Tech|テクノロジーがわかるとクルマはもっと面白い。未来を予見する自動車技術情報サイト

  • Motor-Fan[モーターファン]
  • モーターファンバイクス[Bikes]
  1. TOP
  2. ニュース・トピック
  3. コラム・連載記事
  4. マツダ

内燃機関超基礎講座 | マツダ「電子式巻線切替え機構」は、EVのVTECとなるか?

  • 2020/10/17
  • Motor Fan illustrated編集部
このエントリーをはてなブックマークに追加

デュアルフューエル水素ロータリーエンジンを発電機として使うシリーズ・ハイブリッド車の駆動を司る電動モーターには、驚くべき発想による新機構が採用されている。
TEXT:松田勇治(Yuji MATSUDA) FIGURE:MAZDA

乗用車用エンジンの性能と効率を大きく向上させた技術のひとつに、さまざまな可変機構の考案と実用化がある。

点火系は電子化によって遅角・進角を自在に制御でき、吸気系は管長の可変化でリアルタイムの要求空気量と流速変化を実現した。可変バルブタイミング機構は複数のカムプロファイルを運転中に切り替えるという離れワザを実現、高出力化と低回転域での実用性を両立させた。そして今では、バルブリフト量すら連続可変化されている。これらの機構が、エンジンの性能と効率の向上に大きく貢献してきたことは論を待たない。

そして自動車技術者は、来るべきEV時代に向けてエレクトリック・パワートレインの分野でも可変化技術を駆使しようとしている。マツダ・プレマシーハイドロジェンREハイブリッドが採用した「電子式巻線切替え機構」は、その最初の一歩を記したものといえる。

プレマシーハイドロジェンREハイブリッドは、デュアルフューエル水素RE、発電機、インバーター、モーターを一体化したパワートレインを持つ、シリーズ・ハイブリッド方式を採用。圧縮水素タンク容量の増大もあって、水素による航続距離を約200kmに延長。モーター駆動によって、軸出力は水素RE単体比で40%の向上を達成している。

現在、ほとんどのEV/FCVが採用している交流・永久磁石型同期方式モーターは、ステーター(固定子)が巻線を持ち、永久磁石がローター(回転子)となる構造だ。効率が高く、ブラシとコミュテーター(整流子)の接触がないため、音振や電気的ノイズの面で有利であり、またメンテナンスフリー性も高いといった利点を持っている。

このタイプのモーターは、交流電源の周波数に応じてステーターが作る回転磁界の速さに同期して回転する。また、回転磁界の速さは交流電源の周波数とステーターの極数によって決まる。極数が同じ場合、巻線数が多いと発生する電磁力が大きくなるので、低回転域から高トルクを発生させられる。しかし、回転数が高まるとローターの磁力線によって逆方向の電圧が発生し、回転数が制限されてしまうため、高回転化したい場合は、低回転域での高トルクを諦めて巻線数を少なくせざるを得なかった。

従来の同期式モーターは、巻線数によって高回転型か高トルク型かの二者択一が必要だった。マツダは可変機構の採用によって、その両立を実現した。

どこかで聞いた話ではないだろうか。そう、エンジンがさまざまな可変化技術を採用した理由と通底している。そしてプレマシーハイドロジェンREハイブリッドが搭載するモーターは、「電子式巻線切替え機構」によって、走行中に瞬時に巻線数を切替えることを可能とした。具体的には、インバーターにPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御を行なわせることで、巻線切替えを瞬時に行ないながら、駆動トルクの段付きや変動を感じさせないレベルを実現しているという。

電子式巻線切替え機構の作動概念図。低回転時(左)は巻線数を多くして高トルクを発揮。高回転(右)では回路上で巻線をカットし、回転上昇にともなう逆向きの電力を低減する。

マツダはこの機構を「電気的な変速機構と捉えても良い」としているが、これはやはり「デンキのVTEC」と呼んだほうがピンとくるだろう。このモーターは、他にも「V字磁石非対称配置」などの新機軸を採用し、小型高出力化を達成している。

内燃機関超基礎講座 | 水素を燃やして走るロータリーエンジン

かつて、マツダは水素/ガソリンのバイフューエル使用ロータリーエンジンを開発、販売していた。水素と相性がいいとされるロ...

あわせて読みたい

おすすめのバックナンバー

ホンダエンジンの技術力は凄い|内燃機関超基礎講座特集

ホンダエンジンの技術力は凄い|内燃機関超基礎講座特集 一覧へ

会員必読記事|MotorFan Tech 厳選コンテンツ

会員必読記事|MotorFan Tech 厳選コンテンツ 一覧へ

3分でわかる! クルマとバイクのテクノロジー超簡単解説

3分でわかる! クルマとバイクのテクノロジー超簡単解説 一覧へ