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電動およびNVH試験の組み合わせ

現在の電動化の動きは、製品をより迅速かつ低コストで市場に投入するよう企業に圧力をかけています。当社の単一システムソリューションにより、パワートレインとNVH試験を組み合わせ、ドメイン間の依存関係をより深く理解することができます。

お見積り依頼
From Component to Vehicle Energy Management. Engineer writing graphics on a transparent wall with an electric power cube charging cars, helicopters, electricity poles, wind turbines and nuclear power

電動モーターは非常に望ましいトルク-速度曲線を持っています。なぜなら、0速度で最大トルクを発生させるだけでなく、広範囲の速度でもトルクを発生させることができるからです。この能力は電気モータに新しい機会を生み出す一方で、内燃機関と比較していくつかの新しい課題も生み出します。これらの課題の1つはトルクリップルであり、これには制御、出力、騒音、振動、耐久性などいくつかに影響があります。トルクリップルは、モータの回転に伴う出力トルクの分散として記述できます。このホワイトペーパーでは、これらの信号の測定と振動騒音への影響に焦点を当てています。また、トルクリップルの影響とNVHへの影響を実証する2つのケーススタディも掲載します。

トルクリップルについて

トルクはしばしば直流量と表現されるが、周波数成分を持ちます。具体的には、電気モータでは、トルクは循環オフセットを持つ直流平均を持つことになります。このオフセットは、回転速度の関数である周波数と、直流値のパーセンテージである振幅を持ちます。トルクリップルの例を図1に示します。平均トルクは直流ですが、広帯域トルクはおおよそ+-2Nmのリップルを示します。大きな問題のようには見えないかもしれませんが、このリップルの高い周波数は、可聴騒音、構造振動、ギア疲労など、さまざまな望ましくない結果を招く可能性があります。トルクリップルを緩和するためには、電気励磁、機械構造、機械共振、アラインメント、ローディングを含むその発生源を理解する必要があります。

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図2:1:電池セルの力効果測定のための試験設定の基本設計

トルクリップルの発生源と効果

機械の電気励磁は、機械のトルクが電流に追従するため、トルクリップルに寄与します。その最も極端な例が単相機で、基本周波数の2倍で循環トルクがあり、ゼロトルク素子があります。位相を上げることで、リップルのゼロクロスと振幅をなくすことができますが、周波数を上げることになります。一般的な機械は3相で、トルクリップルには有利ですが、排除することはできません。

トルクは正弦波加振法で作られるため、加振によるトルクリップルは電気信号と同じ周波数になります。つまり、速度が上がるとトルクリップル周波数も高くなります。さらに、励磁は完璧なサイン波ではないため、トルクリップルの他の要素も存在します。インバータは高周波で動作するものが多く、機械の巻線が電流の分布に影響を与えます。その結果、これらの問題はさらなるトルクリップルを生み出します。

構造もトルクリップルに影響を与える要因の一例です。すべての機械において、トルクリップルは機械の巻線機能によって引き起こされ、各機械タイプには、ロータの磁石がステータ鉄心と相互作用することによって発生するトルクリップルが存在します。誘導機では、トルクリップルは振幅が小さく、ローターのスキューで管理することができます。永久磁石機械の使用率の増加に伴い、巻線機能やスキュに加えて、ロータへの磁石の影響を考慮する必要があります。ロータの磁石はステータの鉄に引っ張られ、機械が回転するにつれて磁石は各ステータの歯に引き寄せられます。ロータ磁石とステータースロットの数は決まっているので、このトルクリップルの要素も速度に比例します。高い振幅と機械の速度による潜在的に高い周波数により、永久磁石からのトルクリップルは特性評価と低減が難しい問題となっています。

励磁と機械の構造がトルクリップルを生み出すことを考えると、この2つの特徴を組み合わせて緩和することもできます。異なる施工パターンを異なるタイプの機械制御と組み合わせることで、トルクリップルを低減できます。フィードバックとインバータ技術の進歩により、トルクリップル軽減の限界を押し広げることができます。これらのトルクリップル緩和手法が機能することを検証するには、エンジニアは設計を測定値で検証する必要があります。

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