モーターはどう回るか

疑問｜引き合うだけなら、そこで止まるのでは？

磁石どうしは引き合ったり反発したりします。でも自由に動く磁石は、安定する向きで止まってしまいます。車を走らせるには、その向きを通り過ぎても回す作用が続く必要があります。鍵は、電流で磁界をつくり、その向きや強さを回転に合わせて変えることです。

問題｜電池をつなぐだけでは、狙いどおりに回せない

モーターには、固定された部分のステーターと、回る部分のローターがあります。電池からは直流の電力が供給されますが、多くのEVの駆動モーターでは、コイルに流す電流を順に変えて回転する磁界をつくります。電池とモーターの間には、電流を制御する装置が必要です。

発明｜電流でつくる磁界を、回転と歩調を合わせて動かす

コイルは導線を巻いたもので、電流を流すと磁界が生まれます。代表的な永久磁石同期モーターでは、ステーターの複数のコイルに流す交流の組み合わせで磁界の向きを回し、永久磁石を持つローターとの作用でトルクを発生させます。同期とは、定常運転で回転磁界とローターの回転が対応する関係にあることです。

仕組み｜インバーターが電流を整える

インバーターは電力を高速に切り替え、電池の直流からモーターに必要な交流をつくる装置です。制御装置はローターの位置や速度などに応じ、電流の大きさとタイミングを調整します。コイルの磁界とローターの磁界の位置関係がトルクに関わるため、電気を大量に流すだけでは適切に回せません。

モーターは停止中でもトルクを発生できます。ただし、そのとき軸から出る回転の動力はゼロです。電流が流れていればコイルなどは発熱し、電池のエネルギーを使います。また回転が速くなると、回転によって生じる電圧や電源の電圧、温度などが制約となり、どの速度でも同じトルクを出し続けられるわけではありません。

進化｜回す装置を、発電にも使う

回生時には、車輪側から回されるモーターが発電機として働きます。軸の機械的な仕事を電気へ変え、その反作用が車の減速に役立ちます。通常の駆動では電気から軸へ、回生では軸から電気へと流れが逆になります。同じ機械が両方の役割を担えても、運転中の役割は区別しましょう。