〜回る部品のテクノロジー〜シェフラーが提示する次世代ベアリング技術。電動化時代の核心へ

2026.05.15 11:58

by Motor Fan illustrated編集部

電動化時代のベアリングの課題はモーターの高回転化と電食である。現状では2 万～3 万rpm 程度の回転数が主流となっているが、シェフラーのベアリングはこの領域に十分に対応。さらに、それ以上のハイスピード用途についてもすでに量産化しており、高速化に対応するソリューションを確立。電食に対しては「VoltPath」（導電）／「VoltShield」（絶縁）のふたつのタイプを用意し、OEMからの要望に応える。

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電動化の進展に伴い、自動車の基幹部品であるベアリングにも新たな役割が求められている。ベアリングメーカーとして出発し、長年にわたり回転機構に関する技術を蓄積してきたサプライヤーであるシェフラーはその変化を見据え、BEV向けの革新的なソリューションを着々と市場に投入している。

TEXT：石川徹（Toru ISHIKAWA）／髙橋一平（Ippey TAKAHASHI）　PHOTO & FIGURE：SCHAEFFLER／MFi

モビリティの電動化に対応し、シェフラーはBEV向けの「e-Bearing Family」製品ラインナップを充実させている。産業機械分野では従来から高電圧環境に対応したモーター支持用ベアリングが存在しており、電食対策が施されているものは既に一般的だ。自動車アクスルの一部では電食対策が施されていないベアリングも使用されているが、高電圧下での使用が増加するにつれて、リスクは高まっている。

ベアリングの電食は、外輪からボール、内輪へと電流が流れることで発生し、転動面に損傷を与えたり波状摩耗を引き起こしたりする現象である。自動車用途でもBEVの普及に伴って同様の対策が求められるようになり、シェフラーは自動車向けの電食対策ベアリング開発を推進してきた経緯がある。

モーター内部の電流は主に以下の2種類に分類される。

①ローターとステーターの間を流れる循環電流。
②ユニット内に蓄積された電気が一気に放出される放電電流。

これらはいずれもベアリング損傷の原因となるため、対策が不可欠だ。循環電流に対しては絶縁ベアリングが必要で、従来はセラミック球を用いた「ハイブリッドベアリング」などが用いられてきたが、高いコストが問題となっていた。そこでシェフラーは、ベアリング外輪に樹脂モールディングを採用した製品「VoltShield-P Ultra」を開発した。

一方の放電電流対策としては、カーボンスティックやカーボンブラシを用いて電流をベアリングの外に逃がす方法が一般的だ。しかし、こうした手法は構造の複雑化や設計面での制約といった課題が伴う。これに対しシェフラーが開発を進めているのがシャントベアリング「VoltPath」である。シャント（迂回）リング機構をベアリング内部に組み込み、外輪ハウジングから流入する電流を、ボールを通過させることなく別経路へ導く構造を採用している。

BEV だけではなくHEV でも今後は採用が進むと見られるSiC（シリコンカーバイド）インバーターでは高速スイッチングが行なわれるため、電食リスクはさらに増大する傾向にある。シェフラーは絶縁を行なう「VoltShield」タイプと、電流をシャント（脇へそらす）する導電性の「VoltPath」タイプのベアリングを用意し電食に対応。どちらも従来の構造を見直し、コストや搭載スペースに合わせて選択できるバリエーションを用意している。

このシャントリングは軸方向に5mmのスペースがあれば取り付け可能で、ベアリングと一体化した構造となる。したがって、シャフトのたわみやテーパリング、ベンディングモーメントが発生した場合でも摩耗リスクを最小限に抑えることができる。さらに統合設計により、小型軽量化やコスト低減にも寄与する。

また、ベアリングのインピーダンスを測定した結果、ユニット内で抵抗がほとんど生じていないことが分かっている。これは電流がベアリング内部を通過せず、常にシャント経路へ導かれていることを意味する。抵抗によってユニット内部に電流が蓄積されるとノイズ源となり、ADASなどで増加する車両に搭載される各種センサーの誤作動や、ラジオノイズの原因となる。シャントベアリングは電食防止を主目的としながら、電気ノイズの低減にも寄与し、インバーターの制御設計や車両全体のノイズ対策において有効なソリューションとなることが期待される。

一般的なベアリングとシャントリングを内蔵する「VoltPath」、それぞれのもつ電気的特性をグラフで比較したもの。上は交流の流れにくさを表すインピーダンス、下はその影響で生じる電圧波形の（電流に対する）位相遅れを示している。横軸の交流周波数（kHz)が高まるにつれインピーダンスが低下、高周波域で位相が90度進む位置に“ 張り付く”という典型的なキャパシター（コンデンサー）的な挙動を示す前者に対し、「VoltPath」はインピーダンスがきわめて小さく位相差もゼロ、どちらも周波数に依存することなく常に一定だ。これはごく僅かな純抵抗しか存在しないことを意味。放電の原因となる電位差はもちろん、ノイズの増幅に繋がる共振の抑制効果も期待できるはずだ。

もうひとつの注目製品が、シェフラー独自の「テーパーローラーユニット（TRU）」である。電食対策ベアリングとは異なり、純粋な機械的構造の違いで独自の利点を生み出しているものだ。一般的なテーパーローラーベアリングは内輪と外輪が分離構造で、左右から与圧をかけて軸を挟み込んで使用する。高い負荷容量を実現できるためスペースに制約のある部分に採用されるがその一方、与圧による押し付けがフリクション増大を招き、効率を低下させる。