シリコン鋼からモーター完成品まで: HIMAGNET の統合サプライチェーン

複数のサプライヤーによるモーター開発の隠れたコスト

ロボット工学、UAV 推進、または産業オートメーション用のカスタムモーターの設計には、磁石のグレードや積層の厚さを選択するだけでは不十分です。複数のサプライヤー間で材料、公差、性能目標を調整する必要があり、各サプライヤーは完成したモーターではなく、独自のプロセスに合わせて最適化しています。

ケイ素鋼のサプライヤー、磁石メーカー、積層スタンピング工場、およびモーター組立工場が独立して運営されている場合、結果は予測可能です。公差の積み重ね、プロトタイプの性能が低い場合の指摘、プログラムの数か月を押し上げる認定の遅れなどです。タイトなスケジュールで作業している開発チームにとって、断片化したサプライチェーンの調整オーバーヘッドは、エンジニアリング上の課題そのものよりも大きいことがよくあります。

ヒマグネットは異なる前提に基づいて構築されています。つまり、原材料からモーター完成品までの技術チェーンを所有しているため、顧客は 4 社ではなく 1 社のエンジニアリングパートナーと取引することになります。

HIMAGNET integrated motor supply chain: silicon steel laminations, NdFeB arc magnets, rotor assembly, finished motor

HIMAGNET motor supply chain process: silicon steel to finished motor

完全なテクノロジーチェーン

1. ケイ素鋼の選定と積層プレス

すべてのモーター設計はコア材料から始まります。ケイ素鋼のグレードと積層厚さの選択は、鉄損、飽和磁束密度、そして最終的にはモーターの効率曲線を直接決定します。

HIMAGNET は、幅広い厚さの範囲にわたるケイ素鋼を調達および加工します。0.20mm極薄グレード高周波、高速アプリケーション (20,000 rpm 以上で動作するドローンモーターで一般的)0.50mm標準グレード産業用サーボおよびトルク密度の高い低速設計に最適です。シリコン含有量と結晶方位は、在庫状況ではなく、モーターの動作周波数と磁束密度の要件に基づいて選択されます。

お客様の図面に合わせてラミネートプレスを行います。ステータとロータの積層は、適合するセットとして製造され、エアギャップ形状、スロット形状、および磁石ポケットの寸法が磁気回路設計と寸法的に一致していることが保証され、個別のサプライヤーによって個別に公差が許容されることはありません。

2. モーター用途向けネオジム磁石の製造

磁石は、カスタムモータープログラムの既製のコンポーネントではありません。アークセグメントの形状、磁化方向、グレード、および温度の接尾語はすべて、実際のローター設計に対して指定する必要があります。

HIMAGNET は、全グレード範囲にわたって NdFeB 焼結磁石を製造しています。N35～N52周囲温度でのアプリケーション向け、およびN35H～N42UH負荷時にローター温度が 120 度を超えるモーター用。サーボおよび産業用ドライブのアプリケーションの場合、通常、20 度だけでなく動作温度での Hcj 検証を測定した SH または UH 接尾辞グレードを推奨します。

アークセグメントの磁石は、同じプログラムからの実際のローター積層ポケットの寸法に対して公差まで研削されます。これにより、磁石とラミネートが異なるサプライヤーから提供される場合に、組み立ての干渉や過度のエアギャップの変動を引き起こす「マグネット印刷公差」と「ラミネート印刷公差」の間のギャップが排除されます。

3. ローターの組み立てと着磁

ローターコアへの磁石の取り付けには、制御された接着剤の塗布、正確な角度位置決め、および高速での表面実装構成の場合は保持バンドが必要です。これらの各ステップは最終的なエアギャップの均一性に影響を与え、トルクリップルと逆起電力波形の品質を直接決定します。

HIMAGNET は、スタンピングで使用されるのと同じ積層ジオメトリに対して構築された治具ツールを使用して、社内でローターマグネットの組み立てを実行します。磁化は、ローターの極数に合わせた多極着磁治具を使用して組み立て後に実行され、ローターの周囲全体に一貫した正弦波の磁束分布を生成します。

4. モーターの統合と検証

完成したモーター（固定子巻線が積層スタックに統合され、回転子アセンブリが取り付けられ、ベアリングとハウジングが取り付けられたもの）は、出荷前に顧客の性能仕様に照らしてテストされます。

標準検証には、無負荷逆起電力測定 (磁化の品質とエアギャップの均一性を検証するため)、コギングトルク測定 (スロットと磁極の組み合わせと磁石の形状が仕様を満たしていることを確認するため)、巻線抵抗と絶縁のチェックが含まれます。サーボおよび精密ロボット工学アプリケーションの場合は、ご要望に応じてトルク定数の検証や負荷時の温度上昇測定などの追加テストをご利用いただけます。

3 つのアプリケーションドメイン

5. ロボット関節アクチュエーター

協調ロボットジョイントとヒューマノイドロボットアクチュエータには、最小のパッケージで最高のトルク密度が必要です。これらのアプリケーションの磁気回路設計では、単位体積あたりの最大トルク- これは、高エネルギー NdFeB グレード (一般的な接合動作温度では N45SH から N48SH)、厳しい公差の積層と磁石の寸法によって達成される最小のエアギャップ、および許容ローター直径内で磁石の体積分率を最大化するローター設計を意味します。

IPM (内部永久磁石) ジョイントモーターの設計では、ローター積層の磁石ポケットの形状と磁石の断面が共同設計されます。ラミネートスタンピングとマグネット研削の両方が同じ施設内で同じ CAD 基準に基づいて実行される場合、はめ込み公差は ±0.03 mm に保たれます。これは、ラミネートとマグネットを個別に調達する場合には達成が困難な基準です。

6. UAV推進モーター

ドローンおよび UAV モーターは高い回転速度 (マルチローター推進アプリケーションの場合は 10,000 ～ 40,000 rpm) で動作するため、トルク密度の高いサーボモーターとは異なる最適化が必要です。優先順位はパワーウェイトレシオとクルーズパワーでの効率これは、動作周波数での渦電流損失を最小限に抑えるための薄い積層体 (0.20 ～ 0.27 mm)、エアギャップ磁束を最大化する高品位の表面実装アーク磁石、および軽量ローター構造を意味します。

このような速度では、磁石の保持は単なる組み立て上の考慮事項ではなく、構造上の要件となります。正しいプレストレス仕様に適用されたカーボンファイバー保持バンドは、設計されたエアギャップを維持しながら、遠心荷重に対してローター表面にアークセグメント磁石を保持します。 HIMAGNET は、ローター組立プロセスの一環として社内で保持バンドを適用しています。

7. 産業用サーボおよびダイレクトドライブアプリケーション

CNC工作機械、半導体処理装置、ファクトリーオートメーション用の産業用サーボモーターは、長いデューティサイクルと広い温度範囲にわたって一貫した性能を必要とします。磁気回路は、短絡電流イベントなどの障害状態を含む全動作範囲にわたって適切な減磁マージンを維持する必要があります。

これらのアプリケーション向けに、HIMAGNET は各製造ロットの複数の温度 (通常は 20 度、100 度、および 150 度) での BH 曲線データを提供し、ドライブおよび制御システムが温度補償された界磁弱化および減磁保護を実装できるようにします。このデータは、グレードデータシートからではなく、実際の生産材料から生成されています。

試作から量産まで

8. カスタムプログラムの仕組み

HIMAGNET のカスタムモータープログラムは、最初の設計意図と検証された製造部品の間のタイムラインを短縮するように設計された構造化された開発パスに従います。

デザインレビュー: 顧客はモーター仕様 (トルク、速度、エンベロープ、温度、デューティサイクル) を共有します。 HIMAGNET は磁気回路設計をレビューし、積層グレード、磁石グレード、エアギャップ目標、および潜在的な減磁リスクを特定します。
プロトタイプの構築: 最初の製品のラミネートと磁石は、顧客の図面に基づいて製造されます。ローターとステーターのアセンブリは、モーターの組み立て前に構築および測定され、電気試験の前に寸法検証が行われます。
パフォーマンスの検証: 逆起電力、コギング、トルク定数、および熱特性評価が完了し、仕様に対して報告されます。積層スロットの形状、磁石の寸法、グレードなどの設計変更は、新しいベンダーを再認定することなく、同じサプライチェーン内で繰り返されます。
生産資格: 生産ツールとプロセス管理は、検証されたプロトタイプから確立されます。最初の生産ロットには、トレーサビリティ文書を伴う全寸法検査と磁気特性検査が含まれます。

完成したケース: 産業用途向けの小型フレームのカスタムモーター

産業顧客向けの最近のプログラム (秘密保持契約により個人情報は伏せられています) で、HIMAGNET は、無方向性ケイ素鋼積層板、N42SH グレードの研削 NdFeB アークセグメント磁石、エポキシ接着と保持を備えた社内ローターアセンブリ、および性能検証を行った完全なモーターアセンブリを統合した完全なカスタムモーターを納品しました。プログラムは、設計レビューから最初の記事の検証まで進みました。8週間- お客様の以前のマルチサプライヤーアプローチでは、以前の 2 つの開発サイクルでは達成できなかったスケジュール。

モーターは、最初のプロトタイプ製作でトルク定数の仕様を 2% 以内、コギングトルクを顧客の許容誤差 5% 以内に満たしました。この結果は、同じ施設内で積層形状と磁石形状を調整して制御しなければ達成するのが困難です。