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ワイヤレス充電できる「インホイールモータ搭載EV」 東大が開発、世界初走行

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ワイヤレス充電できる「インホイールモータ搭載EV」 東大が開発、世界初走行

東京大学は、東洋電機製造(東京都中央区)、日本精工(東京都品川区)との共同研究において、ワイヤレスで電力と制御信号を伝送するインホイールモータを開発し、それを搭載した電気自動車(EV)の走行に世界で初めて成功したと発表した。

世界初となるこの技術は、磁界共振結合方式(ワイヤレス電力伝送の一方法)を用いて10cm離れたコイルとコイル間の電力伝送に成功したほか、ワイヤレス通信を用いることで車体と車輪間の完全なワイヤレス化を実現した。

インホイールモータは、車輪のホイール内部に駆動源(モータ)を配置する技術。EVのインホイールモータといえば、車体の電源から車輪への配線があるのが当たり前だった。

この配線をなくしたワイヤレス化により、従来懸念されたインホイールモータとインバータ(モータを駆動させるための電源装置)間との断線がなくなり、安全性および信頼性が向上し、インホイールモータのさらなる普及の可能性が高まる。

またワイヤレスインホイールモータは、走行中に充電できる可能性があり、走行中に充電ができれば、電力を供給しながらどこまでも走り続けることが可能となり、大容量のバッテリが不要となることも期待される。今回開発したEVは市販車と比較してまだ出力が小さいが、今後は高出力化と地上からの給電による「走行中給電」の実現を目指す。

走行中給電イメージ(一部の高速道路において)

走行中給電イメージ(一部の高速道路において)

発表の概要は以下のとおり。

研究背景(インホイールモータの可能性)

EVは環境性能に優れるだけでなく、モータの速い応答性により運動性能にも優れている。特にインホイールモータを搭載したEVでは車両重量が削減できるほか、各輪の個別制御が可能になるなど、様々なメリットがある。しかし、従来のインホイールモータは車体側からワイヤにより有線で電力が供給されていることと、自動車の車輪内部に装備されていることから、動力線や制御などの配線が煩雑であり、振動による屈曲や寒冷地における凍結、飛散物の衝突などの影響による断線の恐れがあった。自動車用モータは10年以上の耐久性を保証する必要があるため、このケーブル断線のリスクは、インホイールモータの実用化を妨げる要因とされていた。

そこで、本研究グループは、「ワイヤが断線する恐れがあるならばいっそのことワイヤをなくしてしまおう」と大胆なことを考えた。磁界共振結合方式を用いたワイヤレス電力伝送技術およびSiC(炭化ケイ素)を用いた電力変換技術により、配線のワイヤレス化を実現したため、断線の恐れがなくなり、安全性および信頼性が飛躍的に向上した。

ワイヤレスインホイールモータの仕組み

ワイヤレスインホイールモータ構成図

ワイヤレスインホイールモータ構成図

インホイールモータはサスペンションの動きにより車体との相対変位が変動するため、送受電コイルの位置ずれに強い磁界共振結合による方法を採用した。磁界共振結合方式では共振コンデンサの挿入方法によりいくつかの回路構成が知られているが、ワイヤレスインホイールモータでは電力回生時に回路の切り替えが不要等の理由から一次側・二次側ともに共振コンデンサとコイルを直列とする方式を採用した。一次側の電力変換回路はDCDCコンバータとインバータで構成されており、バッテリの電圧を適切な電圧に昇降圧した後、その電圧を入力してインバータがコイルと共振コンデンサの共振周波数と同じ周波数の高周波電圧に変換する。変換された電力は磁界共振結合によりワイヤレスで伝送される。

伝送された電力は二次側の回路をコンバータ(交流電圧を任意の直流電圧に変換する機器)として動作させることで直流に整流され、さらにモータ駆動用のインバータにより永久磁石同期モータ(界磁に永久磁石を使用した同期電動機)を駆動する。

ワイヤレスインホイールモータの可能性

原理的には燃料電池車ハイブリッド車にも搭載が可能で、さらに将来、地上コイル等のインフラ整備が整えば、バッテリに頼らず外部から給電されたEVが道路を走る世界も夢ではなくなるという。

【参考】
東京大学 - 世界初 ワイヤレスで電力伝送する『ワイヤレスインホイールモータ』搭載車の走行に成功

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