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第120回 絶好調! ハイブリッド自動車のテクノロジー —前編—

 トヨタ自動車が2009年5月18日に発表・発売したハイブリッド自動車、新型プリウスが好調な売れ行きを見せています。7月3日時点の新聞報道によると、すでに発注は20万台を超え、トヨタも、7月1日以降の注文分が納車されるのは、2010年3月以降になると告知しています。
 トヨタが2008年度(2008年4月〜2009年3月)に世界中で生産したすべてのクルマの合計が約710万台ですから、その3%程度にあたる台数を、わずか一ヶ月半で受注した計算になります。単一車種の生産台数としては、年間40万台レベルのクルマもありますが、プリウスの場合はバッテリやモータなどの生産能力による限界があることや、まだ欧州や北米では本格的な販売が始まっていないことを考えると、文字通りに驚異的な数字というしかありません。

 ホンダが2009年2月6日に発表・発売した新型インサイトの売れ行きも順調です。日本自動車販売協会連合会が発表した2009年4月の新車販売台数(軽自動車除く)では、1万481台で堂々の1位に輝き、5月は1位プリウス(1万915台)に続き、8183台で3位、6月も1位プリウス(2万2292台)に対して3位(8782台)と健闘しています。2009年は、ハイブリッド自動車が本格的な普及の段階に入った年として記憶されることになるでしょう。

 ハイブリッド自動車については、以前にも「第58回 キャパシタ vs バッテリ −ハイブリッド車用蓄電器の本命は?−」「第18回 クリーンな地球は、いかがですか? −夢のある乗り物=電気自動車−」などで簡単に触れましたが、もっと詳しいことが知りたくなった方も多いのではないでしょうか。そこで今回と次回の2回に渡り、ハイブリッド自動車のしくみと、その将来像についてとりあげたいと思います。
 今回は、ハイブリッド自動車の基本的な構造と種類、そしてプリウスが搭載している「電気式無段変速機」のしくみにフォーカスしてみましょう。

ハイブリッド自動車誕生の背景


 現在「ハイブリッド自動車」という言葉は、ガソリンを燃料として作動するエンジンと、電動モータの両方を搭載したクルマを指して使われています。しかし、本来は「複数の動力源を搭載」し、「それぞれがクルマの走行に貢献する」ことがハイブリッド自動車の定義ですから、将来的には「エンジン+モータ」以外のハイブリッド自動車も登場する可能性があります。
 エンジン+モータ方式がハイブリッド自動車の定義になってしまったのは、元祖ハイブリッド自動車といえるクルマが、電気自動車(EV:Electric Vehicle)の航続距離を伸ばすため、発電機としてのエンジンを搭載したものだったことが影響していると考えられます。 「ミクステ」と名付けられたそのクルマが登場したのは、なんと1896年。設計者はフォルクスワーゲン・ビートルや、世界初のミッドシップ車を開発したことでも有名な、フェルディナント・ポルシェ博士でした。
 この当時はまだ、エンジン車とEVが覇権争いをしていました。エンジン車は現在のようなセルフスターター機構を持たず、始動が難しかったことや、排気ガスの問題などから、敬遠される傾向もあったのです。その後、エンジンの性能が向上したことでEVはすたれ、ハイブリッド車も忘れられた存在になっていきます。

 しかしその後もハイブリッド車の研究は細々と続けられ、特定の地域で限定的に販売された記録も残っています。1970年代になると、資源・環境問題が持ち上がったことで開発が活発化し、1975年の第21回東京モーターショーには、トヨタが「センチュリー・ガスタービン・ハイブリッド」を参考出品しています。
 世界規模で再び大きな注目を浴びるきっかけになったのは、ボルボ社が1992年に各国のモーターショーへ出展したコンセプトカー「ECC(エコロジー・コンセプト・カー)」でしょう。ECCもミクステと同様、エンジンで発電しながら走る電気自動車でしたが、このECCによって、ハイブリッド車への注目が一気に高まることになります。

 EVの最大の弱点は、航続距離と、バッテリが切れてしまったときのリカバリー方法です。航続距離を伸ばそうとしてバッテリの搭載量を増やすと、クルマがどんどん重くなってしまい、走行性能に悪影響をおよぼしますし、搭載量に応じてクルマの値段も高価になってしまいます。また、どれだけ多くのバッテリを搭載しても、航続距離には限度がありますから、いつかは充電しなければなりません。バッテリの搭載量が多ければ多いほど、満充電までに長い時間が必要にもなります。

 しかし、発電用エンジンを積んでいれば、エンジン用の燃料がある限り走り続けることができますし、通常のエンジン車と同様、燃料が残り少なくなったらガソリンスタンドに立ち寄れば、数分程度で満タンまで燃料が補給できます。また、エンジンは重い車体を直接動かすための大きな力を発生させる必要がなく、発電機としてだけ機能すればいいので、排気量も小さくて済みますし、さらに最も作動効率の良い領域でだけ運転できるので、エネルギー効率が高まります。

 言葉を換えると、ミクステやボルボECCは、新たな充電用インフラを整備することなく、通常のエンジン車と同様の使い勝手で運用できるEVなのです。このようなハイブリッド車は、出力の流れが「エンジン→発電機→バッテリ→モータ」と、直列に並ぶことから、シリーズ(Series:直列)・ハイブリッドと呼ばれています。

 しかし、シリーズ・ハイブリッド方式のクルマは、まだ一般向けには市販されていません。プリウスやインサイトが採用しているハイブリッド機構は、充電のためだけではなく、エンジン出力を直接、走行のためにも使うようになっています。また、プリウスとインサイトでも、そのしくみは大きく異なっています。

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