JP2023028317A - 回転伝達シャフトユニット、およびそれを用いたモーターおよびインバーターテストベンチおよびemc試験設備装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、また、上記シャフトユニットを用いた、モーターテストベンチ用伝達装置、および、同シャフトを用いた、電波暗室の室内と室外とに存在するモーターや発電機等の機械的回転装置の間の、高トルク高回転を伝達するが、電磁的ノイズは遮断する、伝達装置および試験装置にも関する。
モーター試験用モーターテストベンチに用いるものでは、モーターと負荷との間の高速回転高トルクが伝達できる、設置精度の高い回転伝達装置が得られ、また、EV(Electric Vehicle)、HV(Hybrid Vehicle)、PHEV・PHV(Plug-in Hybrid Vehicle)、FCV(Fuel Cell Vehicle)等で使用される自動車の動力用電気モーターとインバーターシステムを電波暗室内において実車の走行状態を模擬しながら部品としてのEMC評価試験を実施するための装置においては、従来に無い長スパン、高速回転での使用に好適な回転伝達機構が得られる。
同文献には、「後側のプロペラシャフト44は、後述するようにスペースに余裕がある為、軽量化と高剛性化を狙い、炭素繊維強化樹脂(CFRP)製の中空パイプとしている」(段落番号0044)とあるように、自動車のプロペラシャフトにおいて軽量化と高剛性化のためにはCFRP製の回転力伝達手段を用いることが開示されている。しかしながら、これは自動車のプロペラシャフトであって、電気モーターのEMC試験との関連性は無く、必要トルクおよび回転数においても、EMC試験の電波暗室における室内と室外の間で回転力を伝達することを示すものではない。
また、特許文献3及び4における利用は、今回の発明が達成した低速回転から15000rpm以上の高速回転を意図したものではない。
よって、伝達ができるトルクが大きく、シャフトの長さは長く、それでいて、高速回転させても問題が起きず、電波暗室の壁を通過してしまう電磁ノイズは完全に遮断される、または、可能な限り小さく抑えられる、という性能を有する回転伝達機構を提供するという課題がある。
本発明は、これらの課題を解決することができる回転伝達シャフトユニット、回転伝達機構、および電波暗室を提供する。本発明は、これらの課題を解決しているので低速回転高トルクや高速回転低トルクなど様々な条件でのモーター等の回転電気機器の試験設備を簡便、高精度に提供でき、また、EMC試験を可能にする装置を提供することができる。
[1]
中心シャフトと、中心シャフトがその中を貫通している剛性筒であって中心シャフトを剛性筒の両端部で回転可能に支持するベアリングを両端部に有する前記剛性筒と、を含むシャフトユニットであって、前記中心シャフトは繊維強化樹脂製である、回転を伝達するシャフトユニット。
[2]
前記両端部のベアリング間距離が、700mm以上である、[1]に記載のシャフトユニット。
[3]
中心シャフトが、毎分2万回転以上で回転可能な曲げ剛性対質量比を有する[2]に記載のシャフトユニット。
[4]
中心シャフトが炭素繊維強化樹脂製である、[1]~[3]のいずれか一項に記載のシャフトユニット。
[5]
中心シャフトユニットおよび剛性筒が導電性であり、両端ベアリング位置において中心シャフトユニットと剛性筒とを電気的に導通する、[1]~[4]のいずれか一項に記載のシャフトユニット。
[6]
中心シャフトと剛性筒とを電気的に導通する手段が、中心シャフトと導電性剛性筒との間の空間を塞ぐ導電体を含む、[5]に記載の装置。
[7]
[1]~[6]のいずれか一項に記載のシャフトユニット、駆動側架台および被駆動側架台を含み、前記シャフトユニットが、剛性筒両端位置において駆動側架台および被駆動側架台のそれぞれに固定された、回転機間回転伝達装置
[8]
[7]に記載の回転伝達装置を有する、電波暗室。
炭素繊維強化樹脂製のシャフトは、カーボンが含まれているため、伝導される回転シャフトの電荷を、金属ベアリングを経由して即座に接地電位に逃がすことができるという点にも想到した。
更に、シャフトとそれを覆う導電性剛性筒例えば金属製剛性筒カバーを電波暗室の壁に貫通させるが、金属カバーに電気的に接続された導電性繊維がシャフト表面の円周を囲むことで高周波をシールドできることに想到した。
また、テストベンチの語は、床に固定した回転力駆動源と、同じ床に固定した被駆動回転装置とを連結して、回転駆動源の出力試験や、回転状態における電波試験等の、何らかのテストを行う設備を意味する。
さらに、「シャフト長」の語は、剛性筒の両端のベアリング間距離をいうものである。
この床は、回転シャフトの両端の相対的位置が確定し不動となるように、定盤であってよい。
また、回転シャフトのハウジングとなる導電性剛性筒は、剛体であるので、壁を貫通させたような場合の壁との接合部の、運転時の位置変動も極めて小さいものである。
さらに、シールドボックスの両はじに導電性樹脂ブラシをシャフトの周囲に接触させ、空間を塞ぐことでシールド効果を向上させる。
シールドボックスは導電性であり、電磁遮蔽壁と電気的にも接続され、電磁的遮蔽が保たれる。
すなわち、ユニットの剛性筒の位置決めを実行すれば、設置位置における回転シャフトの回転支持ベアリングの空間的位置決め、が実行されるので、回転シャフトの芯出しが簡便であり、
また、回転シャフトのハウジングとなる導電性剛性筒は、剛体であるので、壁を貫通させたような場合の壁との接合部の、運転時の位置変動も極めて小さいものである。
シャフトを炭素繊維強化樹脂にすることで、縄跳び現象の発生を抑えることが可能となる。
それ故に、従来よりも高トルクかつ高速回転を伝達することが可能となり、たとえば、毎分2万回転、伝達トルク350Nmを、シャフト長900mmでも、それを超えるものでも実現することができる。
剛性筒2は、ベアリング間距離が700mm以上のものも可能であり、ベアリング間距離は1400mmであってもよい。軽量で高速回転に耐える回転シャフトを実現するために、シャフト1は炭素繊維強化樹脂製の中空シャフトが好ましい。
また、中心シャフト1と剛性筒2とがベアリング3を介して組み合わされている本発明のシャフトユニットは、シャフトユニットの剛性筒2を強固に設置しさえすれば、回転シャフトの支持点であるベアリング3の位置決めがなされるため、回転伝達の駆動側と被駆動側が中心シャフトの回転軸の位置決め精度を担保しなくてもよく、シャフトユニットとしていろいろな用途に使用できる。
駆動側回転機としての例えばモーター4が回転力を中心シャフト1に、何らかの回転伝達ジョイントを介して印加し、回転力は中心シャフト1によって、やはり中心シャフト1となんらかの回転伝達ジョイントを経由して負荷側回転機としてのダイナモ6に伝達される。
モーター4およびダイナモ6は、強固な設置基盤7、8に固定されているが、中心シャフト1の回転可能な支持は、剛性筒2の両端に設けたベアリング3により行われ、剛性筒2が、設置基盤5に設置固定されている。
中心シャフトの回転軸心出し精度は、ベアリング3と剛性筒2によりなされるので、モーター4およびダイナモ6の側では、回転伝達ジョイントの自由度がより多く得られる。
また、中心シャフトおよび剛性筒2は、モーター4およびダイナモ6の支持基盤とはできるため、モーター4およびダイナモ6による振動から遮断することが可能となる。
電磁シールドのために、剛性筒2のベアリングのすぐ外側に、電磁シールドブラシ9が設けられている。図3においても、図2と同様に、図の左側に駆動回転機が位置し、右側に負荷回転機が位置し、シールドルームの室内が図3の左側であるとすると、シールド壁10の右側がシールドルーム室外である。
シールド壁10は剛性筒2と電気的に導通するように、直接接触、導電性の柔軟な物質たとえば金属メッシュを介した接触、柔軟な金属蛇腹をシールド壁および導電性剛性筒2に接続すること等によって、電磁シールドがなされている。
導電性ブラシは、中心シャフトの周囲全体の、導電性の剛性筒2との間の隙間を、所望の周波数の電磁波が十分シールドされるに足りる密度で、塞いでいる。
壁の一方の側から他方の側への電流または電磁波の漏洩は、電流が導電シャフトを通じて侵入せずに、回転シャフトとハウジング2との導通手段を経由して、ハウジング2から壁へと逃げるので、防止される。シールド壁と導電性ハウジングとは、電磁波漏洩が十分に小さければ、完全に密閉されている必要はない。
この電波暗室は、例えば電気自動車用の電動機のEMC試験に使用するのに好適な電波暗室である。
2 剛性筒
3 ベアリング
4 駆動回転機
5 シャフトユニット支持基盤
6 負荷回転機
7 駆動側基盤
8 負荷側基盤
9 電磁シールドブラシ
10 シールド壁
Claims (8)
- 中心シャフトと、中心シャフトがその中を貫通している剛性筒であって中心シャフトを剛性筒の両端部で回転可能に支持するベアリングを両端部に有する前記剛性筒と、を含むシャフトユニットであって、前記中心シャフトは繊維強化樹脂製である、回転を伝達するシャフトユニット。
- 前記両端部のベアリング間距離が、700mm以上である、請求項1に記載のシャフトユニット。
- 中心シャフトが、毎分2万回転以上で回転可能な曲げ剛性対質量比を有する、請求項2に記載のシャフトユニット。
- 中心シャフトが炭素繊維強化樹脂製またはアラミド繊維強化樹脂製である、請求項1~3のいずれか一項に記載のシャフトユニット。
- 中心シャフトユニットおよび剛性筒が導電性であり、両端ベアリング位置において中心シャフトユニットと剛性筒とを電気的に導通する、請求項1~4のいずれか一項に記載のシャフトユニット。
- 中心シャフトと剛性筒とを電気的に導通する手段が、中心シャフトと導電性剛性筒との間の空間を塞ぐ導電体を含む、請求項5に記載のシャフトユニット。
- 請求項1~6のいずれか一項に記載のシャフトユニットを有し、シャフトユニットが、剛性筒両端位置において駆動側架台と被駆動側架台とにそれぞれ固定された、回転機間回転伝達装置。
- 請求項1~6のいずれか一項に記載のシャフトユニットを有する電波暗室
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