分割ステータ積層技術: 次世代モーターの効率革命を推進するコアソリューション

1. はじめに：モータ効率競争を突破する

世界的なエネルギー転換とハイエンド製造の加速的な進歩を背景に、産業および輸送部門の中核となる動力源としてのモーターは、効率と性能において前例のない課題に直面しています。新エネルギー自動車における極限の航続距離の追求であっても、人型ロボットにおける高出力密度と動的応答に対する厳しい要件であっても、材料利用、熱ボトルネック、製造コストの観点から、従来の連続固定子積層設計の限界がますます明らかになってきています。このような業界の背景に対して、セグメント化されたステータ技術が登場しました。従来の設計の物理的制約を打ち破るだけでなく、構造革新を通じて電磁性能と製造プロセスの二重の飛躍を達成し、次世代のモーター効率革命を推進する中核となるソリューションとなります。

2. セグメント化されたステーター積層板とは何ですか?

セグメント化されたステータ積層は、その名前が示すように、従来の連続したリング状のステータ コアを複数の独立したセグメント (セグメント) に分割し、各セグメントはステータ コアの円周の一部のみをカバーします。この設計は一般に T セグメント積層とも呼ばれ、複数の独立した歯とスロットの構造を形成する凹状の内側の円弧エッジを特徴としています。

従来の連続積層と比較して、セグメント化された設計は磁気構造と機械構造の間の結合を根本的に変更します。従来の設計では、巻線を連続スロットに通す必要があるため、巻線が困難になり、スロット充填率が制限されます。対照的に、セグメント化された積層では、コイルを独立したティースセグメントに直接巻くことができ、ダブテールインターロックまたは溶接によって完全なリング状のコアスタックに組み立てられます。この「巻線が先、組み立ては後で」という哲学は、巻線プロセスを大幅に簡素化するだけでなく、高いスロット充填率と高性能モーター製造への扉を開きます。

3. セグメント化されたステータの主な技術的利点

セグメント化されたステータ積層体は、電磁気、熱、材料、コストの各側面にわたる包括的な利点により、数多くの高性能アプリケーションで際立っています。

• 効率と効率の向上損失の低減: セグメント化された構造により、コア内の渦電流損失と鉄損が効果的に低減されます。さらに、セグメント間の自然な隙間により放熱面積が増加し、動作中の温度上昇が低減され、全体の効率がさらに向上します。
• 最適化された電磁性能: 独立した歯セグメント設計により、より均一な磁場分布が可能になり、磁気損失と動作ノイズが大幅に低減されます。さらに、高いスロット充填率により、モーターの力率とトルク密度が向上します。
• 材料利用率の向上とコスト削減: 大量生産では、セグメント化されたコアは高速順送プレス金型によって材料の効率的な利用を実現し、ケイ素鋼スクラップを大幅に削減します。より大きな直径のコア製品の場合、セグメント化された設計による材料節約の経済的メリットが特に顕著になります。
• 製造の柔軟性と柔軟性の向上拡張性: 直径が 1260 mm を超える超大型モーターや、特別な幾何学的要件があるシナリオの場合、連続的なコアの加工と輸送は非常に困難です。セグメント化された設計により、モーターセグメントを独立して製造でき、セグメント数を増やすことでトルクを簡単に拡張できるため、超大径モーターが経済的に実行可能になります。さらに、各セグメントは磁性の高さに関連する牽引力を生成することができ（たとえば、シェフラーのソリューションでは、磁性の高さは 25 mm ステップで 25 mm から 200 mm まで変化し、単一セグメントの推力は 560 N から 4500 N の範囲です）、カスタマイズされたドライブに優れた柔軟性を提供します。

4. 製造工程：プレスから組立までの精密エンジニアリング

セグメント化されたステータ積層体の製造は、非常に精度の高い体系的なエンジニアリングの取り組みです。その中心となるプロセスには次のものが含まれます。

1. 高速スタンピング＆高速スタンピング順送成形: 高速順送金型を備えた 25T ～ 300T プレス機を使用して、珪素鋼板の効率的な成形と層間連動を実現します。最新のプロセスでは、0.1 mm ～ 1 mm のケイ素鋼板や 25 μm のアモルファス材料を処理でき、極端な薄肉化の要件を満たします。
2. 自己融着プロセス: 従来のリベット留めや溶接に代わる自己融着コーティング技術がセグメント化されたコアに広く適用されています。このプロセスは、加熱とプレスによって層間樹脂を硬化させ、ケイ素鋼板の磁気特性に対する機械的ストレスによる損傷を回避し、鉄損をさらに低減します。
3. 組み立てと取り付け結合: 形成された独立した歯セグメントは、精密なダブテールかみ合い、またはレーザー溶接、接着などのプロセスによって完全なリング状のステーターに組み立てられます。このモジュール式アセンブリのアプローチにより、コアの機械的強度と同軸性の両方が保証されます。
4. プロトタイピングと試作特殊加工: 少量のプロトタイピングや特殊なサイズの要件では、レーザー切断およびワイヤ切断技術が迅速な成形に広く使用されており、開発サイクルを大幅に短縮します。現在、成熟したセグメント化されたコアの製造能力は、直径 20mm から 1250mm までをカバーしています。

5. 3 つのステータコア設計ルートの比較

モーター設計では、セグメント化されたアプローチのほかに、従来の積層型ルートと新興の焼結磁性化合物 (SMC) ルートがあります。以下は 3 つの設計アプローチの包括的な比較です。

6. 産業用途: マイクロドライブからメガ機器まで

セグメント化されたステータ積層体のモジュール性と高性能特性により、これらは複数のフロンティア分野にわたって有望です。

• 電気自動車と電気自動車新しいエネルギー: EV トラクション モーターでは、セグメント化された設計の高いスロット充填率と低損失特性により、航続距離が直接的に向上します。風力発電や太陽光追尾システムでは、その高い信頼性とメンテナンスフリーの利点が高く評価されています。
• 産業オートメーションと産業用オートメーション精密機器: ロボット アーム、コンベア システム、および CNC 回転テーブル (旋削/研削/フライス加工) では、セグメント化されたモーターが優れた動的応答と位置決め精度を提供します。シェフラーなどのメーカーは、外部ジャンクションボックス相互接続を備えた独立したハウジング内のコイルシステムを統合するセグメントリニアモーターを導入し、自動パッケージングや回転テーブル用のカスタマイズされたドライブを可能にしています。
• 航空宇宙&航空宇宙産業船舶の推進: 重量とサイズが重要な航空宇宙および海洋用途では、セグメント化された設計の高い出力密度と冗長設計機能 (単一セグメントの故障が全体の動作に影響を与えない) が重要な利点となります。
• 大型回転機器: 直径が 1.2 メートルを超えるメガモーターの場合、セグメント化された設計により製造と輸送の課題が解決されるだけでなく、モジュールの冗長性によりシステム全体の信頼性も向上します。

7. 素材のトレンド: 薄型化と軽量化へより良い

ステータコアの性能上限は主に材料によって決まります。最新の電磁鋼板は、1.5T/50Hz で 1.5 W/kg 未満の鉄損を達成しており、シリコン含有量は通常 1.5% ～ 6.5% の範囲です。将来の材料トレンドには次のようなものがあります。

• 超薄シリコン鋼: 高周波の傾向に対処するために、従来の 0.35mm/0.5mm 仕様に代わって 0.1mm およびさらに薄いシリコン鋼シートが徐々に使用され、高周波の渦電流損失をさらに低減しています。
• アモルファス＆ナノ結晶材料: 25 μm レベルのアモルファス材料は、優れた超低鉄損性能を示し、特殊用途からハイエンド モーターへ移行しつつあります。
• 高ケイ素鋼および高ケイ素鋼GO/NO 最適化: 磁路方向に応じて無方向性 (NO) または結晶方向性 (GO) 電磁鋼板を選択し、セグメント化された設計で磁気特性の利用を実現します。

8. 選択と選択品質に関する考慮事項: 信頼性がベースラインです

セグメント化されたステータ技術を採用する場合、性能と信頼性のバランスを取る必要があります。高品質のステータは通常の条件下で 15 ～ 25 年間動作できますが、主な制限要因は温度による絶縁劣化です。したがって、選択と製造では次のことに重点を置く必要があります。

• 規格への準拠: NEMA/IEC およびその他の国際規格に厳密に準拠し、モーターの安全性と互換性を確保します。
• 絶縁システム: プレミアムグレードのワニス、スロットウェッジ、絶縁紙を使用して、スロット充填率が高い状態でも電気的安全性を確保します。
• 故障予防と安全性診断: 設計段階で熱シミュレーションと応力解析を組み込み、動作中の状態監視を統合することで、巻線の断線/短絡、絶縁劣化、コア損傷などの一般的な故障に対処し、10,000 ～ 50,000 ドルの損失が発生する単一のダウンタイム イベントを回避します。

9. 将来の展望: フロンティア産業との深い統合

セグメント化されたステータ積層技術は、単にモーター設計を最適化するだけでなく、将来の産業パラダイムとの密接な連携を実現します。

• EV 800V プラットフォーム: 高電圧変換により高周波スイッチング損失が発生します。これに対処するには、セグメント化されたコアと極薄シリコン鋼板の組み合わせが必要です。
• ヒューマノイド ロボット ジョイント モジュール: 高トルク密度、低コギング トルク、コンパクトなフォーム ファクターを極限まで追求した結果、セグメント化された設計が事実上唯一の実行可能なソリューションになります。
• 低高度エコノミー (eVTOL): 航空グレードのモーターには電力密度と冗長信頼性が求められ、これらはセグメント化されたテクノロジーの利点と密接に一致しています。

10. 結論

セグメント化されたステータ積層技術は、効率、熱管理、製造の柔軟性、コストの点で包括的な利点を備えており、モーター設計の基本的なロジックを再構築しています。これは、現在のエネルギー効率基準を満たすための単なる戦術的な選択ではなく、将来のハイエンド機器と新エネルギーの時代に向けた戦略的なレイアウトです。モーターエンジニア、製品設計者、調達意思決定者にとって、このテクノロジーを深く理解して習得することは、次の産業競争の波において競争力を高めることになります。

YouYou 会社について

中国の高精度モーター積層スタックと高周波リアクトルコアの専門メーカーとして、YouYou Company は最先端の精密スタンピングと 0.10 mm の極薄自己融着 (バックラック) ラミネートを提供しています。当社は、アキシャルフラックスモーターコアの製造（YOUYOU Tセグメントステーター/ヘリカル巻線）とSMC（軟磁性複合材料）3D粉末圧縮を専門としています。当社のソリューションは、ヘアピン巻線のスロット充填率を最大化し、熱管理を最適化し、コア損失劣化ゼロを達成するように設計されており、世界的な OEM および Tier-1 サプライヤーに最大のトルク密度を提供します。

次世代の EV トラクション モーター、人型ロボット アクチュエーター (器用なハンド ジョイント コア)、ドローンの推進、高周波パワー エレクトロニクスのいずれを開発している場合でも、当社のエンドツーエンドの機能が対応します。 T セグメント ステータのプロトタイピング、SMC モールド プレスのトライアル、バックラック ボンディング テスト、および包括的な磁気コアの最適化については、当社のエンジニアリング チームにお問い合わせください。