次世代モーター: シンクロナスリラクタンスモーターとは？
車を知りたい
先生、シンクロナスリラクタンスモーターの説明で、「電磁石に対する永久磁石の取り付け角度を様々に工夫して必要なトルク特性を得ている」とありますが、具体的に角度をどのように変えることで、どのようなトルク特性になるのでしょうか？
自動車研究家
良い質問ですね！永久磁石と電磁石の角度を変えることで、モーターの出力や効率が変わってきます。例えば、角度を大きくすると、起動時のトルクが大きくなる反面、効率は少し下がってしまうことがあります。
車を知りたい
角度を大きくすると、なぜ起動時のトルクが大きくなるのですか？
自動車研究家
角度が大きいと、磁石の引き合う力がより強く作用するからです。わかりやすく言うと、磁石同士が真正面から引き合う方が、斜めから引き合うよりも強い力を発生させるイメージです。この強い力が、起動時の大きなトルクを生み出すのです。
シンクロナスリラクタンスモーターとは。
「シンクロナスリラクタンスモーター」とは、磁石の性質を利用した自動車用モーターのことです。磁石は、S極とN極が引き合い、同じ極同士では反発し合う性質があります。これは、目に見えない磁力線が最短距離になろうとする力によるものです。この力を「リラクタンストルク」と呼びます。シンクロナスリラクタンスモーターは、永久磁石と電磁石を組み合わせた構造をしています。永久磁石の取り付け角度を調整することで、リラクタンストルクを制御し、必要な回転力（トルク）を生み出します。このモーターは、ハイブリッド車など、多くの車種で採用されています。
磁石の力が生み出す回転力: リラクタンストルクとは
モーターの駆動には欠かせない「トルク」。回転させるために必要な力を表すこのトルクは、モーターの種類によってその発生原理が異なります。永久磁石を用いるモーターが磁石の吸引・反発力を利用するのに対し、シンクロナスリラクタンスモーターは、磁石を使わずに「リラクタンストルク」と呼ばれる力を利用して回転します。
では、リラクタンストルクとは一体どのような力なのでしょうか？ 簡単に言えば、リラクタンストルクとは、磁気抵抗の少ない方向に回転子が回転しようとする力のことです。シンクロナスリラクタンスモーターの回転子には、磁石は使われていません。代わりに、磁気的に抵抗の低い部分と高い部分が、巧みに配置されています。ここに電流を流すことで磁界を発生させると、回転子は磁気抵抗の低い方向へと回転し続けるのです。
シンクロナスリラクタンスモーターの仕組み
シンクロナスリラクタンスモーター(SynRM)は、永久磁石を使わずに、回転子鉄心の磁気抵抗の差を利用して回転力を得るモーターです。回転子は、電磁鋼板を積層して作られており、磁化しやすい方向と磁化しにくい方向に溝を設けることで、磁気抵抗に差を生み出します。
ステーターに電流を流すと回転磁界が発生し、回転子は磁気抵抗が小さい方向に回転しようとします。この動作原理により、SynRMは永久磁石モーターのようなレアアースを用いることなく、高効率な運転を実現できます。
ハイブリッド車への応用
– ハイブリッド車への応用
シンクロナスリラクタンスモーターは、その高効率性から、ハイブリッド車（HV）や電気自動車（EV）の駆動モーターとしても注目されています。 特に、HVにおいては、エンジンとモーターの両方を効率的に使い分けることが燃費向上に不可欠ですが、シンクロナスリラクタンスモーターは幅広い回転域で高効率を実現できるため、HVとの親和性が非常に高いと言えます。
従来のHVでは、永久磁石を用いたモーターが主流でしたが、レアアースを用いた永久磁石は価格が高く、資源の安定供給という観点からも課題を抱えていました。 一方、シンクロナスリラクタンスモーターは、永久磁石を必要としないため、コストを抑えつつ、資源リスクを回避できるというメリットがあります。
さらに、シンクロナスリラクタンスモーターは、構造がシンプルで堅牢であるため、過酷な環境で使用されるHVやEVにも適しています。
これらの利点から、今後、シンクロナスリラクタンスモーターは、HVやEVの普及に大きく貢献していくことが期待されます。
メリット・デメリット
シンクロナスリラクタンスモーターは、従来の誘導モーターに比べて多くのメリットを持っていますが、同時にいくつかのデメリットも存在します。
最大のメリットは、その高いエネルギー効率です。永久磁石を使用しないため、磁石による損失が少なく、特に高回転域での効率に優れています。そのため、省エネルギーが求められる家電製品や電気自動車などに最適です。
また、構造がシンプルで、製造コストが低いことも利点として挙げられます。永久磁石を使用しないため、資源の枯渇リスクが低い点も魅力です。
一方、デメリットとしては、トルク変動が大きく、制御が難しい点が挙げられます。この点を克服するために、インバータ制御技術の進化が求められます。また、出力密度が低いため、小型化や軽量化には課題が残ります。
このように、シンクロナスリラクタンスモーターはメリット・デメリットを併せ持つモーターですが、技術革新によってデメリットを克服し、次世代のモータとして期待されています。
未来の自動車を担うモーター
電気自動車（EV）やハイブリッド車（HV）の普及が加速する中、モーター技術は自動車産業の未来を左右すると言っても過言ではありません。その中で、近年注目を集めているのが「シンクロナスリラクタンスモーター」です。
従来のEVやHVで主流であったのは、永久磁石を用いたモーターでした。しかし、永久磁石は高価なレアアースを使用するため、コストや資源の枯渇といった課題がありました。一方、シンクロナスリラクタンスモーターは、永久磁石を一切使用せず、鉄心と巻線のみで構成されています。そのため、低コストであるだけでなく、環境負荷も低いというメリットがあります。
シンクロナスリラクタンスモーターは、永久磁石を用いない代わりに、鉄心の形状を工夫することで磁力の偏りを作り出し、回転力を生み出します。この技術により、従来のモーターに匹敵する出力や効率を実現できるようになってきました。
まだ課題もありますが、シンクロナスリラクタンスモーターは、低コスト、環境負荷の低減、高い出力といった多くの利点を持つことから、未来の自動車を担うモーターとして期待されています。