電気自動車を支えるもの

 私たちの生活とは切っても切り離せない自動車。人やものを便利に運び、生活を支えてくれる一方で、今までのガソリン車には、排気ガス、騒音、燃料といった問題がありました。そこで、最近注目を集めているのが、電気自動車(Electric Vehicle: EV)です。EVにはどんな技術が使われているのでしょうか。

そもそも、ガソリン車ってどんなもの?

 普段私たちが使っているガソリン車は、どうやって動いているのでしょうか。ガソリン車は燃料タンクに貯められたガソリンを燃料としてエンジンを動かします。一般的なガソリンエンジンに使われているエンジンは「4サイクルエンジン」というものです。これは、「吸気 → 圧縮 → 燃焼 → 排気」の4つの工程を順番にくり返すことが名前の由来です。空気とガソリンの混合ガスを吸気バルブからシリンダに取り込み、ピストンの上昇により気体を圧縮、点火プラグにより着火すると、圧縮された気体が爆発します。そのときの発生した高圧の気体がピストンを押し返し、燃焼後の気体を排気バルブから放出して完了です。気体の変化によってピストンがシリンダ内を直線的に運動します。この運動がクランクによって回転運動に変ります。それがタイヤに伝わると自動車が動き出すのです。このように、ピストン運動を回転運動に変えるなど、ガソリン車には、自動車の運動エネルギーを取り出す動力内に機械的な要素を必要とするという特徴があります。

図1
図1.4サイクルエンジン

電気自動車はすばしっこい!

 EVは、搭載された蓄電池の電気を使ってモータを動かします。EVに使われているモータは交流電源で動くので、蓄電池とモータの間に「インバータ」という直流電流を交流に切り替える装置を入れ、交流電流をモータに流すことで動かします。モータは、電流を回転のエネルギーに変えるため、そのまま自動車の運動にすることができます。これは、エンジンでは部品の摩擦などで起こっていたエネルギーのロスが少なくなるというメリットを持っているということになります。
 また、モータがエンジンと比べて優れているところは、反応の速さと制御のしやすさにあります。モータは、電流の大きさによって回転する力が変わります。これは、モータの中に入っている磁石と、コイルや導体棒の働きによるものです。コイルや導体棒は流している電流の大きさに応じた大きさの磁力を持つようになります。また、コイルや導体棒のつくった磁界の中に磁石があると、磁力同士に引力や反発力が生まれます。交流は時間によって電流の大きさと向きが変わるため、このコイルや導体棒のSN極を入れ変えることができます。これによって、モータの中の磁石が引きつけ合ったところで止まることなく回転することができます。このときモータに流す電流はデジタル回路を使った制御装置によってコントロールしています。たとえば、停車しているところから、アクセルを踏んで発進しようとしたとき、アクセルから制御装置に信号が送られ、電流が流れます。この間にかかる時間は、電気信号の流れるたった数ミリ秒だけ。これは、ガソリン車のエンジンが立ち上がるのにかかる時間の100分の1程度です。ガソリンの爆発をコントロールするのは難しいですが、電流はデジタル回路を使うことで簡単に制御できます。モータは、回転数が小さい、回転の立ち上がりの時に一番大きな力を発揮できるという特性があります。これによって、ガソリン車では高級車しかできないような加速をいとも簡単に行えるのです。

図2
図2.交流モータ

電気自動車の未来に向かって

 EVには大きな問題があります。それは、一度に走れる距離が短いことです。一度の給油・充電で走れる距離をガソリン車とEVで比較した場合、EVは足元にも及びません。しかし、EVは高いエネルギー効率を誇り、ガソリン代と比べ、電気代というランニングコストははるかに低く、EVの部品は少ないため保守も容易になります。しかも、EVは蓄電池を使うため、排気ガスの問題がなくなり、エンジンの騒音とも無縁です。

 まだまだ、電気自動車は一般的になっていません。しかし、モータを使うことで、いろんなメリットがある電気自動車は、今後電池の技術がさらに発展することで、使いやすくなることが期待されています。もしかすると電気自動車が私たちの生活に入り込み、いつの日か、街中からエンジンの音がなくなる日がくるかもしれません。
【文・大久保 貴之(リバネス記者クラブ)】

<参考文献>
1) 廣田 幸嗣,小笠原 悟司 著.電気自動車工学.森北出版(2010)
2) 廣田 幸嗣,足立 修一 著.電気自動車の制御システム.東京電機大学出版局(2009)
3) 玉田 雅士,藤原 敬明 著.図解入門よくわかる最新自動車の基本と仕組み.秀和システム(2009)


本記事は、株式会社リバネスが配信するメールマガジン「リバコミ!」のサイエンストピックスを転載したものです。

■関連リンク
渋滞が消える!?夢の電気自動車がGMより発表 | スゴモリ
ゆでたジャガイモは電池になれるか? | スゴモリ
セグウェイよりも小さくて安価な自動平衡機能付き一輪車Solowheelが4月発売 | スゴモリ
ちっちゃいけれど力持ち!リチウムイオン電池 | スゴモリ
究極のエコカーは空気を利用した空気自動車 | スゴモリ

Bookmark and Share

関連プロダクトクラウド