熱伝達性能を向上させる、レンコール・サーモクラッド

図1：レンコール・サーモクラッド。ステーターマウント用途の、理想的なソリューション。

効率的な熱伝達は、電動モーターが長く信頼性の高い動作をするためには不可欠です。しかし、モーターはより厳しく、より効率的に、より過酷な条件で動作しなければなりません。そして、我々サンゴバンのチームは、熱伝達の問題に注目しました。通常、標準的なトレランスリングは、求められる熱伝達のレベルに最適化されていません。

この問題を解決するために、私たちは全く新しいバイメタル技術を開発しました。頑丈なスチール製のコアに、より柔らかく熱伝導性の高い素材を組み合わせています。

当社のテストによると、新しいレンコール・サーモクラッドテクノロジーは、トレランスリングの熱伝達能力を最大4倍にまで高めることができました。

なぜ、この新しいサーモクラッドのトレランスリングがこれほどの違いをもたらすのでしょうか？第一に、熱伝達の仕組みを考え直す必要があります。

なぜバイメタル・トレランスリングが有効なのか

トレランスリングには、熱伝導率を高めるためにさまざまな素材が使われてきました。例えば、高強度のベリリウム銅が選択肢の一つです。

しかし、単独の熱導電率だけで素材を選んでも、実はあまり意味がありません。サンゴバンではいくつかのトライアルを行いました。ステンレススチールをベンチマークとして、スチールの12倍の伝導率を持つアルミニウムまで試しました。その結果、アルミニウムのような熱伝導率の高い素材を試しても、システムの熱伝達性能は30％しか向上しませんでした。

図2：単一材料のトレランスリングでは、熱伝達に及ぼす影響は限られる。

つまり、単一の素材を使ったアプローチでは、熱性能を大きく変えることはできないということです。サーモクラッドの技術は、熱伝導率はシステム全体の熱伝達のメカニズムにおいて一部分に過ぎず、残りの部分は接合部にあるという発見に基づいています。

熱伝導における接合部伝達特性の重要性

トレランスリングは他の2つの部品を接合しているため、熱を通すためにはこれら部品間の相互作用も重要になります。これが「接合部伝達特性」です。

バイメタル素材はどのようにして熱伝達性能を向上させるのでしょうか？接合部の熱伝達性は、接触している全体の面積の関数であり、微細な隙間があると、実際よりも多くの接触があるように錯覚してしまいます。その結果、接合部の熱伝達性が低下してしまうのです。

これを改善するには、接触部の圧力を上げるか、材料の硬度を下げるかの2つの選択肢があります。残念ながら、従来のトレランスリングでは、硬度を下げると圧力もさらに低下してしまいます。

そこで私たちは、バイメタルのトレランスリングを設計することで、完璧なソリューションを提供しました。

サーモクラッドにおいては、スチールコアが圧力を提供し（加えて、耐荷重などのリングの機械的性能も提供します）、アルミニウムのソフトクラッドが接合部に低硬度かつ高伝達性の接触面を提供します。

レンコール・サーモクラッドの冷却性能

この素材の組み合わせにより、熱伝達率が最大で4倍にまで向上します（標準的な単一素材のトレランスリングと比較して）。システム全体の熱伝達性能の向上には、単一部品の熱伝導性だけでなく、接合部の熱伝達特性も重要です。

図3：レンコール・サーモクラッドなら、トレランスリングの熱伝達特性を大きく改善できる。

当社の社内テストでは、バイメタル素材のレンコール・サーモクラッドにより、最高性能の接着剤固定とトレランスリングの間の差が縮まったことが示されています。

トレランスリングを使用することで、確実な保持力、低コスト、環境に配慮した生産（炭素を大量に消費する加熱・冷却段階がない）などのメリットと、高性能な接着剤のメリットを同時に得ることができます。

バイメタルのトレランスリングに変更するだけで、モーターの性能と寿命を向上させることができます。レンコール・サーモクラッドの詳細については、サンゴバンにお問い合わせください。

レンコール・サーモクラッドについて、その用途や当社の研究内容をより詳しく知りたい方は、ホワイトペーパーをご覧ください。