【連載】TECH-MAG 研究室レポート

先生の研究されている「ワイヤレス給電インホイールモーター」について教えてください。

「ワイヤレス給電インホイールモーター」は、走行中給電とインホイールモーターという2つの技術を組み合わせたものです。

「走行中給電」は、文字どおり「走りながら電力供給を受ける」というシステムです。そんなことができるのかと思うかもしれませんが、電車は同じように電気供給を受けながら走行しています。ただ、車の場合は有線での給電が難しいため、道路に充電用のコイルを埋め込み、その上を通過することで搭載したバッテリーに電力が送られ、充電できるという仕組みです。世界的に研究が進められており、フランスではベルサイユ宮殿のすぐそばで実験が行われて話題になりました。

「インホイールモーター」は、車のホイールの中にタイヤを動かすモーターを入れてしまおうという技術です。その歴史は長く、1900年頃にフェルディナント・ポルシェ博士が最初に作ったのもインホイールモーターの車です。

共に、車体の軽量化に結び付く技術で、走行中給電はバッテリー、インホイールモーターはシャフトやギアといった部品で軽量化が期待できます。

続いてインホイールモーターについても、メリットを詳しく教えてもらえますか？

現在の電気自動車のモーターはオンボードモーターといって、一般的なガソリン車のエンジンルームに当たる場所にモーターを積んでいます。このモーターがドライブシャフトを回し、タイヤを回転させているのですが、モーターをホイールの中に入れるとドライブシャフトやディファレンシャルギアなどといった重い部品が要らなくなります。車体が軽くなれば走行性能が上がり、電力も節約できます。 車体にモーターを搭載しなくていいので車体スペースに余裕ができるのもメリットですね。乗車スペースを広くしたり、荷室を大きくしたりできますし、車のコンパクト化にもつながります。

しかし、「ワイヤレス給電インホイールモーター」搭載車をはじめとする走行中給電に対応した電気自動車なら、家で充電する必要はなくなります。マンション暮らしでも電気自動車を購入するハードルは下がるでしょう。街を走行するだけで自然と充電されますからね。これまで必要だった充電から解放され、電池の残量を気にせずに走れるようになるはずです。

街を走っていてバッテリー切れにならないのですか？

神奈川県藤沢市内の走行データを基にシミュレーションを行ったところ、交差点から手前の30m区間に給電コイルを設置すれば、家で充電せずとも問題なく走行できることが分かりました。走行中はもちろん、信号で停止中にも充電はできますし、停止状態なら充電効率が良く、長時間給電できるので充電量もアップします。シミュレーションでは、停止時間で充電量は変化したものの、常に走り出したときとほぼ同じ残量をキープすることができました。

今後の課題を教えてください。

2019年に発表した第三世代インホイールモーターは、第二世代より受電電力と効率を大幅に高める改良を施しました。また、第二世代ではインホイールモーターのユニットが車体から大きくはみ出すサイズでしたが、第三世代ではホイールの中にすべて収まるサイズになり、搭載性能が増すなど、大きく進歩しました。とはいえ、まだプロトタイプの段階。これを実用化させるには、インホイールモーター本体はもちろん、舗装技術やタイヤといった、インホイールモーター以外の部分でのイノベーションが必要です。

こうした別分野でのイノベーションは大学だけの力では難しいので、企業や国と一緒になって取り組まないといけません。そのために、私たちのプロジェクトに関わる基本特許を賛同者にオープン化することにしました。オープンにすることでいろんなメーカーに興味を持ってもらい、参画企業が増えます。協力者が増えれば、それだけ可能性も広がりますからね。

具体的に実現しそうなイノベーションはありますか？

例えば、タイヤの中に受電コイルを入れるという計画が進んでいます。ただ、受電するとタイヤのゴム部分が発熱するなど問題もあります。しかし、有機繊維の新しい素材を使うことで発熱しなくなることも分かっており、実現の可能性が高まりました。こうして少しずつ研究を進め、どんな車でも走行中給電技術インホイールモーターが搭載できるような互換性を実現したいですね。

電気・電子工学は大きな可能性を秘めている

理系の魅力とはどんなことでしょうか？

私は「電気・電子工学」が専門ですが、「自分が作ったものが動くこと」がこの分野の圧倒的な魅力だと思っています。エンジニア冥利に尽きるといいますか、成果が目に見えるのは楽しいですね。ソフトウェアもハードウェアも全て自分が考えないといけないので大変なこともありますが。

また、基礎研究は自分たち中心ですが、そこから先に進むにはいろんな人の協力が必要不可欠。コミュニケーション能力も大事です。人間力が問われる学問でもあるのかなと思います。

最後に読者に向けてメッセージをお願いします。

エンジニアは非常に価値のある仕事です。これから全てのモビリティーは電動化します。電車や車だけでなく飛行機もハイブリッド化する時代が来るはずです。空飛ぶ車も研究が進んでいます。そこで必要になるのが電気・電子工学の分野です。非常に大きな可能性を秘めた学問ですから、若い人たちにもぜひ興味を持ってほしいですね。