極狭スペース巻線技術によるコアード構造で、同サイズ比2倍のトルク定数を実現
2023-03-22 沖マイクロ技研株式会社,沖電気工業株式会社
OKIグループで精密小型モーター事業を展開するOKIマイクロ技研（社長：富澤 将一、本社：福島県二本松市、以下OME）は、直径12mm全長25.5mm質量16.5gの高トルク小型モーター「Thumbelina（サムベリーナ）」の商品開発に成功しました。成長が続く産業用ロボット市場などに向けて2023年3月よりサンプル出荷を始め、2023年度には量産を開始し、2025年度にロボット関連事業で年間5億円の売り上げを目指します。
産業用ロボットは、先端医療分野や食品分野などにおける繊細な作業での活用が進んでおり、形状や重さが異なるものを掴むロボットハンドの重要性が増しています。ロボットハンドの形状が人の手のように多指多関節になる中、多くの関節を同時に高速で動かす高トルクなモーターが必要ですが、従来の高トルクモーターは大型でロボットハンド自体も大型化・重量化してしまい、狭いスペースでの作業や繊細な作業が難しいことが課題となっていました。
多極多スロットコアード構造
新商品「サムベリーナ」は、直径12mm全長25.5mmと小型でありながら、従来の同サイズ比2倍の高いトルク定数13×10-3N・m/A(注1)を実現した超小型高トルクブラシレスDCモーター(注2)です。サムベリーナを用いることで、小型・軽量で、狭いスペースでの作業や繊細な作業ができる多指多関節ロボットハンドを実現することができます。
高トルクを出すためにはコアにコイルを巻き付けた「コアード構造(注3)」が適していますが、巻線スペースが狭い小径モーターでは実現困難とされていました。OMEは、一体積層コア技術や多極多スロット技術により巻線占有率70%以上を確保(注4)した独自の「極狭スペース巻線技術」と「小径多極マグネット高精度配置技術」を開発し、小型モーターでの「多極多スロットコアード構造」を実現しました。これにより、コギングトルク(注5)2.5×10-3N・m以下となり、回転時のトルクリップル（変動量）や振動・騒音を抑えた高トルク小型モーターが完成しました。
試作に成功した多指多関節関節ロボットハンド
OMEではサムベリーナを使い、減速機を得意とする株式会社ミューラボ（社長：伏見 雅英、本社：福島県福島市金谷川1番地 福島大学ベンチャー・インキュベーション・ルーム）と共同で、小型精密関節ユニットと多指多関節ロボットハンドの試作に成功しています。
今後OMEは、センサーや制御回路、減速機などの周辺モジュールも開発・提供し、機器組み込みが容易な「モーターユニット」の開発も進めていきます。
用語解説
注1：トルク定数
モーターに電流を流すと電流と界磁の磁束によりトルクが発生する。この電流と発生トルクとの関係のこと。この値が大きいほど制御のための電流が小さくてすむ。単位は、ニュートン・メーター・パー・アンペア（N・m/A）。
注2：ブラシレスDCモーター
永久磁石の磁界と電機子コイルの磁界が直交するように、コイルに電流を流しモーターを回転させる。ブラシがないため、DCモーターと比較して長寿命で、粉塵や騒音も少ない。
注3：コアード構造
巻線（コイル）内部に鉄を充填した構造により、磁束密度を上げてより高いトルクを得られる特徴を持つ。その反面コギングトルクが発生する。巻線内部に鉄を充填しない構造をコアレスという。
注4：巻線占積率
巻線（コイル）スロット面積に占める導体の割合。従来の丸線コイルの占積率は約55%。
注5：コギングトルク
通電していないモーターの磁極と鉄芯の歯との間の磁気的な吸引力により発生するトルク。コギングトルクが大きいとトルクリップルや振動・騒音の原因となるため、モーターの重要なパラメータの一つ。単位は、ニュートン・メーター（N・m）。
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