定盤コラム

EV用の試験装置を導入するとき、ダイナモメータの出力や計測器の仕様、制御機能には目が向いても、装置を支える基礎や定盤は後回しになりがちです。しかし、重量のある装置や供試体をどこへ、どのように固定するかが決まらなければ、試験設備全体のレイアウトや据付方法も確定できません。回転機器を扱う設備では、振動が床や周辺機器へ伝わる経路も検討する必要があります。本記事では、eAxle・モーター・パワートレインを中心としたEV試験装置の基礎知識と、安定した試験環境をつくる定盤の役割、選定時の確認事項を解説します。

EV試験装置とは?

EV試験装置とは、EVを構成する部品やユニット、完成車に所定の条件を与え、性能、効率、耐久性、信頼性などを評価する設備です。対象によって装置の構成や必要な設置環境は異なります。

EV開発で使われる主な試験装置

EVにはバッテリー、モーター、インバーター、減速機、eAxleなど、電気・機械・熱に関係するさまざまな構成要素があります。そのため、EV試験装置も一種類ではありません。

本記事で主に扱うのは、定盤との関係が深いモーター、eAxle、パワートレインの試験設備です。すべてのEV試験装置に大型鋳物定盤が必要という意味ではありません。バッテリーの電気試験や小型部品の試験などでは、別の架台や設備構成が適する場合があります。

eAxle・パワートレイン試験装置の構成

eAxleは、一般にモーター、インバーター、減速機などを一体化した電動駆動ユニットです。試験では、供試体であるeAxleとダイナモメータを接続し、回転数やトルクなどを制御・計測します。目的に応じて、バッテリーシミュレーター、冷却装置、温調設備、NVH計測機器なども組み合わせます。HORIBAのパワートレイン評価設備でも、ダイナモメータ、試験自動化装置、各種計測機器を組み合わせた構成が紹介されています。

つまり、EV試験装置は単体の機械ではなく、供試体、駆動・負荷装置、計測制御機器、補機、固定構造、設置環境からなるシステムです。導入時には個々の装置仕様と同時に、それらをどの基準面へ、どの位置関係で設置するかを決める必要があります。

EV試験装置の導入で見落とされやすい「基礎」

EV試験設備を計画するときは、試験装置のカタログ仕様だけでなく、装置を支える土台まで含めて考える必要があります。ここでいう「基礎」には、初心者向けの基礎知識と、設備を物理的に支える建屋基礎・定盤という二つの意味があります。

装置本体の仕様だけでは試験環境は完成しない

たとえば、eAxle試験では供試体、ダイナモメータ、トルク計、軸継手、治具などを所定の位置へ配置します。装置同士を接続できても、ボルトを締める作業空間や供試体を交換する動線がなければ、実際の運用は難しくなります。配管・配線、クレーンの進入範囲、保守スペースも必要です。

定盤を後から選ぶと、装置固定用のT溝やタップ穴が必要な位置にない、定盤外形が搬入口を通らない、ピットやアンカー位置と合わないといった不整合が起こり得ます。試験装置、定盤、建屋基礎を別々に発注する場合ほど、共通の配置図と荷重条件を用いて調整することが大切です。

振動は装置・床・建屋の間を伝わる

回転機器を運転すると、条件に応じて振動が発生します。振動は試験装置の内部だけにとどまらず、支持部から床や建屋へ伝わる可能性があります。反対に、周辺設備や建屋側の振動が試験設備へ入る場合もあります。

EMICの試験装置設置に関する技術情報では、振動試験装置から床や建屋へ振動が伝達し、床や建屋の共振振動数と合致すると大きな振動が生じる可能性を説明しています。対策は床への直置き、防振空気ばね、浮き基礎など複数あり、供試品、装置、設置環境によって選択が変わります。

なぜ装置選定と同じ時期に考える必要があるのか。防振材を追加すれば終わるとは限らないためです。機器の重量、重心、加振方向、対象周波数、許容する振動、周辺設備への影響を整理し、定盤・支持部・建屋基礎のどこで対応するかを決めなければなりません。

したがって、基礎・定盤は試験装置の付属品ではなく、設備全体の成立性を支える構成要素として扱う必要があります。

EV試験設備を支える定盤の役割

定盤は、機械装置の加工、組立、検査、実験などを行うための基準平面です。EV試験設備では、単に重量物を載せる台ではなく、装置を固定し、位置関係を調整・維持するための共通基盤として機能します。大和重工の「定盤とは?」では、基準平面、T溝・ねじ穴による固定、高剛性構造、据付後のレベル調整などが説明されています。

装置と供試体を支える基準平面

eAxleやモーターの試験では、供試体の出力軸とダイナモメータ側の軸を接続します。定盤上面が共通の基準面になることで、各機器の高さや位置を調整しやすくなります。供試体を交換する設備では、中心を示すケガキ線や位置決め用の穴・溝を設けることで、再配置の目安にもできます。

ただし、定盤の平面度だけで軸芯が自動的に合うわけではありません。装置の取付面、治具、シム、ジャッキ、軸継手などを含めた調整が必要です。定盤には、こうした調整を行うための安定した基準面が求められます。

荷重を受け、装置の位置関係を維持する

定盤へ載るのは供試体だけではありません。ダイナモメータ、治具、計測機器などを含む総重量と、それぞれの設置位置を確認します。同じ総重量でも、荷重が広く分散する場合と、狭い固定部へ集中する場合では変形の状態が異なります。

必要な剛性を検討するときは、静止時の重量に加え、設備メーカーから提示される運転条件や固定部の条件も共有します。「厚く重ければよい」と考えるのではなく、荷重位置、支持点、リブ構造などを踏まえて、許容する変形の範囲内に収める設計が必要です。

固定とレイアウト変更へ対応する

定盤上面にT溝やタップ穴を設けると、装置や治具をボルトで固定できます。異なる供試体へ交換する場合や、将来レイアウトを変更する場合は、固定位置の自由度も確認します。一方、T溝を増やせば必ず使いやすくなるわけではありません。装置底面、ボルト位置、Tスロットナットの挿入口、定盤内部のリブ構造を整合させる必要があります。

定盤が担う役割は、支持、基準面、固定、防振の四つに整理できます。どの役割をどの水準まで求めるかを明確にすることが、仕様検討の出発点です。

EV試験装置用定盤の選定ポイント

EV試験装置用の定盤は、既製品の外形寸法だけで選ぶものではありません。試験目的、装置構成、建屋条件、将来計画から要求仕様を整理します。

荷重・平面度・固定方法を同じ図面で確認する

最初に、同じ定盤へ載せる機器を配置図へ落とし込みます。各機器の重量、重心、取付面、固定ボルト位置を重ねると、定盤の外形、支持点、T溝・タップ穴の位置を具体化できます。作業者が工具を使えるか、供試体を吊り込めるか、配管を着脱できるかも確認します。

平面度や水平度は、数値を厳しくすればよいわけではありません。装置側の調整機構、軸芯条件、定盤寸法、据付後の測定方法を踏まえて必要な水準を決めます。過剰な要求は、加工、測定、据付の工数やコストに影響します。

防振方式は振動条件から選ぶ

定盤の剛性を高めることと、防振することは同じではありません。剛性設計は荷重による変形を抑える考え方です。防振は、ゴム製パッドや空気ばねなどを用い、振動源と床・周辺構造物の間で伝達を抑える考え方です。

大和重工の防振定盤には、ゴム製防振パッドと自動レベル調整機構付き空気ばねが示されています。空気ばねは荷重変動時にも高さを調整できる一方、外部からの空気供給が必要です。ゴム製パッドは簡便ですが、レベル調整機構を持たないため、荷重変動が平面度や水平度へ影響する点を確認しなければなりません。

搬入・据付・再調整まで決める

大型定盤では、製作可能かどうかだけでなく、現地へ運べるかが重要です。一体型で搬入できない場合は分割設計を検討します。ピットやアンカーが必要であれば、建屋の設計・施工工程へ早期に反映します。

据付後にレベルを測定・調整できる構造になっているか、将来の校正や再調整時にジャッキへアクセスできるかも確認します。だからこそ、定盤メーカーへの相談は装置仕様がすべて固まった後ではなく、概略配置と荷重条件が見え始めた段階が適しています。

EV試験装置に鋳物定盤が適する理由

eAxleやモーターの試験設備では、鋳物定盤が有力な選択肢になります。鋳造によって内部にリブを備えた構造をつくりやすく、機械加工で上面を基準面に仕上げ、用途に合わせてT溝やタップ穴を加工できるためです。

荷重条件に合わせて剛性を設計できる

大型の鋳物定盤では、定盤の厚さ、リブ、下面の構造、支持点の位置が剛性に関係します。大和重工は、載荷する機械・装置の最大荷重を基に、必要に応じてCAEによる構造解析を行うとしています。これにより、単に材料を増やすのではなく、荷重条件に応じた構造を検討できます。

鋳物定盤が候補になるもう一つの理由は、定盤上面を用途に合わせて加工できることです。T溝、タップ穴、ケガキ線などを装置配置に合わせれば、固定と再配置を行いやすくできます。大型・長尺の設備では、搬入条件に応じた分割設計も検討可能です。

定盤と防振装置を組み合わせられる

大和重工の防振定盤は、定盤上で発生する振動を床へ伝えにくくし、床からの振動も定盤へ伝わりにくくするものです。ゴム製パッドから空気ばねまで、使用環境に合わせた構成が示されています。L型、T型、H型など、複数定盤による試験機レイアウトにも対応しています。

ただし、「鋳物定盤なら振動問題をすべて解決できる」とは限りません。対象周波数や許容値によっては、定盤だけでなく独立基礎や建屋側の対策が必要です。実際にEVパワートレインの振動・騒音試験を想定した施設では、一般床と縁を切った独立基礎と大型定盤を組み合わせた例があります。エステック技術開発センターでは、この構成により暗振動を遮断する試験環境を整備しています。

したがって、鋳物定盤の価値は材質だけで決まるのではなく、装置、支持方法、防振装置、建屋基礎まで含めて仕様を組み立てられる点にあります。

大和重工がEV試験装置用定盤に対応できる理由

EV試験装置用の定盤では、試験条件に応じた個別設計と、設計内容を現地で成立させる据付技術の両方が必要です。大和重工は、鋳物定盤の設計・鋳造・加工・検査から搬入・据付、レベル調整、校正メンテナンスまで対応しています。

使用条件を基にした特注設計

当社では、使用する機械装置、用途、耐荷重などの条件を確認し、必要に応じてCAE解析を用いて剛性や荷重分布を検討します。定盤の外形だけでなく、T溝、タップ穴、ケガキ線、ジャッキ、防振、防錆なども用途に合わせて設計できます。定盤設計ノウハウでは、条件のヒアリングから構造設計へ進む考え方を紹介しています。

試験装置メーカー、建屋設計者、定盤メーカーの間で配置図や荷重条件を共有できれば、基礎、アンカー、搬入経路も早い段階で調整できます。製作図が完成してから据付方法を考えるのではなく、現地条件を設計へ戻せることが、手戻りを抑えるうえで重要です。

自動車用モーター評価装置の定盤事例

大和重工は、一般財団法人日本自動車研究所向けに、自動車用モーター評価装置を固定する試験定盤を製作しています。公開事例では、格子状T溝に加え、定盤中心へケガキ溝を加工し、装置の固定と設置基準を考慮しています。接着式アンカーボルトで固定し、ねじ式ジャッキでレベル調整を行う仕様です。自動車用モーター評価装置用定盤の事例で詳細を公開しています。

この事例はeAxle専用定盤ではありませんが、EV関連の回転機器試験を計画する際に、固定位置、基準線、据付方法を一つの仕様としてまとめる考え方の参考になります。事例の寸法や耐荷重を別設備へそのまま適用するのではなく、対象となる装置と運転条件に合わせて再設計することが前提です。

据付後の精度維持まで見通す

定盤の状態は、機械加工を終えた時点と現地へ据え付けた後で同じとは限りません。支持点や基礎の状態を踏まえ、据付後にレベルを測定・調整する必要があります。長期使用中には、設備の変更や移設、基礎の状態によって再調整が必要になる場合もあります。

大和重工では、定盤の製作だけでなく、搬入、据付、据付後の精度調整、平面度の校正メンテナンスまで対応しています。EV試験設備を長く使うには、導入時の仕様だけでなく、将来どのように状態を確認・調整するかまで決めておくことが大切です。

EV試験装置の基礎・定盤は計画初期からご相談ください

EV試験装置の性能を生かすには、装置本体と、それを支える定盤・基礎を一体で検討する必要があります。特にeAxle、モーター、パワートレインなどの回転試験設備では、荷重、固定、軸芯、振動、搬入、据付の条件が互いに関係します。

大和重工へご相談いただく際は、すべての仕様が確定している必要はありません。まず、次の情報をご用意いただくと、確認すべき条件を整理しやすくなります。

• 試験対象・目的:eAxle、モーター、減速機など、何を評価するか
• 装置構成:ダイナモメータ、供試体、治具、計測機器の概略配置
• 荷重条件:各機器の重量、重心、固定位置、設備メーカーから提示された運転条件
• 要求精度:平面度、水平度、軸芯、装置側の調整範囲
• 振動条件:振動源、方向、周波数、許容値、周辺設備への影響
• 設置条件:建屋、基礎、ピット、アンカー、搬入口、揚重設備
• 将来計画:供試体の変更、増設、レイアウト変更の可能性

「試験装置は決まりつつあるが、定盤の寸法や固定方法を決められない」「建屋基礎や搬入条件から相談したい」「通常の定盤と防振定盤のどちらが適するか整理したい」といった段階でもご相談いただけます。大和重工が、試験条件に合わせた大型鋳物定盤の設計・製作・据付を支援します。

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