アキシャルフラックスモーターがスーパーカーを新たな高みへパワーアップ

テスラは原始的なアキシャル磁束電気モーターの特許を初めて取得しました。ニコラ テスラ、つまり 1889 年に遡ります。2015 年に、そのコンセプトが 1,500 馬力 (1,103 キロワット)、190 万米ドルのケーニグセグ レゲーラ ハイブリッド車として実用化されるまで、126 年かかりました。現在でも、世界中のほぼすべての EV とハイブリッドは、比較的非効率で製造が容易な自動車に依存しています。 ラジアル-磁束モーター。

しかし、YASA が主導する最新の電動化革命が進行中です。 2009 年にティム・ウールマー氏によってオックスフォード博士課程プロジェクトから独立して英国で設立された同社の先駆的なアキシャル磁束モーターは、フェラーリ、ランボルギーニ、マクラーレン、ケーニグセグといった有名メーカーのハイブリッド スーパーカーに電力を供給しています。その中には、私が最近イタリアで運転したフェラーリ 296 スペチアーレやランボルギーニ テメラリオも含まれます。

これらの出力密度の高い電動マシンに後押しされて、この際どいイタリア人たちは、パルマの生ハムの塊のように、エミリアロマーニャ州の道路を切り開きました。テメラリオのガソリン V-8 エンジンは最高回転数まで回転します。 成層圏 10,000 rpm、どの市販スーパーカーよりも高い。まだ十分ではありません: Temerario には 3 つの YASA モーターも統合されています。フロントアクスルのペアは全輪駆動のトラクションと最大 294 馬力 (216 キロワット) を発揮します。合計 907 ハイブリッド馬力 (667 キロワット) により、テメラリオは時速 343 キロ (213 マイル) の猛烈な最高速度に達します。電気モーターはガソリン加速のギャップをうまく埋め、トルクベクタリングによってハンドリングを巧みに調整し、電動化された前輪がランボルギーニを驚くほど簡単にコーナーから飛び出すのに役立ちます。

コンパクトな設計と優れた出力重量比により、これらのモーターは陸、海、空で記録を樹立しています。の 世界最速の電気飛行機ロールス・ロイスの革新精神は、プロペラに 3 つの YASA モーターを統合し、時速 559.9 キロ (時速 345.4 マイル) という記録的な最高速度を実現しました。ジャガーはフォーミュラ E レース プログラムの技術を応用し、YASA モーターを使用して、2018 年にイギリスの湖水地方で時速 142.6 キロ (時速 88 マイル) の海上電気速度記録を樹立しました (この記録はその後破られました)。

電力密度はテスラの最高の 3 倍であると主張

8月、YASAのモーターがメルセデスAMG GT XXのプロトタイプセットに貢献 数十のEV耐久記録。約1,000キロワット（1,360馬力）のメルセデスEVは、イタリアのナルド・サーキットを時速186マイル（時速300キロ）の持続速度で巡航し、1日あたり約5,300キロメートルを走行した。 7.5 日で、地球の円周に相当する 40,075 キロメートル (24,902 マイル) を移動しました。この時間には、850 キロワットでの充電のための停止も含まれていました。

メルセデス F1 ドライバーのジョージ・ラッセルは、今年 8 月に記録を樹立した耐久走行中にメルセデス AMG GT XX の隣に立っています。 3 台の YASA 軸磁束モーターを搭載したこのコンセプト EV は、ほぼ定常の時速 300 キロで、7.5 日で地球周周に相当する距離を走行しました。この車の量産バージョンは、ポルシェ タイカンの競合となる可能性があります。 メルセデス・ベンツ

メルセデスは2021年にYASAを完全買収した。メルセデスの親会社であるダイムラーは、 ベルリンの工場を改修する 次の論理的なステップとして、年間最大 100,000 個の YASA モーターを製造することです。モーターは、特にメルセデスの強力な高性能部門である AMG から初めて量産 EV に動力を供給します。

同社は最近最新のモーターを発表しましたが、その統計は目を見張るものがあります。ダイナモメーターでテストしたところ、軸磁束プロトタイプはピーク 750 キロワット、つまり 1,005 馬力を生成しました。モーターは連続 350 ～ 400 キロワット (469 ～ 536 馬力) を出力できます。それでも、ユニットの重量はわずか 12.7 kg (27.9 ポンド) です。ウールマー氏によると、結果として得られるキログラム当たり59キロワットという出力密度は電気モーターの非公式世界記録であり、テスラなどの主要な放射磁束設計の約3倍だという。

「そして、これは画面上のコンセプトではありません。今、ダイナモ上で実行されています」とウールマー氏は言います。 「私たちは、スケーラブルな材料とプロセスをすべて使用して、これまでのものよりも大幅に電力密度が高い電気モーターを構築しました。」

YASA の新技術責任者である Simon Odling がその技術について説明します。従来のラジアル磁束モーターはソーセージロールのような形状をしています。回転するローターは固定されたステーター内に収容されています。磁束線は、モーターの中心軸に対して垂直に放射状に配向されます。これらの磁束線は、ローター内の永久磁石とステーター内の電磁石の相互作用する磁場を表します。その相互作用がトルクを生み出すのです。

軸方向磁束設計はパンケーキに似ています。 YASA の構成では、一対のはるかに大きなローターがステーターの両側に配置されており、注目すべきことに、3 つすべての直径がほぼ同じです。磁束はシャフトに平行な軸方向に向けられます。トルクはローター直径の二乗に比例するため、アキシャル磁束設計は同等のラジアル磁束ユニットよりも大幅に多くのトルクを生成できます。デュアル永久磁性ローターは、主要なトルク生成コンポーネントを 2 倍にし、短い磁路を確保して、磁界での損失を低減することで効率を高めます。

YASA R&D エンジニアのエディ・マーティンは、750 キロワット/1,005 馬力を発生する 12.7 kg のアキシャル磁束モーターを保持しています。なぜ

オドリング氏は、同社のモーターは同等のラジアル磁束機械の質量と長さの約 3 分の 1 であり、車両のパッケージングと重量削減に興味深い利点があると述べています。 「モーターはハイブリッド用途ではエンジンとギアボックスの間に非常にうまく配置され、EV では非常にコンパクトな駆動ユニットになります」とオドリング氏は言います。平坦な形状は自動車やオートバイのホイールの幅に収まりやすいため、インホイールモーターにも最適な構成です。

YASAは軽量化も宣伝している。同社によれば、車両構造の段階的な進歩により、今日のEVから少なくとも200kgの重量が削減される可能性があり、その約半分はモーター自体から、残りは小型バッテリー、ブレーキ、軽量支持構造からのものである。

YASAの秘伝のソースは軟磁性複合材料

この会社の名前は、その技術的優位性を示すもう 1 つの手がかりを提供します。YASA は「ヨークレスおよびセグメント化されたアーキテクチャ」の略です。このモーターは、従来のステーターの銅コイルの構造的および磁気的バックボーンである重い鉄または鋼のヨークを取り除きます。代わりに、 軟磁性複合材料 (SMC) – 非常に高い透磁率を持つ材料。この特性は、この材料が磁束の非常に効果的な導体であることを意味し、モーター内の磁界を集中させて方向付けるために使用できます。一般的なアプリケーションでは、ステーターのコイルは SMC で作られた構造に巻き付けられます。

Woolmer 氏は、彼の初期のモーター設計にお金を払う潜在的な顧客が存在する前の 2000 年代半ばに SMC の研究を開始しました。最初の Tesla Roadster が道路に登場したのは 2008 年で、当時はこれらのモーター用のサプライヤーと工具は存在していませんでした。ウールマーの初期のアキシャルフラックス設計は、2010 年についにジャガー C-X75 に採用されましたが、このコンセプトは生産前にキャンセルされました。 2019年までに、フェラーリはウールマーのモーターの1つを同社初のハイブリッドであるSF90に組み込んでいた。

SMCは重要なイノベーションとなったというのは、アキシャルフラックスモーターはラジアルフラックスマシンの積層鋼板では製造できなかったからです。 Woolmer は、ステーターを SMC で作られた個々の「ポールピース」に分割し、圧力をかけて多種多様な 3D 形状に成形することができます。それ 柔軟性により重量と渦電流損失が大幅に軽減され、冷却の負担が軽減されます。従来のモーターには 30 キログラムの鉄が必要ですが、同等の YASA 設計では、同じ出力とトルクを生成するのにわずか 5 キログラムしか必要としません。

オドリング氏によると、YASAのステーターには平坦な銅巻線とオイルの直接冷却が統合されており、オイルが到達できない「埋もれた銅」は存在しないという。これにより、ストレスの多い条件下での熱性能と回復力が大幅に向上し、高性能 EV にとって潜在的な恩恵となります。

YASA は、オックスフォード イノベーション センターでモーターの設計と開発を行っています。 5月には、年間2万5000台以上のモーターを生産できる新しいアキシャルモーターの「スーパー工場」を近くのヤーントンに開設した。同社はまた、 英国先進推進センター (APC) を拡大の要としています。英国政府、産業界、学界の協力により、ネットゼロ目標を達成するためのゼロエミッション交通機関の自国開発の加速が期待されています。

YASAは、最新のプロトタイプモーターの詳細を12月に発表する予定です。しかし同社幹部らは、このモーターは特殊な材料や製造技術を必要とせず、顧客に提供できる状態にあると述べている。