インランナー型ブラシレスDC（BLDC）モーターは、電気自動車やドローンから医療機器、ロボット工学、高速電動工具に至るまで、幅広い業界で広く使用されています。ローターがステーター内部で回転するコンパクトな円筒形構造は、高速安定性、効率的な冷却、そして精密なトルク制御といった利点を備えています。

インランナー型BLDCモーターの性能を左右する最も重要な要素の一つは、ステーターラミネーション（ステーターコアを形成する薄い鋼板の積層体）です。この部品は、磁気効率、コア損失、放熱性、製造コスト、そしてモーター全体の性能に直接影響を及ぼします。

効率、電力密度、コストの最適なバランスを実現するには、適切なステーターラミネーションの種類、材質、厚さ、そして製造プロセスを選択することが不可欠です。

インランナーBLDCモーターのステータ積層構造

インランナーBLDCモーターのステータは、単一の固体ではなく、電磁鋼板を積層した構造です。積層構造により、導電性モーター材料における交流磁場によって発生する渦電流損失を低減します。

ステータ積層構造の機能

• 磁束伝導：ローター磁石と巻線間の磁束を誘導・集中させます。
• 損失低減：ソリッドコアと比較して、渦電流損失とヒステリシス損失を最小限に抑えます。
• 熱管理：巻線とコアで発生する熱を放散させます。
• 構造サポート：巻線の配置とロータークリアランスのための強固な基盤を提供します。

インランナーモータの場合、ラミネーションは通常、分布巻線または集中巻線を保持するスロット型設計になっています。スロットの数、形状、およびラミネーションの厚さはすべて、電磁気的挙動に影響を与えます。

ステータラミネーションに使用される材料

ラミネーション材料の選択は、透磁率、飽和レベル、抵抗率、および損失に影響を与えます。一般的な材料には以下が含まれます。

シリコン鋼（電磁鋼板）

組成：2～3.5%のシリコンを含む鉄合金。

利点：高い電気抵抗率、渦電流の低減、良好な透磁率。

結晶配向：

• 非方向性磁性体（NGO）：等方性磁気特性。回転機械によく使用されます。
• 方向性磁性体（GO）：一方向の磁気特性に最適化されており、回転ステータではほとんど使用されません。

使用例：インランナーBLDCステーターの最も一般的な選択肢。

コバルト鉄合金

• 利点：飽和磁束密度が高い（約2.35 T）、高周波特性に優れている。
• 欠点：高価、機械加工が難しい。
• 用途：航空宇宙用モーター、高速スピンドル、電力密度が重要な用途。

ニッケル鉄合金

• 利点：高い透磁率、低いヒステリシス損失。
• 欠点：コバルト合金よりも飽和度が低く、シリコン鋼よりもコストが高い。
• 用途：精密計測機器などの特殊用途。

積層板の厚さの選択肢とその影響

各積層板の厚さは、渦電流損失、製造コスト、機械的堅牢性に直接影響します。

板厚	渦電流損失	機械的強度	コスト	典型的な用途
0.50 mm	高い	高い	低い	低速モーター
0.35 mm	中程度	良好	中程度	標準的なBLDCモーター
0.20–0.27 mm	低い	低め	高い	高速インランナー
0.10 mm	非常に低い	脆い	非常に高い	航空宇宙／高周波用途

 

トレードオフ: 積層が薄くなると渦電流損失は減少しますが、コストと複雑さが増加します。

ステータラミネーションの製造技術

スタンピング

• プロセス：順送金型で鋼板から形状を打ち抜きます。
• 利点：大量生産効率、再現性。
• 制約：金型コスト、バリ発生、極薄板には適していません。

レーザー切断

• メリット：高価なツールが不要、設計変更が柔軟。
• 制限事項：スループットが低い、熱影響部が発生する可能性がある。
• ユースケース：プロトタイピングおよび少量生産。

ワイヤーEDM（放電加工）

• 利点：非常に高い精度、滑らかなエッジ。
• 制限：非常に遅い、高コスト。
• 使用例：厳しい公差が求められる特殊用途のモーター。

接着積層板

• 機械的に積層するのではなく、接着または接合された積層構造。
• 利点：振動ノイズが低減し、放熱性が向上します。
• 欠点：製造が複雑になります。

絶縁コーティングと処理

層間電流を防止するため、各層に電気絶縁コーティングが施されます。

一般的なコーティングの種類

• クラスC-2（有機無機ハイブリッド）：耐熱性に優れ、高速モーターに適しています。
• クラスC-3（無機）：高温安定性が高く、柔軟性が低いです。
• クラスC-5（薄い有機フィルム）：厚さを最小限に抑え、積層係数を向上させています。

コーティングの選択は、積層係数、放熱性、コア損失に影響します。

異なる積層方法における性能のトレードオフ

積層方法の選択によって影響を受ける主な要因：

• 効率：より薄く、より高品質な積層構造により、コア損失が低減します。
• トルクリップル：スロット形状と積層構造の設計はコギングトルクに影響します。
• 熱性能：より優れた材料とコーティングは放熱性を高めます。
• 騒音と振動：接着積層構造は機械騒音を低減します。
• コスト：材料グレード、厚さ、製造方法によって影響を受けます。

アプリケーション固有の考慮事項

電気自動車

• 優先事項：効率、熱安定性、高出力密度。
• ラミネートの選択：0.27～0.35 mmのNGOシリコン鋼（クラスC-2コーティング）。

ドローンと無人航空機

• 優先事項：軽量、高速性能。
• 積層の選択：超低損失を実現する0.20 mmコバルト合金。

産業オートメーション

• 優先事項：長寿命、信頼性、コストバランス。
• ラミネートの選択：0.35 mm NGOシリコン鋼、接着スタック。

医療機器

• 優先事項：低騒音、高精度トルク。
• 積層の選択肢：滑らかなEDMまたはレーザーエッジを備えた接着された薄い積層。

コストとサプライチェーンの要因

• 原材料価格：コバルト合金はシリコン鋼の3～5倍のコストがかかる場合があります。
• 金型投資：スタンピングには初期金型費用が高額になります。
• 生産量：大量生産にはスタンピングが、少量生産にはレーザーカットが適しています。
• リードタイム：カスタムラミネートの場合、材料調達に数週間から数ヶ月かかる場合があります。

比較表

要因	厚いNGO鋼 (0.50 mm)	標準NGO鋼 (0.35 mm)	薄いNGO鋼 (0.20 mm)	コバルト合金 (0.20 mm)
損失	高い	中程度	低い	非常に低い
コスト	低い	中程度	高い	非常に高い
強度	高い	高い	中程度	中程度
周波数	低速用	中速用	高速用	超高速用
効率	低い	良好	非常に良好	優秀

 

メーカー向け選定ガイドライン

インランナーBLDCモーターのステーター積層板を選択する際には、以下の点にご留意ください。

目標回転速度と効率：

10,000 RPM未満の場合：0.35～0.50 mmのシリコン鋼板。

30,000 RPM超の場合：0.20 mm以下の積層板。

コスト制約：

コスト重視の市場においては、標準的なNGOシリコン鋼板を使用してください。

コバルト合金は、利益率の高い高性能用途にのみ使用してください。

熱要件：

高い熱伝導率と安定性を備えたコーティングを使用してください。

騒音／振動目標：

静音動作を実現するには、接着積層板または斜めスロットを検討してください。

生産量：

大量生産の場合 → スタンピング、少量生産の場合 → レーザー切断

インランナーBLDCモーターにとって、ステーターのラミネーションの選択は設計上の重要な決定事項であり、効率、コスト、重量、そしてアプリケーションへの適合性に影響を与えます。

産業オートメーションや電動スクーターなどの主流アプリケーションでは、0.35mm厚のNGOシリコン鋼が依然として最適な選択肢であり、コストと性能のバランスが取れています。

航空宇宙、ドローン、医療用精密工具などの高速または高効率アプリケーションでは、プレミアムコーティングを施したより薄いラミネーション（0.20mm以下）が、コストは高くなりますが、目に見える効果をもたらします。

メーカーは、電磁気性能だけでなく、製造性、コーティングの選択、サプライチェーンの安定性も考慮し、ラミネーションサプライヤーと緊密に連携する必要があります。効率と性能マージンが重要となる競争の激しい市場において、適切なステーターラミネーションの選択は、優れたモーターと並外れたモーターの違いを生む可能性があります。