簡単な回答EV モーター シャフト、またはローター シャフトは、電気自動車駆動モーターのコア シャフトです。標準的なモーターシャフトとは 3 つの点で異なります。通常、重量を軽減し、クーラントがボア内を流れるようにするために、中空になっています。硬化合金鋼とスプラインを使用し、高トルクと高速反転に対応します。また、EV モーターは産業用モーターよりもはるかに高速で回転するため、バランスが取れており、非常に厳しい制限に研削されています。これらの要求により、ローター シャフトはドライブ ユニット全体の中で最も硬い部品の 1 つとなります。
EV 駆動モーターは、産業用モーターよりも多くのシャフトを必要とします。回転が速くなります。 1日に何千回もトルクが逆転します。熱くなって冷たくなり、また熱くなります。そして購入者は航続距離を節約するために軽量であることを望んでいます。のローターシャフトそれをすべて一度に満たさなければなりません。このガイドでは、EV ローター シャフトがどのように設計、冷却、製造されるか、またシャフト メーカーが作成できる仕様の書き方について説明します。
標準モーターシャフトポンプやファンは安定した速度と安定した負荷で動作します。 EV ローター シャフトにはありません。通常のシャフトでは決して見られない4つの要求に直面します。
まずスピード。 EV 駆動モーターは主電源モーターよりもはるかに高速に動作します。回転数が高くなると、わずかな不均衡が大きな振動に増幅されます。 2つ目は、トルクの反転です。車が加速または回生でブレーキをかけるたびに、シャフトに負荷がかかったり、負荷が解除されたりします。それが疲労を引き起こします。第三に、熱です。ローターは高温になるため、シャフトはその熱を運ぶか、それに抵抗する必要があります。 4つ目は、重量です。シャフト上の質量はすべて回転質量であり、回転質量のコストには範囲があります。
ローター シャフトはローターとステーターの間のエア ギャップも設定します。シャフトがなくなると、回転するにつれてギャップが変化します。これにより効率が低下し、ノイズが増加します。したがって、ここでは同心性は良いことではありません。これはモーターの動作の中心となります。
ほとんどのEV駆動モーターは中空ローターシャフトしっかりしたものではなく。中央のボアは 2 つの明らかな利点をもたらします。
最初の増加は体重です。コアを除去すると、バーの最大半径から質量が除去されます。これにより、シャフトの重量と回転慣性の両方が軽減されます。慣性が低いということは、モーターの加速が速くなり、増速や減速によるエネルギーの無駄が少なくなるということです。ドライブサイクル全体で、航続距離が長くなります。
2 番目のゲインは機能です。ボアは空きスペースではありません。レイアウトによっては、冷却オイル、レゾルバ ワイヤ、または 2 番目の同心シャフトを運ぶことができます。つまり、中空シャフトは、構造と配管という 2 つの役割を 1 つの部品で果たします。
穴が大きすぎると剛性と強度が低下します。壁は、トルクを伝達し、曲げに耐えるのに十分な厚さを維持する必要があります。優れた設計では、材料が許容する最大値ではなく、トルクに合わせてボア径を調整します。 Guanshuo は、シャフト直径 130 mm までの内径 3 mm ～ 50 mm の穴を備えた中空シャフトを機械加工するため、壁を用途に合わせることができます。
電力密度が高いと発熱します。負荷がかかると、磁石とローターコアの両方が発熱します。この熱が除去されないと、磁石が弱くなり、モーターの速度が低下します。中空シャフトはクーラントをローターの中心まで運ぶことでこの問題を解決します。
一般的なレイアウトでは、オイルは一方の端からボアにポンプで注入されます。熱はシャフトの内側に沿って流れ、ローターから熱を受け取り、もう一方の端から出ます。設計によっては、小さな半径方向の穴から巻線にオイルを噴霧するものもあります。これにより、熱が存在する場所に冷却剤が配置されますが、空冷では匹敵しません。
これが機能するには、穴がきれいで真っ直ぐで、正確なサイズでなければなりません。ボアが粗かったり中心からずれていると、流れやバランスが乱れます。これが、冷却されたローター シャフトが単なるドリル穴ではなく、精密な穴あけ作業である理由です。
ローターシャフトはモーターの全トルクとそのあらゆる反転を伝達します。そのためには、疲労強度が高く、焼き入れにも対応する鋼が必要です。ここでは合金鋼がリードします。
| 材料 | EVシャフトの役割 |
|---|---|
| 4140合金鋼 | 強くて丈夫、疲労寿命が長い。焼入れローターシャフトの共通ベースです。 |
| 4340合金鋼 | 最も重い負荷がかかるシャフトの強度をさらに高めます。 |
| 肌焼き合金鋼 | スプラインが強靭なコア上に硬くて耐摩耗性の表面を必要とする場合に使用されます。 |
その後、熱処理により特性を調整します。ボディはコアの強度を高めるために焼き入れおよび焼き戻しが施されています。ベアリング ジャーナルとスプラインは多くの場合高周波焼き入れされているため、表面は摩耗に耐え、コアは丈夫なままです。 Guanshuo は、一般的なシャフトでは 42 ～ 48 HRC に達しますが、それが必要な表面ではさらに高くなります。硬化は金属を動かすため、最終研削の前に常に起こります。
速度が原因でローター シャフトを適切に構築することが困難になります。 1,500 rpm では無害な小さなアンバランスが、EV の高速走行時には強い揺れの力となります。不均衡から生じる力は速度の二乗とともに増大します。そのため、EV シャフトは産業用シャフトよりもはるかに厳密にバランスを取り、研磨する必要があります。
これを制御するのは 3 つの仕様です。ダイナミックバランスにより質量が中心に保たれるため、スピードが上がってもシャフトが揺れません。 Guanshuo は G0.1 ～ G0.4 グレードのシャフトバランスをとります。振れ、つまり TIR により、すべての直径が軸に忠実に保たれます。 Guanshuo は TIR を 0.01 mm、多くの場合 0.005 mm に抑えます。ジャーナルの表面仕上げは Ra≤0.4 μm で、ベアリングの静かさと長寿命を保ちます。
これらの仕様を総合して、モーターの騒音、振動、およびハーシュネス (NVH) が決まります。 EV のキャビンは静かなので、モーターの騒音は簡単に聞こえます。タイトなシャフト仕様は、ドライブユニットの静音性を維持する大きな部分を占めています。
EV ローター シャフトではプレーン キーが使用されることはほとんどありません。トルクが高すぎて逆回転が多すぎます。鍵がハンマーで緩んでしまいます。代わりに、シャフトはスプライン、多くの接触面にわたって荷重を共有する軸方向の歯のリング。
スプラインはモーターと減速ギアボックスを接続します。スプラインの歯は逆転時に最大トルクを伝達するため、疲労に非常に重要な機能です。これらは正確に切断され、その後硬化されることが多いため、車の寿命を通じて摩耗やフレッティングに耐えることができます。あ段差のある次に、本体はロータースタック、ベアリング、シールをシャフトに沿った設定点に配置します。
冷却され、スプラインが取り付けられた中空ローター シャフトは、構築するのがより複雑なシャフトの 1 つです。大きく分けて2つのルートがあります。
最初のルートでは、中実棒からシャフトを機械加工し、その後中心に穴を開けます。これは柔軟性があり、さまざまな少量のボリュームに適しています。 2 番目の方法では、成形された 2 つの半分を摩擦溶接で結合し、少ない機械加工で中空の形状を作成します。 Guanshuo はステンレススチールシャフトに摩擦溶接を使用しており、これにより 2 つのセクションが 1 つの強力な部品になります。
どちらのルートを使用する場合でも、精度を守るのは仕上げシーケンスです。
EVシャフトスペックは通常シャフトスペック以上のスペックが必要となります。正確な見積もりを得るには、メーカーにこれらのポイントを伝えてください。
この一部がまだ開いている場合は、モーターのパワーと速度を共有します。 EV の経験を持つシャフトメーカーは、合理的な開始スペックを提案し、チームとともに改良することができます。
