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インホイールモーターとは？

インホイールモーターとは、その名の通り、自動車の車輪（ホイール）の内部に直接組み込まれるモーターのことです。従来の自動車では、エンジンやモーターが車体の中央に配置され、プロペラシャフトやドライブシャフトを介して車輪に動力が伝えられていました。しかし、インホイールモーターでは、この動力伝達経路を大幅に短縮し、各車輪が独立して駆動するシステムを実現します。

この技術は、自動車の設計思想そのものを大きく変える可能性を秘めており、EV（電気自動車）やFCV（燃料電池車）の普及とともに、注目度が飛躍的に高まっています。

従来の駆動方式との違い

従来の自動車の駆動方式は、大きく分けてエンジンを搭載した内燃機関車と、モーターを搭載した電気自動車があります。それぞれの駆動方式とインホイールモーター方式との違いを見ていきましょう。

内燃機関車（ICE）の駆動方式

ガソリンやディーゼルを燃料とするエンジンで動力を生み出し、トランスミッション（変速機）、プロペラシャフト（後輪駆動車や四輪駆動車の場合）、ディファレンシャルギア（差動装置）、ドライブシャフトを介してタイヤに動力を伝えます。この方式は、多くの機械部品が必要となるため、重量増加や伝達ロスが発生しやすいという特徴があります。

一般的な電気自動車（EV）の駆動方式

バッテリーに蓄えられた電気エネルギーをモーターで動力に変換し、減速機やディファレンシャルギア、ドライブシャフトを通じてタイヤを駆動します。内燃機関車に比べて部品点数は少ないですが、それでもモーターは車体中央や前後に配置されることが多く、動力伝達のためのシャフト類は必要となります。

インホイールモーター方式

インホイールモーター方式では、各車輪のハブ部分に直接モーターが内蔵されます。これにより、プロペラシャフトやドライブシャフト、ディファレンシャルギアといった多くの伝達部品が不要になります。動力の発生源と最終的な駆動輪が一体となるため、エネルギー伝達効率が向上し、構造がシンプルになるという大きな特徴があります。

インホイールモーターの主な構成要素

インホイールモーターは、主に以下の要素で構成されています。

モーター本体

車輪の内部に収まるように設計された小型かつ高出力のモーターです。一般的にはブラシレスDCモーターや永久磁石同期モーターなどが用いられます。モーターの種類によって特性は異なりますが、高トルクと高効率が求められます。

インバーター

バッテリーからの直流電流をモーター駆動に適した交流電流に変換する装置です。各インホイールモーターに対して個別のインバーターを設置する場合や、複数のモーターを制御する中央インバーターを設置する場合があります。電力損失を最小限に抑え、高精度なトルク制御を実現するために重要な部品です。

減速機（ギヤ）

モーターが発生する回転数をタイヤの回転数に適した速度に減速させるためのギアです。モーターの設計によっては減速機を内蔵しない「ダイレクトドライブ方式」もありますが、一般的には小型の遊星歯車などを用いて減速が行われます。

ブレーキシステム

通常の車両と同様に、制動を行うためのブレーキシステム（ディスクブレーキなど）も内蔵されます。回生ブレーキ機能を持つインホイールモーターでは、制動時に電気エネルギーを回収し、バッテリーに充電することも可能です。

ベアリング・シール

モーターがスムーズに回転するためのベアリングや、水や塵の侵入を防ぐためのシールも重要な構成要素です。特に車輪内部という過酷な環境で使用されるため、高い耐久性が求められます。

インホイールモーターがもたらすメリット

インホイールモーターは、自動車の設計や走行性能に多くのメリットをもたらします。これらのメリットは、特にEV化が進む現代において、その重要性を増しています。

広範なスペース効率の向上

従来のエンジンやモーターが占めていた車体中央の空間が不要になるため、車室空間や荷室空間を大幅に拡大できる点が大きなメリットです。これにより、より快適な室内空間を提供したり、バッテリー容量を増やすことで航続距離を延ばしたりする選択肢が生まれます。

車内空間の自由度向上

駆動系部品がホイール内部に集約されることで、フロアがフラットになりやすくなります。これにより、シートレイアウトの自由度が向上し、居住性の高い車内空間や、移動オフィス、リビングルームのような多目的な空間設計が可能になります。特に自動運転車の普及を見据えると、この空間の自由度は非常に重要になります。

バッテリー搭載スペースの拡大

空いたスペースをバッテリーの搭載に充てることで、車両の航続距離を大幅に延長することが可能です。これはEVの普及における大きな課題である「航続距離の不安」の解消に貢献します。また、バッテリーの配置の自由度が増すことで、車両の重心を低く抑え、走行安定性を向上させることも期待できます。

高い運動性能と車両制御の進化

各車輪が独立して駆動・制御されるため、従来の車両では難しかった高度な運動制御が可能になります。

トルクベクタリングの最適化

左右の車輪、あるいは四輪それぞれに独立してトルク（駆動力）を配分できるため、旋回時に内輪のトルクを減らし、外輪のトルクを増やすことで、車両をスムーズに曲がらせる「トルクベクタリング」を極めて高精度に行えます。これにより、車両の旋回性能や安定性が飛躍的に向上し、意のままのドライビングフィールを実現できます。

トラクションコントロールと姿勢制御の向上

悪路や滑りやすい路面において、各車輪の空転を個別に検知し、瞬時にトルクを調整することで、最適なトラクション（牽引力）を確保できます。これにより、発進時や加速時の安定性が向上するだけでなく、横滑りなどの車両の不安定な挙動を抑制し、安全性を高めることができます。

回生ブレーキ効率の向上

各車輪にモーターが搭載されているため、制動時にそれぞれのモーターで発電（回生）を行うことが可能です。これにより、より効率的にエネルギーを回収し、バッテリーに充電することができます。一般的なEVと比較しても、回生エネルギーの回収効率が高まることで、航続距離のさらなる延長が期待できます。

構造の簡素化と製造プロセスの効率化

多くの機械部品が不要になることで、車両全体の構造がシンプルになり、製造工程にもメリットが生まれます。

部品点数の削減

プロペラシャフト、ドライブシャフト、ディファレンシャルギア、トランスミッションなど、多くの複雑な機械部品が不要になります。これにより、車両の軽量化、製造コストの削減、組立工程の簡素化が実現できます。

組立工程の簡素化

駆動系部品のモジュール化が進むため、組立ラインでの工程数が削減され、生産効率が向上します。これにより、車両の製造リードタイムの短縮や、製造コストのさらなる削減に繋がります。

設計の自由度向上

駆動系の配置にとらわれない設計が可能になるため、ボディデザインやプラットフォームの自由度が向上します。これにより、多様な車種展開や、特定の用途に特化した車両の開発が容易になります。

インホイールモーターの課題とデメリット

インホイールモーターは多くのメリットを持つ一方で、実用化に向けて克服すべき課題やデメリットも存在します。これらの課題は、技術的な側面だけでなく、コストや耐久性といった面にも及びます。

増加するバネ下重量とその影響

インホイールモーター最大の課題の一つが、バネ下重量の増加です。バネ下重量とは、サスペンションのスプリングよりも下にある部品の重さの合計で、タイヤ、ホイール、ブレーキ、そしてインホイールモーターそのものが含まれます。このバネ下重量の増加は、車両の走行性能や乗り心地に大きく影響します。

乗り心地の悪化

バネ下重量が増加すると、路面からの突き上げが大きくなり、乗り心地が悪化します。特に路面の凹凸が多い場所では、タイヤが路面に追従しにくくなり、車体が振動しやすくなります。これを改善するためには、サスペンションのセッティングを大幅に見直す必要があり、より高性能なショックアブソーバーや複雑な制御システムが求められます。

操縦安定性の低下

バネ下重量の増加は、操縦安定性にも影響を与えます。特に高速走行時やコーナリング時において、タイヤの接地性が低下しやすくなり、車両の挙動が不安定になる可能性があります。正確なハンドリングや優れた旋回性能を実現するためには、高度な車両制御技術と、バネ下重量の軽減に向けた材料技術の進化が不可欠です。

タイヤへの負担増

重いモーターが直接車輪に付いているため、タイヤにかかる負荷が増大します。これにより、タイヤの摩耗が早まったり、パンクのリスクが高まったりする可能性があります。タイヤメーカーとの連携による、インホイールモーター専用のタイヤ開発も検討されるべき課題です。

耐久性と信頼性の確保

車輪の内部という過酷な環境で使用されるため、高い耐久性と信頼性が求められます。

振動・衝撃への耐性

走行中の路面からの振動や衝撃がモーターに直接伝わるため、モーターのコイルやベアリング、配線などに大きな負荷がかかります。これらの部品が劣化しにくく、長期間にわたって性能を維持できるような設計と材料選定が不可欠です。

水・塵・熱への対策

車輪は常に水や泥、塵にさらされる環境にあります。これらの侵入を防ぐための厳重な防水・防塵対策が必須です。また、モーターは動作中に熱を発するため、効率的な冷却システムの設計も重要になります。特に夏場の高温環境や、長時間の高速走行時には、オーバーヒートを防ぐための熱マネジメントが課題となります。

メンテナンスの複雑化

モーターがホイール内部に組み込まれているため、万が一の故障時には、従来の車両よりも修理や交換が複雑になる可能性があります。専門的な知識と工具が必要となるため、メンテナンスコストの増加や、整備工場での対応が課題となることも考えられます。

コストと量産性の問題

現時点では、インホイールモーターの製造コストは従来の駆動システムと比較して高価であり、量産化に向けた課題も存在します。

製造コストの高止まり

高出力かつ小型化されたモーター、専用のインバーター、そしてそれらを過酷な環境下で動作させるための耐久性を持たせた部品の製造には、高度な技術と精密な加工が必要です。これが現在の高コストに繋がっています。量産効果によるコストダウンが期待されますが、初期投資は大きくなる傾向があります。

冷却システムの複雑化

モーターがホイール内に密閉されるため、効率的な放熱が難しくなります。そのため、複雑な冷却システム（液体冷却など）が必要となる場合があり、これもコスト増加の一因となります。小型化と冷却性能の両立は、設計上の大きな課題です。

サプライチェーンの確立

インホイールモーターはまだ新しい技術であるため、関連部品のサプライチェーンが十分に確立されていないケースがあります。安定した部品供給と品質確保のためには、サプライヤーとの連携強化が不可欠です。

インホイールモーターの技術的課題と解決策

インホイールモーターの実用化には、前述の課題を克服するための様々な技術開発が進められています。ここでは、特に重要な技術的課題と、それに対する解決策について解説します。

バネ下重量の軽量化技術

バネ下重量の増加は、インホイールモーターの最大のデメリットの一つです。この課題を解決するためには、モーター自体の軽量化と、サスペンションシステムの改良が不可欠です。

モーターの小型・軽量化

モーターの材料を見直し、高効率な磁石や軽量な巻線材料を採用することで、モーター自体の重量を削減する研究が進められています。例えば、より磁力の強いネオジム磁石の使用や、銅線よりも軽量なアルミニウム線の採用、あるいはモーターコアの設計最適化などが挙げられます。また、モーターと減速機を一体化させ、さらに小型化を図る技術も開発されています。

サスペンションシステムの最適化

バネ下重量の増加に対応するため、サスペンションシステムの設計も重要になります。電子制御式のエアサスペンションや、アクティブサスペンションシステムを導入することで、路面からの衝撃を吸収し、乗り心地や操縦安定性を向上させることが可能です。これらのシステムは、路面状況や車両の挙動に応じて減衰力をリアルタイムで調整できるため、増大したバネ下重量の影響を最小限に抑えることができます。

非懸架質量を減らす工夫

インホイールモーター自体をバネ下ではなく、バネ上の要素として扱う「ハブモーター」のような構造も研究されています。これは、モーターを直接ホイールに組み込むのではなく、ハブの近くに配置し、柔軟なジョイントを介して駆動力を伝えることで、バネ下重量の影響を軽減しようとするアプローチです。しかし、この方式にはまた別の課題も存在します。

冷却性能と防水・防塵対策

モーターがホイール内部に密閉されるため、効率的な冷却と、水や塵からの保護が重要です。

液体冷却システムの採用

空冷では十分な冷却効果が得られない場合が多いため、モーター内部に冷却液を通す液体冷却システムが採用されることが一般的です。冷却液の循環経路を最適化し、効率的に熱を外部に排出することで、モーターの性能低下を防ぎ、耐久性を向上させます。

高信頼性シールの開発

水や塵の侵入を防ぐためには、高性能なシール（密閉部品）が必要です。特に、回転しながらも外部環境から完全に隔離できるような、耐摩耗性、耐熱性、耐候性に優れた特殊なシール材や構造の開発が求められます。長期間にわたる使用に耐えうる信頼性の確保が課題です。

統合的な熱マネジメントシステム

モーターだけでなく、インバーターやバッテリーなど、車両全体の熱源を統合的に管理する熱マネジメントシステムの構築も重要です。冷却システムと連携し、最適な温度を維持することで、各部品の性能と寿命を最大限に引き出します。

電力供給と制御の高度化

各車輪に独立したモーターを搭載するため、電力供給と制御システムがより複雑になります。

高電圧・大電流対応

高出力のインホイールモーターを駆動するためには、バッテリーから各モーターへ、高電圧かつ大電流を安定的に供給するシステムが必要です。これに伴い、高電圧ハーネスの取り回しや、電磁ノイズ対策も重要になります。

分散型制御システムの構築

各インホイールモーターを個別に、かつ同期して制御するためには、高度な分散型制御システムが不可欠です。各モーターに専用のECU（電子制御ユニット）を搭載し、中央の車両制御ユニットと高速で通信することで、精密なトルク制御や回生制御を実現します。これにより、前述のトルクベクタリングやトラクションコントロールといった高度な車両挙動制御が可能になります。

サイバーセキュリティ対策

高度なネットワークで接続される制御システムは、サイバー攻撃のリスクも伴います。外部からの不正アクセスを防ぎ、システムの安全性を確保するためのサイバーセキュリティ対策も重要な課題となります。

インホイールモーターの応用と将来性

インホイールモーターは、その特性から様々な車両への応用が期待されており、将来のモビリティに大きな変革をもたらす可能性があります。

次世代モビリティへの適用

インホイールモーターは、EVや自動運転車、さらにはパーソナルモビリティなど、多様な次世代モビリティへの適用が期待されています。

電気自動車（EV）

EVとの親和性は非常に高く、プラットフォームの自由度向上、航続距離の延長、そして高度な車両運動制御といったメリットを最大限に引き出すことができます。特に、SUVやピックアップトラックなどの大型EVにおいても、高い駆動力と積載スペースの両立が可能になります。

自動運転車

インホイールモーターによる精密なトルク制御は、自動運転車の高精度な経路追従や障害物回避に貢献します。各車輪を独立して制御できるため、車両の姿勢を細かく調整し、乗員に不快感を与えないスムーズな自動運転を実現できる可能性があります。また、インホイールモーターにより車室空間が広がることで、自動運転中の車内での過ごし方も多様化します。

パーソナルモビリティ・超小型モビリティ

都市部での移動手段として注目される超小型EVや、高齢者向けのパーソナルモビリティにおいても、インホイールモーターはその小型・軽量性から有効な選択肢となります。小回りが利き、狭い場所でも取り回しがしやすい車両の実現に貢献します。

特殊車両・建設機械

フォークリフトや空港用トーイングトラクターなどの特殊車両、あるいはショベルカーやブルドーザーといった建設機械においても、インホイールモーターの採用が検討されています。高いトルクと精密な制御により、作業効率の向上や、低騒音化、排ガスゼロ化が期待できます。

新たな車両プラットフォームの創出

インホイールモーターは、従来の車両設計の制約を取り払い、全く新しい車両プラットフォームの創出を可能にします。

スケートボード型プラットフォーム

バッテリーやモーターといった主要な駆動系部品を車両下部の薄い「スケートボード」のような形状に集約するプラットフォームが注目されています。インホイールモーターを採用することで、このスケートボード型プラットフォームの実現がさらに容易になり、その上に様々なボディを載せ替えることで、多様な車種を効率的に生産することが可能になります。これにより、開発期間の短縮やコスト削減が期待されます。

多様なボディタイプの実現

駆動系が車輪周りに集約されることで、ボディデザインの自由度が大幅に向上します。例えば、極端に低いフロアを持つ車両や、前後にスライドするドアを持つ車両、あるいは荷室を最大化した商用車など、従来の車両設計では難しかった多様なボディタイプの開発が可能になります。

MaaS（Mobility as a Service）との融合

MaaSは、移動そのものをサービスとして提供する概念ですが、インホイールモーター技術はMaaSの進化にも貢献します。

オンデマンド交通の最適化

インホイールモーターを搭載した車両は、その小回り性能や高度な制御能力により、オンデマンド交通（必要な時に必要な場所で利用できる交通サービス）において、効率的な車両運用を可能にします。狭い路地での移動や、乗り降りのしやすさなどが向上し、MaaSの利便性を高めます。

ラストワンマイルソリューション

駅から目的地までの「ラストワンマイル」を埋めるモビリティとして、インホイールモーター搭載の超小型モビリティが活躍する可能性があります。都市部での交通渋滞緩和や、環境負荷の低減に貢献します。

インホイールモーターを導入している企業事例

インホイールモーターはまだ普及途上の技術ですが、すでに多くの企業が研究開発を進め、具体的な導入事例も現れ始めています。ここでは、国内外の主要な取り組みと企業事例を紹介します。

エリコンメジャー（Schaefflerグループ）

スイスのモビリティ技術企業であるエリコンメジャー（Oerlikon Drive Systems, 現Schaeffler E-Mobility GmbHの一部）は、インホイールモーター技術のパイオニアの一つです。長年にわたり、様々な車両向けにインホイールモーターの開発を進めてきました。

高性能インホイールモーターの開発

エリコンメジャーは、小型ながら高出力・高トルクを発揮するインホイールモーター技術に強みを持っています。特に、精密なギア技術とモーター制御技術を組み合わせることで、効率性と耐久性を両立させています。

特殊車両やレーシングカーへの採用実績

同社のインホイールモーターは、電気自動車のコンセプトカーや、EVレーシングカー（例えば、Formula Eの一部チームなど）への採用実績があります。極限の性能が求められるモータースポーツの世界で培われた技術は、将来の量産車への応用も期待されています。また、フォークリフトやAGV（無人搬送車）といった産業車両向けのソリューションも提供しています。

プロテアン・エレクトリック（Protean Electric）

イギリスに本社を置くプロテアン・エレクトリックは、インホイールモーターに特化した開発を行う企業です。彼らの技術は、その小型・軽量さが特徴です。

Piaggio（ピアッジオ）との提携

イタリアの二輪車メーカーであるピアッジオグループは、プロテアン・エレクトリックのインホイールモーター技術を活用した商用スクーターの試作車を公開しています。都市部の配送やラストワンマイル配送に特化した車両で、インホイールモーターによる省スペース性と効率性が高く評価されています。

量産化に向けた取り組み

プロテアン・エレクトリックは、中国の長城汽車など、自動車メーカーとの提携も進めており、インホイールモーターの量産化と実用化に向けた動きを加速させています。特に、既存の車両プラットフォームへの導入を容易にするような、標準化されたソリューションを提供することを目指しています。

ヒュンダイ（ヒョンデ）（Hyundai）

韓国の自動車メーカーであるヒュンダイ（ヒョンデ）は、将来のモビリティを見据え、インホイールモーター技術の研究開発に積極的に取り組んでいます。

「Mobility Teaser」の公開

ヒュンダイ（ヒョンデ）は、CESなどの展示会で、インホイールモーターを搭載したコンセプトモビリティを度々公開しています。これらのコンセプトは、自動運転機能と組み合わせることで、限られたスペースでのUターンやカニ歩きのような横移動など、従来の車両では不可能な動きを実現しています。

ロボティクス技術との融合

ヒュンダイ（ヒョンデ）は、インホイールモーター技術を同社のロボティクス分野とも融合させようとしています。例えば、四輪それぞれが独立して動き、階段を上ることも可能な「Elevate」のようなコンセプト車両は、インホイールモーターがなければ実現困難なものです。これは、災害救助や探索といった特殊な用途での活用が期待されています。

日本の自動車メーカーの動向

日本の主要自動車メーカーも、インホイールモーター技術の研究開発には力を入れていますが、現時点では慎重な姿勢を見せている企業が多いのが現状です。

トヨタ自動車

トヨタは、過去にインホイールモーターを搭載したコンセプトカーを発表したこともありますが、現時点での量産車への採用には至っていません。バネ下重量の増加やコスト、耐久性といった課題を慎重に見極めているものと考えられます。しかし、将来的にはEV戦略の中で重要な技術の一つとして、継続して研究開発を進めるものと予想されます。

ホンダ

ホンダもインホイールモーターの研究開発を進めており、特に小型EVやパーソナルモビリティへの適用に可能性を見出しています。過去には電動バイクのコンセプトにインホイールモーターを採用した例もあります。二輪車での実績が、今後の四輪車への展開に繋がる可能性も秘めています。

日産自動車

日産は、リーフなどのEV開発で先行していますが、インホイールモーターについては、現在のところ具体的な量産計画は発表していません。ただし、将来的な車両の電動化・自動運転化を見据え、先進的な駆動技術の一つとして研究開発は継続していると考えられます。

これらの事例からわかるように、インホイールモーターはまだ本格的な量産車への導入には至っていませんが、その潜在能力の高さから、世界中の企業が実用化に向けてしのぎを削っています。特に、特殊車両や限られた空間での移動を想定したモビリティから、徐々に普及が進んでいくものと予想されます。

インホイールモーターの今後の展望

インホイールモーター技術は、現在直面している課題を克服しつつ、確実に進化を続けています。今後の自動車産業の電動化、自動運転化の流れの中で、その重要性はさらに増していくでしょう。

技術の成熟とコストダウン

インホイールモーターが広く普及するためには、技術のさらなる成熟とコストダウンが不可欠です。現在、各メーカーやサプライヤーは、以下の点に注力しています。

材料技術の革新

より軽量で高強度、そして高効率なモーターを実現するための新素材開発が進められています。磁石材料、巻線材料、構造材料など、あらゆる部品で革新的な素材が求められます。

生産技術の確立

量産化を見据えた生産ラインの自動化や、効率的な製造プロセスの確立が重要です。これにより、部品単価の引き下げと、安定した品質の確保が可能になります。

標準化とモジュール化

異なる車種やプラットフォームにも適用できるような、標準化されたインホイールモーターユニットの開発が進められることで、開発コストの削減と、サプライヤー間での競争促進が期待されます。

法規制と社会インフラの整備

新しい自動車技術の普及には、法規制の整備や社会インフラの対応も重要です。

安全性評価基準の策定

インホイールモーター特有の安全性評価基準（例：万が一の故障時の安全性、衝突時の挙動など）の策定が必要です。これにより、消費者への信頼性が向上し、安心して導入できる環境が整います。

メンテナンス体制の構築

インホイールモーター搭載車の増加に伴い、専門知識を持った整備士の育成や、特殊工具の導入など、メンテナンス体制の構築が求められます。アフターサービスの充実が、普及を後押しします。

未来のモビリティへの貢献

インホイールモーターは、単に自動車の部品の一つとしてだけでなく、未来のモビリティ社会を形作る上で不可欠な要素となる可能性があります。

自動運転の進化を加速

高度な車両運動制御は、自動運転システムの精度と安全性を飛躍的に向上させます。インホイールモーターが普及することで、よりスムーズで安全な自動運転が実現し、交通事故の削減や渋滞緩和に貢献します。

新たなビジネスモデルの創出

スケートボード型プラットフォームのような、駆動系とボディが分離した設計は、モビリティサービスの新たなビジネスモデルを創出します。例えば、一つのプラットフォームで多様なサービス（タクシー、配送、移動オフィスなど）を提供できるようになり、モビリティの利用形態が大きく変化する可能性があります。

環境負荷の低減

EVとの組み合わせにより、走行中のCO2排出量をゼロに抑え、都市の空気質改善に貢献します。また、回生ブレーキの効率向上は、エネルギー消費量の削減にも繋がります。