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ワイヤアーク積層造形されたH13鋼-銅ハイブリッド部品の界面微細構造と形成メカニズム

この紹介論文は、「Journal of Materials Research and Technology」によって発行された論文「Interface microstructure and evolution mechanism of wire arc additively manufactured H13 steel-copper hybrid components」に基づいています。 1. 概要: 2. 抄録: 積層造形(AM)によって製造されたH13鋼-銅ハイブリッド構造は、特定の高温機械的特性を確保しつつシステムの冷却能力を向上させることができ、高圧ダイカスト金型において広範な応用可能性を示しています。本研究では、ワイヤアーク積層造形を用いて銅基板上にH13鋼を直接堆積させ、界面の微細構造を詳細に調査しました。界面構造の形成および進化メカニズムは、温度場シミュレーションと組み合わせて明らかにされました。界面におけるFe-Cu混合液体は2回の液相分離を経て、Feリッチ島およびCuリッチ島、ならびに分散したCuリッチ粒子を形成しました。冷却中のCuの体積収縮により、少数の気孔が形成されました。微小亀裂は、熱応力の影響と、旧オーステナイト粒界におけるCuリッチ粒子の分布によって引き起こされる高い亀裂感受性に起因すると考えられました。H13-Cu界面における元素分布の急激な変化と温度分布の連続的な変化により、H13の融点より低くCuの融点より高い温度を持つ拡張溶融プールが界面下に形成されました。微小硬さは、界面近傍の狭い範囲(約0.5 mm)でH13側からCu側に向かって徐々に減少しました。ハイブリッド部品の引張試験片は界面から離れたCu側で破断し、その引張強度(221 ± 2 MPa)はCu基板のレベルに達し、界面が良好な接合を形成したことを示しました。 3. 緒言: 単一材料の部品と比較して、多材料ハイブリッド部品は様々な材料の特性を組み合わせることができ、複雑な使用条件下での多様な性能および機能要件を満たすことができます。様々な多材料ハイブリッド構造の中でも、銅-鋼バイメタル部品は、銅の優れた熱伝導性および電気伝導性と、鋼の良好な機械的特性を組み合わせ、非常に高い応用可能性を持つ機能特性の組み合わせを実現します。この優れた包括的な機能特性により、銅-鋼バイメタル部品は航空宇宙、原子力産業、電力、自動車、金型などの産業分野で広く使用されています。銅-鋼ハイブリッド部品の従来の製造プロセスは、主にレーザー溶接、アーク溶接、電子ビーム溶接、拡散接合、爆発圧接などの溶接法です。しかし、これらの溶接法はハイブリッド部品を製造する際に形状および構造設計に限界があります。積層造形(AM)のニアネットシェイプ能力は、部品設計および製造の柔軟性を大幅に向上させます。これは銅-鋼ハイブリッド部品の製造において広範な開発の見通しを示しています。しかし、銅と鋼の間の熱物理的特性の不一致および機械的特性の違いにより、銅-鋼ハイブリッド部品のAMは依然として多くの課題に直面しています。まず、Fe-Cu状態図によれば、FeとCuの間には金属間化合物が存在しません。さらに、固相状態での溶解度は非常に限られています。溶解度およびFe-Cu系に存在する準安定混和ギャップの影響を受け、銅-鋼界面はしばしば液相分離の特性を示し、多くのCuリッチ島およびFe-rich島が分布します。これは機械的特性および疲労特性を損なう可能性があります。第二に、Cuの非常に高い熱伝導率(401 W m⁻¹K⁻¹)のため、熱が急速に放散され、溶融プールを安定に保つことが困難になります。これにより、材料の不十分な溶融が生じ、気孔が形成される可能性があります。最後に、銅と鋼の熱膨張係数の著しい違いは、ひずみの不整合と界面でのより高い残留応力を引き起こし、亀裂につながります。 4. 研究の概要: 研究テーマの背景: H13-Cuバイメタル構造は、H13鋼の高温機械的特性、特に耐熱衝撃性および耐熱疲労性と、銅の高い熱伝導性を組み合わせることができるため、特に高圧ダイカスト(HPDC)金型への応用において研究者から大きな関心を集めています。AMによって製造されたH13-Cuハイブリッド構造は、優れた高温機械的特性と高い熱伝導性を両立させ、システムの冷却能力を高め、十分な使用信頼性を確保することができます。しかし、H13とCuを直接接合することは、熱物理的特性の違いにより問題が発生する可能性があります。 先行研究の状況: 銅-鋼ハイブリッドのAMに関する先行研究では、プロセスパラメータの最適化、特定の走査戦略(例:アイランド走査)による欠陥低減、ビームシェーピング(リングモードレーザー)による混合低減、熱間等方圧加圧(HIP)による気孔・亀裂除去など、様々な試みが行われています。また、Inconel 718やDeloro 22などの高Ni含有中間層を追加することで、界面欠陥を効果的に低減し、ハイブリッド構造の接合強度を向上させることが示されています。これまでの研究の多くは、鋼基板上に銅を堆積させることに焦点を当てています。銅基板上に鋼を堆積させる研究、特にワイヤアーク積層造形(WAAM)を用いた研究は限られています。WAAMはレーザーベースのプロセスと比較して製造効率が高く、材料コスト(ワイヤベース)が低いという利点があります。さらに、銅を基板として使用する場合、高いレーザー反射率の問題が存在しません。しかし、予備実験では、Cu基板の非常に高い熱伝導率のため、従来のプロセスパラメータではCu基板を溶融させて安定した溶融プールを形成することが困難であることが判明しました。WAAMによるH13-Cuハイブリッド部品の製造に関する報告は、著者らの知る限り現在ありません。 研究目的: 本研究の目的は、WAAMを用いてCu基板上にH13鋼を直接堆積させることの実現可能性を評価することです。具体的には、以下の点を明らかにすることを目的としました。 研究の核心: 本研究の核心は、GMAWベースのWAAMを用いて、アニール処理された銅基板上にH13鋼ワイヤを直接堆積させることにあります。特殊な戦略として、(i) Cu基板の予熱(200 °C)、(ii) 基板に近い層(1~7層)に対してより高い入熱(高電流、低溶接速度)を使用、(iii) 揺動堆積戦略(振幅2 mm、周波数1 Hz)の採用、が挙げられます。得られたH13-Cu界面の微細構造をSEM、EDS、EBSD、TEMを用いて詳細に調査しました。堆積中の温度分布と熱履歴を組み合わせることで、界面構造の形成と進化メカニズムを明らかにしました。界面近傍の気孔や微小亀裂などの欠陥の原因についても議論しました。最後に、H13-Cu部品の機械的特性を評価しました。 5. 研究方法論 研究設計: 本研究では、実験的アプローチと数値モデリングを組み合わせました。WAAMを用いて銅基板上にH13鋼を積層造形しました。プロセスパラメータは、銅基板の高い熱伝導率を管理するために特別に調整されました。得られたバイメタル部品の界面について、詳細な微細構造解析と機械的特性試験を実施しました。界面形成メカニズムの理解を助けるために、堆積プロセスの熱的側面をモデル化する有限要素シミュレーションを使用しました。

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FIG. 2 Door and window frames for a German sports car (Photo: Georg Fischer AG). Telai di portiere e finestrini di un’automobile sportiva tedesca (Photo: Georg Fischer AG).

構造部品の成功したダイカストへの工具鋼メーカーの貢献

本紹介論文は、「AIM / La Metallurgia Italiana」によって発行された論文「構造部品の成功したダイカストへの工具鋼メーカーの貢献 (The tool steel producer’s contribution to successful die casting of structural components)」に基づいています。 1. 概要: 2. 抄録: 自動車産業におけるダイカスト構造部品は、自動車の軽量化に大きく貢献し、燃費削減およびCO2排出量削減においてますます重要性を増しています。そのため、今日ではダイカストアルミニウム製のA、B、Cピラー、ショックタワー、またはドア部品が従来の鋼製部品に取って代わることが非常に多くなっています。これらの構造部品は、しばしば大きな寸法と複雑な設計によって特徴付けられます。構造部品用のダイカスト金型は、靭性、高温強度、および熱疲労抵抗に関して最高の要件を満たす必要があります。従来使用されてきた1.2343 (AISI H 11)、1.2344 (Η 13)、または1.2367のような熱間工具鋼では、これらの要件を満たせないことがよくあります。Kind & Co.は、特性を大幅に改善した3つの特殊熱間工具鋼、TQ 1、HP 1、およびHTRを開発しました。本報告書は、これらの鋼の特性に関する調査だけでなく、これらのグレードで得られた実用的な経験についても述べます。適切な熱処理は金型の性能にとって不可欠です。Kind & Coは最近、これらの大型ダイカスト金型に焦点を当てた、世界最大かつ最新の真空焼入れ炉の1つを設置しました。本報告書はまた、現代的な熱処理設備が高品質な構造部品の経済的なダイカストプロセスにどのように貢献するかを示します。 3. 序論: 国際的な自動車産業は、乗用車からのCO2排出量を大幅に制限するという政治的決定に直面しており、欧州連合は自動車産業に対して積極的な目標(例:130 g CO2/kmの義務的削減目標)を設定しています。軽量化はこれらの目標を達成するための重要な戦略であり、燃料消費とCO2排出に直接影響します。その結果、自動車メーカーは従来の鋼製部品に代わるダイカストアルミニウム構造部品の使用をますます増やしています。アウディはこのアプローチの先駆者であり、特にAUDI A8(FIG. 1)で顕著であり、現在ではドアフレーム(FIG. 2)やハッチバックサポートフレーム(FIG. 3)などの用途で一般的です。これらの部品はしばしば大きな寸法と複雑な設計によって特徴付けられ、ダイカストプロセスと金型自体に大きな課題をもたらします。金型は長い溶湯流路を処理する必要があり、潜在的により高い溶湯温度が必要となり、局所的な高い熱負荷と熱的不均一性を引き起こします。リブのような特徴を持つ複雑な形状は応力集中を引き起こし、グロスクラックのリスクを高める可能性があります。したがって、金型設計、工具鋼の選択、金型製造、および熱処理は慎重に検討する必要があり、関係するすべての当事者間の早期の協力が必要です。 4. 研究の概要: 研究テーマの背景: 燃費向上とCO2排出量削減のための自動車軽量化への要求の高まりは、大型で複雑なダイカストアルミニウム構造部品の広範な採用につながっています。 先行研究の状況: これらの大型構造部品の製造に必要な金型は、高い熱負荷、温度不均一性による大きな熱応力、複雑な形状による高い機械的応力など、極端な条件に直面します。1.2343 (H11)、1.2344 (H13)、1.2367などの従来の熱間工具鋼は、これらの厳しい条件下では、靭性、高温強度、熱疲労(ヒートチェック)抵抗性の点でしばしば性能限界に達します。これらの鋼は、適切な品質を得るためにESR(エレクトロスラグ再溶解)法で製造する必要があります。 研究の目的: 本研究は、大型構造部品のダイカストの課題に対処するためにKind & Co.によって特別に開発された3つの特殊熱間工具鋼(TQ 1、HP

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Figure 4. 3D scheme of the rolling process and 2D simplification in the FE simulation.

ハイブリッド部品のインターロックのための冷間圧延鋼板上のアンダーカット付き両面表面構造

本紹介論文は、「[Machines]」によって発行された論文「Double-Sided Surface Structures with Undercuts on Cold-Rolled Steel Sheets for Interlocking in Hybrid Components」に基づいています。 1. 概要: 2. 抄録: 輸送部門において温室効果ガス排出量を削減したり、電気自動車の航続距離を延長したりするためには、軽量化戦略が不可欠です。軽量組立戦略の分野では、マルチマテリアル設計が大きな可能性を提供します。自動車分野で一般的に使用されるアルミニウムや鋼などの材料の接合は、溶融溶接などの従来プロセスが不適切であるため、課題をもたらします。したがって、新しい技術が設計オプションを拡張できます。以前の研究では、鋼板上のアンダーカット付き冷間圧延表面構造とダイカストアルミニウム間の機械的インターロックが提示されました。この方法は、今回、両方のシート表面に接合部を持つより複雑な用途向けに、両面構造へと拡張されました。両面構造の製造を調査するために、数値シミュレーションと検証実験が実施されました。さらに、上部構造と下部構造の相互の位置合わせが、結果として得られる構造形状と圧延荷重に及ぼす影響が分析されました。シフト(shifted)配置では、より有利な幾何学的パラメータ(例:24%大きいアンダーカット)と、約24.1%低い成形荷重(20%の高さ減少時)が観察されました。しかし、対応する実験では、構造化ローラーの著しく高い摩耗が発生しました。 3. 緒言: 軽量構造は、部品特性(剛性や衝突安全性など)を維持しつつ、温室効果ガス排出量の削減や電気自動車の航続距離延長の要求に応えるため、輸送部門において不可欠です[1, 2]。特に、低密度のアルミニウムと高強度鋼を組み合わせたマルチマテリアル設計は、魅力的な解決策です[3]。しかし、これらの異種材料を接合する際、溶接のような一般的な技術は脆い金属間化合物(IMP)を生成する可能性があります[4]。そのため、リベット接合やクリンチングのような機械的接合、ハイブリッド成形や鋳造プロセスを含む成形による接合プロセスが代替案として提供されます[5, 6, 7, 8]。特にハイブリッド鋳造は、複雑な部品形状と大量生産を可能にし、冶金的結合[9]または機械的インターロック[7]を達成する可能性があります。機械的インターロックは通常、表面構造化とその後の組立ステップを含みます。広い鋼板表面を構造化する有望な方法の一つは、多パス冷間圧延プロセスを用いてアンダーカット付きのチャネル構造を作成し、その後、例えばダイカストアルミニウムで充填することです[15, 16]。このプロセスは、以前に片面構造について研究され、最大45 MPaの接合強度を達成しました[16]。初期の構造圧延パスとそれに続く平坦化パスによりアンダーカット(Figure 1)が形成されます。本研究は、ルーフクロスビーム断面(Figure 2)に基づくデモンストレーター部品など、より複雑な部品に必要な両面構造へと概念を拡張し、鋼板インサートの両面に構造を製造するプロセスを調査します。 4. 研究概要: 研究テーマの背景: 特に鋼とアルミニウムを組み合わせた軽量マルチマテリアル部品の開発は、自動車産業にとって極めて重要です。溶融溶接で一般的な脆い金属間化合物の形成を回避する効果的な接合方法が必要です。ハイブリッド鋳造(例:高圧ダイカスト – HPDC)前の表面構造化による機械的インターロックは、実行可能な代替手段です。 先行研究の状況: 先行研究では、ダイカストアルミニウムとの機械的インターロックのために、鋼板上にアンダーカット付きの片面表面構造を作成する多パス冷間圧延プロセス(構造圧延後の平坦化圧延)が確立されました[15]。研究では、プロセスパラメータ、結果として得られる形状(アンダーカット Wf-uc、内部ノッチ Wf-no)、接合強度(最大45 MPa)[16]、プロセスのFEモデリング[17]、およびその後の曲げの影響[20]が調査されました。両面構造を必要とするデモンストレーター部品が概念化され、鋳造パラメータに焦点を当てた複合強度が分析されました[21]。しかし、成形プロセス分析は片面構造に限定されていました。 研究目的: 主な目的は、確立された冷間圧延および平坦化技術を使用して両面表面構造を製造する際の材料流動と構造形成を理解することでした。具体的には、両側からの同時圧痕がチャネルとアンダーカットの形成にどのように影響するかを調査し、2つの異なる配置、すなわち「ミラー(mirrored)」配置と「シフト(shifted)」配置(Figure 3)を比較することを目的としました。目標は、この理解を用いて、アンダーカット幅と結果として得られる接合強度に関してプロセスを最適化することでした。 中核研究: 本研究では、DC04鋼板上に両面構造を作成するために、冷間圧延および平坦化法を拡張しました。2つの構成が調査されました:ミラー配置(リブ対リブ、チャネル対チャネル)とシフト配置(リブ対チャネル)。有限要素(FE)シミュレーション(Abaqusを使用)が開発され、物理的な圧延実験によって検証されました。研究では、配置が結果として得られる構造形状(チャネル深さ ∆hs、アンダーカット幅 Wf-uc、内部ノッチ長さ Wf-no)および構造圧延と平坦化圧延の両パス中の必要な圧延荷重に及ぼす影響を分析しました。 5. 研究方法論 研究設計: 本研究では、両面表面構造に対する2つの異なる配置(ミラーおよびシフト)を調査する比較研究設計を採用しました。方法論は、数値シミュレーション(2D FEモデリング)と実験的検証(構造冷間圧延実験)を組み合わせました。 データ収集および分析方法:

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Fig. 5. (a) Mold lling with three overows attached model, (b) mold lling of part with ve overows.

高圧アルミニウムダイカスト部品の最適化に関するシミュレーションと製作作業

本稿の内容は、「Acta Physica Polonica A」によって発行された論文「A Simulation and Fabrication Works on Optimization of High Pressure Aluminum Die Casting Part」に基づいています。 1. 概要: 2. 抄録: 高圧ダイカストは、その小さな公差と滑らかな表面仕上げにより、コスト削減を実現します。製造される鋳造部品は、自動車産業で数百万個単位で消費されています。本研究では、高圧ダイカストの設計におけるコンピュータ支援工学(CAE)アプリケーションの使用を検討しました。ダイカストプロセスステップが金型設計に与える影響を調査・分析しました。鋳造シミュレーションソフトウェアを使用して設計を改善し、問題を解決しました。金型設計の解析にシミュレーションソフトウェアを使用することにより、最終設計は数時間で達成され、それにより試作前の設計プロセスが短縮され、金型材料に修正を加えることなく金型製作が実行されました。鋳造部品にX線透過試験を適用した結果、凝固結果データのシミュレーションとの間に良好な相関関係が示されました。また、この結果は、高圧ダイカストプロセスの増圧段階におけるスクイズ圧の適用が鋳造シミュレーションで検討できることを証明しました。 3. 序論: あらゆる製造業の目標は、より経済的な最終製品を生産するために加工ステップを最小限に抑えることです。この目標は、いわゆる「ネットシェイプ製造」によって達成されます。横型コールドチャンバーマシンを使用したダイカストは、現在、アルミニウム合金およびマグネシウム合金のニアネットシェイプ鋳造部品を製造するための最も一般的なプロセスです[1]。また、ダイカストは寸法再現性において最大の能力を持っています[2]。世界中で製造されるアルミニウム合金鋳物の約半分がこの方法で製造され、広範囲の自動車部品やその他の消費財に使用されています[3]。横型コールドチャンバープロセスでは、液体金属がプランジャーによって水平なショットスリーブを通って押され、金型に射出されます[1]。液体金属の射出は一般に高速で行われ、乱流を引き起こし、金型内の初期空気との空気巻き込みが生じる可能性があります[4]。鋳物中のガス気孔の存在は、機械的特性や耐圧性に悪影響を与えるため有害です[5]。金型内の初期空気を除去するため、また巻き込まれた空気を含む液体金属を除去するために、高圧鋳物の金型設計ではベント(ventilation channels)やオーバーフロー(overflows)が使用されます。液体金属の射出は、低速射出段階(slow shot phase)と高速射出段階(fast shot phase)の2つの別々のステップで実行されます。低速射出段階では、プランジャーが液体金属を押し上げてショットスリーブの空の部分を満たします。高速射出段階は、ミリ秒単位での金型キャビティへの液体金属の射出です。したがって、キャビティ充填を制御し、ベントとオーバーフローの適切な位置を決定するために、コンピュータシミュレーションは非常に必要です。高圧ダイカストの金型設計に関するさまざまな理論的および実験的研究がありますが、段階的な金型設計におけるコンピュータシミュレーションの使用とその利点を試行錯誤法(trial-error method)と比較して提示しているものはありません[6-8]。 4. 研究概要: 研究テーマの背景: 高圧ダイカストは、特に自動車分野向けに、複雑なニアネットシェイプのアルミニウム部品を効率的に製造するための重要な製造プロセスです。しかし、このプロセスは、高速での溶湯射出中の空気巻き込みに起因するガス気孔のような欠陥が発生しやすいという問題があります。 先行研究の状況: 既存の理論的および実験的研究はHPDCの金型設計に取り組んでいますが、従来のしばしば時間のかかる試行錯誤法を置き換える、または補強するために、設計プロセス全体を通じてコンピュータシミュレーションを体系的かつ段階的に使用する方法を示す文献にはギャップがあります。 研究の目的: 本研究は、コンピュータ支援工学(CAE)シミュレーションを利用して、高圧アルミニウムダイカスト部品の設計を最適化することを目的としました。目的には、プロセスステップが金型設計に与える影響の分析、シミュレーションを活用することによる試作前の期間短縮、コストのかかる金型修正の回避、および製作とX線透過試験によるシミュレーション精度の検証が含まれます。 中核研究: 中核となる調査は、鋳造シミュレーションソフトウェアに大きく依存した反復的な金型設計プロセスを含んでいました。主な活動は以下の通りです。 5. 研究方法 研究デザイン: 本研究では、CAEシミュレーションと実験的検証を統合した反復的な設計手法を採用しました。アルミニウムHPDC部品の金型設計は、鋳造シミュレーションソフトウェアを使用して段階的に開発および最適化されました。シミュレーションから導き出された最終設計は、その後、金型製作に使用され、続いて検証のために鋳造生産と非破壊検査が行われました。 データ収集と分析方法: 研究テーマと範囲: 本研究は、特定のアルミニウム部品に対する高圧ダイカストプロセスの最適化に焦点を当てました。範囲には、ダイカスト金型要素(インゲート、ランナー、オーバーフロー、ベント、パーティングライン、抜き勾配)の詳細設計、鋳造欠陥(乱流、空気巻き込み、引け巣)を予測および軽減するためのシミュレーションツールの適用、プロセスパラメータ(プランジャー速度、増圧)の分析、および製作された部品のX線透過検査によるシミュレーション駆動設計の検証が含まれます。 6. 主要な結果: 主要な結果: 鋳造シミュレーションソフトウェアの適用により、最終的な金型設計が迅速に(「数時間で」)達成され、従来の試行錯誤法と比較して試作前の設計段階が大幅に短縮されました。このシミュレーション駆動アプローチにより、その後の修正を必要とせずに金型製作が可能になりました。シミュレーションは、空気巻き込み(Fig. 4b, 4c)などの潜在的な充填問題を効果的に予測し、衝突する溶湯流と乱流を管理するためのオーバーフローの戦略的な配置(Fig. 5)を導きました。凝固圧縮力(スクイズ圧)の影響を取り入れた最終シミュレーションは、引け巣欠陥がないことを予測しました(Fig.

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Figure A. Outer rotor induction motor mesh operation and 2D FEA

多様な産業用途向け:外側回転子型低速誘導電動機の設計

この入門論文の内容は、「Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University」誌に掲載された論文「For different industrial applications: Outer rotor and low speed induction machine design」に基づいています。 1. 概要: 2. 概要: 「今日、発展を続ける新技術に伴い、非同期機の従来の用途領域に加えて、電動機および発電機としての用途領域が徐々に拡大しています。近年、電気自動車の電動機/発電機、風力タービン、マイクロ水力発電などの分野で誘導発電機の使用が普及し始めています。本研究は、外側回転子誘導電動機の用途、およびオプションで直接駆動発電機としても使用できる、低速、高トルク、高効率の外側回転子誘導電動機の設計を目的としています。16極、50Hz周波数、375rpm同期速度、1kWの外側回転子誘導電動機の設計、最適化、電磁解析を実施し、本研究の解析用に6つの異なるモデルを開発しました。固定子設計には1種類のスロットタイプと72スロット、回転子設計には59スロットと3種類の異なるスロットタイプを使用しました。かご形回転子には銅とアルミニウムの材料が好まれ、Ansys Maxwell電磁パッケージプログラムを用いて研究を実施しました。本研究では、Rmxprt-optimetricsモジュールを用いて最高の効率を得るために、機械の基礎サイズ、エアギャップ、スロット寸法を最適化しました。その後、有限要素法を用いて電磁解析を実施しました。機械の電動機動作領域に対して行った解析の結果、IEC 60034-30-1規格に従い、IE2およびIE3クラスの1.1kW出力の8極内側回転子非同期電動機の効率よりも高い効率が得られました。この結果から、外側回転子、低速、高トルクの誘導電動機を製造し、電動機として使用できることがわかりました。」 3. 導入: 非同期機は、その堅牢性と汎用性で知られており、多様な産業分野で電動機および発電機としてますます利用されています。従来の内側回転子型非同期機 (IRAMAK) が広く確立されている一方で、外側回転子型非同期機 (DRAMAK) は、特に電気自動車、風力タービン、マイクロ水力発電などの用途で注目を集めています。本論文では、DRAMAKの設計に焦点を当て、低速、高トルク、高効率のソリューションに対する需要の高まりに対応します。従来のDRAMAKの用途は、効率が低い冷却ファン(通常25%程度 [5])などのニッチな用途に限定されてきました。本研究は、高効率と高性能のために最適化された、要求の厳しい産業用途や直接駆動発電機構成に適した、革新的なDRAMAK設計を提示することにより、これらの制限を克服することを目的としています。本研究では、有限要素法 (FEM) 解析を活用して、IEC 60034-30-1規格に従ったIE2およびIE3クラスに準拠した効率レベルを目標に、外側回転子設計における異なるスロット形状と材料の影響を調査します。 4. 研究概要: 研究テーマの背景: 非同期機の応用範囲の拡大、従来の電動機用途を超えて、電気自動車、風力エネルギー、マイクロ水力発電などの新興分野における発電機機能を含むようになり、高度な機械設計が必要となっています。特に、これらの分野における効率的で高性能な電動機と発電機の需要が、最適化された外側回転子誘導電動機 (ORIM) のような革新的なソリューションの必要性を推進しています。 先行研究の現状: DRAMAKに関する先行研究は、主に冷却ファンなどのニッチな用途に焦点を当てており、多くの場合、効率と性能指標が低いことが特徴です。既存の文献では、従来のDRAMAK設計の効率、力率、トルク特性の限界が指摘されています。DRAMAKの性能を向上させるための様々な最適化技術とトポロジーが研究されてきましたが [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]、特に産業用および直接駆動発電機用途において、高性能IRAMAKに匹敵する高効率DRAMAKの開発には依然として大きな隔たりがあります。

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Fig. 4. Output Power vs Speed

電気自動車アプリケーション用BLDCモータの性能向上

本入門資料は、”[電気自動車アプリケーション用BLDCモータの性能向上]”(”[www.isteonline.in]”発行)という論文に基づいています。 1. 概要: 2. 抄録: 今日の技術的に進んだ社会において、人々はますます現代的で便利、かつ環境に優しい選択肢を求めています。この傾向が特に顕著な分野の1つは輸送産業です。従来のガソリン動力車は、環境に深刻な脅威をもたらすCO2排出に大きく貢献しているためです。したがって、電気自動車(EV)への関心が、最近、その環境上の利点、高いエネルギー効率、および低騒音により高まっています。DCモータ、誘導モータ、永久磁石同期モータ、スイッチトリラクタンスモータ、およびブラシレスDCモータは、過去に電気自動車で使用されてきたさまざまな種類の電気モータです。しかし、ブラシレスDCモータは、その高出力密度、高い出力重量比、瞬時の速度制御、および高い効率性により、電気自動車にとって最も効率的な選択肢です。本論文では、Ansys Maxwell RMxprtを使用したシミュレーションを通じてBLDCモータの性能を向上させるためのさまざまな方法論を提案することにより、500W、2000rpm、および48V定格のブラシレスDCモータの分析を提示します。Ansys Maxwellを使用して、トルク、損失、トルクリップル係数、電力、および効率などのさまざまな設計パラメータをシミュレーションします。 3. 序論: 電気自動車(EV)の導入は、現在の燃料自動車に取って代わるものであり、輸送システムは新たなレベルの輸送システムへと進歩するでしょう。ガソリン車から電気自動車への転換は、既存の汚染問題の緩和に役立つでしょう。環境汚染を削減するための継続的な努力により、電気自動車市場は近年拡大しています。燃料資源が枯渇するにつれて、エネルギー効率の高い電気ドライブの使用が化石燃料に取って代わると予測されています。EVは、ICE(内燃機関)[8]と比較して環境への負荷が最も少ないです。政府のシンクタンクであるNITI AAYOGによると、EVは2030年までにインドのCO2排出量を1ギガトン削減できる可能性があります。電気自動車、特にバッテリ駆動の電気自動車の効率を向上させるためには、電力電子システムと制御技術が効果的である必要があります[1]。永久磁石モータ、誘導モータ、スイッチトリラクタンスモータ、または電気自動車で機能できるあらゆる種類の機械装置を使用することが提案され、調査されてきました。現在、BLDCモータは、産業界、特に自動車分野で広く使用されています[2]。過去数十年にわたり、電気自動車の開発は、信頼性の高い電気モータアクチュエータの需要を生み出しました。電気自動車のアクチュエータは、高い抵抗、シンプルな設計、および高速での動作能力のためにBLDCモータを検討する必要があります。 4. 研究の概要: 研究テーマの背景: 従来のガソリン動力車に関連する環境への懸念の高まりと、持続可能な輸送への世界的な推進により、電気自動車への関心が高まっています。BLDCモータは、効率と性能における固有の利点により、EV推進のための有望な技術として認識されています。 先行研究の状況: DCモータ、誘導モータ、永久磁石同期モータ(PMSM)、およびスイッチトリラクタンスモータ(SRM)を含む、さまざまな種類の電気モータがEVアプリケーション向けに検討されてきました。しかし、BLDCモータは、その高出力密度、効率、および制御性により際立っています。先行研究では、EV性能を最適化するための効果的な電力電子システムと制御戦略の必要性が強調されています。 研究の目的: 本研究は、特に電気自動車アプリケーション用のBLDCモータの性能特性を分析し、向上させることを目的としています。研究は、シミュレーションツールを使用した設計パラメータの最適化を通じてモータ性能を向上させることに焦点を当てています。 コアスタディ: 本研究の核心は、500W、2000rpm、および48V定格のBLDCモータの性能分析を含みます。Ansys Maxwell RMxprtソフトウェアを活用して、研究はモータ性能に対するさまざまな設計パラメータの影響を調査します。調査対象の主要な性能指標には、トルク、損失、トルクリップル係数、電力、および効率が含まれます。この研究では、これらのパラメータを最適化し、EVアプリケーション用のBLDCモータの全体的な性能を向上させるためのさまざまな方法論を探求します。 5. 研究方法論 研究デザイン: 本研究では、シミュレーションベースの設計アプローチを採用しています。Ansys Maxwell RMxprtソフトウェアを利用して、BLDCモータの性能をモデル化およびシミュレーションします。この方法により、初期段階で物理的なプロトタイプを作成する必要なく、さまざまな設計パラメータとそのモータ特性への影響を分析できます。 データ収集と分析方法: データは、Ansys Maxwell RMxprtで実施されたシミュレーションを通じて収集されます。固定子および回転子の材料、ワイヤゲージ、エアギャップなどのさまざまな設計パラメータが、シミュレーション環境内で変更されます。ソフトウェアは、効率、速度、トルク、および損失などの主要な性能指標に関するデータを計算して提供します。次に、このデータを分析して、各パラメータの変動がBLDCモータの性能に与える影響を評価します。 研究テーマと範囲: 本研究は、次のテーマを調査することにより、BLDCモータの性能向上に焦点を当てています。 6. 主な結果: 主な結果: シミュレーション結果は、材料の選択、ワイヤゲージ、およびエアギャップの最適化がBLDCモータの性能に大きな影響を与えることを示しています。 表 2: BLDC固定子および回転子材料の比較 材料 効率 (%) 速度定格 (rpm) トルク定格 (N.m) 総損失 (W) Steel_1010 85.259

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Figure 2. Model of Initial Design (1-Stator, 2-Winding, 3- Rotor, 4- SquirrelCage): a) 2D, b) 3D

AlおよびCu導体を考慮した回転子バーおよびケージ数がハイブリッド電気自動車の非同期牽引モーターの性能に及ぼす影響

この紹介資料の内容は、[ICEMG 2023]が発行した論文「”Effects of Rotor Bar and Cage Numbers Considering Al and Cu Conductors on The Performance of Asynchronous Traction Motors in Hybrid Electric Vehicles”」に基づいています。 1. 概要: 2. 概要: 電気自動車は、そのトルクプロファイルのおかげで比類のない体験を提供します。電気自動車は、都市内走行サイクル(頻繁な始動-停止)を考慮する場合、効率/性能の関係に敏感に対処することで最適化する必要があります。非同期モーターは、電気自動車で一般的に使用されています。固定子/回転子の形状、スロット数、使用材料などのパラメータは、効率/性能の関係において非常に重要です。本研究では、主に都市部で使用される電気自動車で使用される非同期モーターを設計することにより、モーター性能に対する固定子/回転子スロット数の変化の影響に焦点を当てました。その後、単層および二重層かご形構造で、銅またはアルミニウムのかご形材料がモーター性能に及ぼす影響を取得しました。最初に設計されたモーターは、初期トルク値が96.26 Nmであるのに対し、最適化されたモーターは、効率値と熱制限が変更なしに19.82%向上し、115.34 Nmの値を持っています。分析結果によると、二重層、34/46構造、およびアルミニウム材料を使用したかご形非同期モーターが、初期トルクで最高の性能を示しました。 3. 導入: 技術の発展により、人間の生活をより快適にする高効率で環境に優しい製品を設計および使用することが可能になりました。電気自転車や電気自動車は日々使用が増加しており、最高の例の1つです[1, 2]。自動車産業の発展と並行して、クリーンエネルギー源とエネルギー効率に関する研究により、電気自動車(EV)技術が加速しました。石油資源はほぼ枯渇状態にあり、車両用の代替推進システムに関する研究が強化されています。この研究の結果、車両への電気モーターの使用が問題になっています[3-6]。電気モーターは、駆動システムの最も重要な要素として定義できます。今日、電気自動車にはさまざまな種類の駆動モーターが使用されています。EVでは、主に非同期モーター(AM)および同期モーター(SM)(永久磁石型と突極型)、場合によってはDCモーターおよびスイッチトリラクタンスモーター(SRM)がトラクションに使用されます。磁石技術の進歩により、PMモーターの効率が向上しました。しかし、磁性材料の高価格と減磁のリスクは、依然として永久磁石モーターの欠点です。DCモーターは線形速度トルク曲線を持っていますが、整流子とブラシ構造を持っているという事実は、EVの使用を制限しています[7-9]。SRMでは、出力トルクの変動がEVでの使用を制限しています[10, 11]。メンテナンスの必要性が低く、制御が容易、高温耐性、製造が容易、低コストであるため、AMは最も好ましいモーターの1つです[12-14]。EV用電気モーターを比較する研究では、6種類の電気機械が比較されました。効率、重量、コスト、冷却、最高速度、故障許容度、安全性、耐久性の点で、AM、SRM、ブラシレスDCモーター、ブラシ付きDCモーター、SMを最も適切な電気モーターの選択のために検討しました。分析の結果、AMはSRMに次いで効率、重量、コストの点でEVで使用できる電気モーターであると判断されました[15]。GilinskyとAbu-Rubは、AMで駆動されるプロトタイプEVに関する実験を実施しました。DC電圧で駆動される三相かご形非同期モーターがシステムで使用されています。かご形非同期モーターの使用は、電気モーターよりもEVでより有利であることが判明しました[16]。MishraとSahaは、3.5kW AMを設計し、定常状態および過渡状態で磁気および電気分析を実行しました[17]。Kimらは、電気自動車用に設計した非同期モーターで、エアギャップと回転子バーの形状を最適化することにより、始動点および動作点特性を達成しました[18]。回転子スロット構造を調査した研究の最初の1つで、半閉鎖スロット構造を持つ非同期モーターのスロット上部にウェッジを追加することにより、エアギャップリラクタンスを低減しました。したがって、固定子電流と鉄損が減少します。さらに、機械の振動レベルが低下しました[19]。別の構造分析では、二重かご形および単一かご形非同期モーターの性能を調査しました。その結果、二重かご形構造は始動電流が低いことが判明しました。電流が低いため、銅損が減少し、モーターの効率が向上します[20]。回転子スロット構造が電流高調波に及ぼす影響を調べたところ、開放スロット非同期モーターでは、閉鎖回転子スロット構造よりも5次および7次高調波がはるかに高いことが判明しました[21]。異なるスロット数を調査した研究では、回転子スロット数は24、28、30、40、41、48と決定され、非同期モーターの性能を分析しました。28構造では効率が最も優れていますが、力率が低く、40構造では力率が最も高いですが、効率が低くなっています。41構造は、他の構造と比較して比較的平均的な性能を持ち、48スロット回転子は最高のトルクと電力を提供することが判明しました[22]。 4. 研究の概要: 研究テーマの背景: 効率的で環境に優しい輸送への需要の高まりが、EV技術の開発を推進しています。非同期モーターはEV駆動システムの重要なコンポーネントであり、その性能は固定子/回転子の形状、スロット数、材料の選択などの設計パラメータに大きく影響されます。特に頻繁な始動-停止動作が特徴の都市部走行サイクルでは、これらのパラメータを最適化することがEVトラクションモーターの効率と性能を向上させるために不可欠です。 以前の研究の状況: 以前の研究では、さまざまなモータータイプの比較、エアギャップと回転子バーの形状の最適化、単一および二重かご形回転子構造の分析など、EV用の非同期モーター設計のさまざまな側面を探求してきました。研究では、回転子スロット構造が電流高調波に及ぼす影響や、さまざまな回転子スロット数がモーター性能に及ぼす影響も調査しています。ただし、固定子/回転子スロット数組み合わせ、回転子ケージ構造(単一対二重)、回転子導体材料(アルミニウム対銅)の複合効果を同時に考慮した包括的な分析が文献に不足しています。 研究の目的: 本研究の主な目的は、特に都市部電気自動車用に設計された非同期モーターの始動トルクと公称動作効率を最適化することです。本研究では、さまざまな固定子-回転子スロット数組み合わせを調査し、単一および二重ケージ回転子構造を比較します。さらに、アルミニウムと銅を回転子導体材料として使用することが、モーター全体の性能に及ぼす影響を調べます。本研究は、これらの変数を組み合わせて考慮することにより、EVアプリケーションの非同期モーターに最適な回転子構造を特定することを目的としています。 コアスタディ: 本研究の核心は、さまざまな固定子/回転子スロット数組み合わせ(36/26、36/28、36/30、36/34、36/44、36/46)と単一および二重かご形回転子構造を使用して非同期モーターを設計および分析することです。分析は、ケージ材料としてアルミニウムと銅の両方を使用して実施されます。評価される性能指標には、効率、定格トルク、始動トルクが含まれます。本研究では、有限要素解析(FEA)を活用して、さまざまなモーター構成の電磁性能をシミュレーションおよび比較します。初期設計はNEMAクラスBモーターの特性に基づいており、最適化は始動トルクを最大化し、高い効率を維持することに重点を置いています。 5. 研究方法 研究デザイン: 本研究では、比較シミュレーションベースの設計研究を採用しています。初期モーター設計パラメータは、解析的手法を使用して確立しました。回転子スロット数とケージ構造(単層および二重層)を変更することにより、さまざまな非同期モーター構成を設計しました。かご形ケージには、アルミニウムと銅の2つの材料を検討しました。固定子スロット数は36で一定に保ちました。調査した回転子スロット数は、26、28、30、34、44、46です。単一および二重ケージ回転子設計の両方を、各スロット数組み合わせおよび材料について分析しました。 データ収集と分析方法: 性能データは、有限要素解析(FEA)シミュレーションを通じて収集しました。シミュレーションのために、モーターの2Dおよび3Dモデルを作成しました。シミュレーションから抽出された主要な性能指標には、効率、定格トルク、始動トルク、回転子抵抗損失が含まれます。トルク-速度特性と相電流波形も分析しました。次に、結果をさまざまな回転子スロット数、ケージ構造、および導体材料にわたって比較して、最適な構成を決定しました。 研究テーマと範囲: 本研究は、電気自動車トラクションアプリケーション用のかご形非同期モーターの電磁性能分析に焦点を当てています。範囲は次のとおりです。

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Fig.2.Winding pattern of stator

電気自動車アプリケーションで使用される誘導電動機の解析と有限要素法を用いたアルミニウムローターバーと銅ローターバーの比較

この紹介論文の内容は、[電気自動車アプリケーションで使用される誘導電動機の解析と有限要素法を用いたアルミニウムローターバーと銅ローターバーの比較]論文を[Publisher]が発行した内容に基づいています。 1. 概要: 2. 抄録: 本論文では、まずTesla Model Sの誘導電動機の解析を行い、次にTesla Model Sの誘導電動機のローターバーの解析と比較のために2つの材料を使用しました。これらのローターバーの材料タイプは、アルミニウムと銅です。Tesla Model Sの誘導電動機ローターバーに対する2つの異なる材料の長所と短所を比較しました。最後に、解析と比較に基づいて評価と推論を行いました。 3. 序論: 本論文は、Tesla Model Sの誘導電動機を熱的および電磁的に解析し、有限要素法を用いてアルミニウムローターバーと銅ローターバーを比較することを目的としています。Tesla Model S誘導電動機の利用可能なすべてのデータを使用します。 今日、電気自動車に適したモーターを選択することは、電気自動車技術において非常に重要であり、モーターのすべての部品を考慮する必要があります。ローターバーの材料選択は、かご形誘導電動機の効率、温度、重量に直接影響するため、かご形誘導電動機の設計プロセスにおいて重要な部分です。Tesla Model Sのかご形誘導電動機を解析し、2つの異なる材料で作られたローターバーを持つ2つのローターを調べ、比較します。これらの比較されたロータータイプの長所と短所は、記事に記載されています。最初のモデルは銅ローターバータイプであり、2番目のモデルはかご形誘導電動機用のアルミニウムローターバータイプです。アルミニウムと銅を比較すると、銅はアルミニウムよりも39%導電性が高くなっています。一方、アルミニウムは銅よりも70%軽量です。したがって、モーターの重量が重要であり、コストが重要なアプリケーション領域では、ローターバーの材料選択においてアルミニウム材料が好ましい場合があります。焼きなまし銅の密度は8.933g/cm³で1083°Cで溶融し、鋳造アルミニウムの密度は2.95 g/cm³で660.3 °Cで溶融します。これらのデータはANSYS Motor-CADで利用できます。焼きなまし銅と鋳造アルミニウムの電気抵抗率は20°Cで1.724×10-8 Ωmと3.3×10-8 Ωmであり、これらの材料の抵抗率は材料の基準抵抗率として知られており、基準抵抗率は任意の温度で材料の抵抗を計算するための重要なパラメータです。「アルファ」(a)定数は、材料の抵抗温度係数として知られており、温度変化の度合いあたりの抵抗変化係数を象徴し、焼きなまし銅と鋳造アルミニウムの熱抵抗係数は3.93×10-3と3.75×10-3です。材料の抵抗は、式(1)によって任意の温度で計算できます。 ここで、Rは温度「T」での材料の抵抗、Rrefは20°Cでの材料の電気抵抗率、aは1/°C単位の温度抵抗係数、Tは°C単位の温度です。 4. 研究の要約: 研究テーマの背景: 電気自動車(EV)技術におけるモーター選択の重要性が高まっており、特にローターバーの材料選択がモーターの効率、温度、重量に大きな影響を与えています。 既存研究の現状: 既存の研究では、さまざまなローターバー材料の長所と短所を比較し、特定のアプリケーションに適した材料選択に関する考慮事項を提示しました。 研究目的: 本研究は、Tesla Model Sの誘導電動機を解析し、ローターバー材料としてアルミニウムと銅を使用して性能を比較することを目的としています。 コア研究: 有限要素法(Finite Element Method)を使用して、Tesla Model S誘導電動機の熱的および電磁的特性を解析し、アルミニウムローターバーと銅ローターバーの性能を比較します。 5. 研究方法論 研究デザイン: Tesla Model S誘導電動機をモデル化し、ローターバー材料をアルミニウムと銅に変更してシミュレーションを実行します。 データ収集と分析方法: ANSYS Motor-CADソフトウェアを使用して有限要素解析を実行し、効率、トルク、損失などの性能指標を比較分析します。 研究テーマと範囲: 本研究は、Tesla

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Figure 2-1 - Induction Motor components [2].

実験的評価、診断、およびIE2、IE3、IE4クラス効率モーターにおける電力品質擾乱の影響の予測

この紹介論文の内容は、[UFPA/ITEC / PPGEE]によって発行された[EXPERIMENTAL EVALUATION, DIAGNOSIS, AND PREDICTION OF THE IMPACTS OF POWER QUALITY DISTURBANCES IN IE2, IE3, AND IE4 CLASS EFFICIENCY MOTORS.]の記事に基づいています。 1. 概要: 2. 抄録: 電気モーターは、世界で最も大きな電気の最終用途であり、産業部門の基本的な部分であり続けています。さらに、技術の進歩により、電気自動車、輸送、ナビゲーションなどの新しいカテゴリにアプリケーションが拡大しました。ヨーロッパはIE4効率モータークラスへのアップグレードを開始しており、他の地域もより高い効率のモータークラスへの移行に従うことが期待されています。一部の地域では、IEC 60038-2009に従って、動作電圧が公称電圧と異なる場合があります。これは、不均衡や電圧高調波などの他の障害とともに、これらの新しい技術の性能に影響を与える可能性があります。このような状況において、予測保全に多大な努力が払われ、SEPに存在するさまざまな障害が存在する状態で回転機械の健全性を診断する上で、その有効性を高めるための新しい提案で既存の技術を改善しています。本研究では、IE2、IE3、IE4クラスの低電力誘導モーターの温度と性能に対する電圧変動、電圧高調波、および過電圧不均衡のさまざまなパーセンテージの影響を評価します。この研究には、エネルギー消費、効率、力率、および温度に関連する重要な指標を得るための技術的、経済的、統計的、および熱分析が含まれています。革新的で補完的な技術を模索するために、本研究では、電気モーター電流波形の周波数領域分析に基づいて、回転機械の完全性を診断するための新しい電気モーター劣化指標(EMDI)も提示します。結果は、理想的な動作条件下では、IE4クラスの永久磁石モーターが電力消費と温度の点でより優れた性能を発揮しますが、非線形特性を持つことを示しています。次に、特定の障害が存在する場合、同じ動作条件下でかご形誘導モーターと比較して性能が低下するため、シナリオが変化します。実施された分析により、導入される新しい電気モーター技術の性能に対する電力システムに存在するさまざまな摂動の影響を特定し、定量化することができます。提案されたモーター状態診断指標に関して、提示された結果は、予測保全の実践の実施を促進する上で、提案されたアプローチの有効性を強く支持しています。本論文のもう1つの重要な貢献は、その結果がホンジュラスの電気モーターに対する最小効率要件の導入のための新しい規制の実施の基礎となることです。 キーワード: 電圧変動、電圧不均衡、高調波、温度、効率クラス、永久磁石モーター、予測保全。 3. 導入: 2015年のパリ協定は、気候変動への取り組みにおいて重要なグローバルステップとなりました。それ以来、エネルギー効率に焦点を当てた政策と規制の実施を推進し、環境目標を達成し、国際的に持続可能な慣行を促進する上で重要な役割を果たしてきました。このような状況において、誘導モーター(IM)は、世界の最終的な電気エネルギー消費量の約53%を占めるエネルギー節約のための重要なカテゴリです[1]。 ブラジルでは、鉱業エネルギー省の文書「国家エネルギー効率計画」[2]によると、産業界は総国家電力の36%を消費し、稼働中の駆動システムはこの電力の68%を消費しています。したがって、国の総電気エネルギーの約35%が電気モーターによって消費されていると報告されています。 三相かご形誘導モーターは、2002年12月11日の大統領令第4.508号の公布により、ブラジルで大統領令によって規制される最初で唯一の機器でした。これにより、ブラジルの電気モーター市場に大きな変化が起こりました。まず、規制はIR1(標準モーター)¹およびIR2(高効率モーター)クラスの最小電力定格を確立しました。IR1クラスよりも低い電力を持つモーター(法令の付録1に示されている特性を含む)は、製造、販売、または輸入できませんでした。この法令は、エネルギーの保全と合理的な使用に関する国家政策を確立する2001年10月17日の法律第10.295号によって裏付けられており、当時「ブラックアウト」として広く知られていたエネルギー危機後に制定された「エネルギー効率法」として知られています。 4. 研究の概要: 研究テーマの背景: 電気モーターは、世界で最も大きな電気の最終用途であり続けており、産業部門の基本的な部分です。技術の進歩により、電気自動車、輸送、ナビゲーションなどの新しいカテゴリにアプリケーションが拡大しました。ヨーロッパはIE4効率モータークラスへのアップグレードを開始しており、他の地域もより高い効率のモータークラスへの移行に従うことが期待されています。 以前の研究の状況: 電気モーターの効率を向上させるためのさまざまな研究が行われており、その結果、さまざまな効率クラスが導入されました。しかし、電力品質の低下が電気モーターの性能に与える影響に関する研究は、依然として不足しています。 研究の目的: 本研究の目的は、電力品質の低下がIE2、IE3、IE4クラスの電気モーターの性能に与える影響を実験的に評価し、新しいモーター状態診断指標を開発して、予測保全の実践を改善することです。 コア研究: 本研究では、電圧変動、電圧不均衡、高調波などがIE2、IE3、IE4クラスの電気モーターの温度と性能に与える影響を分析します。また、新しいモーター状態診断指標を開発して、予測保全の実践を改善します。 5. 研究方法論 研究デザイン: 本研究は、実験的研究と統計的分析を組み合わせた研究です。実験的研究では、電圧変動、電圧不均衡、高調波などの電力品質の低下がIE2、IE3、IE4クラスの電気モーターの温度と性能に与える影響を測定します。統計的分析では、実験的研究から得られたデータを分析して、新しいモーター状態診断指標を開発します。 データ収集と分析方法: 本研究では、実験的研究を通じてデータを収集します。実験的研究では、電圧変動、電圧不均衡、高調波などの電力品質の低下がIE2、IE3、IE4クラスの電気モーターの温度と性能に与える影響を測定します。また、新しいモーター状態診断指標を開発するために、電気モーター電流波形の周波数領域分析を実行します。 研究テーマと範囲: 本研究のテーマは、電力品質の低下がIE2、IE3、IE4クラスの電気モーターの性能に与える影響です。本研究の範囲は、電圧変動、電圧不均衡、高調波などの電力品質の低下とIE2、IE3、IE4クラスの電気モーターに限定されます。 6. 主な結果:

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Fig.1 The growth trend of magnesium alloy in China’s automobile industry

自動車用軽量合金とそのダイカスト技術の開発

1. 概要: 2. 研究背景: 軽量車両の進歩に伴い、自動車業界における軽量合金材料の利用が増加しています。自動車メーカーは、より薄く、より強い材料を求めており、これは軽量合金ダイカスト技術にとって大きな課題となっています。中国においては、自動車産業の持続可能な発展が、軽量合金ダイカスト産業に広範な展望と新たなステージを提供しています。ダイカスト市場では、自動車産業が最大のシェアを占めており、日本は79%、ドイツは61%、米国は75%を占めています。中国は近年65~75%のシェアを維持しています。 3. 研究目的と研究課題: 本論文の目的は、自動車産業における軽量合金の用途と、低圧ダイカスト、半固体ダイカスト、酸素化ダイカスト、および様々なダイカスト技術の組み合わせといった軽量合金ダイカスト技術の新たな進歩を要約し、軽量合金ダイカスト技術の発展傾向を論じることです。具体的な研究課題や仮説は、論文中に明示的に示されていません。 4. 研究方法: 本研究は、文献研究に基づいています。自動車産業における軽量合金の用途、新たな軽量合金ダイカスト技術(低圧ダイカスト、半固体ダイカスト、酸素化ダイカスト、および様々なダイカスト技術の組み合わせを含む)、そして軽量合金ダイカスト技術の発展傾向に関する既存の研究や文献を分析し、総合的に要約と議論を行っています。研究対象は、既存文献に発表されている研究結果と技術動向であり、研究範囲は自動車産業における軽量合金ダイカスト技術の用途と発展傾向に限定されています。 5. 主要な研究結果: 6. 結論と考察: 本論文は、自動車産業における軽量合金の適用と軽量合金ダイカスト技術の発展傾向を要約しました。低圧ダイカスト、半固体ダイカスト、酸素化ダイカスト、そして様々なダイカスト技術の組み合わせなどの新技術は、ダイカストの品質を向上させます。しかし、新技術の適用には既存設備の更新に伴う高コストという限界があります。本研究の学術的意義は、軽量合金ダイカスト技術の最新の動向を包括的に整理して提示した点にあります。実務的な示唆としては、軽量化のための新たなダイカスト技術の適用と既存技術の改良によって、生産性向上と品質改善が期待できます。ただし、本研究の限界は、文献研究に基づいている点です。 7. 今後の研究: 今後の研究は、新たなダイカスト技術のコスト効率を高める方策の模索と、人工知能を活用したスマート化・自動化システムの開発に焦点を当てるべきです。また、様々な軽量合金材料の特性とダイカストプロセスの条件に関するより深い研究が必要です。特にマグネシウム合金については、耐食性の向上と製造プロセスの最適化に関する更なる研究が求められます。 8. 参考文献: DOI References 9. 著作権: 本要約は、劉徳芳と陶傑による論文「自動車用軽量合金とそのダイカスト技術の開発」に基づいて作成されました。 出典:DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.308-310.785 本要約は上記論文に基づいて要約作成されたものであり、営利目的での無断使用は禁じられています。Copyright © 2023 CASTMAN. All rights reserved.