モーターも"クール"な方がいい｜高温による不可逆減磁を防止し、損失を低減しながら熱を奪う

そもそも、モーターを冷却・潤滑しなければ、どのような問題が発生するのか？ノア／ヴォクシーで初採用された第5世代ハイブリッドシステムのモーター設計、冷却性能を中心に担当した長井信吾主任は、こう明快に答えてくれた。

長井：モーターの構成部品の耐熱温度を超えないようにする、というのが第一です。たとえば、モーターが熱くなって磁石が耐熱温度を超えると『不可逆減磁』といって、磁力が下がって戻らなくなり、本来のトルクが出なくなってしまうんです。

ではモーター、そして磁石は、どのようなプロセスを経て熱を帯びていくのか。

長井：電流を流していくと銅＝コイルは温度が上昇していきます。電磁鋼板にも磁束が入っていくことで全体が高温になります。磁石も磁束が入ることで発熱しますし、コイルや電磁鋼板から受熱することで温度が上昇します。温度が上がりすぎると磁力が落ちて使い物にならなくなるので、そうならないよう冷やす必要があります。

同じく第5世代ハイブリッドシステムのモーター冷却設計を担当した岡崎 唱主任はこう指摘する。

岡崎：磁石の上限温度をひと言で定義するのは難しく、磁界によっても温度のクライテリアが変わります。ですから、モーターがどんな動作状態で使われているかでも守らなければならない上限温度が変わってきます。そこが冷却設計するうえで難しいところですね。

THS IIのモーターの温度管理は、実車ではどのように行なわれているのだろうか。

岡崎：モーターの負荷状態を見ながら、磁石の温度が限界温度を超えないように部品保護の制御を組んでいます。つまり磁石が過熱しそうになったらトルクを絞るなどして問題のない運転状態に戻さなければならないわけですが、それはモーターの使用領域を狭め、動力性能を低下させることになる。そうならないように冷却を設計しています。シャフトや磁石は回転体で温度をセンサーで検知するのが難しいので、ステーターにセンサーを貼り付けて温度をモニタリングしています。