： モーターは小型化、軽量化、高出力化が可能で、加速とハンドリングの向上につながる。
• より低いランニングコスト： より少ないエネルギーを使い、摩擦ブレーキの摩耗を少なくすることは、所有者の経費節減につながる。

私は、EVとハイブリッド車開発の将来は、これらの基本部品にさらに焦点が当てられると信じている。アモルファス金属のような材料における新しいアイデアと、それらを作るより良い方法は、モーターをより効率的にし、エネルギー回収システムをより良くし続けるだろう。

自動車のエネルギーを最大限に回収するには？

最も多くのエネルギーを取り戻すには、物理的な部品とソフトウェアが完璧に連動する必要があり、システム全体の問題である。私が見たところ、この計画はいくつかの重要な点に集約される。第一に、モーター設計そのものである。薄くて高品質のスチールラミネートで作られた同期モーターまたはAC誘導モーターを使用することは、高効率発電機を作るための基本的かつ重要なステップである。永久磁石のような磁石の種類の選択と巻線の設定方法も大きな役割を果たす。

第二に、ブレーキ戦略をスマートに制御する必要がある。システムは、電気モーターと摩擦ブレーキの間で制動力をその場で変更し、あらゆる状況で可能な限り最大の制動エネルギーを獲得する必要がある。そのためには、車速やバッテリーの状態、さらにはドライバーの挙動まで考慮できるスマートな制御プログラムが必要だ。最後に、人の運転方法は結果に影響する。スムーズな運転と、前もって停止位置を確認することで、回生ブレーキシステムは、摩擦ブレーキを多用する急ブレーキや急停車よりも、より頻繁に、より良く機能するようになります。

覚えておくべきこと

最後に、このトピックについて私が長年にわたって学んだ最も重要なことを説明しよう：

• ラミネーションは優れた性能の鍵である： 電気モーターのコアは、渦電流によって失われるエネルギーを削減するために、薄く分離されたスチールラミネートでできている。
• 優れた性能が回生ブレーキを助ける： よりよく機能するモーターは、ブレーキング時により多くの運動エネルギーを電気に変え、より多くの電力をバッテリーに送り返すことができる。
• 素材と厚みが重要： コバルト-鉄合金のような高性能素材と薄いラミネーションは、エネルギー損失を大幅に削減し、トルクを向上させます。
• システム全体だ： 優れたモーター部品（ラミネーション）、スマートな制御システム、そしてドライバーのアクションはすべて、最大のエネルギーを取り戻すために連動する。
• 未来は効率的だ： ラミネーション技術における新たな開発は、よりパワフルで、より小型で、より効率的で、より遠くまで走ることができる電気自動車を作るための鍵となる。