寄稿

高い動力性能を持つ電気自動車
Eliicaの開発
Development of High-Performance Electric Vehicle
Eliica吉田 博一*
Prof. Hiroichi YOSHIDA

清水 浩**
Prof. Hiroshi SHIMIZU

A new electric vehicle named the "Eliica" was developed. As element technologies, a lithium-ion battery, permanent
magnet type motor, and inverter with IGBT were applied. As new body component technologies, in-wheel motors, acomponent built-in frame, and tandem wheel suspension were invented. Although the Eliica is a five-passenger sedan, it
recorded a maximum vehicle speed of 370 km/h and an acceleration time of 7.0 seconds from zero to 160 km/h.
Key Words: electric automobile, environment, in-wheel motor, lithium-ion battery, Tokyo Motor Show,
challenges for driveline, outer ring rotation hub-bearing

1．はじめに筆者らは，これらの自動車のうちリチウムイオン電池を電源とする電気自動車が環境負荷の少な

地球温暖化は現実の問題として考えざるを得ない状況である．

さ，新しい特徴が付加可能であることの理由から，きわめて将来性が高いと考えてきた．それを証明

地球温暖化の要因である二酸化炭素発生のうするための車として，ＫＡＺと名付けた車を2002

ち，車が占める割合は約20％に達しており，かつ，年に完成させた．この車の基本概念を踏襲し，よ大気汚染物質の主な発生源も車によっている．

り現実性を持たせた車としてEliica（エリーカ）とこのため，これまでの内燃機関自動車に代る自名付けた車を開発した．EliicaはElectric動車として，ハイブリッド車，燃料電池自動車，Lithium-Ion Battery Carの頭字語であるが，これ電池を電源とする電気自動車の普及に向けた取組

までのイメージの電気自動車とは全く異なる性能みが世界中でなされている．と機能を有することから，新しくこのようなネー

これらのうち，ハイブリッド車については，すミングとした．

でに製品化がされ大量生産に至っている．これはなお，Eliicaプロジェクトは光洋精工株式会社

内燃機関自動車にモータアシスト機能を取り付けを始めとする38社の企業による共同プロジェクト

ることにより省エネルギー化を図ったものであである．

る．
燃料電池自動車は正確には燃料電池を電源とす

本文ではEliicaの開発目標，基本技術，開発過程を中心に述べることを目的とする．

る電気自動車と呼ぶべきであるが，2000年を境に開発の大きなブームがあった．そのきっかけは1996年にダイムラークライスラーがカナダのバラード社に資本参加したことによる．

2．Eliicaの開発目標
筆者らはこれまで８台の電気自動車の開発に関一方で，二次電池を電源とする自動車がいわゆわってきた．その目標としてきたことは将来，こる電気自動車と呼ばれていたが，これは古い歴史れを実用的な車として社会に定着させることであがあるにもかかわらず普及に至っていない．しかる．

し2000年に経済産業省の主導で行われたニューサ

開発の当初は環境に優しい車は，性能さえこれンシャイン計画で，大型リチウムイオン電池の開までの内燃機関自動車と同等であれば，普及は可発に成功し，これが電気自動車用電池として有望能と考え，この部分を目標に開発を行って来た．

であることから，これを用いた車の可能性が再び1991年に東京電力が中心になって開発したＩＺＡ大きくなった．のメンバーとして筆者らが加わったが，この時点*慶應義塾大学 政策・メディア研究科 教授**慶應義塾大学 環境情報学部 教授

2

Koyo Engineering Journal No.168 (2005)

−高い動力性能を持つ電気自動車Eliicaの開発−で性能的には内燃機関自動車に劣ることはなくな

１つはセダン型で，通常の用途として広く使われった．しかし，その結果が社会を動かす為の十分ている．車の愛好者向けには昔からスポーツカーなインパクトにはならなかった．

があった．最近スポーツユーティリティービーク

その理由として挙げられることは，新しい商品が社会に受け入れられるには新たな特徴が加わることが必要だということであった．

ル（ＳＵＶ）の商品化も進んでいる．
これらの用途はこれまでの内燃機関自動車ではどちらかを優先させると，どちらかを犠牲にしなこの新しい特徴を生み出すために，車体構造をくてはならなかった．一方で，集積台車の概念をこれまでの内燃機関自動車とは異なったものとす

使うと，床面は広くなった上で８つのモータと床べきであるとの認識で，ＩＺＡに続く車を開発し下の電池から大パワーを取り出すことが出来る．

た．

また，コンポーネントビルトイン式フレームによそして2002年に完成させたＫＡＺという車で集積台車という概念にたどりついた．って重心が下がったことは乗り心地の向上と車体の安定性に効果がある．さらに，タンデムホイー

この概念は図1に示すように，a車輪の中にモルサスペンションによって車が８輪化したことにータを挿入するインホイールモータ，s床下に中より，悪路での乗り心地が著しく向上し，かつ，空のフレーム構造を作り，この中空空間に電池を急カーブでのタイヤのグリップ力の向上にも大い始めとする主要な部品を挿入するコンポーネントに効果がある．

ビルトイン式フレーム，d大径の車輪を小径の２したがって，集積台車の概念を使えば，セダンつの車輪に分割し，これら２つの車輪にかかる地に要求されてきた空間の広さと乗り心地が十分に面からの力を分散する機構とするタンデムホイー満足できると共に，スポーツカーに要求されてきルサスペンションである．

た高い動力性能と運動性能が実現出来る．

インホイールモータ
モータをすべての車輪に挿入
・高効率
・軽量化
・有効空間拡大

これらの特徴から，Eliicaではセダンでありながらスポーツカー以上の性能，かつスポーツカーでありながらセダンと同等あるいはそれ以上の広タンデムホイール
サスペンション
２つの車輪のバネ系が油圧パイプで結合
・乗り心地向上・コーナリング速度向上
・有効空間拡大

コンポーネントビルトイン式フレーム
電池，インバーター，コントローラを床下に収納・軽量化 ・低重心化 ・有効空間拡大

図1 集積台車という新しい概念の車体
Vehicle body with new integrated platform concept
本Eliicaは集積台車の概念をコンパクトにまとめ，普通乗用車に適用することによって，自動車技術としての汎用性と現実性および実用性を実現することを大きな目標にしている．
この目標に従ってEliicaは２台開発した．１台は高速型と名付けるもので，インホイールモータに挿入しているギヤのギヤ比を小さめにとり，最高速度を高くすることを意図したもの，もう１台はギヤ比を大き目にとり，加速度を重視したものである．
車としての実用性の点からは高加速型の方が有用であり，車の安全性を評価し，かつその能力を分かり易い形で表現する為に高速型の実現も重要さと乗り心地を重視出来るという，両方の車に要求される性能と能力を余すところなく実現出来る車を目指すこととした．このように２つの車の特徴を併せ持つ車をここではクロスオーバー車と呼ぶ．

3．Eliicaの基本技術
Eliicaの基本技術は要素技術と車体構成技術に分けられる．ここで言う要素技術とは電池，インバータ，駆動用モータなどの電気自動車としての共通技術であり，車体技術とはこれらを組み合わせたインホイールモータ，コンポーネントビルト
イン式フレーム，タンデムホイールサスペンションである．

3.1

要素技術

①電池
電池にはマンガン酸リチウムを陽極に使用したリチウムイオン電池を用いている．ここでは高速走行用と高加速用にそれぞれパワーを重視したものとエネルギーを重視したものの２種類を使っている．その基本特性を表1に示す．と考えた．
車の用途については，セダンとスポーツカーの双方の特徴を併せ持つ車と定義した．今，乗用車の世界は３つの方向での商品化が図られている．

Koyo Engineering Journal No.168 (2005)3

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表1

表2 インバータの基本特性
Specifications of an inverter

Eliicaに用いたリチウムイオン電池の基本特性
Specification of a litium-ion battery on Eliica
１号車用

２号車用

全長，mm

170

170

全幅，mm

47

47

全高，mm

133

133

重量，kg

2.1

2.1

重量，kg

1717公称エネルギー密度，Wh/kg

4172

最大出力容量，kW8080

1 500以上

700以上

最大入力電圧，V360

360

最大電流，Arms459

459

キャリア周波数，Hz1212

公称パワー密度，W/kg

同表のようにサイズ，重量は双方とも同じで，１号車用

２号車用

全長，mm

380

380

全幅，mm

300

300

全高，mm

150150エネルギー密度とパワー密度がそれぞれ異なる．
また，充電時間も異なる．同表に示した特性は電③モータ

池温度25℃，定格充電電圧4.15Vの時のものであ

モータはNd-Fe型永久磁石を用いた同期式モーる．電池温度を上げることによって，パワー特性タである．その極数とポール数はそれぞれ８極，は向上する．しかし，温度が60℃を超えると寿命12スロットである．

特性に大きな影響を与える．充電電圧には同表に

ローターはインナーローター型で，磁石をその示したものよりも0.1V程度高く設定しても寿命そ表面に貼り付け，強固に固定する表面貼付方としの他に影響は無く，パワー密度，エネルギー密度てある．その直径は114mm，長さは86mmで機械はそれぞれ向上する．しかし，寿命に悪影響を与的最高回転速度は14 400min−１である．この最高える恐れがあるため，通常は定格電圧までの充電回転速度に対して実用利用においては，最高回転で利用することが重要とされている．

速度を12 500min−１と設定してある．

Eliicaにおいてはこの電池を４個まとめたもの

ステーター巻線は集中巻方式を採用している．

を１モジュールとし，このモジュールを20個直列

その巻線は直径0.9mmでＨ種の絶縁特性を持つもにしたものを１つの組電池としている．のを採用している．特にこのステーターにおいてさらにこの組電池を4組搭載している．各組電池からはそれぞれ２個ずつのモータに電力を供給する形式としている．このような形式とすることによりモータや電池のそれぞれに故障が生じたとしてもすぐに車が停止することは無く，結果的にフェイルセーフ性を高めることが可能である．
②インバータ

は巻線方式に工夫を凝らし，占積率80％を実現している．
モータの放熱はケースの外側に取り付けたファンによる自然空冷方式である．
その定格特性は40秒間の短時間定格で80kW，回転速度2 400min−1の連続定格で４kWである．
本モータの特性を表3にまとめてある．

インバータはスイッチング素子としてIGBTを表3 モータの基本特性
Specifications of a motor

用いたＰＷＭ制御方式である．その基本特性を表2に示す．このインバータはコンポーネントビ
ルトイン式フレームに挿入する必要上，高さの１号車用

２号車用

制限がまずあり，さらには幅および長さにも制全長，mm

195195限を設けた．このため，表2に示すサイズであり直径，mm

214

214ながら，Eliicaが必要としているパワーを供給で重量，kg2020きる能力を有するものとすることを可能とした．

最大トルク，Nm100

100

最大回転速度，min−１

12 50012 500本インバータのキャリア周波数は12kHzに設定した．これはモータの最高回転速度に対応するた

3.2

めに十分高い周波数である．
また，本インバータの冷却方式は水冷とし，その冷却水の最大温度は50℃とした．

①インホイールモータ
インホイールモータには3.1の③で述べたモーこのインバータで制御するモータの最大トルクは100Nm，最高回転速度は12 500min

車体構成技術−１タを採用し，これにプラネタリーギヤによる減速，最大出技術，外輪回転式ハブベアリングおよびディスク力は80kWである．また，この条件でのモータのブレーキを組み合わせて各車輪に挿入する構造と基底回転速度は6 500min

4−１となる．

してある．プラネタリーギヤのギヤ比は１号車でKoyo Engineering Journal No.168 (2005)

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は3.257，２号車は6.923とした．

電池収納部分と矩形のせり出しはアルミの挿し

このインホイールモータは，その上下に取り付出し成形によって形成した中空状の薄肉型構造体

けたアタッチメントを介してそれぞれサスペンシを４本まとめて熔接している．その断面の構造図

ョンのアッパーフレームとローアーアームに取りを図 3 に示す．同図で示すように上面，下面は付ける構造となっている．

2.5mm厚とし，側面は2.5mmとすることによってものを採用しており，このブレーキの後輪側にサ剛性を確保していながら軽量化を図る構造としてある．
2.5

イドブレーキが取り付けられている．
インホイールモータの全体の写真を図 2 に示す．

2.52.5165

ディスクブレーキにはフローティングタイプの880

図3 コンポーネントビルトイン式フレームの断面図
Cross section of component built-in frame
コンポーネントビルトイン式フレームへの電池の挿入はトレイ上に電池を固定し，このトレイの下部に取り付けた突起とフレームの中空空間内部に取り付けたこの突起をはさみ込む２本の爪を介して行う形状としてある．

図2 インホイールモータの外観
Appearance of in-wheel motor
このインホイールモータでは高度な技術としてベアリングおよびオイルシールが多数使われている．

これによって電池の出し入れを容易にすると共に，電池がフレーム内で大きく振動することを防いでいる．
③タンデムホイールサスペンション
タンデムホイールサスペンションにおいては相ベアリングについては，モータの軸受用，遊星前後する２つの車輪の配置が設計上の大きな要因

ギヤのサンギヤおよび遊星ギヤ用，およびハブベとなる．ＫＡＺでは前輪において，２つの車輪をアリングがある．これらの中で特に高い技術を要前後に幅広く距離を置き，この間にフロントシーするのが遊星ギヤ用のベアリングである．この部

トを配置する形態をとったが，Eliicaではフロン分は小型のベアリングを超高速で利用することがトシートの前方に間隔を置かずに配置する構造と必要である．そのために，ここには特別に設計しした．

たニードルベアリングが使われている．

本方式のサスペンションではステアリング機構

オイルシールは各ベアリングのオイル漏れを防も重要な設計要素となる．Eliica１号車では前２ぐために用いられている．その中でハブベアリン軸のみを操舵する構造としてある．２号車では４グのオイルシールはブレーキディスクの内径およ軸目も操舵可能として旋回半径を短くするとともびハブベアリングからの出力をホイールに伝える

旋回時のタイヤの滑りを抑えている．

スピンドルの外径との取り合いから，極めて肉薄

前２軸の操舵にはステアリングコラムの回転力でかつ強度の強いものを本ホイールモータのためを１軸目と２軸目に対してそれぞれ異なるギヤ比に開発をした．

で分割した上で各軸に伝える構造としてある．な

これらのベアリングおよびオイルシールの設計

お，この分割機構を分配器と名付けることにする．

および試作は光洋精工株式会社によるもので，同各軸にはそれぞれ電動パワーステアリング機構を社の技術力の高さを実感する重要な技術である．

取り付けてある．また第４軸目の操舵は分配器に②コンポーネントビルトイン式フレーム取り付けられたステアリングの回転軸センサからコンポーネントビルトイン式フレームは中央部の信号によって行われる．の電池収納部分と，側部のインバータ収納部分から成っている．また電池収納部分の両脇にはサスペンションなどのアタッチメント取り付け用に矩形のせり出しを設けている．

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4．車体設計
Eliicaでは前節で述べた車体構成技術を基本に置いて，これにサスペンション構造，アッパーフ

5−高い動力性能を持つ電気自動車Eliicaの開発−

レーム，アッパーボディを取り付け，さらにインテリアを構成するという手順で車体設計を行った．

4.1

サスペンション

Eliicaにおけるサスペンションの基本構造はダブルウィシュボーン方式を採用した．その理由はサスペンションとしての性能を最大限に生かすことが出来ることと，アームの取り付け点も低く出来るため，床面が非常に強度の高いコンポーネン

図5 アッパーフレーム装着時
Integrated platform with upper frame

トビルトイン式フレームに接続が容易であることによる．
また，フロントサスペンションにおいてはばねとダンパーを前後方向に横置きして，サスペンションアームと，これらの部品はプルロッドで結ぶ構造を採用した．これによってサスペンション部品がコンポーネントビルトイン式フレームの上面より飛び出す高さを最小限度に抑えている．
図4にサスペンションを取り付けた集積台車の実物の写真を示す．同図は車体後方からの写真で

4.3

ボディ

Eliicaにおける最も重要な設計要素の１つはボディデザインである．その理由の１つは電気自動車が搭載可能な電力量が限られていることに伴い，消費エネルギーを極限まで減らすことが必要であることである．第２は車体概念としてセダンとスポーツカーのクロスオーバー車とすることに設定したが，このうち，セダンとしての広さを確ある．

保する為には空気抵抗は大きくなる方向にあることである．さらに将来，このような車が社会に受け入れられるには８輪車であるという外観上の特徴が機能美として表現されることが必要とされる．
デザイン作業についてはフリーディスカッショ
ン，グループディスカッション，ブレーンストー
ミングなどの結果をデザインに反映させる手法で進めた．デザインの過程は通常の車と大差はなく複数のイメージスケッチの作成，そのデータ化，

図4 集積台車の外観
Integrated platform

５分の１モデル作成，風洞実験で，原寸大モデルの作成，型取りという順で進めた．
完成した車体の概観を図6に示す．同図に示さ

4.2

アッパーフレーム

アッパーフレームは，車体全体の強度と剛性をれているように車室全体の空間は５人が座れる広さを持っている．

コンポーネントビルトイン式フレームと協調しながら確保する目的と，ボディを支える目的で構成されている．
Eliicaのアッパーフレームは材質として直径38.1mmの鉄パイプ（SPKM）を基本として構成している．
図5に集積台車に取り付けたアッパーフレームの写真を示す．

図6

6完成車の外観EliicaKoyo Engineering Journal No.168 (2005)

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また，フロントボンネットに大きなエンジンを

図8に加速性能試験の結果を示す．この試験はおく必要がないことを利用して，この部分が空気減速ギヤ比6.923のインホイールモータを用いた抵抗に与える影響を減らす為に全体に丸みを帯びものである．同図の横軸は走行開始からの時間，た形状とし，かつ，フロントガラスの傾斜角を大縦軸は速度を示してある．同図によると，時速きくとってある．さらに，車室全体が前方に寄っ100kmと160kmへの到達時間はそれぞれ4.1秒およている．一方で，リアの部分は空気抵抗を極力減び7.0秒であった．同図にはポルシェ911ターボをらすためにオーバーハング部を長く取ってある．

用いて同様の試験を行った結果が示されている．

以上述べてきたEliicaの仕様を表4にまとめる．

これによると，時速100kmおよび160kmのそれぞ

車全体の大きさは大型セダンに相当する．１号

れに到着した時間は4.2秒および9.2秒であった．

車の出力は短時間の定格として640kW（850馬力），

このことから，Eliicaが世界最高水準の加速性能

２号車では480kW（640馬力）である．

を持つスポーツカーを凌ぐ加速性能であることが明らかである．また，同図をつぶさに眺めると，

表4 Eliica仕様
Specifications of Eliica
名タイプ
寸法
定で伸びていることが分かる．この途切れることの１号車

２号車

ない加速が，これに乗る人々にとって極めて高い

最高速度挑戦用

高加速用

快適感を与えてくれる．これは内燃機関自動車が全長，mm

5 100100年にわたって追い求めてきて，いまだに達成全幅，mm

1 900できない加速感である．

全高，mm

1 365

員，名

５640

480400190

性 最大加速度，G0.380.78

能 一充電走行距離，km

180

320

４30

モータ出力（kW）
最高速度（目標），km/h

充電時間（70％回復），min

車速，km/h型

Eliicaでは初期の加速が高速に至るまで一本調子

180160140120100806040200Eliica

△7.0
△9.2
ポルシェ911ターボ

4.1▽△4.2012345678910 11 12時間，s5．動力性能テスト

図8 Eliicaの加速度試験の結果
Result of acceleration test on Eliica

Eliicaの最高速テストは2004年，１月と２月に国内のブリヂストンのテストコースで合計５日間行い，３月にイタリアのナルドにあるプロトティ

6．まとめーポ社のプルービンググラウンド（テストコース）
ここでは新概念のリチウムイオン電池自動車で行った．
図7にイタリアで行った最高速度テストの結果

Eliicaの開発概要について述べてきた．Eliicaは瞬を示す．同図で示されるとおり，最高速度

間最高速度370km/hおよび，０→160km/hの加速370km/hに達しており，一般のスポーツカー以上時間が７秒と，あらゆるスポーツカーを凌ぐ動力のパフォーマンスが発揮された．

性能を達成するとともに，セダンとしての広さも持つ．さらにテストドライブには片山右京氏が引400

き受けて下さったが，高速でもセダンとして相応350

しい十分な乗り心地を備えているとのコメントで速度，km/h300あった．

250

このことからEliicaではセダンとスポーツカー

200
150というクロスオーバー車としての特徴をいかんな100く発揮できたと言える．

50
0

0

1

2

3

4

5

6時間，min

図7 Eliicaの最高速度試験の結果
Result of maximum speed test on Eliica

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7