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xEVパワートレインの構造・部品・材料技術
［コードNo.25STA152］
| ■体裁／ |
A4判 並製本 約260頁 |
| ■発行／ |
２０２５年１１月２８日 Ｓ＆Ｔ出版(株) |
| ■定価／ |
７１，５００円（税・送料込価格） |
| ■ＩＳＢＮコード／ |
978-4-911146-11-8 |
| 注1) |
発刊日、ページ数は現時点での予定です。
変更の可能性がありますことご了承ください。 |
著者
森本雅之 / モリモトラボ
桜井茂夫 / (株)明電舎
綱田 錬 / 岡山大学
鈴木憲吏 / 東京都市大学
中村武恒 / 京都大学
新口昇 / 大阪大学
岡本純香 / 大阪大学
佐藤光秀 / 信州大学
日高勇気 / 立命館大学
竹内啓祐 / (株)日立製作所
森下明平 / (株)マグネイチャー
藤川真一郎 / 日産自動車(株)
安立毅彦 / (株)アイシン
深山義浩 / 三菱電機(株)
本郷武延 / (株)アスター
永田正義 /兵庫県立大学
太田槙弥 / 住友電気工業(株)
品川順志 / (株)UL Japan
佐々木信也 / 東京理科大学
山本 建 / 東海大学
永田英理 / 日本クリンゲルンベルグ(株)
野口昭治 / 東京理科大学
小野潤司 / 日本精工(株)
田中慎太郎 / NTN(株)
廣瀬徳豊 / ヘガネスジャパン(株)
関 真利 / NOK(株)
板谷壮敏 / イーグル工業(株)
床桜大輔 / トヨタ自動車(株)
小森谷智延 / 協同油脂(株)
藤原龍太 / DIC(株)
書籍趣旨
自動車の電動化に最適化、特化が進むパワートレイン。その要求特性、課題と対策技術について基礎から最新動向まで、企業、大学の第一人者が解説。
目次
| |
| 第1章 |
xEV駆動モータの高性能化と新構造モータの技術展望 |
|
| 第1節 | xEV用モータの基礎と高性能化 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | xEV用モータの基礎 |
| 2.1 | モータの基本 |
| 2.2 | xEVに使われるモータ |
| 2.3 | xEV用モータの損失 |
| 2.3.1 | 銅損 |
| 2.3.2 | 鉄損 |
| 2.3.3 | 永久磁石の損失と発熱 |
| 2.4 | xEV用モータの効率マップ |
| 2.5 | 高シリカCHA型ゼオライト膜のCO2分離への展開 |
| 3. | xEV用モータの高性能化 |
| 3.1 | 高出力化 |
| 3.2 | 高速化 |
| 3.3 | 高電圧化 |
| 4. | おわりに |
|
| 2節 | 自動車駆動用巻線界磁モータ |
|
| 1. | 背景 |
| 2. | 巻線界磁モータについて |
| 2.1 | 構造と駆動システム |
| 2.2 | 特徴 |
| 3. | PMモータとの性能比較 |
| 3.1 | 検討仕様 |
| 3.2 | 電流最適化 |
| 3.3 | 各動作領域の特徴 |
| 3.3.1 | 最大トルク付近 |
| 3.3.2 | 低トルク域 |
| 3.3.3 | 高速域 |
| 3.4 | 効率 |
| 3.5 | 限界出力カーブ |
| 4. | 巻線界磁モータの性能改善 |
| 4.1 | 高BS材について |
| 4.2 | 有機ハイドライドからの水素分離 |
| 5. | まとめ |
|
| 第3節 | アキシャルギャップモータの基礎と高性能化 |
|
| 1. | 緒言 |
| 2. | AGMの基礎と扁平構造での優位性 |
| 3. | 低コスト化と高性能化を両立する駆動用AGM |
| 4. | インバータ駆動下におけるAGMの優位性 |
| 5. | 駆動用AGMの高出力密度化の検討 |
| 6. | 結言 |
|
| 第4節 | SynRM,SRMの基礎と高性能化 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | シンクロナスリラクタンスモータの基本 |
| 2.1 | SynRMの基本構造 |
| 2.2 | トルクの発生原理 |
| 2.3 | 駆動原理に基づいた制御 |
| 2.4 | SynRMの研究動向 |
| 3. | スイッチドリラクタンスモータの基本 |
| 3.1 | SRMの種類と基本構造 |
| 3.2 | トルクの発生原理 |
| 3.2.1 | SRMのトルク発生原理 |
| 3.2.2 | SRMの一般的な制御方法 |
| 3.2.3 | 全節巻SRMのトルク発生原理 |
| 3.2.4 | 全節巻SRMの一般的な制御方法 |
| 3.3 | SRMにおける高効率駆動 |
| 3.3.1 | 全節巻SRMにおける高速駆動域における銅損抑制 |
| 3.3.2 | 瞬時電流フィードバック補償によるトルク脈動抑制法 |
| 3.3.3 | SRMのベクトル制御 |
| 4. | おわりに |
|
| 第5節 | 高温超伝導誘導同期モータの基礎と応用現状、将来展望 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 高温超伝導体の特性 |
| 2.1 | 熱力学的特性 |
| 2.2 | 電流輸送特性 |
| 3. | 高温超伝導誘導同期モータの原理 |
| 3.1 | 構造 |
| 3.2 | 駆動原理 |
| 3.3 | 特長 |
| 4. | 高温超伝導誘導同期モータの応用現状 |
| 4.1 | 液化水素サブマージポンプ |
| 4.2 | 航空機用駆動システム |
| 5. | まとめと今後の展望 |
|
| 第6節 | 高温超伝導誘導同期モータの基礎と応用現状、将来展望 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 磁気ギアードモータの動作原理 |
| 3. | 磁気ギアードモータの最大トルクの向上 |
| 3.1 | 磁気ギアードモータのトルクの分析法 |
| 3.2 | 磁束密度成分と最大伝達トルク |
| 3.3 | 磁束密度の43次成分に起因する伝達トルク |
| 3.3.1 | NNモデル |
| 3.3.2 | NWモデル |
| 3.3.3 | WNモデル |
| 3.3.4 | WWモデル |
| 3.4 | 周方向磁束とトルクの向き |
| 4. | 磁気ギアードモータの駆動系への適用 |
|
| 第7節 | 可変磁束モータの基礎と高性能化 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 可変磁束モータの原理 |
| 2.1 | 可変磁束モータの用途 |
| 2.2 | 可変磁束モータの原理 |
| 2.2.1 | 電機子巻線切替方式 |
| 2.2.2 | 磁石磁力可変方式 |
| 2.2.3 | 可変漏れ磁束方式 |
| 3. | 磁性コンポジットを回転子に挿入した可変磁束モータ |
| 3.1 | 基本構造 |
| 3.2 | 磁性コンポジット |
| 3.3 | 動作原理 |
| 3.4 | 可変磁束特性 |
| 3.5 | 高効率領域拡大効果 |
| 4. | 遠心力を利用した可変磁束モータの研究 |
| 4.1 | 磁歪材を挿入した可変磁束モータ |
| 4.2 | 磁歪材を圧入した可変磁束モータ |
| 4.3 | 永久磁石自転構造を利用した可変磁束モータ |
| 5. | あとがき |
|
| 第8節 | 可変磁束モータの基礎と高性能化 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 極数切替技術の基本概念と2重3相巻線を用いた方法 |
| 3. | 4重3相巻線を用いた極数切替型モータ |
| 3.1 | 極数切替方法と提案モータの効果 |
| 3.2 | 試作機を用いた検証結果 |
| 3.3 | 極数切替駆動に関する検証 |
| 4. | 結び |
| 5. | あとがき |
|
| 第9節 | 可変磁束モータの基礎と高性能化 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | SL-PMSMの概要 |
| 2.1 | 構造と特徴 |
| 2.2 | 用途 |
| 3. | SL-PMSMの課題と研究動向 |
| 3.1 | 課題 |
| 3.2 | 研究動向 |
| 3.2.1 | 高周波・高速回転化 |
| 3.2.2 | 高出力化 |
| 3.2.3 | 製造技術 |
| 4. | SL-PMSMの設計例 |
| 4.1 | 空心コイルの最適化設計 |
| 4.1.1 | 最適化概要 |
| 4.1.2 | トルク定数 |
| 4.1.3 | 抵抗 |
| 4.1.4 | 目的関数 |
| 4.1.5 | 最適化結果 |
| 4.2 | 試作SL-PMSMの実機試験 |
| 4.2.1 | 試作モータ仕様 |
| 4.2.2 | 電動機特性 |
| 4.2.3 | 検討結果 |
| 5. | おわりに |
|
| 第10節 | 可変磁束モータの基礎と高性能化 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | コアレスモータの基礎と課題 |
| 2.1 | 磁気回路と磁束鎖交数 |
| 2.2 | トルクと逆起電力 |
| 3. | コアレスモータの課題 |
| 4. | おわりに |
| 4.1 | ハルバッハ界磁 |
| 4.2 | デュアルハルバッハとシングルハルバッハ |
| 4.3 | 直線配列と円形配列 |
| 4.4 | ハルバッハ界磁と磁束鎖交数 |
| 4.5 | 振動とトルクリップル |
| 5. | ハルバッハ界磁形同期電動機 |
| 6. | まとめ |
|
| 第2章 |
xEV用モータのステータ、ロータと巻線技術 |
|
| 第1節 | 電動車駆動モータにおける加工技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | モータの構成 |
| 3. | モータ構成要素の加工技術 |
| 3.1 | 各要素の加工と組立技術 |
| 3.1.1 | ロータアッシーの組立 |
| 3.1.2 | ステータアッシーの組立 |
| 3.2 | ロータコア、ステータコアの加工方法 |
| 3.2.1 | 電磁鋼板コア |
| 3.2.2 | アモルファスコア |
| 3.3 | ロータシャフトの加工技術 |
| 3.4 | ステータの銅角線の加工と組付け技術 |
| 3.5 | 磁石の製法 |
| 3.5.1 | 磁石材料の開発の歴史 |
| 3.5.2 | Nd-Fe-B焼結磁石の加工法 |
| 3.5.3 | Nd-Fe-B熱間加工磁石の製法 |
| 3.5.4 | サマリウム鉄窒素磁石の製法 |
| 4. | まとめ |
|
| 第2節 | モータコア性能向上と加工技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | モータ小型化とその課題 |
| 3. | 鉄損の分類とその理論式 |
| 4. | 塑性ひずみ及び残留応力に伴う鉄損影響 |
| 5. | 低鉄損化に向けた打抜き加工技術 |
| 6. | 次世代モータコアに向けた材料動向と加工動向 |
| 7. | 今後の展望 |
|
| 第3節 | 分布巻、集中巻の特徴とxEVモータの高性能化技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 分布巻と集中巻の特徴 |
| 2.1 | 巻線構造 |
| 2.2 | 構造的特徴 |
| 2.3 | 電磁気特徴 |
| 2.4 | 製造方法の特徴 |
| 2.4.1 | 巻線の種類 |
| 2.4.2 | 固定子巻線の製造方法 |
| 2.5 | 分布巻と集中巻の特徴のまとめ |
| 3. | xEVモータの高性能化技術 |
| 3.1 | 分布巻モータの高性能化技術 |
| 3.2 | 集中巻モータの高性能化技術 |
| 3.2.1 | Double teeth designによる騒音低減技術 |
| 3.2.2 | 非対称モータ構造によるリラクタンストルクと出力の向上 |
| 4. | おわりに |
|
| 第4節 | アルミアスターコイルの発明とアスターモータの技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | アスターコイルの発明 |
| 2.1 | 占積率の最大化 |
| 2.2 | アスターコイルの特性 |
| 2.3 | アルミニウムコイル |
| 3. | アスターモータの開発 |
| 3.1 | 高出力密度 |
| 3.2 | 防塵防水性 |
| 4. | xEV用モータへの適用 |
|
| 第5節 | アルミアスターコイルの発明とアスターモータの技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 平角線を用いたEV用ヘアピンステータ |
| 3. | 高性能モータ巻線の開発 |
| 3.1 | 厚膜平角巻線 |
| 3.2 | 低誘電率平角巻線 |
| 3.3 | 耐サージ巻線 |
| 4. | 部分放電特性と絶縁性能評価 |
| 4.1 | 部分放電開始電圧 |
| 4.2 | PDフリー設計のための巻線のPDIV予測 |
| 5. | 厚膜平角線のRPDIV計測の実例 |
| 6. | まとめ |
|
| 第6節 | xEVモータ向け平角巻線における絶縁皮膜の低誘電率化 |
|
| 1. | 緒言 |
| 2. | 巻線の部分放電 |
| 2.1 | 巻線に発生するインバータサージ電圧 |
| 2.2 | 部分放電による巻線皮膜の劣化 |
| 3. | 平角巻線における絶縁皮膜の開発 |
| 3.1 | ベース樹脂の開発 |
| 3.2 | ポリイミドの低誘電率化 |
| 4. | 気泡巻線の開発 |
| 4.1 | 気泡巻線の皮膜設計 |
| 4.2 | 気泡の巻線の絶縁性 |
| 5. | 結言 |
|
| 第7節 | 電気絶縁システムとマグネットワイヤ等関連材料の試験・評価 |
|
| 1. | 電気絶縁システムEISの歴史 |
| 2. | 電気絶縁システムEISの評価 |
| 3. | マグネットワイヤ、電気絶縁ワニスの評価 |
| 4. | まとめ:電気絶縁システムの信頼性 |
|
| 第3章 |
xEVの変速機・減速機、歯車、軸受とシール技術 |
|
| 第1節 | 電動車用変速機のトライボロジーとその評価 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | トライボロジーの基礎メカニズム |
| 2.1 | 潤滑メカニズム |
| 2.2 | 摩擦のメカニズム |
| 2.2.1 | 凝着摩擦 |
| 2.2.2 | 掘り起こし摩擦 |
| 2.2.3 | 弾性ヒステリシス損失 |
| 2.3 | 摩耗メカニズム |
| 2.3.1 | 凝着摩耗 |
| 2.3.2 | アブレシブ摩耗 |
| 2.3.3 | 腐食摩耗 |
| 2.3.4 | 疲労摩耗 |
| 3. | 電動車用変速機におけるトライボロジーの課題 |
| 3.1 | 高速回転化 |
| 3.2 | 潤滑油の低粘度化 |
| 3.3 | 特殊な潤滑環境 |
| 4. | トライボロジー特性のラボ評価試験 |
| 4.1 | ラボ評価試験の目的とカテゴリー |
| 4.2 | ピッチング評価試験 |
| 4.3 | 電食に関する評価試験 |
| 5. | おわりに |
|
| 第2節 | EV高回転モータ用トラクションドライブの技術動向 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 高速高回転でのトラクション特性 |
| 2.1 | 高回転トラクション/歯車試験機 |
| 2.2 | トラクション係数の測定結果 |
| 2.3 | 伝達効率(動力損失)の測定結果 |
| 3. | 高回転遊星ローラ減速機の概説 |
| 3.1 | 遊星スケルトン |
| 3.2 | 押付け機構 |
| 4. | 高回転遊星ローラ減速機の伝達効率 |
| 4.1 | 試験ユニットの設計 |
| 4.2 | 伝達効率の測定および計算検討 |
| 5. | おわりに |
|
| 第3節 | EV用トランスミッションに求められる歯車の生産技術と品質保証 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | エンジン車とEVのパワートレインの違い |
| 3. | 高速回転と低粘度潤滑油の課題 |
| 4. | ギヤノイズの課題 |
| 5. | ギヤノイズとは |
| 6. | 歯面修整の必要性 |
| 7. | 歯車の製造工程 |
| 8. | 歯研とは |
| 9. | ポリッシュ歯研とその効果 |
| 10. | ギヤノイズの予測・検査技術 |
| 11. | 片歯面かみあい試験 |
| 12. | 歯車精度測定と誤差解析によるギヤノイズ予測技術 |
| 13. | インライン検査の注意点 |
| 14. | まとめ |
| 15. | あとがき |
|
| 第4節 | xEV用転がり軸受の技術動向 |
|
| 1. | xEV用転がり軸受の高速化対応技術 |
| 2. | xEV用転がり軸受の電食対策 |
| 3. | 大学における電食研究の取り組み |
| 4. | セラミック球業界の動向 |
|
| 第5節 | xEV用耐電食軸受 |
|
| 1. | まえがき |
| 2. | 軸受の電食について |
| 3. | xEVにおける電気負荷について |
| 3.1 | 複数の軸受電流モード |
| 3.2 | コモンモード電流 |
| 3.3 | 循環電流 |
| 4. | 軸受における耐電食技術について |
| 4.1 | 絶縁ソリューション |
| 4.1.1 | セラミックボールハイブリッド軸受 |
| 4.1.2 | 樹脂モールド軸受 |
| 4.1.3 | 絶縁皮膜軸受 |
| 4.1.4 | セラミック溶射軸受 |
| 4.2 | 導電ソリューション |
| 5. | あとがき |
|
| 第6節 | トランスミッション・モーター向けクリープレス軸受 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 軸受の外輪クリープの種類 |
| 3. | 進行波型クリープのメカニズム |
| 4. | クリープレス軸受の構造 |
| 4.1 | クリープ停止のメカニズム |
| 4.2 | 性能評価 |
| 4.2.1 | クリープ速度 |
| 4.2.2 | 転動体荷重分布および寿命への影響 |
| 4.2.3 | 外輪逃げ部強度 |
| 4.2.4 | 耐久試験 |
| 5. | おわりに |
|
| 第7節 | 自動車電動化に向けたPM(粉末冶金)ギヤ技術 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 粉末冶金法の発展 |
| 3. | ヘガネス社のPMギヤプロジェクト |
| 3.1 | スマートカーでの評価 |
| 3.2 | 欧州コンソーシアムでの評価 |
| 4. | PMギヤが採用されない理由 |
| 5. | PMギヤへの新技術および他分野技術の適用 |
| 5.1 | 高密度化・高強度化 |
| 5.1.1 | 高密度用ミックス粉 |
| 5.1.2 | 金型潤滑 |
| 5.1.3 | 表面緻密化 |
| 5.2 | グリーンマシニング |
| 5.3 | 焼結・熱処理技術 |
| 3.3.1 | シンターハードニング(SH) |
| 3.3.2 | 高周波焼入れ(IH) |
| 6. | おわりに |
|
| 第8節 | xEVのモータ用オイルシールの技術動向 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | オイルシールの構造と働き |
| 3. | オイルシールの低摩擦化技術 |
| 3.1 | リップ小断面化による摩擦力低減 |
| 3.2 | リップ表面粗さによる流体潤滑膜厚制御 |
| 3.3 | 低摩擦コーティング:TFコート |
| 3.4 | 低粘度油への対応 |
| 4. | 高速回転用オイルシール |
| 5. | 導電性オイルシール |
| 6. | おわりに |
| 6. | おわりに |
|
| 第9節 | xEVのモータ用メカニカルシールの技術動向 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 低摩擦損失と高密封性を両立する表面テクスチャメカニカルシール |
| 3. | 軸水冷方式モータ用メカニカルシール |
| 4. | 低沸点冷媒冷却方式モータ用メカニカルシール |
| 5. | 減速機用メカニカルシール |
| 6. | おわりに |
|
| 第4章 |
xEVの潤滑油とグリース技術 |
|
| 第1節 | xEV駆動ユニットにおける潤滑油技術開発 |
|
| 1. | 背景 |
| 2. | オイル開発の狙い |
| 3. | 低粘度化の手法とうれしさ |
| 3.1 | 低粘度化の手法 |
| 3.2 | 低粘度化のうれしさ(燃費効果) |
| 3.3 | 低粘度化のうれしさ(モータ冷却性) |
| 4. | 低粘度化の課題 |
| 5. | 低粘度化の対策 |
| 5.1 | 添加剤改良のコンセプト |
| 5.2 | 耐焼き付き性の確保 |
| 5.3 | 耐疲労性の確保 |
| 5.4 | オイル絶縁性の確保 |
| 6. | まとめと今後 |
|
| 第2節 | xEVにおけるグリースの要求特性と技術動向 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | ハブユニット軸受用グリースの要求特性と技術動向 |
| 3. | 等速ジョイント(CVJ)用グリースの要求特性と技術動向 |
| 4. | 電動パワーステアリング(EPS)用グリースの要求特性と技術動向 |
| 5. | おわりに |
|
| 第3節 | 潤滑油用PFASフリー消泡剤の開発動向 |
|
| 1. | はじめに |
| 2. | 自動車用潤滑油を取り巻く環境の変化 |
| 2.1 | 自動車用潤滑油のトレンド |
| 2.2 | 泡立ちの原理 |
| 2.3 | 消泡の原理 |
| 2.4 | e-Axle用潤滑油の泡立ち原因 |
| 2.5 | PFAS規制 |
| 3. | 消泡剤の最新技術 |
| 3.1 | DICの新規PFASフリー消泡剤 |
| 3.2 | せん断安定性の高いDIC PFASフリー消泡剤 |
| 4. | おわりに |
|
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