アーバン エア モビリティ
高出力高電圧の相互接続ソリューションによって、アーバン エア モビリティ (UAM) のイノベーションを加速。
これは、アーバン エア モビリティ (UAM) プロジェクトの課題に対応するソリューションに関して TE Connectivity (TE) が掲載するホワイト ペーパー シリーズの 1 つ目です。 75 年以上にわたり、技術と製造における当社のグローバルなリーダーシップは、航空、エアロスペース、自動車、防衛用途向けの幅広いコネクティビティおよびセンシング製品でお客様を支援してきました。TE は、頼れるイノベーション パートナーとして、進化を続ける製品ラインナップの概要をご紹介します。電動フライトの著しい電力要件に対応できる製品です。
機会
都市航空モビリティ (UAM) プロジェクトのフロンティアは空であり、電動フライトで革新を励起する存在です。 しかしながら、電気・ハイブリッド航空機全般と同様、電気駆動の垂直離着陸機 (eVTOL) 航空機、回転翼機、商用ドローン、および個人用飛行体 (PAV) は、車両を離陸させ、飛行を維持するために著しい量の電力を消費します。その結果、電気推進モータ、インバータ、コントローラ、バッテリー、インフォテインメント、センサの高電圧と高 kW のピーク出力を扱う際に、設計者は電気相互接続に関する多くの課題に直面します。成功する試作品や製品を迅速に展開するには、これらの課題を理解し、TE の技術と専門知識を使用してそれらを解決する「フォローザワイヤ」の方法を理解することが、設計者にとって有益です
課題
場当たり的に判断するのではなく、設計プロジェクトの最初にインターコネクションをシステムの一部として全体論的に見るのは有益です。 データと電力の EVERY CONNECTION COUNTS。電動フライトで直面する電力の課題に対応するため、何年にもわたってさまざまな相互接続製品が市場投入され、新たな設計が開発され続けてきました。TE の高度なソリューションは、次のような機能を提供します。
部分放電の防止:
高出力の管理は、空中よりも地上の方が簡単です。なぜなら、高電圧は空気をイオン化させ、その結果空気が導電性を帯びてコロナ放電が発生する可能性があります。これが起こると、コロナ効果によって絶縁体が破壊され、空隙、空洞、電気ツリーイングを通して電力が失われます。その結果として、電気アークが発生する可能性があります。適切な絶縁材を選択することで、コロナ放電の発生を最小限に抑えることができます。
アーク トラッキングによる損傷の回避:
高電圧源では、ポリマー絶縁体の表面に炭化経路が形成され、絶縁体が誘電特性を失い、代わりに送電することがあります。この導電路上で電気アークが発生すると、電力損失が起こり、高い確率で発火します。ここでも、この問題を回避するには適切な絶縁材を使用する必要があります。
開始電圧と消滅電圧に対する環境の影響への対処:
回路上の互いに十分に保護されていない 2 つの部分が高い電圧差にさらされると、部分放電が発生する可能性があります。電圧差は、高度、温度、周波数が高くなるほど極端になります。開始電圧はコロナ効果が始まるときの電圧で、消滅電圧はコロナ効果が終わるときの電圧です。したがって、動作環境内で発生する重要な電圧差を最小限に抑えるように電気システムを保護する必要があります
表皮効果の打ち消し:
電磁障害適合性 (EMC) に対する適切なシールドとフィルタリングを決定する際、表皮効果、つまり導体の表面に近い方が AC 電流が流れやすい傾向を考慮する必要があります。表皮効果は交流電流の磁場の変化によって誘導される渦電流の結果として生じるため、ほぼすべての AC 設計に内在しています。AC 電源回路のプリント基板 (PCB) トレースやその他の要素は表皮効果を打ち消すように設計できますが、専門家によるプランニングが必要です
サイズと重量の制約の管理:
高出力電気エネルギーの貯蔵と管理に使用されるコンポーネントは、重量と体積が増大することがあります。TE の高効率リレー&コンタクタはコンパクトな設置面積で高電圧と高電流を扱えるため、電気航空機のサイズ・重量・電力 (SWaP) 要件への対処に役立ちます。TE は、同じアプローチを適用して、ケーブル・端末処理材・コネクタの SWaP ソリューションを最小限に抑えます。
熱に関わる問題の管理:
特に複合材構造において、熱の放散が課題となる場合があります。ワイヤとリレーが高温にさらされると、ピックアップ電圧 (VPI) とコイル抵抗 (RC) が影響を受けます。安定性を確保するには、直流電流 (DC) リレーの動作条件となる温度と電圧の組み合わせについて、その定常状態の特性を見極めることが重要です。これは AC 用途にも当てはまりますが、AC の場合、VPI の温度による変動は DC リレーの場合よりも小さくなります。
電力管理への対応:
高周波スイッチングにより、電力損失時に高速なバス転送が可能になります。ハイブリッド電気機械技術とソリッド ステート電力スイッチング技術との間には、TE の専門家が特定の用途に対して評価できる重要な違いがあります。
信頼性に対する要求の高まり:
UAM 用途では、離着陸回数が大幅に増加します。これにより、電気相互接続システムにさらなるストレスがかかります。TE は、これらの新しい信頼性レベルを理解し、製品を適切にお奨めできるように努めています。
対応策
今日の UAM プロジェクトは、自動車・エアロスペース・エネルギー・鉄道などの分野に関して、TE による垣根を越えた電力管理ソリューション開発から恩恵を受けています。 TE は、高出力・高電圧レベルがもたらす課題に取り組み始めている米国自動車技術者協会 (SAE) などの業界標準化団体と連携しています。また、TE の専門家は、お客様の声 (VOC) イニシアチブに直接関与し、サブシステムおよびコンポーネント レベルで航空機の電力問題の解決に関する見解を提示します。設計者にとっては、「フォローザワイヤ」手法によって、適切な高出力・高電圧ソリューションを選択する際の重要な要素が明らかになります。TE では、これらのニーズに、定評ある電源管理製品群で対応します。
KILOVAC 高電圧リレー&コンタクタ:
1964 年以来、KILOVAC 製品ラインの小型軽量リレー&コンタクタは、エアロスペース・宇宙・ミリタリ用途で幅広く使用されてきました。KILOVAC リレー&コンタクタはサイズ対電力比が優れており、最大 70kV DC の電圧定格と最大 1,000 アンペアの電流定格を提供します。過酷な環境にも対応できるようにハーメティック シールされた KILOVAC 製品は、幅広い温度範囲で機能し、端子の寿命を通じて安定した低い抵抗で卓越した耐衝撃性と耐振動性能を特長としています。
HARTMAN、リレー、コンタクタ、スイッチング デバイス:
Hartman 製品ラインは、旅客機全体の電力のスイッチングや、非常に特殊なコンポーネントを必要とするその他の高度に洗練されたエアロスペース用途で広く使用されています。Hartman AC および DC コンタクタは軽量で環境的に (ガスケット) 密閉された設計を採用しており、MIL-PRF-6106 仕様または特定の顧客仕様を満たします。AC コンタクタは最大定格 500 A、軽量高性能 DC コンタクタは最大定格 1,000 A です。ハーメティック シールされたエンクロージャは、極度に厳しい環境条件でも使用できます。複数の主接点構成と補助接点構成をご用意しています。また、Hartman のモジュール式配電ユニットまたはバックプレーン型のパネルは、固定翼機および回転翼機の用途向けにカスタマイズできます。
Raychem 高性能給電線と環境シーリング保護製品:
Raychem 熱収縮チューブなどの製品に使われている架橋ポリマーは 60 年以上前に電気技師の Paul Cook によって開発され、元のサイズと保護特性を保ちながら、加熱と冷却の反復的サイクルに耐えることができます。
AMP 高性能バックプレーン電力端末処理材。STRATO-THERM および COPALUM 端子:
STRATO-THERM 端子・スプライス・スペア ワイヤ キャップは、最大 1200°F (649°C) の高温用途向けに設計されています。COPALUM Lite シール端子およびスプライスは、従来の銅製端子よりも最大 60% 軽量であり、航空機の軽量化に貢献します。
DEUTSCH 電力および電圧用業界標準コネクタ:
DEUTSCH 製品は、要求の厳しいエアロスペース、防衛、産業・商業輸送、モータースポーツの用途で 70 年以上にわたって確実に性能を発揮してきました。現在、TEの DEUTSCH 製品ラインには、MIL-DTL-38999 DEUTSCH コネクタ シリーズなどのミリタリ仕様コンポーネントを含む、ワイヤ・端子・コネクタが含まれています
AMP 高性能バックプレーン電力端末処理材。STRATO-THERM および COPALUM 端子:
STRATO-THERM 端子・スプライス・スペア ワイヤ キャップは、最大 1200°F (649°C) の高温用途向けに設計されています。COPALUM Lite シール端子およびスプライスは、従来の銅製端子よりも最大 60% 軽量であり、航空機の軽量化に貢献します。
実装
TE 製品の幅広いラインナップにより、UAM 設計者は、性能・コスト・市場投入までの時間のバランスを最適化する信頼性の高い高度な技術を見つけることができます。 長きにわたって自動車・エネルギー・エアロスペースの分野に携わってきた TE には、最も厳しい要求に応えるための革新的なソリューションを提供します。このような当社の専門知識を、航空機ネットワークに接続するあらゆるコンポーネント (センサ、モニタ、サーキットブレーカー、配線、アセンブリなど) の設計、カスタマイズ、製造、実装にぜひご活用ください。当社の高性能ソリューションが UAM プロジェクトの迅速な立ち上げにどのように役立つかについてご覧ください。高電圧 TE リレー、コンタクタ、および関連する技術については、Power Management for Alternative Energy (代替エネルギーの電力管理) の Virtual Developer’s Kit (仮想開発者キット) を参照してください。
