ゼロエミッション時代を先駆する未来志向のＥＶシステムを開発【NTN】

世界屈指の軸受メーカーであるＮＴＮは、各種ベアリングや等速ジョイントのトップブランドとして、自動車分野でも高い評価を受けてきた。しかし今後普及が進むＥＶでは、駆動軸や各種ギアなどで動力を伝達する必然性が減少し、これら自動車部品の構成に大きな変化が起きることが予想される。
この来るべきゼロエミッション時代を見据え、究極のＥＶをリードする技術開発に早くから取り組んできた、ＮＴＮ株式会社常務取締役 福村善一氏に、最新の技術成果についてお話をうかがった。

三菱自動車工業㈱のi- MiEV（アイ・ミーブ）や、日産自動車㈱のリーフの登場で、ＥＶ市場もいよいよ本格始動の時代を迎えている。
もっとも、技術という観点からいえば、ＥＶはいまだ過渡的な、さらなる進化が求められている段階ともいえるだろう。
ＥＶには、既存の自動車の枠を越える、大きな可能性がある。しかし、これまでに市販されてきた車種は、いずれも内燃エンジンをモータに置き換えたワンモータ方式で、ＥＶならばこそ可能と期待されてきた技術の、ほんの一部しか実現されていない。
ＥＶの究極は、車輪のなかにモータを組み込む、インホイールモータ方式といわれている。この方式では、従来の自動車にあったエンジンスペースが不要になり、車両の設計や、デザインの自由度が、飛躍的に向上することになる。また、４輪を独立に制御することで、その場旋回や横方向移動など、内燃車では不可能だった動きが実現できるようになる。さらに、高い次元で小型・軽量化、高度に知的な運動制御も容易で、走行安定性や安全性を大幅に高められるのも、インホイールならではの魅力だ。ほかにも、ハンドル操作を電気信号で操舵システムに伝えるステアバイワイヤも、これからの技術として期待されている。
これら究極のＥＶ技術は、もちろん一朝一夕に実現できるものではない。内燃車に劣らない、高い品質のＥＶを創り上げるには、地道に技術を積み上げていく必要がある。
たとえば一般論として、インホイールモータは、バネ下重量の増加によって乗り心地が悪化すると指摘されてきた。乗用車としての走行性能で妥協することなく、この問題に応えることが、究極のＥＶ実現に向けた、各社の腕の見せ所といわれている。
ＮＴＮは、2003年という早い時点から、将来訪れるであろう、内燃車からＥＶへの産業転換を予測し、いち早くＥＶ関連技術の開発に取り組んできた。とりわけ、小型・軽量化したモータと、お家芸であるトライボロジー（摩擦・摩耗・潤滑のメカニズム）の深い理解に基づいた、独自設計の減速機を組み合わせるアプローチでは、他に類をみない優れた水準を達成している。以下に、ＮＴＮの最新ＥＶ技術の数々を紹介しよう。

インホイールモータシステム

ＮＴＮのインホイールモータシステムは、インホイールモータモジュールに加え、センサ情報に基づきインバータで駆動力を最適に制御するトータルシステムだ。すでに、水没試験や加震試験、30万キロの耐久試験など各種試験もパスしており、実走行に十分な信頼性を確保している。
最新のインホイールモータ・モジュールは、初代開発品に比べて40％の軽量化を成し遂げており、これは世界最軽量でもある。この軽量化に大きな役割を果たしたのが、新たに設計されたサイクロイド減速機だ。
モータを小型化しながら、既存の1.5 リッタークラスの乗用車に匹敵する走行性能を実現するには、減速比の大きな減速機が必要になる。ところが、一般的な遊星ギアでは、減速比はせいぜい５～６程度どまり。これに対して、産業機械で使われていたサイクロイド減速機は、大きな減速比を稼げるものの、せいぜい3000回転までの利用しか想定されていなかった。
ＮＴＮのインホイールモータ・モジュールは、このサイクロイド減速機に、独自の技術改良を加えることで、小型でありながら11 という高い減速比を達成した。しかも、実車で時速150キロを可能にする１万5000回転で動作しつつ、動力伝達効率も遊星ギヤと同等以上の性能を実現している。
さらに、動力システム内に発生した熱を、潤滑技術によって外部に輸送し空冷する機構も組み込まれ、駆動システム全体の小型化が成し遂げられている。これらは、ＮＴＮならではのトライボロジー技術の本領発揮といえるだろう。

小型化を追求した、電動コミュータ用インホイールモータシステム

現段階で、インホイールモータはどこまで小型・軽量化できるだろうか。その技術追求のアプリケーションの一つとして、二人乗り電動コミュータ向けのコンパクトなインホイールモータモジュールが作製されている。薄型ハブベアリングの採用、減速機やモータの機構変更を行うことで、パワーは若干制限されるものの、ホイール内にモジュールを収納し、後輪二輪使用で左右の駆動力を独立制御することで、軽快に動作するコミュータに、必要十分な能力を持たせたことが大きな特徴だ。

２段変速　ワンモータＥＶ駆動システム

モータの小型化は、すべてのＥＶでメリットになる。ＥＶ用の高性能モータは希土類の使用なしには作れないため、小型化は希少資源の節約になるからだ。しかし、既存のワンモータＥＶでは、変速機能のない減速機を用いていて、結果として駆動モータは大型になっていた。
そこでＮＴＮは、独自設計の自動２段変速機を用いて、駆動モータを小型化軽量化しつつ、低速域からのスムーズな加速性能と高速走行性能を両立させる、ワンモーターＥＶ駆動システムを開発した。
このシステムは、等速ジョイントや多軸荷重センサ内蔵ハブベアリングなどと組み合わせ、「ＮＴＮーワンモータＥＶパワートレイン」としての提供も行う予定という。

ステアバイワイヤ操舵システム

ＥＶならではの操舵システムとして期待されるステアバイワイヤだが、これには十二分の安全対策が求められる。
ＮＴＮのステアバイワイヤシステムの特徴は、独立した二系統のモータがあることだ。メインモータが転舵操作を行う一方、サブモータも常に働いており、車両進行方向に対するタイヤの開き角( トー角) を制御することで、車両状態に応じた操縦安定性の向上と、走行抵抗の低減などに貢献する。
そして、万が一、メインモータが故障した場合でも、0.1秒以内にサブモータに制御が切り替わるようになっており、ハンドル操作を維持する安全設計になっている。
先頃、ＮＴＮではこれまでの開発体制を一新して、ＥＶシステム事業部の立ち上げを行った。これによって、さらに幅広いＥＶ関連技術に取り組み、洗練を深める体制が整ったという。また、開発品の営業・販売にも、本格的に乗り出す。これは、早くからＥＶの基幹技術の開発に取り組み、その完成度を高めてきたＮＴＮの自信を物語るものと云っていいだろう。

［NTN株式会社　商品化・知的財産戦略部］

（自動車技術2011年5月号より転載）