​車のパワーシートとは何ですか?それらはどのように機能しますか?

車のパワーシートとは何ですか?それらはどのように機能しますか?

クイックアンサー

パワーシート(電動シートとも呼ばれます)は、小型のシートを使用する自動車のシートシステムです 12V DCギアモーター – 通常、5–35 アンプで定格 – ボタンを押すだけでシートの位置、高さ、傾き、リクライニング、ランバーサポートを調整でき、手動レバーやトラックに取って代わります。単一のパワーシートに組み込まれている場合があります 2 から 6 個別 DC モーターそれぞれが減速ギアボックスとリードスクリューまたはラックアンドピニオン機構と組み合わされ、回転運動を調整に必要な直線運動または角度運動に変換します。

現代の高級車はこれを拡張します。 メモリプリセット ホール効果センサーまたはポテンショメータを使用して、正確なシート座標を保存し、キーフォブまたはドライバープロファイル識別を介してそれらを呼び出します。国際エネルギー機関(IEA)によると、電気モーター駆動システムは世界の電力消費量の約53%を占めており、車両の小型モーターの効率でさえ、締め付けの下ではますます重要になっています DOE 10 CFR 部品 431 効率規制。

パワーシートとは何ですか?

パワーシートは、手動レバーではなく電気モーターによって位置が調整される車両シートとして定義されます。このシステムは、シートフレーム、電気モーター(DCブラシ付きまたはブラシレス)、ギア機構(ウォーム、平車、または遊星)、駆動ケーブルまたはリードスクリュー、制御スイッチ、および高度な構成では、車両と通信する電子制御モジュール(ECM)で構成されていますの CAN バス。

パワーシートは、「ウェイ」と呼ばれる独立した調整方向の数によって分類されます。各双方向の動き(前進と後進など)は、次の2つの方法でカウントされます。

ほとんどのドライバーにとって、ランバーサポート付きの8ウェイパワーシートは、日常の快適性と長距離運転に最も重要な人間工学に基づいた調整をカバーします。6ウェイから8ウェイへのステップ(独立したフロントとリアのクッションの高さの傾きを追加する)は、より急な太ももサポートを必要とする低身のドライバーと、足元スペースのためにクッションを平らにする必要がある背の高いドライバーにとって意味のある違いをもたらします。

パワーシートの仕組み: ステップバイステップの原理

パワーシートシステムの操作は、車両から電気エネルギーを変換する、単純な5ステップのシーケンスに従いますの 12V バスを精密な機械運動に:

ステップ 1: ユーザー入力

運転手または助手席は、コントロール スイッチ (通常はシート サイド パネルまたはドア トリムの小型ジョイスティックまたはボタン アレイ) をアクティブにします。スイッチは、専用のシート コントロール モジュール (最新の車両) に低電流信号を送信するか、リレー回路を介してモーターに直接通電します (古いシステム)。スイッチの方向がモーターの極性を決定します: 極性を反転するとモーターの回転が反転し、同じモーターがシートを両方向に動かすことができます。

ステップ 2: 信号処理

メモリーシート機能を搭載した車両では、制御モジュール(通常はNXP S12ZVML128などのMCU)が入力を受信し、保存された位置データに対して処理します。メモリの呼び出しのために、ECMは不揮発性メモリから保存された座標を読み取り、必要なモーター起動時間またはセンサーの目標値を計算します。車両との通信のCANバスにより、ミラー、ステアリングコラム、気候設定を同期調整できます。

ステップ 3: モーターの起動

制御モジュールは、適切な 12V DC モーターに電力を供給します。各モーターは、 減速機 (通常はウォームギアまたはプラネタリーセット)は、モーターを減らしますの回転速度 (多くの場合、無負荷時の 2,000–5,000 rpm) から低速で高トルク出力 (アクチュエータの 10–30 rpm) まで。このトルクの乗算は不可欠です: 乗員が乗った一般的なシートの重量は 75–120 kg であり、リードスクリューまたはラック機構は、それをスムーズに動かすためにかなりの力を必要とします。たとえば、 パワーモーター PGM-WH60D シート調整ギアモーターは、12V電源からrpmで12N・mのトルクを供給します。 13

ステップ 4: 機械的作動

ギアボックス出力は、調整軸に応じていくつかの機械的メカニズムの 1 つを駆動します。

• 水平スライド: シートトラックに沿ったギアラックは、モーターの回転を前後の直線運動に変換します。

  

• 高さ調整: リードスクリューアクチュエータは、回転を垂直リフトに変換します。

  

• シートバックのリクライニング: 内歯車セグメントは、ヒンジ軸を中心に背もたれを回転させます。

  

• ランバーサポート: 別のモーターは、接続されたプレートの機械的脊椎を駆動するか、腰の後ろの気袋を膨張/収縮させます。

ステップ 5: 位置フィードバックと停止

メモリー・シート・システムでは、各モータ軸のホール効果センサまたはポテンショメータがリアルタイムの位置フィードバックを提供します。シートが保存された座標に達すると、制御モジュールがモータの電源を遮断します。非メモリー・システムでは、ユーザーはスイッチを放します。過負荷保護回路は、障害物が検出された場合、または電流引き込みが軸によっては 20–35 アンペアを超えた場合にモータを停止し、怪我や機械的損傷を防ぎます。

パワーシートモーターの種類:比較表

パワーシートシステムで使用されるモーターは3つのカテゴリに分類され、それぞれに異なる性能とコストのトレードオフがあります。

ほとんどの量産車は今でも ブラシ付きDCギアモーター コスト上の理由から。しかし、自動車メーカーが優れた効率、長寿命、低音響ノイズを求めてBLDCモーターに移行するにつれて、 ブラシレス技術のトレードオフ 利点と比較検討する必要があります。ジャーナルに掲載された査読済みの研究 センサー 実験計画法(DoE)手法を使用して最適化されたBLDCモーターは、75 kg負荷下で3,000rpmで9.5%によってシート移動ノイズを低減し、速度誤差は0.3%を下回ることを実証しました。。

エンジニアリングデータ:モーターの仕様、式、および熱制限

メーカーデータシートの主なモーター仕様

次の表は、メーカーのデータシートから入手した、自動車のシート調整システムで使用される実際のモーター仕様をまとめたものです。

注: ベアモーターの仕様 (maxon、Faulhaber) は、ギアボックス減速前のモーターシャフトでの出力を示しています。一般的な 100:1 ウォームギア減速機と組み合わせると、定格 12.4 mNN のモーターは出力で約 1.24 N・m を供給でき、300:1 以上の比率の多段遊星歯車では、出力トルクは 10 N・m を超え、シート調整アプリケーションには十分です。

コアエンジニアリングフォーミュラ

1。ギアボックス減速後のトルク:

T_output = T_motor × ギア比 × ギア効率

例: 12.4 mNm (Faulhaber 2237S036CXR) を 300: の遊星ギアボックスで 85% の効率収量で出力: 0.0124 × 300 × 0.85 = 1 3.16 N・m

2シートスライド力の計算:

F = T_出力 / r_スクリュー

ここで、r_screw はリードスクリューの有効半径です (通常は 4–8 mm)。T_output = 12 N・m および r_screw = 6 mm (0.006 m): F = 12 / 0.006 = 2,000 N (≈204 kgf) — 120 kgの乗員が乗っている座席を移動するには十分すぎるほどです。

3。モーター効率:

η = P_機械 / P_電気 = (T × ω) / (V × I)

ここで、Tはトルク(N・m)、ωは角速度(rad/s)、Vは電圧、Iは電流です。

4。銅損 (I²R):

P_cu = I² × R

IEEEで調査したBLDCシートモーターの場合(R = 0.209 ω、I_max = 4.64 A): P_cu = 4.64² × 0.209 = 4.50 W

5。熱モデル(巻線温度上昇):

ΔT_巻線 = P_損失 × (R_th1 + R_th2)

ここで、R_th1 は巻線からハウジングまでの熱抵抗で、R_th2 はハウジングから周囲への熱抵抗です。Faulhaber 2237S036CXR の場合: R_th1 = 6.2 K/W、R_th2 = 22.2 K/W. 4.5 W 全損失: ΔT = 4.5 × (6.2 + 22.2) = 127.8 K — 125°C 周囲温度で °C の巻線制限に近づき、シート用途における断続的なデューティの必要性が確認されました。 22

6。SKF L10 ベアリングの寿命:

L10h = (10⁶ / 60n) × (C/P)^p

ここで、C は動定格荷重、P は等価動荷重、n は rpm、ボールベアリングの場合は p = 3、ローラーベアリングの場合は 10/3。シートモーターベアリングの場合 3,000 rpm で、C = 4.35 kN および P = 1 kN: L10h = (10⁶ / 180,000) × (4.35)³ = 5.56 × 82.3 = 457 時間 — 短い断続的なデューティサイクルで動作するシートモーターに適しています。

IEC 60034-1絶縁クラスの温度制限

ほとんどの自動車シートモーターは、 クラスEまたはクラスB 絶縁、最高巻線温度は120–130°C。Faulhaber 2237S036CXRは、クラスEに準拠した125°Cの最高巻線温度を指定しています。maxon DC-max 22は、巻線温度を100°Cに制限しており、シート下の周囲温度が85°Cに達する自動車環境では控えめです。

IEC 60034-30-1効率クラス(比較用)

注: DOEの 10 CFR 部品 431 6月発効の規制1、2027では、ミッドレンジの三相産業用モーター(1–750)にIE4効率が義務付けられます。自動車のシートシステムで使用される小型DCモーターは、これらの規制の現在の範囲外ですが、高効率に向けた規制の傾向により、自動車メーカーは補助モーターシステムにBLDC技術を採用するようになりました。IEAの報告によると、電気モーター駆動システムは世界の電力消費量の53%を占め、産業用電力は72%、モーターシステムが消費する運輸部門の電力は86%を占めています。

アプリケーション:パワーシートモーターが使用される場所

自動車用シートモーターは、より広範なものの特殊なサブセットを表しています DCモーター 市場。連続運転する産業用モーターとは異なり、シートモーターは ショートデューティサイクル — 通常、S2 (短時間勤務) または S3 (断続的定期勤務) IEC 60034-1 分類 — これにより、コンパクトなモーターが過熱することなく高いピークトルクを提供できるようになります。産業オートメーションなど、低速で高トルクを持続させる必要があるアプリケーションでは、 低速高トルクBLDCモーター より適切でしょう。

ステップバイステップのパワーシートモーター選択ガイド

パワーシートアプリケーションに適したモーターを選択するには、トルク、速度、熱性能、コスト、および規制遵守のバランスをとる体系的なアプローチが必要です。

ステップ 1: 負荷要件の定義

最大シート荷重を計算します: シート構造重量 (15–25 kg) + 最大乗員重量 (FMVSS 202 による、通常は 120 kg テスト荷重) = 135–145 kg 合計。シートトラックの摩擦係数を決定します (潤滑とローラーの設計に応じて、μ = 0.1–0.3)。必要な摺動力: F = μ × m × g = 0.2 × 145 × 9.81 = 284 Nです。

ステップ 2: 必要なトルクの計算

リードスクリュー機構の使用: T = F × r_screw / screw_efficiency。r_screw = 6 mm およびスクリュー効率 = 0.4 (ACME ねじに代表的): T = 284 × 0.006 / 0.4 = 4.26 N・m. 動的荷重と加速度の 2× 安全率を追加します。 8.5 N・m 必要な出力トルク。

ステップ 3: モーターの種類とギア比の選択

無負荷速度が 4,000 rpm で定格トルクが 15 mNm の 12V ブラシ付き DC モーターの場合は、必要な出力トルクと許容可能な出力速度の両方を提供するギア比を選択します。200:1 ウォームギア減速機 65% 効率: T_output = 0.015 × 200 × 0.65 = 1.95 N・m 400:1: T_output = 0.015 × 400 × 0.65 = 3.9 N・m (まだ不十分です)。考えてみましょう。 高トルクギアモーター または、より高い定格トルクのモーターにアップグレードします。

ステップ 4: 熱検証

モーターがの熱容量はデューティサイクルをサポートします。S3 断続デューティ (10% オンタイム、60 秒サイクル) の場合、モーターは 3–4× の連続定格トルクを処理できます。熱モデル式 (上記の式 5) を使用して、最悪の場合の調整サイクル中に巻線温度が絶縁クラスの制限内にとどまることを確認します。

ステップ 5: 音響性能

自動車OEMは通常、シートモーターの騒音を以下に指定しています 55 0.5 m の dB(A) ブラシ付きDCモーターは、ブラシ整流からノイズを発生させますが、BLDCモーターはこれを低減しますが、コントローラーのスイッチングノイズが発生します。BLDCシートモーターのノイズ最適化に関するIEEEが発表した研究では、DoEベースのパラメータチューニングが9.5%rpmでのノイズを低減できることが実証されました。 3,000

ステップ 6: 規制および安全コンプライアンス

該当する規格への準拠を確保する:

• NEMA MG 1 — モーターの構造と性能のガイドライン (北米で販売されるモーターに適用)
• IEC 60034-1 — 回転電気機械の定格と性能
• FMVSS 202 — ヘッドレスト (シート位置の要件に影響します)
• FMVSS 207 – シートシステム(強度と負荷の要件)
• DOE 10 CFR 部品 431 — 電気モーターのエネルギー効率 (範囲に依存)
• ISO 26262 — 自動車電気システムの機能安全

パワーシートモーターの選択におけるよくあるエンジニアリング上の間違い

トラブルシューティングガイド:パワーシートの問題

よくある質問

パワーシートモーターはどの電圧を使用しますか?

ほとんどの乗用車用パワーシートモーターは車両上で作動しますS規格 12V DC電気システム. 商用トラックやバスは通常、 直流24V システム。モーターは、調整軸と負荷に応じて5–35アンペアを消費し、高さとリクライニング軸は機械的抵抗が大きいため、最大の電流を消費します。

パワーシートにはいくつのモーターがありますか?

一般的なパワーシートには、次のものが含まれます 2 から 6 個別 DC モーター、各調整軸に 1 つずつ。基本的な 4 ウェイ シートは 2 モーター (スライドとリクライニング) を使用しますが、12 ウェイの高級シートは 6 モーター (スライド、高さ、チルト、リクライニング、ランバー、ボルスター) を使用する場合があります。各モーターは、シート スイッチまたはコントロール モジュールによって独立して制御されます。

パワーシートモーターを自分で交換できますか?

シートモーターの交換は経験豊富な DIY 整備士にとって実現可能ですが、バッテリーを取り外し、車両からシートを取り外し、モーター取り付けネジ (多くの場合、トリム パネルの下に隠されている) にアクセスし、ドライブ ケーブルまたはギアを新しいモーターに移す必要があります。シートで作業する前に、トルク仕様とエアバッグの非アクティブ化手順については、必ず車両サービスマニュアルを参照してください。

BLDCモーターはパワーシートに適していますか?

BLDCモーターは、ブラシ付きモーターで高効率(85––対60–)、長寿命(10,000+時間対5,000–)と低音響ノイズを提供し、高級車や電気自動車でますます好まれています。ただし、ブラシ付きDCモーターよりも2–3のコストが高く、電子コントローラーが必要です。BLDCのトレードオフの詳細な分析については、次の記事を参照してください。 90% 75% 8,000 ブラシレスDCモーターのデメリットです。

パワーシートモーターの寿命はどのくらいですか?

ブラシ付きDCシートモーターは通常長持ちします 5,000–8,000の営業時間は、短い断続的なデューティサイクルを考えると、10–15の通常の使用年数に変換されます。BLDCモーターは10,000+時間持続します。SKF L10式を使用して計算されたベアリング寿命は、多くの場合、モーター巻線自体ではなく、制限要因です。

パワーシートモーターにはどのくらいのトルクが必要ですか?

必要なトルクは、調整軸と乗員の負荷によって異なります。一般的なシートスライドには必要なものが必要です 4–12 N・m ギアモーターシャフトでの出力トルク。高さ調整が必要 8–19 N・mリクライニング機構には、 10–30 N・m. これらの値は、120 kgの乗員を想定しており、安全率が含まれています。完全な計算方法については、 DCモーターが運ぶことができる重量です。

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参考文献

1. IEC 60034-1:2022、「回転電気機械 – パート 1: 定格と性能。」国際電気標準会議. https://webstore.iec.ch/publication/60456
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3. 米国エネルギー省、「小型電気モーターの省エネ基準」、10CFR パート https://www.energy.gov/cmei/buildings/small-electric-motors
4. IEA、「電動モーター駆動システムのエネルギー効率政策の機会」。国際エネルギー機関. https://www.iea.org/reports/energy-efficiency-2018
5. SKF、「ベアリング定格寿命 – L10 計算方法」。SKFグループ. https://www.skf.com/group/products/bearings-units-housings/principles/bearing-selection-process
6. Kim, J. et al.「ブラシレス直流電動機を用いた動力付き車両シート移動の騒音低減の最適化に関する研究」 センサー、2023、23(7)、3464。DOI: 10.3390/s23073464
7. IEEE、「電気自動車パワートレインシステムにおけるBLDCモーターの制御方法の分析」、2024IEEE PEDES会議。土産地: 10.1109/PEDES61459.2024.10961105
8. Faulhaber、「DC-Micromotors 2237S036CXR 技術データシート」。Faulhaber ドライブ システム. https://www.faulhaber.com/en/products/series/2237cxr
9. maxon、「DC-max 22 貴金属整流 DC モータの技術データ」 マクソンモーターAG. https://maxonjapan.com/wp-content/uploads/catalogue/DC-max.pdf
10. シーメンス、「SIMOTICS 低電圧モーター — 産業用テクニカルマニュアル」シーメンスAG. https://support.industry.siemens.com/cs/technical-overview

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