政府の支援を受けて、欧州の多くの国、米国、中国は従来型自動車から電気自動車への移行を推進している。日本では、トヨタ、日産、三菱自動車などの企業が先頭に立って電気自動車（EV）の急速な開発を進めています。電気自動車は、ガソリンエンジンの代わりにバッテリーとモーターを動力源としています。各メーカーはこのエンジンの異なるバージョンを製造しています。日産自動車が電気自動車リーフなどを販売していることは皆さんご存知かと思います。
モーターには主に 2 つの種類があり、それぞれ DC 電源と AC 電源で動作する DC モーターと AC モーターです。 DC モーターは、ブラシ付き DC モーターとステッピング モーターに分類できます。 AC モーターのサブグループであるブラシレス モーターは、電流が流れると回転するローターと、ローターを回転させるステーターで構成されます。その上で、上記の各エンジンの特徴を紹介します。
ブラシ付き DC モーターから始めます。ブラシ付き DC モーターは、ローターにコイル (電磁石)、ステーターに永久磁石を使用します (図 1)。ローターが回転すると磁界が自動的に変化し、電流が流れる限り半永久的に回転し続けます。シンプルな構造のため、安価です。ただし、ブラシ付き DC モーターの欠点としては、整流子ブラシを電源に接触させる必要があるため、摩擦やブラシの磨耗によってノイズが発生する可能性があることが挙げられます。
図 1 カーボンブラシを備えた DC モーターの図
対照的に、ステッピング モーターは、ブラシ付き DC モーターとは対照的に、ローターに永久磁石、ステーターに電磁石を使用します。ステータには複数の電磁石が配置されており、そのうちの 1 つだけがオンになります (図 2)。
図2 ステッピングモーターの動作原理:
（ａ）第１の電磁石をオンにする。
(b) 最初の電磁石はオフ、2 番目の電磁石はオン
ロータが電磁石に近づき、ロータの磁極と反応すると、電磁石がオフになり、回転の前の電磁石がオンになります。これを繰り返してローターが回転し続け、回転速度が制御されます。しかし、スムーズな制御を行うためには多くの電磁石が必要となり、スイッチング制御が難しくなります。
これらの欠点を防ぐために、電気自動車にはブラシレスモーターが使用されています（図3）。これらは三相 AC 電源で動作し、ブラシ付きモーターとは対照的に、ローターは永久磁石、ステーターは電磁石です。
図3 ブラシレスモーターの図。 U：U相コイル。 V：V相巻線。 W：W相巻線。ローター: マグネット
ブラシレスモーターは騒音が少なく、ブラシの磨耗もありません。また、電磁石の制御も容易となる。ただし、ステータなどの電磁石制御機構が必要であり、三相交流電源から電力を供給する必要があります。特に、ロータの回転速度に基づいて交流電流を検出して供給するためには、回転位置センサが必要となる。
電気自動車の場合、アクセルペダルの踏み込み量やローターの回転速度に応じて交流電流を制御することも重要であり、アクセルポジションセンサーが必要となります。これらのセンサーからの値に基づいて、ECU（電子制御ユニット）は周波数や電流量を調整し、回転速度やトルクなどのパラメータを適切な値にします。
図4 駆動電圧とトルクの関係
また、駆動電圧が高くなるほどトルクが大きくなり、ローターが速く回転します（図4）。自動車メーカーは始動電圧の向上に取り組んでいます。
EVモーターの動力源を決定する要因は数多くあります。基本的には、電圧、電気容量、特性、安全性の 4 つのカテゴリに分類されます。
リチウムイオン電池は電気自動車の主流の電池タイプですが、1セルあたり3.6Vしか供給しません。通常、7.2 V セルがモジュールとして使用され、4 つのモジュールが直列および並列に接続されます。メーカーに応じて、これらのモジュールは直列に接続され、280 V または 360 V などの電圧を供給するために使用されます。たとえば、ネオジム永久磁石を備えた三相 AC 同期モーター EM61 は、駆動電圧 100 で動作します。 345Vで電気自動車の日産リーフに採用されています。
2 番目のタイプは電気容量です。電力が大きいと移動距離が増加するため、これは重要です。 2017 年 10 月のリーフ モデルの出力は 40 kWh、EPA 航続距離は 141 マイルです。世界中で、BMW の i3 の容量は 33 kWh、EPA 航続距離は 182 km です。電気自動車の大手メーカーはテスラモーターズです。 Model S の電気容量は 60 ～ 100 kWh であり、110、220、および 440 V の充電電圧をサポートしています (表 1)。
表1 電気自動車モデル別の電気容量
| 自動車メーカー | 交通手段の種類 | タイプ | EV走行モード (JC08) | EV走行モード (EPA) | バッテリー1個の容量 | 急速充電 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| BMWの車 | i3(94Ah) | BEV | 390 | 182 | 33 | 正しい |
| ホンダ | フィットEV (2016年3月に期限切れ) | BEV | 225 | 131 | 20 | 正しい |
| 三菱 | i-MiEV X | BEV | 180 | 99 | 16 | 正しい |
| 三菱 | i-MiEV M | BEV | 120 | 66 (非公開) | 10,5 | 正しい |
| 日産 | リーフ 新型（40kWh） | BEV | 400 | 241 | 40 | 正しい |
| 日産 | リーフ 旧モデル(30kWh) | BEV | 280 | 171 | 30 | 正しい |
| テスラ | モデルS75 | BEV | (非公開) | 398,4 | 75 | 正しい |
| テスラ | モデルS P100D | BEV | (非公開) | 504 | 100 | 正しい |
| テスラ | モデルX 75D | BEV | (非公開) | 380,8 | 75 | 正しい |
| テスラ | モデルX P100D | BEV | (非公開) | 462,4 | 100 | 正しい |
| フォルクスワーゲン | 電子ゴルフ | BEV | 301 | 201 | 35,8 | 正しい |
第三に、リチウムイオン電池は温度に応じて特定の電気的特性を持ちます。充放電により温度が上昇し、70℃を超えると出力電圧が低下します。さらに、温度が-30℃以下になると内部抵抗が増加します。
MATSUSADA CDシリーズ バッテリー充電(DC)テスター
最後に、安全上の懸念もあります。電解液を使用しているため、液漏れが発生する場合があります。走行中のトラブルを防ぐためには、モジュール内の漏れ防止対策が重要です。
また、車両は衝突時の安全性を確保する必要があるため、通常の状態でも漏れないレベルが求められ、車両の重量増加やコストの増加につながります。漏電の有無を判断するために必要な電圧は家庭用の100Vに比べて高くなります。ガソリン車に搭載されている12VバッテリーはEVとの比較が難しい。 EVは、高電圧を必要とするモーターから低電圧を必要とするモーターまで、異なる電圧のコンポーネントで構成される集合体です。したがって、さまざまな電圧をサポートする電源を使用して安全性テストも実行する必要があります。
参考文献: https://www.semiki.com/nha-san-xuat/matsusada?swcfpc=1
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