トラクション・モーターとは？EVガイド

高速鉄道からファミリーカーまで、あらゆる電気自動車（EV）の秘密は電気トラクション・モーターにある。この記事では、トラクション・モーターとは何か、どのように機能するのか、なぜ重要なのかを説明する。さまざまなモーターのタイプについて学び、この驚くべき機械がなぜ私たちの移動方法を変えているのかがわかるだろう。トラクション・モーターを理解することは、交通の未来を理解することにつながるので、一読の価値がある。

トラクション・モーターとは何か？

人々は電気自動車を見て、何がそれを動かしているのだろうと考える。簡単な答えはトラクション・モーターだ。トラクション・モーターとは、車両を推進させるための電気モーターのことである。電気自動車や電車のエンジンのようなものだ。その唯一の仕事は車輪を回すことだ。この特別な電気モーターは、私たちがトルクと呼ぶ回転力を生み出すように設計されています。

モーターは電力を運動に変える電気モーターである。電気エネルギーを機械エネルギーに変換する。このエネルギーは通常、車軸を介して車輪に送られる。つまり、EVでペダルを踏むと、トラクション・モーターに回転を開始するよう指示することになる。これらのモーターは、車両を前進または後進させるために使用される。電気牽引を使用するあらゆる機械の心臓部なのだ。

基本的な電気牽引モーターの仕組み

トラクション・モーターを理解するために、内部を見てみよう。主に2つの部品があると想像してください。外側にステーターと呼ばれる静止部品がある。ステーターの内側には、ローターと呼ばれる回転部分がある。ステーターには巻線と呼ばれるワイヤーのコイルがある。この巻線に電流を流すと磁界が発生します。

この磁場は、ローターを回転させて磁場に沿わせようとする。回転を維持するために、システムは回転磁界を作り出す。このローターの絶え間ない回転が、車両を動かすのに必要なトルクを生み出す。このプロセス全体が、電気エネルギーを機械的運動に変換することなのだ。ステーターとローターというこの基本的な考え方は、シンプルなものから非常に高度なものまで、ほとんどすべてのトラクション・モーターに使われている。モーターの動作はスムーズで静かです。

トラクション・モーターはEVのどこで使われるのか？

トラクション・モーターは多くの大型機械に使われている。最大のユーザーは鉄道業界である。すべての近代的な機関車とすべての電気列車は、重い荷物を牽引するために強力なトラクション・モーターを使用している。実際、鉄道輸送は100年以上にわたってこの技術を利用してきた。

路面電車やトロッコ、巨大な採掘トラックなどにも搭載されている。これらは、工場で見かけるような小さな産業用モーターとは違う。トラクション・モーターはタフな仕事のために作られている。段差や汚れ、あらゆる天候に対応しなければならない。機関車のトラクション・モーターは、パワーと長寿命のために作られた機械の好例である。今度電車を見かけたら、強力なトラクション・モーターがすべての仕事をしていることを思い出してください。

EVのトラクション・モーターはすべて同じか？

これはいい質問だ。いいえ、EVのトラクション・モーターはすべて同じではありません。ガスエンジンが異なるように、トラクションモーターにも多くの種類があります。モーターの設計は電気自動車のタイプによって異なります。小型のシティEVと、大型の電気トラックやスポーツカーでは、モーターが異なります。トラクション・モーターの定格出力も大きく異なります。

エンジニアは多くのことを考慮してトラクション・モーターを選ぶ。コスト、サイズ、重量、そして高効率。モータの性能の良し悪しがカギとなる。自動車メーカーによっては誘導モーターを選ぶかもしれないし、永久磁石を使ったものを使うかもしれない。目標は常に、特定のEVにとって最高の性能を得ることだ。トラクション・システムの定格は、車両のニーズにマッチしている。このため、EVトラクション・モーターに関する新しい研究が盛んに行われている。

電気牽引用モーターの主な種類は？

主なモーターの種類について説明しよう。長い間、DCモーターが一般的だった。昔のブラシ付きDCモーターはシンプルだったが、多くの手入れが必要だった。今日では、ほとんどの自動車がACモーターを使用している。最も一般的な2つの種類は、誘導モーターと同期モーターです。誘導モーターは非同期モーターとも呼ばれ、強力で信頼性が高い。

もう1つの一般的なタイプは、永久磁石同期モータ（PMSM）である。これらのモーターは強力な磁石を使用し、高効率で知られている。リラクタンス・モーターのようなタイプもある。スイッチドリラクタンスモーターは非常に強力だが、騒音が大きい。最近の電気自動車を見ると、誘導モーターやPMSMタイプのトラクション・モーターをよく見かける。これらのモーターと同期設計が主流となっている。

トラクション・モーターにとってトルクはなぜ重要なのか？

トルクはトラクション・モーターにとって最も重要なものだ。トルクとは、車輪を回転させるねじれの力である。信号待ちで青になったら、すぐに走り出したいでしょう。その瞬間の "立ち上がり "の感覚は、低速での高トルクから生まれます。トラクション・モーターはこの点で優れている。完全に停止した状態から最大トルクを発生させることができる。

ガスエンジンは回転数を上げなければ最高のパワーを出せないが、トラクション・モーターはそうではない。これが電気自動車が速く感じる理由だ。トラクション・モーターは、重い車両を動かすために大きなトルクを生み出すことができなければならない。この力は車軸を通して車輪に送られる。小さな車であれ、巨大な機関車であれ、強いトルクを生み出す能力がトラクション・モーターを特別なものにしている。モーターはこれらの高負荷に対応できなければならない。機関車が停止状態から長い列車を引っ張り始めるには、膨大なトルクが必要だ。

高速列車はどうやってトラクション・モーターを使うのか？

高速列車は驚くべき工学の結晶である。このような高速に達するには、非常に特殊な牽引モーターシステムが必要だ。これらの列車は、架線から供給される交流電力で走行する。この高電圧の電力は、機関車のトラクション・トランスフォーマーを通り、モーターに適切な電力レベルを得る。モーターは各車軸または一組の車軸を駆動するために使用される。

高速列車の制御システムは非常に高度だ。各牽引モーターへの電力を完璧に管理しなければならない。これにより、スムーズな走行と安全な運行が保証される。鉄道線路と電力システムは、すべて連動するように設計されている。最新の機関車に搭載されているトラクション・モーターは、高出力技術の好例である。これは現代の牽引電気システムの重要な部分である。

ACトラクション・モーターとDCトラクション・モーターの違いとは？

大きな違いは、その構造と制御方法だ。直流モーターは、電気牽引のための初期の選択でした。単純なブラシ付きDCモーターは、ブラシを使って電機子と呼ばれる回転部分に電力を送ります。これらのブラシは磨耗し、交換する必要がある。現代のシステムは、AC誘導モーターのようなACモーターを使用しています。これらのモーターにはブラシがないため、長持ちし、作業量も少なくて済む。

ACトラクション・システムは、モーターの回転数を非常に正確に制御することができる。モーターは、モーターに送られる交流電力の周波数を変えることで制御される。これは、モーター・コントローラーと呼ばれる高度な電子機器によって行われる。直流モーターは設計が単純ですが、交流トラクション・モーターはより優れた性能と信頼性を提供します。交流誘導モーターの誘導原理により、非常に堅牢です。

ハイブリッド電気自動車はどう違うのか？

標準的な電気自動車にはトラクション・モーターしかない。しかしハイブリッド電気自動車には、ガスエンジンと電気モーターの両方が搭載されている。ハイブリッドでは、トラクション・モーターがガスエンジンを助ける。これにより、特に市街地走行では燃料を節約できる。車のEV部分は低速走行に対応し、より大きなパワーや高速走行時にはガスエンジンが作動する。

ハイブリッド車にはインダクション・モーターを搭載しているものもあれば、さまざまなタイプのモーターを採用しているものもある。トラクション・モーターは、ハイブリッド車が停止状態から素早く走れるようにする瞬間的なトルクを提供する。このモーターは発電機としても機能する。ブレーキをかけると、トラクション・モーターが車を減速させ、そのエネルギーでバッテリーを充電する。多くの場合、モーターは2つあり、1つは発電機として働き、もう1つは主駆動モーターとして働く。これにより、電気自動車のシステム全体がより効率的になる。

トラクション・モーターの未来は？

トラクションモーターの未来はとても明るいと思う。新しいモーター技術がモーターをさらに良くしている。最大のトレンドは、高効率モーターへの移行です。永久磁石同期モータ（PMSM）はその好例です。これらのモーターは、希土類材料から作られた永久磁石を使用して強力な磁場を作り出します。このため、PMSMはサイズの割に非常に効率的で強力なモーターとなっている。

エンジニアたちは、レアアース磁石を必要としない新しい設計にも取り組んでいる。目標は、トラクション・モーターをより安く、地球に優しいものにすることだ。また、制御能力も向上するだろう。これは、制御システムが電気エネルギーをよりスマートに管理することを意味する。世界が電気自動車の未来に向かうにつれ、地味なトラクション・モーターはこれまで以上に重要になるだろう。トラクション・モーターの効率は向上し続けるだろう。