HONPINE JM 第4世代フレームレス・トルクモーター：トルク密度が30%向上、動作温度が10%低下

最近、HONPINEのフレームレス・トルクモーターが手術支援ロボットでの試験導入を完了し、優れた電磁性能と動作安定性を実証しました。試験では、トルクリップルが1%未満を達成しました。これは、手術支援ロボット用モーターで一般的に目安とされる2%を大きく下回る数値です。過度なトルク変動は振動を引き起こし、精密な手術操作に影響する可能性があります。

トルクリップルを低く抑えることは、手術支援ロボットにとって不可欠です。不要な振動を最小限に抑え、動作を滑らかにし、精密な手術動作を安定して再現することにつながります。

では、HONPINE JM第4世代フレームレス・トルクモーターは、どのようにして低速時のより滑らかな動作、高速時の鉄損低減、そして総合的な熱性能の向上を実現しているのでしょうか。

本記事では、電磁設計、材料選定、巻線工程における主な技術的改善点をご紹介します。

1. HONPINE JM第4世代フレームレス・トルクモーターの主な技術的改善点

HONPINE JM第4世代フレームレス・トルクモーターは、磁気回路設計、極・スロットの組み合わせ、材料選定、巻線技術の4つの主要分野にわたる総合的な改良を取り入れています。

これらの最適化により、電磁エネルギー変換効率とトルク密度が向上し、電力損失を低減するとともに温度上昇を抑制します。その結果、幅広い使用条件で安定した高効率運転が可能になります。

最適化された電磁設計

極・スロットの組み合わせを最適化することで、巻線係数を高め、電磁利用率とトルク出力を向上させています。

また、大きな固定子内径と大きなローター内径を組み合わせた構成を採用しています。高いトルク密度と軽量化を両立し、コンパクトな機器への組み込みにも高い柔軟性をもたらします。

さらに、HONPINEは磁気ギャップと固定子・ローターのトポロジー形状を最適化しました。これらの改良により、コギングトルクを定格トルクの約1%まで低減し、低速運転時のトルク変動を抑えます。

逆起電力の高調波ひずみ率も1%以内に抑え、電磁特性の一貫性と動作の滑らかさをさらに高めています。

2. モーターはどのように運転温度を10%低減するのか

熱管理は、フレームレス・トルクモーターにおける重要な検討事項です。特に、設置スペースが限られ、放熱が難しいコンパクトなロボット関節や精密機器では、熱管理が重要になります。

HONPINE JM第4世代モーターは、コア材料、永久磁石、絶縁システム、巻線工程を最適化することで、運転温度を低減します。

高品質電磁鋼板による鉄損の低減

固定子とローターの両方に、板厚0.2 mmの高品質無方向性電磁鋼板を使用しています。薄い積層板により渦電流損を低減し、同等の運転条件下で材料の磁気特性を活かして、より高い磁束密度を実現します。

これにより、特に高速運転時の鉄損を低減しながら、より大きな電磁出力を得ることができます。

厳しい運転条件に対応する高性能永久磁石

本モーターには、高い残留磁束密度と保磁力、優れた耐熱性を備えた高グレードのUHシリーズ永久磁石を使用しています。

これらの特性により、高温環境下でも磁気性能を維持し、不可逆減磁のリスクを低減します。

フレームレス・モーターの限られた設置スペースに対応するため、HONPINEは磁石の寸法と磁気回路の配置も最適化しました。このコンパクトな設計により、高速・高トルク・高過負荷の運転条件下でも効率的な出力を維持します。

長期信頼性を支える耐熱絶縁材料

絶縁システムは、クラスF以上の耐熱要件を満たし、耐熱温度は150°Cを超えています。

永久磁石、電磁線、絶縁ボビン、含浸材料などの主要部品には、最高180°Cの耐熱性を備えた材料を選定しています。

これらの材料仕様により、厳しい熱環境下での長期運転を支え、ロボットシステムの連続運転要件への対応に役立ちます。

銅損を低減する先進的な巻線技術

HONPINE JM第4世代モーターは、自動化された多スロット連続巻線工程を採用し、最大80%のスロット占積率を実現しています。

スロット占積率を高めることで、同等のトルク条件下で巻線抵抗と銅損を低減できます。これにより、過負荷能力を高めながら温度上昇を抑制します。

自動巻線工程により、はんだ接合部の数も減少し、電気接続の信頼性とモーター全体の一貫性の向上に寄与します。

電磁設計の最適化、先進材料、自動化された製造工程を組み合わせることで、HONPINEはヒューマノイドロボット、手術支援ロボット、精密自動化機器などの高性能ロボット用途向けに設計されたフレームレス・トルクモーターを提供します。

3. 複数のモデルと柔軟な構成オプション

ロボット関節や精密モーションシステムで求められるさまざまなトルク・速度要件に対応するため、HONPINEは複数の速度構成から選べるフレームレス・トルクモーターを幅広く取り揃えています。

標準製品ラインアップは、モーター外径38 mmから140 mmまでをカバーし、高速・中速・低速の構成を用意しています。

トルク範囲は、モデルと運転条件に応じて約3 Nmから13 Nmです。

オプション構成として、ホールセンサーと温度センサーを選択できます。用途に応じて適切なフィードバックおよび温度監視ソリューションを選べます。

これらの構成オプションにより、HONPINE JMフレームレス・トルクモーターは、ロボット関節、手術支援ロボットシステム、精密位置決め装置、その他のコンパクトなダイレクトドライブ用途への組み込みに適しています。

4. JM第2世代と第4世代のフレームレス・トルクモーター：何が変わったのか

性能向上をより具体的に把握するため、外径38 mm、鉄心長6 mmのモーターを例に、HONPINE JM第2世代と第4世代のフレームレス・トルクモーターを比較します。

JM第2世代と第4世代モーターの性能比較

この比較では、電磁設計、材料のアップグレード、製造工程の最適化によって実現した改善点を示します。

注：比較表には、両世代の確認済み試験データを記載してください。トルク、速度、温度上昇、その他の性能パラメーターは、同等の試験条件で測定されていることを確認してください。

5. 安定したモーター品質を実現する自動化製造

HONPINEのフレームレス・トルクモーターシリーズは、自動化された量産体制に移行しています。

自動化製造により、安定した生産能力を確保しながら、寸法公差と製造精度を厳格に管理できます。

最適化された生産工程と品質検査手順を組み合わせることで、製品性能の一貫性と製造の信頼性を支え、お客様の部品選定や組み込みに伴うリスクの低減に役立ちます。

ロボット、医療機器、精密自動化の分野で高性能モーション制御への需要が高まるなか、HONPINEはフレームレス・トルクモーター技術の向上に取り組み続けています。

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JM第4世代フレームレス・トルクモーターの最新の技術仕様と製品情報については、HONPINEまでお問い合わせください。