IDTechEx が EV モーターのレアアースを除去する 4 つの方法と、まだ聞いたことのない 1 つについて説明します

ボストン、2023年8月14日 /PRNewswire/ -- さまざまな現代技術におけるレアアースの使用は、長年にわたって注目を集めてきました。 しかし、電気自動車（EV）の需要が高まるにつれ、この問題が表面化しています。 2022 年の電気自動車市場の 82% には、希土類永久磁石をベースにした電気モーターが使用されていました。 中国はレアアースの供給を主に管理しており、これが過去数年間の大幅な価格変動につながり、2011年から2012年にかけて大幅に高騰し、2021年から2022年にかけて大幅に上昇した。 重要なのは、他のいくつかの技術と比較して、電気モーターでのレアアースの使用を排除するためにいくつかの方法を使用できることです。この記事では、その利点、欠点、および採用について概説します。

この記事は、IDTechEx の最新の「電気自動車用電気モーター 2024 ～ 2034 年」レポートに基づいており、さまざまなモーター技術の性能、材料、市場での採用、将来の可能性を分析しています。

電気モーターの構造を簡単に説明すると、固定部分 (ステーター) には、磁界を生成するために電流が供給される金属 (通常は銅) のコイルがあります。 この磁場はモーターの回転部分 (ローター) を回転させます。 希土類永久磁石 (PM) モーターでは、磁石がローター上に配置されています。

1. 誘導モーター

誘導モーター (または非同期モーター) では、固定子によって生成される回転磁界が回転子に電流を誘導し、その結果、固定子巻線の半径方向の磁界に引き付けられる/反発する磁界が生成されます。 誘導モーターは、ローターに銅またはアルミニウムの棒または巻線を使用します。 これらのモーターは通常、短期間では良好なピーク出力とトルク密度を示しますが、熱管理が難しく、通常は PM オプションよりも効率が低くなります。

誘導モーターは EV 市場では一般的であり、モデル 3 (PM 設計を採用) がリリースされるまではテスラの主な選択肢でした。 自動車市場では、アウディやメルセデスなど一部の支持者が残っていますが、誘導モーターは現在主に二次モーターとして使用されており、使用していないときに抵抗が発生せず、デカップラーの必要性がなくなるため、加速ブーストに使用されます。

2. ワインドローターモーター

外部励磁同期モータ (EESM) としても知られる巻線ロータ同期モータ (WRSM) は、ロータの磁石を DC 電流を流して磁場を生成できるコイル巻線に置き換えます。 これには、ステーターとローターの両方の磁界を制御できるという利点があります。 欠点は、ローターに巻線を追加するために追加の製造ステップが必要になることと、ローターに動力を伝達するためにブラシが必要になることです。 これらのモーターも歴史的には出力とトルク密度が劣っていましたが、最新のバージョンは PM モーターと同等です。

ルノーはゾーイでこの技術を早くから支持していましたが、現在では BMW と日産がこの設計を採用しており、ティア 1 のマーレはローターへのワイヤレス電力伝送を備えたバージョンを発表し、ブラシを排除しています。

3. スイッチトリラクタンスモーター

スイッチドリラクタンス モーター (SRM) は、ローターの大部分がスチールで構成されており、最も簡単に構築できる可能性があります。 ローターの鋼材は周囲の空気に比べて磁気抵抗が低いため、磁束は優先的に鋼材を通過し、その磁路を短くしようとしてローターを回転させます。 SRM はそのシンプルさと信頼性にもかかわらず、通常、出力とトルク密度が低く、トルク リップルや音響ノイズなどの他の問題に悩まされてきました。

SRM は主に産業用またはヘビーデューティ用途に限定されてきましたが、EV 向けの開発には多大な努力が注がれています。 Turntide Technologies などの企業は、従来の問題を克服するためにローターとステーターの極をさらに追加し、より洗練された制御システムを考案しました。 英国に本拠を置くAdvanced Electric Machinesは、セグメント化されたローターを備えた新しいタイプのモーターを開発しました。このモーターは、構造は単純ですが、出力とトルク密度を向上させながら音響ノイズとトルクリップルを排除すると言われています。 このデザインはベントレーと並ぶプロジェクトの中心です。