電気モーター（EV）とガソリンエンジンの比較に関して。

Question

大きさなどなかなか、同じ基準で比較しにくいですが、同じトルクで比較した場合、電気モーターは出力（馬力・PS）に弱みがあるかと思います。

■質問
① 同じ大きさのモーターで、出力を上げるには技術的課題はなにでしょうか？

② 80km未満のトルク優先の街乗りではモーターは非常に優秀ですが、
例えば航空機などにモーターを利用すると、特性的に何が不足でしょう？
仮に電池の容量が現行の5倍になった場合にモーターの飛行機はありでしょうか？
それとも、基本加速力だけ求められる航空機だと、回生メリットが無いのでモーターは無理でしょうか？

Answer 1

世界初の全個体電池搭載車が発表されましたね｡
https://www.youtube.com/watch?v=vYNOO5Ew0Hg
150Kwh 航続1,000km 650馬力 850Nm 0-100m 3.9秒
700万円から 5.1*1.98m

まずモーターとガソリン車のトルク出力が正反対です｡
モーターは最初から最大トルクで高回転になればトルクは下がっていきます｡
エンジンは低速ではトルクが無く回転が上がるとトルクが出ます｡
馬力＝トルク×回転数なので自ずからその特性が見えますね｡

モーターの方が簡単に出力を上げられます
1000馬力でも2,000馬力でも比較的簡単です｡
モーターはエンジンのボアストロークの関係に似ています｡
ボア＝電圧 ストローク＝電流です
モーターの径を上げる→高電圧
長さを伸ばす→高い電流
同じ電力W=V×AならVを上げると高回転型で馬力が上がる
Aを上げると低回転型でトルクが上がる

飛行機でも可能ですが問題は重量ですね｡
しかし音速に近い速度を出すには無理かな｡（高回転トルクが落ちる）

Answer 2

エンジン車だと前輪か後輪にしか動力を伝達出来ないし、そもそもトルクフルだと、タイヤ幅を増やして接地面を増やさないとタイヤが空転してロスが大きく意味ないですからね。

EVなら回転特性に応じて出力も制御出来ますし、将来的にインホイールモータになって各四輪独立駆動になれば、タイヤのサイズに合わしてトルクを伝えられるし、低ミューな路面状態だと空転しているタイヤを止めて空転していないタイヤへ動力を伝えて、スリップし難い四駆車も研究されてますからね。

Answer 3

ご質問を見ますと、

動力馬力とトルク特性、

モーター容量＞電圧を上げるだけでは容量が少なければ出力は出ない、

そして動力と推力が理解されていないようです。弱みという言葉を上げていますが機械に弱みは無く特性を生かせていない。です、是非この意味を理解なさってください。

Answer 4

① 技術的課題はなにでしょうか？
一言で言うと冷却です。耐熱材と冷却が追いつくなら、小型モータでも電流や電圧を上げて、3倍のトルクとか出せます。モータの特性上、最初の起動時は通常の数倍の電流値が流れます。このあたりが、回転数が低くても最大トルクがでる所以です。同じ仕事をさせるならエネルギは決まってますから、小型になればより電気密度が上がるわけで、発熱が一番の問題です。

② 特性的に何が不足でしょう？
航空機用に応用するなら軽量化だと思います。一番効率の良い導線や永久磁石は材質が決まっており、軽量につくれば間違いなくトルクが落ちます。


ですが、もとより新幹線なら新幹線用の。自動車なら自動車用の最適なモータは設計可能と考えますから、当然航空機用なら、それなりのもので作ると思います。
NASAだったかが常時滞空可能なソーラ電気飛行機はすでに実験してましたね。

Answer 5

エネルギーをバンバン熱にして逃がしているエンジンに比べれば、モーターの方が圧倒的に熱効率がいいので、電池の問題が解決すれば、回転エネルギーを得るのは全部モーターになるでしょう。

ただ、「熱効率と耐久性度外視でコンパクトに大出力を得る」という点では、エンジンは燃料と酸素を無理くりぶち込めば出力が上がるのですが、モーターにはそういう芸当はできない。例えばF1レース用のエンジンと同じ出力を同じ容積・重量のモーターで得るとかね。

技術課題は超電導かな。抵抗なしで電流をバンバン流して出力を上げるには、銅線コイルの抵抗が足を引っ張ってるから。

Answer 6

①
技術的課題は何もない。
電気自動車で100㎞以上で巡行したければ、トランスミッションを積めばよい。
実際、フォーミュラーEの車にはトランスミッションがある。

②
既に電気モーターの飛行機が飛んでいる。
ドローンがそれ。
航続距離が短いのが課題。