1.DCモーターの概要

DCモーターは、回転子と定子から構成されています。回転子には、巻き線に流れる電流が磁力によって回転力に変換されます。定子には、電源から流れる電流が磁力によって回転子に力を与えます。回転子と定子の相対的な位置関係によって回転方向と速度を制御します。

2.DCモーターの原理

DCモーターの動作原理は、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいています。回転子と定子に巻かれた巻線に電流を流すことで、磁場が発生し、回転子が回転します。この回転子の回転運動によって、機械的なエネルギーを発生させることができます。

3.DCモーターの用途

DCモーターは、様々な用途に使用されています。例えば、自動車、電気工具、家電製品、工場機械などで使用され、精密な制御や高いトルクを必要とする場合に優れた性能を発揮します。また、小型のDCモーターは、ロボット、玩具、電子機器などでも広く使用されています。

4.DCモーターの種類

DCモーターには、ブラシ付きDCモーターとブラシレスDCモーターの2種類があります。ブラシ付きDCモーターは、ブラシと呼ばれる部品が回転子と接触することで回転を制御します。一方、ブラシレスDCモーターは、ハローセンサーと呼ばれる部品が回転子の位置を検出して制御します。ブラシレスDCモーターは、メンテナンスが不要で寿命も長く、高速回転時にも安定した性能を発揮することができます。

バッテリー(電池)の部品・材料の種類

現代社会においての代表的なバッテリー（蓄電池、二次電池）はリチウムイオン電池ですが、他にもマグネシウム系電池、アルミニウム系電池、亜鉛系電池、フッ素系電池、金属硫黄電池、金属空気電池などの種々のバッテリーが研究開発されています。これらのバッテリーですが、いずれも主に以下の4種類の材料、部材から構成されています。

1.正極 2.負極 3.電解質 4.セパレーター
以下に、主にリチウムイオン電池においての、それぞれの代表的な材料を示します。

1.正極

LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiFePO4、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2(NMC111)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NMC622)、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NMC811)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NMC523)、
LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)、Li1.2Ni0.13Co0.54Al0.13O2(リチウム過剰型正極)　など

2.負極

カーボン、グラファイトなどの炭素系材料 /Li4Ti5O12などの酸化物系材料 / SiO、Siなどのシリコン系材料 /リチウム金属材料

3.電解質

電解質塩：LiPF6、LiBF4、LiTFSI、LiClO4など /電解質液：炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどのカーボネート系、イオン液体系など /
固体電解質：LLZO(Li7La3Zr2O12)、LLTO(La0.57Li0.29TiO3)、NASICON(Li1+xAlxTi2−x(PO4)3など

4.セパレーター

一般的にPP、PEなどのポリオレフィンの微多孔性膜が使用されています。 他にもポリエステル繊維、芳香族ポリアミド繊維、セルロース系繊維などの耐熱性材質が開発されており、耐酸化性、耐電解液性を向上させるためにアルミナ、シリカ、チタニアなどの無機物を塗布、複合化したような複合材料のセパレーターも研究開発されています。上記は主にリチウムイオン電池に用いられる材料を示しましたが、例えば、リチウム硫黄電池には硫黄正極、金属空気電池には炭素系材料、窒素や遷移金属をドープした炭素系材料、酸化物から成る正極材料が用いられたりします。他にも、例えば、アルミニウム系電池、亜鉛系電池であれば、負極はアルミニウム、亜鉛などの金属になります。

1.電池の発展とともに発展したEV

近年環境保護、SDGｓの観点から電気自動車（EV）の需要が高まってきている。また災害時の緊急用電源の確保の観点から重要なインフラと位置付けられている。EV開発は電池の発展と切っても切れない関係で電池容量の増大・安全性の向上に支えられ発展してきた。自動車の走行性能に関わる電池の主な特性は【走行距離－電池容量など】【高出力―高電流放電】【安全性－安全装置（＋セパレーター、ポリスイッチなど）、全固体化など】が挙げられる。

2.EV用電池のトレンドとLi電池の長所と短所

初期のHEVなどは当時普及していたNi-HM(ニッケル水素)電池を使用していたが、高容量の必要性から現在のEVにはLi電池が主に使用されている。但しLi電池は爆発の可能性のある有機電解液を使用しており事故の際の安全性が課題である。現在、開発レベルでは有機溶媒を用いない全固体電池、全樹脂電池などの開発が進んでいる。

１）CV(サイクリックボルタンメトリ)：各電池材料の電気的耐性、電解液・電極の反応を調べる。
２）交流インピーダンス測定：電池内部の各界面の状況を調べる。
３）充放電試験：電池容量の測定、劣化診断などなどが挙げられる。これらの測定にはポテンショガルバノスタットなどが用いられ、電池の容量に応じて以下のような評価装置(メトロームオートラボ; VIONIC)を用いる。VIONIC powered by INTELLO：電気化学測定装置 | Metrohm

3‐3　組電池(モジュール)の評価

EVが自動車として性能を発揮するために、搭載する電池には高出力が求められる。その為には単電池を必要な電圧・電流密度などに応じて並列・直列で複数組み合わせる。この後このモジュールを冷却機構などとシステム化、パッケージにしたもので以下のような評価が行われている。

１）初期の評価：電圧、容量、充放電性能をポテンショスタットなどで評価。
２）使用中の評価：寿命特性など所定の性能が出ているかの評価。
３）リサイクルの為の評価：複数の電池の中で特に劣化が進んでいる単電池を特定する。3)に関しては交流インピーダンス評価などを利用する手法開発が進んでいる。電池の価格はEV全体のコストの大きな要素を占めるため、一部の劣化電池の特定、交換、さらにはリサイクル、リユースを行う技術が実現すれば今後のEVの普及にも大きく貢献すると考えられる。

1.成形技術の自動車向け成形技術の概要

成形技術は色々なもの作りの現場で用いられます。中でも自動車向け部品の製造時に使われ、概要を理解しておくべき工法と原理について、主なものを御紹介します。

1.鍛造

部材に直接物理的な力を加え変形させ、目的の形状を得る加工。日本古来の刀鍛冶の技法もこれにあたる。自動車部品における鍛造は金型を用いる機械鍛造が中心で、他の工法に比べ生産コストはかかるものの高い靭性が得られるのがメリットです。その為、強度を必要とする重要部品の製造等に採用されています。

2.鋳造

古来から金属加工技術としてあった鋳型を用いた加工法をベースとして発展してきた技術。溶解した材料を砂の鋳型や金型等に流し込み、冷やして固めることで目的の形状を得る。複雑な形状の部品も高い精度で生産できる特長があり、大量生産も可能で、自動車部品の製造で広く活用されます。また、小ロットの試作品作成にも鋳造が活躍します。

3.プレス加工

部材を金型に押し当て、プレス機の圧力で希望通りの形状を得る加工。その特性上、大量生産でも安定した品質を得られ、大小様々な部品作りで活用されます。車体やドアの様な大型パーツもプレス加工で作られることが多く、自動車製造の主役とも言える工法です。

4.圧延・押出・引抜

金属やプラスチック等の部材を変形させ、目的の形状を得る加工技術。それぞれの加工に適した金型が活用されます。

5.射出

溶かして液体状になった樹脂系の素材を、金型の内部に注射器の様な要領で注入し目的の形状を得る。自動車部品においては、世界的なEV化、車体軽量化の流れの中、軽くて丈夫な樹脂系素材や炭素繊維素材への置き換えが進み、重要度が増している技術です。

6.その他

他の技術として、レーザー加工や3Dプリンタ技術等があります。金属3Dプリンタは大量生産には向かないものの、試作品や少量生産では既に実用化しております。

2.成形技術の自動車向け成形技術の用途

1.バッテリーの基本機能

電池の充電では、外部から電力を注入すると正極と負極で化学反応が起きて、化学エネルギーとして貯えられ、起電力（電圧）が発生します。そこに負荷抵抗を接続すると、両極に充電と逆の化学反応が起きて抵抗値に応じた電流が流れ、エネルギーを放出します。

3.バッテリーの検査

検査項目は、外観、安全性、電圧測定、瞬間放電性能、充電速度、内部抵抗値測定、充電容量等ですが、ここでは充電容量の検査について述べます。

利用者は、現充電量（放電持続時間ＳＯＣ）と新品時からどれだけ劣化しているか（交換時期ＳＯＨ）の心配をします。簡易的にテスターで電圧を測りバッテリー状態を見ますが、電圧はダムの水面の高さを見るようなもので、見えない砂の堆積状態は分かりません。

4.容量検査の方法

JISでは、指定電圧に下がるまで定電流（A）で放電して、時間ごとに変化する出力（W）を時間で積分し総放出エネルギーを算出する方法を制定していますが、定電流制御に多くの部品が必要となり、機器が高価になるディメリットがあります。そのため、簡易的にかつ正確に容量測定ができる低価格の定抵抗型測定器が使われる例が多くなっています。この方式は、新品時の容量（放電時間）と比較することにより、また同じ抵抗体を使うことによる抵抗値のばらつきが無くなることにより、定電流放電方式と同等の容量測定（基準値比較）ができます。

図1．では、ダムの水が少なくなると水圧が下がり水量が減るためバルブを開けて同じ水量にする構造が定電流方式で、バルブを無くし出口だけ付けた構造が定抵抗方式です。いずれの方式でも総放水量は同じで、同等の測定ができます。

マイコンを使い正確な終止電圧の制御をして定抵抗型測定器の精度を上げ、秒ごとの電圧をSDカードに記録し総放電量を計算するソフト付き装置もすでに製品化されています。
この原理は、EV車の廃車時の安全放電のために使用することも可能です。

1.CADの概要

CAD（キャド）とはComputer Aided Design（コンピューター支援設計）の頭文字から取った略語で、コンピュータを用いて設計図面を作る際に使う、ソフトやシステムを指します。

CAD技術の登場により、あらゆる設計図面がデジタルデータとして作成・保存・印刷などが可能になっただけでなく、コンピュータの高性能化につれて、物理演算を用いた三次元（３D）での設計やさまざまなシュミレーションもできるようになるなど、多様な発展を遂げてきました。

設計図面といえば、製図を学んだ職人たちによって手書きで作られるのがかつての常識でしたが、現代では建築業に限らずものづくり現場の大半で、CADがその役割を担っています。（もちろん、CADソフトの操作そのものは、人間が行ないます）

現在では建築・服飾・半導体といった用途ごとに特化した専用CADが開発されていて、各業界で使用されています。また、CADのデータをそのままNC旋盤などの工作機械に送ることのできるCAMは金型制作に欠かせないなど、CADとCAD関連技術はあらゆる製造業の土台となる技術になったといっても過言ではありません。

2.自動車部品とCAD技術の用途

1.アニメーション動画作成など

3DCGを用いた映像技術は、設計用の技術であったCADとは別のものでした。しかし現在では、CADで設計したデータをそのまま仮想空間内にモデリングし、完成品のイメージ動画を作成したり、他のソフトで使用したりすることもできます。

2.リバースエンジニアリング技術

CAD技術と3Dスキャナを組み合わせ、実物をスキャンしたデータをもとに、精密な図面を得ることも可能となっています。こうしたリバースエンジニアリング技術には、既存の製品をデジタルデータ化して保存する、シュミレーションに活用する、新たな商品開発に用いるなど、多様な活用法が期待できます。