ダウウェイ・ビークルのCEO、ジョニー・リュー氏による記事
公開日：2026年3月5日
著者注：自動車業界が電気自動車へと移行するにつれ、モーターは今や車の心臓部となっています。このガイドは、私がDowway Vehicleで培ったエンジニアリング経験に基づき、現代のEVモーターを製造する際に、性能、信頼性、コストのバランスを取るために私たちが用いる具体的な手順を解説したものです。
自動車用モーター工学入門
世界的な炭素排出規制と電気自動車への移行を背景に、モーターはガソリン車の単なる補助部品から、新エネルギー車（NEV）の中核部品へと変化を遂げた。
自動車用モーターは、日常的な産業用モーターよりもはるかに厳しい基準を満たす必要があります。コンパクトなサイズ、高い出力密度、優れた効率、堅牢な信頼性、極端な温度耐性（-40℃～150℃また、厳しい振動や衝撃にも耐え、コストを抑える必要もあります。最終的には、車両の電力需要、熱管理システム、制御戦略に完全に適合する設計でなければなりません。
現在、 永久磁石同期モータ（PMSM） 同期リラクタンスモータ（SynRM）や電気励磁同期モータ（EESM）といった代替品が追いつきつつあるものの、市場は依然として同期モータが支配的である。ヘアピン巻線、油冷、マルチフィジックスシミュレーションといった新しい技術によって、モータの性能は毎年向上している。
モーター設計における基本原則
モーターは真空状態では設計できません。車両の特定のニーズに適合させる必要があります。私たちは主に3つのルールに従います。
- 車両需要主導型戦略： 車両のパラメータからモーターをリバースエンジニアリングします。たとえば、純粋な電気乗用車のメイン駆動モーターは、高速巡航中に高い効率（効率）を必要とします。 93%以上）と、素早い加速のための短時間のピークパワー。0-100km/h で 7秒以下 ピーク電力が必要 20%～30% 定格出力よりも高い。
- 学際的な相乗効果： モーター設計とは、電磁気学（出力／効率）、熱力学（冷却）、機械工学（振動／耐衝撃性）、材料科学（出力密度／寿命）のバランスを取ることを意味します。どれか一つの分野を過度に最適化すると、システム全体が故障してしまいます。
- 工学的実現可能性： 設計は実際に組立ラインで機能する必要があります。高電力密度設計は既存の製造プロセスに適合し、安定したサプライチェーンを使用する必要があります。量産歩留まり率を達成するために、プロセスの冗長性を組み込んでいます。 99.5%以上。
8段階のモーター設計・開発プロセス
自動車用エンジンの製造は、厳密なエンジニアリングプロセスです。ここでは、そのプロセスを8つの段階に分けて説明します。
- 要件分析： 電力制限、効率MAP、環境要件（振動/ ISO 16750保護 IP67/IP6K9K）、および信頼性目標（15年以上／30万km以上 寿命; 故障率 10,000 kmあたり0.1回以下)
- コンセプト＆スキーム設計： モーターのトポロジーを選択します。 48スロット/8極 レイアウトはメインドライブに適しています。ヘアピン巻線はスロット充填率が高くなるため、ヘアピン巻線を好みます。 75%以上. 冷却には、50～200kWのモーターは水を使用し、200kWを超えるモーターは油を使用して温度上昇を抑えます。 ≤80K （1つあたり） GB/T 18488-2015)
- 詳細設計段階：
- 電磁： 磁場を最適化し、トルクリップルを低減するために、Ansys MaxwellまたはJMAGを使用しています。
- 熱: CFDシミュレーションにより冷却システムが改良される。150kWの水冷モーターは通常、流量が 8～10L/分 入口/出口温度差 5～8℃。
- 機械: 最高速度における構造安全性を確保します 15,000回転/分以上. 共振を防ぐため、シャフトスパンはシャフト直径の4～6倍に設定されます。ローターの動的バランスは G2.5 学年。
- 材料： 私たちは 35WW300 ステータにはシリコン鋼を使用。 38H/42SH NdFeB磁石、巻線用の銅合金、 Hクラス（180℃） 絶縁。
- マルチフィジックスシミュレーション： 電磁気、熱、構造のシミュレーションを組み合わせます。NVH テストにより振動が ≤2.5mm/s。
- プロトタイピング： 私たちは量産基準に基づいて物理モデルを製作します。
- ベンチテスト： プロトタイプはテストベンチで動作し、電力、トルク、絶縁性を検証し、最高の効率を保証します。 97%以上。
- 実車キャリブレーション： 路上テストにより、このモーターは極端な天候や運転条件下においても車両のパワートレインに適合することが証明された。
- 量産展開： 当社では、プレス加工、ラミネート加工、巻線加工、磁石組立において、厳格な品質管理（QC）体制を構築しました。
モーターの詳細設計における主要要素
車種に応じて、当社はいくつかの特定の分野に重点を置いてエンジニアリングを行っています。
- 電磁設計： 空気の隙間を 0.5～0.8mm. トルクリップルを厳密に制御して 5%以内。
- 熱管理： モーターの加熱システムは、最適な動作範囲を維持するために車両のサーモスタットロジックと同期する必要があります。 80℃～120℃。
- 機械構造： * ローター： 内部永久磁石（IPM）ローターは、機械的強度を高めるために「V」字型または「ダブルV」字型の磁石配置を採用しています。
- シャフト： 高強度合金を使用しています 40CrNiMoA緩和された臨界速度は 1.2倍以上 最大動作速度。
- 密封： 当社では、フッ素ゴム製のOリングとダブルリップスケルトンオイルシールを採用しています。
- バル： 残留アンバランスは厳密に管理されています ≤3g・mm。
- 工学的適応： BEVには、電力密度が ≥4.5kW/kg. 商用車はコスト削減のために非同期モーターをよく使用し、 ≥3kW/kg。
技術的な課題を克服する
- 高速回転ローターの信頼性（20,000 rpm以上）： 極端な高速回転は遠心力を発生させ、部品の歪みを引き起こします。当社では、IPM（内部永久磁石）には高強度シリコン鋼を、SPM（表面永久磁石）には炭素繊維複合材スリーブを使用することで、この問題を解決しています。
- 消磁の防止： 高温や逆磁場は磁石を劣化させます。そのため、ジスプロシウムを添加した高保磁力磁石（例： 42SH、HcJ≥2000kA/m、Tc≥150°C) 我々は、磁場弱化電流を以下のように制限する。 -0.3インチ. 私たちは適用します Ni-Cu-Ni 腐食を防ぐためのメッキ、温度が一定値を超えた場合はソフトウェアによるディレーティングを使用する 180℃。
- NVH制御をマスターする： 高周波の異音は運転体験を損ないます。そこで、極とスロットの組み合わせとPWMスイッチング周波数を最適化しました。さらに、低騒音セラミックベアリングを採用し、制振材も追加しました。
- コスト管理： 希土類元素の価格変動は予算を圧迫します。そこで、希土類元素を使用しないSynRM設計に着目し、「X-in-1」統合型パワートレインレイアウトを採用することで部品点数を削減します。
将来のトレンド
業界は急速に変化しています。私たちはより高い電力密度（ ≥6kW/kg）および、DC/DCコンバータとOBCをループインする「マルチインワン」統合。エンジニアは、コスト削減のために、デジタルツインライフサイクル管理と希土類元素フリーのアーキテクチャもテストしている。水素燃料電池などのマルチエネルギーシステムへの適応が、今後10年間のモーターエンジニアリングの方向性を決定づけるだろう。
モーター設計と開発に関するよくある質問トップ5
1. 電気モーターの設計・開発における主要なステップは何ですか？
答え： このプロセスは、要件定義から始まり、詳細設計、シミュレーション、物理的なプロトタイプ作成、そして最終テストへと進みます。
エンジニアは以下の体系的な手順に従います。
- 要件定義： 必要なトルク、速度、効率、定格出力、電圧、および環境条件を決定する。
- モータートポロジーの選択： 適切なモーターの種類を選択する（例：誘導モーター、永久磁石同期モーター、スイッチトリラクタンスモーター）。
- 電磁設計： 固定子と回転子の形状、巻線構成、および磁性材料を最適化する。
- 熱設計： 過熱を防ぐために、適切な冷却を確保する。
- 機械設計: 建物のシャフト、ベアリング、ハウジング、および構造部品。
- シミュレーションとモデリング： マルチフィジックスソフトウェアを使用して性能を検証する。
- プロトタイプとテスト： プロトタイプを製作し、性能、NVH（騒音・振動・ハーシュネス）、信頼性をテストする。
2. モーター設計において最も重要なパラメータは何ですか？
答え： エンジニアは、モーターが車両に完璧に適合するように、トルク、速度、効率、および熱限界を綿密に調査します。
主なパラメータは以下のとおりです。
- トルク： モーターによって発生する回転力。
- 速度（回転数）： 用途に必要な回転速度。
- 出力電力: トルクと速度から算出。
- 効率： 機械的出力と電気的入力の比率。
- 電力密度: モーターのサイズまたは重量に対する、発生する出力の量。
- 熱限界： 巻線および磁石の最大動作温度。
- 電源特性： 電圧、周波数、電流の要件。
3. 電気モーターの設計・開発における最大の課題は何ですか？
答え： 主な課題は、高熱の管理、機械騒音の低減、そして高出力密度と厳格な量産コスト制限とのバランスを取ることである。
具体的な課題としては、以下のようなものがあります。
- 小型サイズを維持しながら、電力密度を向上させる。
- エネルギー効率を向上させて、バッテリーの消耗を抑える。
- 過熱や材料劣化を防ぐための熱管理。
- 材料面での制約、特に希土類磁石の供給量とコスト。
- 騒音・振動（NVH）を低減し、よりスムーズな動作を実現します。
- 効率性、重量、コスト、製造可能性のバランスを単一の設計で実現する。
4. エンジニアはどのようにして電気モーターの効率を向上させるのでしょうか？
答え： コア損失と銅損失を低減し、流体冷却を改善し、磁気設計全体を改良することで、効率を向上させます。
方法には以下が含まれます。
- 高品質の磁性材料（例えば、高品位シリコン鋼）を使用して、鉄損を低減する。
- ステータとロータの形状を最適化して、磁束分布を改善する。
- より優れた巻線設計（ヘアピン技術など）によって銅損を低減する。
- 最適な動作温度を維持するために、冷却システム（例：浸漬油冷却）を改良する。
- 高効率トラクションインバータなどの高度な制御方法を使用する。
- ベアリングと潤滑油の性能向上により、機械的な摩擦損失を低減する。
5. 現代の運動能力開発において、一般的に使用されているツールや技術は何ですか？
答え： エンジニアは、物理モデルを作成する前に、FEAやCFDといったデジタルシミュレーションソフトウェアを駆使して、何千もの設計を仮想的にテストする。
標準ツールには以下が含まれます。
- 有限要素解析（FEA） 電磁場シミュレーション用。
- 計算流体力学（CFD） 熱解析および冷却解析用。
- マルチフィジックスシミュレーションプラットフォーム 電磁気モデル、熱モデル、機械モデルを組み合わせたもの。
- 最適化アルゴリズム 最適な設計パラメータを自動的に見つける。
- 迅速なプロトタイピングと自動テストシステム。
