ドイツの新しい純粋な電気自動車モーター、レアアース、磁石不使用、伝達効率 96% 以上

ドイツの自動車部品会社マーレはＥＶ用の高効率電動モーターを開発しており、レアアースの需給が圧迫されることはないと予想されている。

内燃機関とは異なり、電気モーターの基本的な構造と動作原理は驚くほど単純です。幼い頃に「四輪駆動車」で遊んだことがある人も多いと思います。その中に電気モーターが入っています。

モーターの動作原理は、磁界が電流の力に作用してモーターを回転させることです。モーターは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する装置です。通電したコイルにより回転磁界を発生させ、ローターに作用して磁起電力による回転トルクを形成します。モーターは使いやすく、動作の信頼性が高く、価格が安く、構造がしっかりしています。

ヘアドライヤーや掃除機など、私たちの生活の中で回転するものにはモーターが付いています。

純粋な電気自動車のモーターは比較的大きく、より複雑ですが、基本原理は同じです。

モーター内で力を伝達するために必要な材料、およびバッテリーからの電気を伝導する材料は、モーター内の銅コイルです。磁場を形成する物質は磁石です。これらはモーターを構成する 2 つの最も基本的な材料でもあります。

従来、電動機に使われる磁石は鉄製の永久磁石が主流でしたが、磁界の強さに限界があるという問題がありました。したがって、モーターを今日のスマートフォンに接続できるサイズまで縮小すると、必要な磁力が得られなくなります。

しかし、1980年代に「ネオジム磁石」と呼ばれる新しいタイプの永久磁石が登場しました。ネオジム磁石は従来の磁石に比べて約2倍の強度があります。その結果、スマートフォンよりも小型で高性能なイヤホンやヘッドセットに使用されています。また、「ネオジム磁石」は私たちの日常生活でも見つけるのは難しくありません。今、私たちの身の回りにあるスピーカーや電磁調理器、携帯電話などには「ネオジム磁石」が使われています。

現在のEVの始動が速いのは、モーターのサイズや出力を飛躍的に向上させることができる「ネオジム磁石」のおかげです。しかし、21世紀に入り、ネオジム磁石にレアアースが使用されることで新たな問題が生じています。レアアース資源のほとんどは中国にあります。統計によると、世界の希土類磁石原料の約97％は中国から供給されている。現在、この資源の輸出は厳しく制限されています。

ネオジム磁石を開発した後、科学者たちはより小さく、より強力で、さらに安価な磁石の開発を試みましたが失敗しました。中国はさまざまなレアメタルやレアアースの供給を管理しているため、電気自動車の価格は予想ほど下がらないとの見方もある。

しかし最近、ドイツの自動車技術・部品開発会社「マーレ」が、レアアース元素を全く含まない新型モーターの開発に成功した。開発したモーターには磁石が一切使用されていません。

このモーターへのアプローチは「誘導モーター」として知られており、電流が流れる磁石の代わりにステーターに電流を流すことで磁界を生成します。このとき、ローターが磁界の影響を受けると起電力の位置エネルギーが誘起され、両者が相互作用して回転力が発生します。

簡単に言うと、モーターに永久磁石を巻くことで永久に磁界が発生するのであれば、永久磁石を電磁石に置き換えるという方法になります。この方法には多くの利点があり、動作原理は簡単で、非常に耐久性があります。何よりも発熱効率の低下が少なく、高熱が発生すると性能が低下するのがネオジム磁石のデメリットです。

ただし、ステーターとローターの間に電流が流れ続けるため、発熱が非常に深刻になるという欠点もあります。もちろん、収穫時に発生する熱を有効活用し、車内の暖房として利用することも可能です。それ以外にも、いくつかの欠点があります。しかしマーレ社は、誘導モーターの欠点を補う非磁性モーターの開発に成功したと発表しました。

マーレの新開発マグネットレスモーターには 2 つの大きな利点があります。一つは、レアアースの需要と供給の不安定性の影響を受けないことです。前述したように、永久磁石に使用されるレアアース金属のほとんどは現在中国から供給されていますが、非磁石モーターはレアアース供給圧力の影響を受けません。また、レアアース材を使用していないため、より低価格での供給が可能です。

もう 1 つは、非常に効率が良いことです。電気自動車で一般的に使用されているモーターの効率は 70 ～ 95% 程度です。つまり、100% の電力を供給した場合、最大 95% の出力を供給できます。ただし、この過程では鉄損などの損失要因により、出力損失が避けられません。

ただし、マーラーの効率はほとんどの場合 95% 以上、場合によっては 96% にも達すると言われています。正確な数値は発表されていませんが、以前のモデルと比較して航続距離がわずかに増加すると予想されます。

最後にマーレは、今回開発した無磁力モーターは一般乗用電気自動車だけでなく、増幅することで商用車にも使用できると説明した。マーレは量産研究を開始したと述べ、新型モーターの開発が完了すれば、より安定した低コスト、高効率のモーターを提供できると確信していると述べた。

この技術が完成すれば、おそらくマーレの先進的な電気モーター技術が、より優れた電気自動車技術の新たな出発点となる可能性があります。