月: 2022年4月

イグニッションコイルとは

イグニッションコイルとは、ガソリンエンジンに取り付けられている点火装置の一部であり、スパークプラグの放電に必要となる高電圧を得るための変圧器です。

ガソリンエンジンの場合、燃焼室内のガソリンはスパークプラグの放電によって点火され、燃焼します。スパークプラグが放電するための高電圧の電気を供給するのが、イグニッションコイルです。

イグニッションコイルは、車に搭載された鉛バッテリーの12ボルトの電圧をスパークプラグが放電するために必要となる高電圧へと変換する役割を担っています。イグニッションコイルがスパークプラグに供給する電気の電圧は、約20,000～35,000ボルトです。

イグニッションコイルの使用用途

イグニッションコイルは、自動車のガソリンエンジンに使われています。現在のガソリンエンジンのほとんどは、レシプロエンジンという気筒の中をピストンが往復運動する機構が3〜12本組み合わさって、エンジンの出力軸となる1本のクランク軸を回しています。イグニッションコイルはスパークプラグとともに、各気筒ごとに取り付けられています。

ただし、自動車でもディーゼルエンジン車にはイグニッションコイルは使われていません。ディーゼルエンジンでは、燃料となる軽油は圧縮によって自己着火します。そのため、スパークプラグもイグニッションコイルも必要ありません。

イグニッションコイルの原理

イグニッションコイルの構造は、1つのコアと呼ばれる鉄心を軸に、1次コイルと2次コイルと呼ばれる2つの電線が巻き付けられています。1次コイルは、0.3～0.6mmの電線が100～200回、2次コイルは、0.03～0.06mmの電線が10,000～20,000回巻き付けられたものです。さらに、お互いの部品の間には、絶縁のためにエポキシ樹脂が充填されています。

まず、車の運転を始める際に、ドライバーがエンジンを始動させる動作をすると、ECUというエンジン制御のユニットがイグナイタと呼ばれるスイッチをON状態にします。イグナイタがON状態になると、車に搭載された12Vバッテリーから、イグニッションコイルの1次コイルに電気が供給されます。

バッテリーから供給された電流がイグニッションコイルの1次コイルに流れると、コアには磁束が発生して電磁石となります。その後、ECUがイグナイタをOFF状態に切り替え、1次コイルへの電流が止まると、コアの磁束が急に失われます。その後、2次コイルに起こるのが「電磁誘導」と呼ばれる現象です。

電磁誘導とは、コイルがその中を通る磁束が変化した際に、高電圧を発生する現象のことです。このときの1次コイルと2次コイルの巻き数の違いから、2次コイルには高電圧が発生します。2次コイルに発生した高電圧をスパークプラグに供給し、スパークプラグが電気を放電することによって、エンジンの燃焼室内のガソリンは着火され、燃焼します。

イグニッションコイルのその他情報

イグニッションコイルの寿命

イグニッションコイルには寿命があります。一般的に交換の目安は、走行距離10万kmと言われています。イグニッションコイルが劣化したり寿命を迎えて故障すると、車には下記のような現象が現れます。

1. アクセルペダルを踏み込んでもエンジンの回転数が思うように上がらない
2. エンジンが掛かりにくい
3. アイドリング時にエンジンの回転数が不安定になる
4. ダッシュボード内にあるエンジンチェックランプの警告灯が点灯する

上記のような現象が起きたら、イグニッションコイルの交換を検討します。イグニッションコイルの場合、全ての気筒を同時に交換するのが基本です。

さらに、スパークプラグの交換も併せて検討しましょう。スパークプラグは、放電によって少しずつ消耗していきます。消耗したスパークプラグはイグニッションコイルへの要求電圧が高くなるため、交換したばかりのイグニッションコイルへの負担が大きくなってしまいます。イグニッションコイルの交換時には、スパークプラグも併せて点検が必要です。

エアバッグとは

エアバッグとは、自動車の安全装置の1つであり、衝突時に乗員の衝撃を和らげる役割を果たすシステムです。

固定した壁に対して正面衝突する速度に換算して、時速20キロメートル以上の衝撃で作動するよう設定されているのが一般的です。運転席用・助手席用のエアバッグは車両の前面方向からの衝突に対してだけ効果を発揮し、斜め方向・横方向からの衝突時には作動しない可能性もあります。

最近は、横方向からの衝撃から乗員を守るサイドエアバッグ、サイドカーテンエアバッグを装備する自動車も増えています。日本の交通法規にはエアバックの標準搭載の義務はありませんが、欧米などでは完全に義務化されています。

エアバッグの使用用途

1.自動車

エアバッグは自動車が衝突事故を起こした際に、乗員がハンドル、インストルメントパネル、ダッシュボード、フロントガラスなどへの衝突を防ぐために使用されます。日本で使われているエアバッグはSRS (Supplemental Restraint System: 補助拘束装置) エアバッグと呼ばれ、シートベルトの補助装置として設計されています。

シートベルトを着用していない場合は、エアバッグが作動しても乗員を十分に守ることができない可能性があります。また、一度作動して膨らんだ後は自動的にしぼむため、多重衝突事故など2回以上の連続的な衝撃が発生した事故の、2回目以降の衝撃には効果がありません。

2. 自動車以外

エアバックは自動車以外の用途でも使用されています。代表的な用途としては、以下のようなものがあげられます。

• オートバイ用エアバック
• 自転車用エアバック
• 雪崩対策用エアバック
• 惑星探査機用エアバック

エアバッグの原理

エアバックは、事故の衝撃を感知するセンサー、インフレータ (ガス発生装置) 、バック、コントロールユニット、回転コネクタ (運転席のみ) で構成されている装置です。

1. 事故の衝撃で膨らむ仕組み

自動車の特定部分に加わった衝撃をセンサーが感知し、エアバッグのコントロールユニットに信号を送ります。その信号を受け、インフレータが点火すると瞬時にガスを発生させて、ナイロン製のバッグを約0.03秒で膨らませます。

2. エアバックが衝撃を吸収する仕組み

エアバックには、ガスの排出口 (ベントホール) が設けられています。膨らんだエアバックに人が衝突して、エアバック内に充満したガスの圧力が高まると、この排出口からガスが噴出する仕組みです。

これにより、人がエアバックに衝突した瞬間にエアバックは収縮し、ぶつかった衝撃をガスを噴出させる運動エネルギーに変換して外に逃がします。仮に排出口がなければ衝撃がそのまま人体に加わってしまい、大怪我や命の危険につながります。

エアバッグの種類

1. 展開方式による分類

衝撃検知からエアバッグの展開までの動作を行う機構には、以下の3つがあります。

機械式エアバッグ
電気的な仕組みを一切使わずに、衝撃を機械センサが感知します。ばねなどの機械的な仕組みのみで、ガス発生装置への着火を行うエアバッグです。古い自動車には、機械式エアバッグが装備されていることが多いです。

電子式エアバッグ
加速度センサーで減速度で感知して、減速度の設定値を超えた場合にガス発生装置に信号を送り、着火させ作動させるエアバッグです。最近の新しい自動車には電子式が装備されています。

電子機械式エアバッグ
衝撃を感知する機械センサを使用するところは機械式と同じですが、ガス発生装置への着火信号の伝達が電子式に行われるものです。

2. 格納部位による分類

エアバッグで一般的なのものは、運転席エアバックや助手席エアバックですが、自動車の側面からの衝突を想定したサイドエアバックやサイドカーテンエアバックなどもあります。欧米などはこの2つのエアバックも含め標準搭載が義務化されています。

それ以外にも、乗員を保護するためのエアバッグは、格納されている場所によって以下のような種類のエアバックが存在します。また、歩行者との衝突時に車外で開いて、歩行者への衝撃を軽減する歩行者保護用エアバッグも使用されています。

• ニーエアバック
• シートクッションエアバック
• リアウィンドウカーテンエアバック
• 後部エアバック
• 後部センターエアバック
• シートベルトエアバック
• ドアマウントカーテンエアバック
• ITSヘッドエアバック
• ペルビスエアバック

エアバッグのその他情報

ガス発生装置の種類

エアバッグのガス発生装置には、下記の3種類が存在します。

1. パイロ方式
固体のガス発生剤を使い火薬の燃焼によりガスを発生させます。小型軽量であることが特徴です。

2. ストアードガス方式
高圧ガスを耐圧容器に充填して使用します。高圧ガスを使っているため、エアバッグの展開が早いです。

3. ハイブリッド方式
パイロ方式とストアードガス方式を組み合わせたハイブリッド方式です。小型軽量でエアバッグの展開が早いことが特徴です。

ヘッドライトとは

 

ヘッドライトとは、頭に付けるライトです。転じて、車の前面に取り付けられ、前方を照らすライトもヘッドライトと呼びます。

ヘッドライトは目線と一致する方向に光を照射することが可能です。これにより、視界が明るくなり、前方の障害物や地形を把握しやすくなります。また、頭に装着するため、両手を自由に使うことができます。作業やスポーツを行う際に非常に便利です。

ヘッドライトの使用用途

ヘッドライトは様々な用途で使用されます。以下はその一例です。

1. 工事現場

工事現場では手が自由に使えるため、暗い場所での作業が効率よく行えます。工具や作業エリアを明るく照らすことで、作業の精度が高まります。また、歩行時の安全性も向上させることが可能です。

2. 修理

車や機械の修理において、暗所や閉所での作業にはヘッドライトが便利です。手元を明るくしながら作業ができるため、細かい作業もスムーズに進めることができます。

3. スポーツ

ランニングやサイクリングを夜間・早朝に行うときには、ヘッドライトが非常に役立ちます。前方の道や障害物を照らすことで安全に走行することが可能です。特に暗い道では、自分の存在を周囲に知らせることで事故を防ぐことができます。

また、トレイルランニングのようなアウトドアスポーツでは、ヘッドライトの明るさと照射範囲が重要です。岩や木の根などの障害物を早期に発見し、安全に走ることが可能です。

ヘッドライトの原理

ヘッドライトは基本的には、光を発生させて前方を照らすシンプルな器具です。

光源には、LEDやハロゲンランプが使用されます。以前はハロゲンランプが一般的でしたが、LEDに比べて消費電力が高く、寿命も短いです。エネルギー効率が低いため、現在はLEDランプが主流です。

また、光を集束しつつ適切な範囲に広げるために、レンズや反射板を使用します。レンズは光を特定の方向に集め、反射板は光を効率的に前方に向けるために採用されます。これにより、明るく広い照射範囲を実現し、効率的に視界を確保することが可能です。

多くのヘッドライトには、明るさや照射角度を調節する機能があります。明るさの調節は光源へ供給する電力を制御することで行われます。照射角度の調節は、光の向きや範囲を変えることで、特定の状況に合わせた照明を提供します。

ヘッドライトの選び方

ヘッドライトを選ぶ際は、以下を考慮することが重要です。

1. 寸法

ヘッドライトの寸法は、使用感や快適さに大きく影響します。特に長時間の使用を考慮すると、ヘッドライトのサイズと重量は重要な要素です。軽量でコンパクトなモデルは首にかかる負担を軽減し、長時間の装着でも疲れにくくなります。

また、装着する際のフィット感も重要です。ヘッドライトがヘルメットや頭にしっかりと固定できることは、使用中の安定性や快適性に直結します。調節可能なバンドなどの設計がしっかりしていると、自分の頭のサイズや形に合わせて調整しやすくなります。

2. 光源

ヘッドライトの光源は、明るさや光の質に関わる要素です。最も一般的な光源はLEDです。LEDはエネルギー効率が高く、長寿命でありながら高い輝度を提供します。また、LEDの色温度や明るさの調節が可能なモデルも多く、自分の用途に合わせた光の特性を選ぶことが可能です。

3. 電源

電源は持続時間に関係する選定要素であり、リチウムイオンバッテリーや電池が採用されます。リチウムイオンバッテリーは軽量かつ長寿命であり、高いエネルギー密度を有します。これにより、長時間の使用が可能です。また、バッテリーが切れた場合、再充電することが可能です。乾電池は交換が簡単ですが、再充電することができない場合が多いです。

4. 照射距離

照射距離は、ヘッドライトが照射できる光の距離を表す指標です。キャンプや家庭内作業などでは前方の近距離を明るくするだけで十分ですが、登山やトレイルランニングなどでは長距離照射が可能なヘッドライトが必要です。長距離照射することで、暗い道や不明瞭な地形でも安全に移動することができます。

ブレーキディスクとは

ブレーキディスクとは、車両の減速・停止を行うための制動装置に用いられる円盤状の部品です。

車両に使われる制動装置 (ブレーキ) にはいくつかの種類がありますが、ディスクブレーキはドラム式ブレーキと並ぶ代表的なブレーキの1つです。ブレーキディスク、ブレーキキャリパー、ピストン等から構成されています。

ブレーキディスクはディスクローターとも言われ、円盤状の形をしており、車輪とともに回転します。制動時には、ピストンから伝えられる力でブレーキキャリパー内にあるブレーキパッドがブレーキディスクの両側を強く挟み込むことで制動力を得ます。

ブレーキディスクの使用用途

ブレーキディスクは、ディスクブレーキの部品として車軸に取り付けられ、車両の制動に使用されます。ディスクブレーキは、ブレーキディスクが外部に露出しているために、制動時に発生する熱をブレーキディスクを介して外部に放出できます。

この特性により、ディスクブレーキは高速走行からの急制動や、連続した使用時などで問題となる、ブレーキパッドの熱による制動力の低下 (フェード現象) が起こりにくいブレーキです。また、雨などでブレーキディスクの表面が濡れても、ディスクの回転と共に水滴が弾き飛ばされるので、雨天時の制動力の低下も起こりにくい利点があります。

ディスクブレーキは航空機で使用が開始され、その後に自動車、バイク、電車などでも使われるようになりました。現在では、多くの自動車で使用されています。

ブレーキディスクの原理

ブレーキディスクはディスクブレーキを構成する主要部品であり、車輪と一体となって車軸に取り付けられて回転する円盤です。ブレーキディスクは耐摩耗性があり放熱効果が高い鋳鉄製のものが主流になっています。

制動時には、ピストンに加えられた力を使ってブレーキディスクの両側をブレーキパッドで挟み込むことで、両者の間に摩擦力が働き、制動力を得ます。それによって、一体となって回転している車輪にブレーキがかかります。

ブレーキディスクには梃の原理が働くので、大きな径であるほど、ブレーキディスクを外周部から挟み込んだ際に得られる制動力が大きくなります。しかし、ブレーキディスクとブレーキキャリパーはホイールの内側やサスペンション、ホイールハウスなど他の部品との干渉を起こさない範囲に収納しなければならないので、大きさには限界があります。

一般的には、高性能やスポーツ走行などを特徴とする自動車ほど、大口径のブレーキディスクを使用しています。

ブレーキディスクの種類

ブレーキディスクは形状の違いにより、ソリッドディスクとベンチレーテッドディスクに分類されます。

1. ソリッドディスク

ソリッドディスクは、1枚の円盤状の板で構成されるブレーキディスクです。軽量であるため、運動性能が高いという利点があります。

その一方で、ベンチレーテッドディスクと比較すると、ディスクの表面温度が上がりやすく、フェード現象が起きやすいのが欠点です。そのため、普通車の後輪や軽自動車のフロントなど、制動時の負荷が比較的少ないと考えられている車輪に使用されています。

2. ベンチレーテッドディスク

ベンチレーテッドティスクは、内側に放熱用の空洞を設けた2枚の円盤を空間をあけて重ね合わせたような形状を持つブレーキディスクです。ソリッドディスクに比較して重くなる一方で、高い冷却効果が得られ、フェード現象が起こりにくいのでスポーツ走行に適しています。

スポーツカーを始め、走行時のブレーキの負荷が大きいと考えられる自動車に使われています。また、車両の制動時のブレーキに対する負荷は、重心移動により後輪よりも前輪の方が大きくなります。

そのため、前輪にベンチレーテッドディスクを採用し、後輪にソリッドディスクを採用した自動車も多く市販されています。

ブレーキディスクのその他情報

ブレーキディスクの材質

ブレーキディスクの材質には、鋳鉄の他にカーボンセラミック製のものがあります。カーボンセラミック製のブレーキディスクは、複雑な工程を経て作られる高価な商品です。

しかし、軽量で全開走行しても性能が低下しにくいことから、高価格帯のスポーツカーやレーシングカーなど、限定された自動車で採用が始まっています。

トランスミッションとは

トランスミッションとは、エンジンの動力を適切なトルクと回転速度に変速させて車輪に伝える動力伝達装置です。

変速機などとも呼ばれ、エンジンの出力軸とタイヤを回転させるシャフトの間に位置しています。自動車の性能の向上に伴って、さまざまな種類のトランスミッションが開発されています。

ドライバー自らが手動で変速させるマニュアルトランスミッションや機械が自動で変速するオートマチックトランスミッション、変速ギアを使用せずに無段階で変速ができる無段変速機などが代表的です。

トランスミッションの使用用途

トランスミッションは、主に自動車の走行条件に応じてギアを変更し、トルクや回転数を増減させて駆動力を調整する際に使用されています。例えば、平地で走行する場合、高速ギアにして速く走行します。

上り坂では低速ギアに変速して回転数を落とす分、力強く走行しエンジンに掛かる負担を抑え、燃費を良くすることができます。

動力がガソリンやディーゼルではなく電動モーターの場合は、超低回転から高回転までほぼ安定して力を出すことが可能です。EVでは変速機が無いか、もしくは2段まで使用できます。

トランスミッションの原理

トランスミッションはサイズの異なる種類の歯車と軸がエンジンとつながっており、走行状況に応じてギアと呼ばれるパーツを切り替えて自動車を効率よく走行させることができます。大きな歯車で小さな歯車を回す際に、小さな歯車の回転数は多くなり、逆に小さな歯車で大きな歯車を回す際には回転させる力であるトルクは大きくなります。

これは、トランスミッションが活用している動作原理です。例えば、坂道で大きな力が必要な際は、トルクが必要になるため大きなギアを回します。

高速道路の走行時には回転数が必要になるため、小さなギアを回します。トランスミッションのギアを走行環境に応じて選択することで、状況に適した駆動力の出力が可能です。

トランスミッションの種類

トランスミッションを機能性で分類すると、「マニュアルトランスミッション」「オートマチックトランスミッション」「無段変速機」の3種類があります。

1. マニュアルトランスミッション

ドライバー自らが手動でギアを変更するタイプの自動車です。ニュートラル (N) やリバース (R) 、1～6速などのギアがあります。主にスポーツカー、作業用車両、業務用トラックなどに搭載されています。

2. オートマチックトランスミッション

ギアの変更を自動で行ってくれるタイプの自動車です。現在、最も普及しているタイプの自動車で、現在国内で新車販売登録されている車の約98％が、このタイプの自動車です。

3. 無段変速機

歯車の組合せに関係なく特殊な金属製のベルトを使用したタイプの自動車で、正確に区分されたギアを使用せずに変速できます。変速をスムーズ行えるため、燃費を向上させることが可能です。

トランスミッションのその他情報

オートマチックトランスミッションのギアの種類

1. パーキング (P)
駐車時に使用するギアです。トランスミッションの内部でロックがかかり、車が動かない状況になります。

2. リバース (R)
バック走行時に使用するギアです。ギアの回転方向を逆向きにすることで車を後退させます。

3. ドライブ (D)
車を走行させる際に使用します。オートマチックトランスミッションでは走行状況に応じて自動的にギアチェンジを行ってくれます。そのため、走行中は基本的にドライブに入れたままにします。

4. ニュートラル (N)
エンジンとタイヤを一時的に切り離して動力が伝わらないようにします。オートマチックトランスミッション車では、ギアをドライブのままにしているとアクセルを踏んでいないのに車が走行する「クリープ現象」と呼ばれる現象が発生します。

ギアをニュートラルにすると、タイヤを動かす動力を切断できるためクリープ現象は発生しません。パーキングとは異なり、ギアにロックはかかっていません。そのため、雪道でタイヤが雪にはまった際などは、ギアをニュートラルにして後ろから手で押して対応します。

ステアリングとは

ステアリングとは、自動車などの乗り物や産業用機械の動きを制御するための機構です。

自動車、オートバイ、船などの乗り物や、クレーンやフォークリフトなど産業用機械での用途があります。乗り物ではその進行方向を変えるために使用し、産業用機械ではその主要な動きを制御するために使用します。

自動車の場合、ステアリングは運転者が操作するハンドルから、前輪の向きを変えるまでの機構のことです。また、ハンドルのことをステアリングやステアリング・ホイールと呼ぶことも多くあります。

本記事では、自動車のステアリングについて解説します。

ステアリングの使用用途

ステアリングは、運転者が自動車の進行方向を変えるために使用します。運転者がハンドルを回すと前輪がハンドルを回した方向に、ハンドルを回した角度に応じて傾きます。

自動車の前輪は、走行中に曲がる際に内輪と外輪で軌道の大きさに差が生じます。ステアリングは進行方向を変える際に、内輪と外輪の切れ角に差をつけて内輪と外輪の軌道の違いによるスリップの発生を防ぐ機構が組み込まれているのが特徴です。

その他、ハンドル操作を軽い力で行うためのパワーアシスト機構 (パワーステアリング) や、運転者の体形に合わせてハンドルの位置を調整する機構などが設けられています。また、ハンドルは運転時に運転者の正面に位置します。そのため、ハンドルにホーンを鳴らすボタンとエアバックが組み込まれているケースがほとんどです。ハンドルのコラム部には、ワイパーやライト関連のスイッチが設置されています。

近年では、ハンドル上にオーディオ関連のスイッチや、前車追随機能付きのクルーズコントロールスイッチなどの運転支援関連のスイッチを組み込んだものも多くあります。

ステアリングの原理

ハンドルを回転させると、その回転はステアリングシャフトを介してステアリングギアボックスに伝わります。ステアリングギアで回転が横方向の動きに変換され、ステアリングギアボックスから左右に延びているタイロッドを左右方向に動かします。ハンドルを右に切ったときは、タイロッドは左側にスライドして左側が長く、右側が短くなるのが基本です。

タイロッドの先端は、車輪につながるステアリングナックルから出て車体の中央に向け斜め後ろ方向に延びたナックルアームにつながっています。タイロッドが、このナックルアームを押したり引いたりして車輪の角度が変わります。

このように自動車のステアリングは、アッカーマン機構といわれる内側の車輪が、外側の車輪よりも小さな半径で曲がる、言い換えると大きな切れ角で曲がる構造です。それにより、自動車は左右のタイヤが同心円状の軌跡を描き、スムーズに曲がれるようになります。

なお、ハンドルの回転をタイロッドの左右方向へのスライドに換えるギアボックスには、ラック&ピニオン式やボールナット式があります。

1. ラック&ピニオン式

ステアリングシャフトの先端にピニオンギヤを装着し、シャフトに刻まれたラックと嚙合わせることで横方向に変換します。剛性が高く、応答性にも優れているため、現在販売されている自動車の多くに使用されています。

2. ボール・ナット式

ボール・ナット式は、ステアリング軸の回転をボール循環式スクリューを使って直線方向の動きに換えて、前輪の角度を変える方式です。耐久性が高く、路面からのキックバックを受けにくく、ハンドル操作も軽いので、トラックなどに多く採用されていました。

しかし、ラック&ピニオン式よりも部品が多く、複雑であるため、現在ではあまり採用されていません。

ステアリングの種類

今日生産されている自動車のステアリングは、ハンドル操作に必要な力を小さくするためのアシスト機能が備わった、パワーステアリングがほとんどです。パワーステアリングは、油圧によるアシスト方式とモーターによるアシスト方式があります。現在では、モーターを使った電動パワーステアリングが主流です。

また、運転者の体格に合わせてハンドルの角度を変えられる機能を備えたステアリングをチルト式ステアリングと言います。運転者とハンドルの距離を変えられる機能を備えたステアリングはテレスコピックステアリングで、これらの調整機能も広く普及しています。

さらに、アシスト機構と調整機能を全て備えたステアリングも広く採用されるようになりました。例えば、自動車のカタログには「チルト＆テレスコピック調整機能付きの電動パワーステアリング」などと記載されています。

電気自動車バッテリーとは

電気自動車バッテリーとは、電気自動車に搭載されているバッテリーで、繰り返し充電・放電ができる電池です。正式には、蓄電池や二次電池などと呼ばれています。

電気自動車の一充電航続距離や最高出力などは、電気自動車バッテリーの容量や性能により決まると言ってもいいほど、重要な役割を果たしています。

電気自動車バッテリーには、「鉛蓄電池」「ニッケル水素電池」「リチウムイオン電池」が使用されています。現在は、エネルギー密度が最も高く、大容量で、価格も抑えられている、リチウムイオン電池が主流です。

電気自動車バッテリーの使用用途

電気自動車バッテリーには、用途の異なる2種類のバッテリーがあります。

1つ目は、走行するためにエネルギーを供給する「駆動用バッテリー」です。現在販売されている電気自動車の駆動用バッテリーには、大容量のリチウムイオン電池が使用されています。

2つ目は、ライトを点灯したり、オーディオ機器を動かしたりするための「補機用バッテリー」です。エンジン車と同様に、12Ｖの直流電気を供給しています。こちらは、一般的に鉛蓄電池が利用されています。

電気自動車バッテリーの原理

現在販売されている電気自動車バッテリーには、主にリチウムイオン電池が使用されています。リチウムイオン電池は、一般的に、正極・負極・セパレータ・電解液から構成されています。電池内部で、正極と負極の間をリチウムイオン電池が行き来することで、充電・放電を行うことで、繰り返し使用することができます。

リチウムイオン電池には、形状により、「円筒型」「パウチ型（ラミネート型）」「角型」の3種類に分けることができます。
「円筒型」：円筒形であるため、セルとセルの隙間に無駄が生まれるため、車載向けとしては、マイナーな存在です。しかし、安価で高エネルギー密度であることから、テスラなどで採用されています。

「パウチ型（ラミネート型）」：薄いラミネートフィルムで包まれています。薄型で省スペース化に有利で、パワーも強いことから、パウチ型が本命と言われています。日産リーフなどで採用されています。

「角型」：四角いため、コンパクトで薄型化が可能です。機械的強度・エネルギー密度・サイズなどが、車載用途としてバランスが良く、トヨタをはじめ、大手自動車メーカーなどで採用されています。

EVモーターとは

EVモーターとは、電気自動車に使われているモーターのことです。

電気自動車は、バッテリーに貯めた電気のみを使用して走行します。EVモーターは電気を使って駆動力を生み出す装置で、ガソリン車のエンジンと同じ役割を果たすため、車を走らせるうえでは必要不可欠です。

気候変動対策により、「2035年までに新車販売で電動車100％を実現する」と日本政府も発表していることから、今後ますます需要が増えていくことが予想されます。

EVモーターの使用用途

EVモーターは、電気自動車を駆動させるために使用されています。自動車に搭載されているバッテリーの電気エネルギーを、モーターによって運動エネルギーに変換することで駆動させます。エンジンと異なり、電気エネルギーの90%を動力に変換することができ、効率よく使うことができます。

EVモーターは駆動時だけでなく、車の減速時などにも使用されます。電気自動車は搭載されているEVモーターによってブレーキ時に得た運動エネルギーを電気エネルギーへと変換するため、EVモーターは電気自動車のエネルギーを効率よく使うためにも欠かせません。

EVモーターは加速性能がよく、アクセルを踏んだ瞬間に最大トルクを発揮できます。また、エンジンのような往復運動を行わないため、走行音は静かで振動もほとんど感じられません。

EVモーターの原理

モーターの動力源となる電気には直流と交流があり、EVモーターでは交流が主流となっています。また、交流モーターの中でも、現在では永久磁石型同期モーター、巻線界磁型同期モーター、誘導モーターの3種類がよく使用されています。

1. 永久磁石型同期モーター

回転子に永久磁石を使用したモーターです。PMモーターとも言われています。永久磁石を回転子に使用することにより、二次銅損がなくなることから高効率で小型である点が特徴です。

2. 巻線界磁型同期モーター

回転子に電磁石を使用したモーターです。永久磁石型同期モーターは、モーターを動かしていない時でも電流を流し続けなければなりません。巻線界磁型のモーターでは、電力を流す必要のない所では、モーターに一切電流を流す必要がなく、電流量を少なく抑えることができます。

3. 誘導モーター

交流電源に直接接続して使用することができる非同期モーターです。構造がシンプルゆえに安価で、大容量化するほど効率が向上します。

EVモーターの構造

EVモーターは、直流及び交流モーターの2種類が販売されています。以前はEVモーターには直流モーターを使用していましたが、現在は構造の違いにより交流モーターが使用されています。

1. 直流モーターの構造

直流モーターはモーター内部にN極とS極、両極間に回転可能な電磁石を搭載しています。搭載されている電磁石に直流が流れ、N極とS極が反発し合うことでモーターが回転し、動作する仕組みです。

また、直流モーターは電流を流した際に一定方向に電磁石を回転させる必要があります。そのため、電流の向きを常に一定方向に変化させる整流子が欠かせません。整流子を搭載することで一定方向に電磁石を回転させられますが、モーターの騒音やモーターの早期劣化を起こしやすいデメリットもあります。

2. 交流モーターの構造

交流モーターにも直流モーター同様にN極とS極、電磁石が搭載されている点は同じですが、直流ではなく交流でモーターが動作します。また、直流モーターには欠かせない整流子の搭載も必要ありません。そのため、直流モーターに比べて騒音が少なく、耐久性も高いメリットがあります。

また、交流モーターにコンバーター装置を取り付けることでモーターの回転速度を細かく制御することが可能です。そのため、乗りやすさや快適性が求められている近年のEV車では細かな制御が行える交流モーターが主流となっています。

EV電池とは

EV電池とは、電気自動車 (Electric Vehicle) 用途のバッテリーです。

一度限りの使用で電池が切れるのではなく、充電すれば何度でも使用できます。現在、EV電池として使用されているのは、リチウムイオン電池が主流です。

リチウムイオン電池は、それ以前のバッテリーである鉛蓄電池に比べると軽量・大容量であり、エネルギー密度が高いという長所がある反面、電解液漏れや発火事故の危険性があるという短所もあります。そのため、現在は次世代のEV電池として、電解液を使用しない全固体電池の開発が進められています。 

EV電池の使用用途

EV電池は、車載用バッテリーとしてハイブリッド車・EVの電源に使用されます。また、最近では、EVの電源としての用途だけでなく、電力の安定供給のため、EV電池をEVに搭載したまま仮想発電所としての利用も期待されています。

電力は大量の備蓄が難しいので、電力不足による突発的な停電が大きなリスクです。電力不足が発生したとき、実際の発電所からの電力だけでなく、企業や一般家庭の太陽光発電・蓄電池・EVからの電力を融通する仮想発電所構想の中で、EVとEV電池の用途はさらに広がります。

EV電池の原理

現在EV電池の主流であるリチウムイオン電池と現在開発段階の全固体電池の動作原理は以下のとおりです。

1. リチウムイオン電池

リチウムイオン電池は、電解質の液体の中でリチウムイオンが正極と負極の間を行き来することで、充電・放電します。リチウムイオン電池の構成は、リチウム化合物を含む有機溶媒、リチウムと金属を含む酸化物の正極、黒鉛の負極、高分子化合物膜でできたセパレータです。

外部の充電器から電流を流し、負極に電子を送りこむと、プラスイオンであるリチウムイオンが正極側からセパレータの隙間を通り抜け負極に移動し、正極と負極の間に電位差が生じて電池が充電されます。放電するときは、負極に蓄えられていたリチウムイオンが正極側に移動し、マイナス電荷を持った負極から外部の負荷へ電子が流れ、電池のエネルギーが使われます。

2. 全個体電池

全固体電池も、リチウムイオンが正極と負極の間を行き来する原理はリチウムイオン電池と同じです。ただし、全固体電池には電解液が使われておらず、電解質の固体の中をリチウムイオンが移動します。また、正極と負極が触れる恐れがないため、セパレータはありません。

EV電池の種類

EV電池は主に充電ができる二次電池を利用しています。現在開、発されて商品化されているEV電池には以下に示すものがあります。

1. 鉛蓄電池

鉛蓄電池は、材料が豊富で安価である点や衝突時に加わる外力で爆発や火災のリスクが低いといった点に優れています。電気自動車の補機用バッテリーとして使用されます。

エアコンやライトに使用するバッテリーを別で確保しておくことで、事故の際に駆動用バッテリーが故障しても補機バッテリーで駆動する部品は問題なく動作可能です。鉛蓄電池は高寿命で低価格であるため広く使用されています。

2. リチウムイオン電池

大きな特徴として、他の二次電池と比べた時にエネルギー密度が1.5~5倍高いです。容量が減少したように見えるメモリ効果が無く、公称電圧も3.6Vと高いメリットがあります。

一方、エネルギー密度が高く、高温で発火する危険性もあります。そのため、駆動用バッテリーで用いる電気自動車では大きな衝撃による破損を防ぐ必要があります。自動車メーカーは、駆動用バッテリーの安全性は特に注意を払って開発を行います。

3. ニッケル水素電池

正極に水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵合金を使用する構成になっています。ニッケル水素電池は、エネルギー密度などの性能面ではリチウムイオン電池に劣るもののコストや安全面では優れています。エネルギー密度が小さいため主にHEV (ハイブリッド車) に使用されます。

ビニールロープとは

ビニールロープとは、合成繊維を用いて作られたロープ全般のことです。

材質によってさまざまな性質を有しています。ビニールロープは合成繊維を用いていることから、綿や麻といった天然繊維のロープと比較して、強度や耐水性、耐薬品性に優れている反面、耐熱性や耐摩耗性、紫外線耐性に劣る製品もあるため注意が必要です。

ポリエステルやビニロンといった素材を用いたビニールロープはこれらの問題点に対応している製品も多く、材質を理解したうえで選定することが重要となります。 ビニールロープは材質のみならず、太さや打ち方 (より合わせ方) によってもさまざまな種類があり、強度やキンクと呼ばれる型崩れのしやすさに大きく影響します。

一般的な3本のロープをより合わせた3ツ打ちは強度がある反面、キンクを起こしやすいため、クロスロープやブレード打ちと呼ばれるキンクを起こしにくい編み方の製品も広く販売されています。

ビニールロープの使用用途

ビニールロープの使用用途は主に梱包、荷役用途ですが、その素材によってさまざまな特徴を有していることから、幅広い用途に用いられています。一例として、最も一般的に用いられるPP (ポリプロピレン) 製のロープは強度と価格の安さ、耐水性の良さから漁業や一般荷役用に使用される場合が多いです。

また、PE (ポリエチレン) 製ロープは、軽量で水に強く強度がある反面、硬く滑りやすいことから農業用ネットやインテリア用途に、ポリエステル製のロープは強度のみならず耐摩耗性、耐候性、耐水性に優れていることから救命ロープや命綱などに用いられています。

ビニールロープの特徴

ビニールロープは種類も多く、特徴もそれぞれ異なりますが、主な長所や短所は以下の通りです。

長所

ビニールロープの長所は、天然繊維の物に比べて強度が高いものが多いことです。耐摩耗性や引っ張ったときや引き裂いたときの強さにも優れています。

これらの物理的強度だけでなく、耐水性や耐薬品性、防カビ性などにも優れており、総合的に耐久性が高いと言えます。近年では、ビニールロープのリサイクル技術も進歩し、環境への配慮も進んでいる状況です。

短所

ビニールロープの短所は、基本的に生分解性を有していないことです。一部の物を除いて土に還ることが無いため、畑で使用した後には適正に取り除かなくてはなりません。

畑に放置しておくと分解されずに残るため、トラクターや耕運機を使用した際に爪に絡まり故障の原因にもなる場合があります。

ビニールロープの種類

ビニールロープの種類はさまざまですが、中でも特に使用されることが多い素材は以下のとおりです。

1. ナイロン

一般的なものの中で、最も強度に優れた特徴を持っています。摩擦やショックに対して非常に強く、若干水を吸う性質があります。

2. ポリエステル

酸やアルカリ、海水などに強く、対候性や耐摩耗性にも優れた丈夫なロープです。

3. ポリプロピレン (PP)

比較的安価で、強度に優れ軽量であるという性質があります。紫外線に弱いのが欠点ですが、これを補うために着色されているものもあります。

4. ポリエチレン (PE)

軽量で耐水性も高く強度にも優れていますが、硬くて滑りやすいという特徴もあります。

5. ビニロン (クレモナ)

強度や耐久性使いやすさに優れていますが、水に濡れた後に乾くとやや硬くなるという特徴もあります。幅広い用途で使用されているロープです。

ビニールロープの選び方

ビニールロープは多種多様であり、使用用途によって素材を選ぶ必要があります。

1. ナイロン

細手のものは装飾用やネット用、リード用に使い、太手のものは登山用やスリング、牽引用として使われるのが一般的です。

2. ポリエステル

細手のものは結束用に、太手のものは漁業用や船舶用、親綱などに多く使わております。

3. ポリプロピレン

細手のものを装飾用や結束用に、太手のものを荷役用や漁業用、船舶用として使用します。

4. ポリエチレン

細手、太手ともに農業園芸用やネット用に使用します。漁業用に太手のものを使用する場合もあります。

5. ビニロン (クレモナ)

細手のものをテントやタープ用、結束用に使用し、太手のものは荷役用や親綱などにも使用されています。