インホイール式EV向けにパワー密度2.5kW/kgの小型ダイレクト駆動システムを開発 日立グループ

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日立製作所と日立Astemoは2021年9月30日、インホイール式の電気自動車(EV)に向けて、モーターとインバーター、ブレーキを一体化してホイール内部に搭載できる小型/軽量のダイレクト駆動システム「Direct Electrified Wheel」を開発したと発表した。モーターのパワー密度として世界トップクラスの2.5kW/kgを達成している。

モーターの駆動力を向上するには、磁極数を増やすなどの手段がある。ただし、有効に使える磁束の割合の低下、コイルの溶接個所と溶接スペースの増大といった課題がある。そこで両社はハルバッハ配列磁石を採用。磁極ごとの有効磁束を増加させ、駆動力を高めた。また、扁平なコイルをビーム溶接などによって高密度に配列してモーターを軽量化。ホイール内の重量増加を大幅に抑制することに成功し、これまでのインホイール式で課題だった重量化に伴うエネルギー消費量の増大を回避できるようにした。

また、これまでのモーターはパワー密度が低く、十分な駆動力を確保するためにホイール内部のスペースが占有され、既存のブレーキやサスペンションの流用が困難だった。さらにインバーターを構成するパワー半導体に冷却水が付着することで発生する漏電を防ぐため、電気的に絶縁された専用の冷却水路のスペースが必要だった。

今回の開発では、小型/軽量化したモーターにブレーキとインバーターを一体化して小型化を図った。加えて、絶縁性の高い冷却油でパワー半導体を直接冷却した後、そのままモーターに循環してコイルも直接冷却することで、冷却配管のスペースを大幅に削減した。サスペンションなどの既存構造を大きく変更せずに、ホイール内へ搭載できるという。

さらに、ドライブシャフトなどの間接機構を廃してEVの走行にモーターの力をそのまま利用することで、エネルギーロスを既存のEVに比べて30%低減した。

両社は今後、同技術の実用化に向けた研究を進め、インホイール式EVの車内空間やバッテリー設置スペースの拡大を容易にしていきたい考えだ。また、より幅広いラインアップでEV向け製品をグローバルに展開することを目指すとしている。

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