はじめに | EVモーターの現状
永久磁石（PM）を使ったモーターは、電気自動車（EV）の最先端ソリューションとして広く考えられてきた。現在、これらのモーターは、その高効率と出力密度により、90%以上のEVに使用されています。
これらのモーターに使われる磁石は、ネオジム、テルビウム、ジスプロシウムといった重希土類元素でできている。レアアース元素は、他の鉱物と比べて抽出プロセスが複雑です。そのため価格変動が激しく、サプライチェーンも限られているため、PMモーターの製造プロセスには特有の課題があります。これに対応するため、より高速、高出力密度、低電圧を低コストで実現できるレアアース不使用の電気モーターを開発することが、eモビリティ 業界で増加傾向にあります。
eモビリティ・トレンド | レアアースを使わないモーター技術
PMベースのモーターを置き換える必要があるため、自動車業界は入手が容易で環境に優しいさまざまな技術を模索しています。広く研究されているレアアース・フリーのモーターには、スイッチドリラクタンスモーター（SRM）とレアアース・フリーの内部永久磁石同期モーター（IPMSM）があります。
スイッチドリラクタンスモーター(SRM)
SRMは、巻線を含むステータを特徴としているが、ロータ自体は単純にサリエント極に成形されたスチール製である。これらのモーターは可変リラクタンスの原理で動作する。ローターはリラクタンスの最も低いレーンに整列する傾向があるため、位置センサーを使用してローターシャフトの角度を測定し、ステーター巻線を切り替えるようコントローラに通知する。
誘導モーター（IM）、PMSM、ブラシレスDCモーターと比較して、SRMは効率、信頼性、高い定電力回転数比が向上し、高温に強い（ローターに磁石がないため）。さらに、これらのモータのシンプルで頑丈な構造により、より迅速で安価な製造、軽量化、制御の複雑さの低減が可能になります。
SRMの利点は、EVアプリケーションにとって非常に魅力的である。しかし、これらのモーターにはいくつかの欠点と設計上の課題もあります。ステータとロータにはサリエントポールがあるため、これらのモータはトルクリップルを増大させ、望ましくない音響ノイズと振動を引き起こす。そのため、各巻線を制御し、可変リラクタンスを補正するためにローターの位置を正確に追跡することは、製造業者にとって困難なことです。
レアアースフリーIPMSM
永久磁石同期モータ（PMSM）には、永久磁石がロータ表面の外側に取り付けられている表面型（SPMSM）と、ロータに永久磁石が埋め込まれている内部型（IPMSM）がある。
内部磁石は、表面磁石よりも機械的にも磁気的にも安全であるため、eモビリティ より魅力的で信頼性の高いソリューションとなる。これらの磁石は、長時間の定電力運転に頻繁に使用され、エアギャップ内でより大きな磁束密度を生成します。
ネオジム鉄ボロン（NdFeB）ベースのIPMSMは、EVに使用される最も一般的なタイプのモーターである。しかし、レアアース（希土類金属）の使用に関する問題から、フェライト系永久磁石などの代替磁石が研究開発の対象となっている。
フェライトPMは主に酸化第二鉄で構成されており、世界中で広く入手可能である。これらの磁石は、環境への影響が少なく、コストが削減され、製造も簡単です。さらに、耐食性に優れ、電気抵抗が大きいため渦電流損を最小限に抑えることができます。
フェライト磁石はその長所にもかかわらず、残留誘導磁界と最大エネルギー積がネオジム磁石よりはるかに小さい。希土類磁石と同等の性能を得るためには、フェライト磁石の体積を大きくする必要があり、モータの重量と体積が増加する。このため、フェライト・モーターをコスト効率の高いものにしようとすると、効率的なモーター制御の開発がさらに重要になります。
HILのメリット｜EVモーターの未来をシミュレーションする
Typhoon HILは、下図に示すSRMモデルのような電気機械のプリパックモデルの完全なライブラリを提供し、レアアースフリーモーターの将来技術のシミュレーションに使用できます。これらのHILソリューションは、容易なモデル統合とテスト自動化機能により、開発コストと時間の節約に役立つだけでなく、製品ターゲットの改善やプロトタイプの不具合の減少により、リスクも低減します。
自動化の観点からは、ASAM XIL-MA準拠のAPIを介して、ECU-TESTなどのサードパーティツールとの統合を活用して自動テストを作成および実行できます。
さらに、直感的なユーザーインターフェースにより、テストの作成、ワークフローの定義、進捗状況のリアルタイム追跡が可能です。また、Typhoon toolchainでは、テストレポートを自動的に作成することができ、コントロールの検証プロセスのための貴重な情報を迅速に収集することができます。
クレジット
著者 ｜カシアーノ・F・モラエス、ハイトール・J・テッサロ
ビジュアル ｜ミリカ・オブラドヴィッチ、カール・ミッケイ
編集 ｜デボラ・サント、セルジオ・コスタ
