1. 熱の発生源と放熱の重要性
高負荷で断続的に動作するデバイスとして、 車の電動エアポンプ (CEV) は、コアコンポーネントにより動作中にかなりの熱を発生します。主な熱源には次のようなものがあります。
モーターの熱: モーターの巻線に電流が流れると、抵抗によりジュール熱が発生します。これが主な熱源です。
ピストン摩擦：シリンダー内のピストンとシリンダー壁の間の高速往復運動により摩擦熱が発生します。
気体の圧縮熱: 熱力学の原理によれば、気体の温度は圧縮されると急激に上昇します。圧縮された熱風がシリンダーとエアパイプを加熱します。
安定したパフォーマンスを確保し、CEV の寿命を延ばすには、効果的な熱放散が重要です。熱の蓄積はモーター効率の低下、コイル絶縁の劣化、さらには過熱によるシャットダウンのトリガーにつながる可能性があり、ユーザー エクスペリエンスと製品の信頼性に重大な影響を与えます。
2.コア放熱技術
CEV エアポンプの放熱技術は主に、内部コンポーネントから外部環境に熱を効率的に伝達することに重点を置いています。
1. 構造の最適化
金属製シリンダーとシリンダーヘッド：シリンダーとシリンダーヘッドは、アルミニウム合金や銅合金などの熱伝導性の高い金属材料で作られています。金属はエンジニアリングプラスチックよりも熱伝導率がはるかに高いため、ピストンや圧縮によって発生した熱を素早く放散できます。
ヒートシンク設計: フィンはシリンダーの外面またはエンジン本体の主要な発熱領域に統合されています。このフィンにより外気との接触面積が増加し、熱対流効率が大幅に向上します。フィンの数、高さ、間隔は、最適な対流熱放散を実現するために慎重に設計されています。
ツイン/マルチシリンダー設計: 単シリンダーポンプと比較して、ツインシリンダーポンプは総電力消費を 2 つのシリンダーに分散し、単一シリンダーの瞬間的な熱負荷を軽減します。さらに、2つのシリンダー間の空間により空気の流れが促進され、熱源が分散されます。
2. アクティブエアクーリングシステム
一体型冷却ファン: ほとんどのミッドエンドからハイエンドの自動車用電動エアポンプには、1 つ以上の高速ファンが組み込まれています。これらのファンは通常、モーターやシリンダーの近くに設置され、外部から冷気を強制的に吸い込み、発熱部品に吹き付けて熱気を排出します。これは最も直接的で効果的な冷却方法です。
エアダクトとエアフロー設計：専用のエアダクトがポンプハウジングに組み込まれています。エンジニアは CFD (数値流体力学) シミュレーションを使用してファンの空気流路を最適化し、モーター巻線、ベアリング、シリンダー壁全体に正確な流れを確保し、熱損失のデッドゾーンを回避します。
3. スマートな熱管理と保護
純粋に物理的な熱放散に加えて、最新の自動車用電動エアポンプは、熱管理のためにインテリジェントな電子技術にも依存しています。
サーミスター/温度センサー: PTC/NTC サーミスターまたはデジタル温度センサーは、モーター巻線、PCBA、またはシリンダーの重要な場所に取り付けられています。これらのセンサーは、エアポンプの内部温度をリアルタイムで監視します。
過熱保護: 内部温度が事前に設定されたしきい値 (105°C または 120°C など) に達すると、インテリジェント制御チップ (MCU) がモーターへの電力を即座に遮断し、自動シャットダウンをトリガーします。これにより、過熱による損傷が防止され、ユーザーの安全と製品の耐久性が確保されます。
PWM パルス幅変調: 一部の高性能ブラシレス モーター エア ポンプでは、コントローラーが温度センサーのフィードバックに基づいてモーターの PWM デューティ サイクルを動的に調整します。基本の膨張効率を維持しつつ、モーター出力を適切に低減することで急激な熱の蓄積を抑え、連続運転時間を延長します。
IV.材料と界面の最適化
高耐熱絶縁材：高温に強いエナメル線とH種またはF種（耐熱温度180℃または155℃）の絶縁材を使用することで、高温環境下でもモーターの絶縁破壊やショートが発生せず、エアポンプの信頼性が向上します。
サーマル インターフェイス マテリアル (TIM): 接触熱抵抗を最小限に抑え、放熱構造への効率的な熱伝達を確保するために、特定のコンポーネント (パワー トランジスタと PCBA 上のヒート シンク間のインターフェイスなど) の間にサーマル グリースまたはサーマル パッドを使用する場合があります。
ポリマーハウジング: ハウジングがエンジニアリングプラスチックで作られている場合でも、長時間の高温動作下でもハウジングが変形したり軟化したりしないように、難燃性が高く、Tg (ガラス転移温度) の高い PA または PC/ABS 複合材料が選択されています。
