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2009年12月15日

モータースポーツ&電動レーシングカート PMモーターかブラシレスモーターか

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バッテリーからEVの駆動力を得るために、モーターを使うことに関しては今のところ疑問を挟む余地は有りません。

世の中で手に入れられるものの中で、モータは比較的安価で取扱いの利便性が高いと思っています。

特にEVでは、主流であるDC出力のバッテリーを使用する選択肢くらいしかありませんから、DCモーターを利用することになるのも自然な選択だと思います。

DC→AC化するにはインバーターと呼ばれる変換回路を使用するのが一般的ですが、この際に3割近くのエネルギーロスを伴うことが少なく有りません。

自動車のACアダプターを介してAC100Vを作り出すインバーターを利用している方も多いと思いますが、短距離走行を繰り返すような場合、自動車のバッテリーを満充電し続け難くなることが多く、バッテリートラブルになりやすいリスクがあることを覚えておくと良いと思います。

よって、限りあるバッテリー容量をフルに走行用に利用するには、可能な限りインバーターを使用したくないというのが本音となってきます。

ただ、電力供給方法としてDCが有利だとしても、モーターがDCのままでは非効率!であっては意味が有りません。

この点、悩ましい問題があることは事実です。

模型などで慣れ親しんでいるDCモーター(マブチモーター、など)はブラシ付きDCモーターに分類されるもので、これを大型化してEVに利用しているものが非常に多くありました。

PMモーターとも呼ばれますが、強力な磁石を内蔵してDC電源を供給するだけですぐに回転を始める構造になっています。

構造がシンプルなだけでなく、高出力も得やすく、効率の面でも決して見劣りしない点が魅力で、未だにEV用途として幅広く活用されています。

ただ、長時間安定した走行性能を得続けようとすると、「ブラシ付き」であることがデメリットになるケースが多いと思います。

ブラシとはモーター内部でコイルに電力を供給するための部品です。

前述の模型用モーターを例にとると理解し易いと思いますが、このモーターは回転する部分にコイルが巻いてあります。

回転する物に電力を供給することは今でもハイテクの1つですが、このモーターは3つの電極を回転体に持たせ、回転しない固定側から2本の電極(ブラシ)で電力を供給するように設計されています。

実はこの部分は摩擦運動を繰り返す構造になっていて、長時間運用していくと、磨耗を生じていきます。

模型で動く、動かないを楽しんでいるうちは良いのですが、高い出力を安定的に得ようとすると、この磨耗は徐々にデメリットになって行きます。

デメリットの最たるものは通電不良を生じること。

ブラシが磨耗して電極に密着できなくなり、通電不良を生じるわけです。

また、機械的にスイッチングしているのと同じですから、放電を生じて電極を劣化させるだけでなく、周囲に放電ノイズを巻き散らかすことにもなります。

EVの場合、特に本サイトのようにレーシングモデルを考慮するに当たり、このブラシによるデメリットをどこまで受け入れるかが大きな鍵となります。

もちろん、この課題を解決するために考案された「ブラシが無いモーター」もあり、これをブラシレスモーターと呼んでいます。

このモーターは回転体に磁石を置き、固定側にコイルを配置しており、ブラシ付きモーターと反対の構造になっています。

ただ、この場合はブラシ付きモーターのような「利口な」スイッチング動作が行えず、電気回路を用いたスイッチング動作を行わせる必要があります。

この回路の部分をインバーターと呼びます。

そう。

前述のインバーターと同じような動作を行わせて、DCから一種のAC電力供給を行うことでモーターを回転させるわけです。

電気回路は電気が無ければ働きません。

また、インバーター回路は無駄な電力を消費することも前述の通りです。

モーターそのものはブラシのメンテナンスが不要になり、長期的に安定した動作が期待できるようになりますが、PMモーター、そう、ブラシ付きモーターよりもエネルギー的に損をする可能性がまだ高いのです。

モーター以外に電力を分け与えなければならない部分が増えるわけです。

この点が非常に悩ましいポイントになっています。

かつてはブラシレスモーターは制御回路が伴うため高価でした。

ですが、最近では中国、韓国、台湾などで電動スクーターが普及しており、ブラシ付きモーターと比べても価格的にはほとんど違いが無いほどに安価になっています。

こういった背景から、実際のところは、安価で、ある程度システムアップされた部品をそのまま手に入れて利用した方が便利になっています。

本サイトで試作中のEVも、実はブラシレスDCモーターをベースとしたモーターシステムを使用しています。

今後、ずうっと先になるかもしれませんが、究極性能を追い続けるとき、あらためてこの点を考えなければならないだろうと思っています。


posted by papacchi at 19:54| Comment(0) | 4.電動レーシングカート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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