アキシャルギャップモーターに使われる「圧粉磁心」とは

薄型・高トルク化の要請に応える材料として注目される圧粉磁心。このページでは、圧粉磁心の特徴や適用ポイントなどをまとめています。

圧粉磁心とは？

圧粉磁心は、軟磁性の特性を持つ鉄粉をプレスで加圧成形し、3次元形状に固めた磁心で、「圧粉磁心コア」とも呼ばれています。板材を積層する方式とは異なり、金型を用いて立体形状を作れるため、磁気回路や機構要件に合わせた形状検討がしやすい点が特徴です。近年は、アキシャルギャップモーターのコア材料として比較対象に挙がるケースが増えています。

圧粉磁心と電磁鋼板の違いは？

電磁鋼板のモーターコアは、鋼板を切断・抜き加工したうえで積層して形状を作るのが一般的で、基本的には2次元形状が設計の起点になります。積層工程が必要な分、形状や加工方法に制約が出やすく、磁束の流れを立体的に作り込みたい場合には設計上の工夫が求められます。

一方、圧粉磁心は金型による3次元成形が可能で、電磁鋼板では難しい複雑形状のコアを作成可能です。さらに、粉末粒子が絶縁された構造により渦電流損を抑えやすく、高周波領域での損失低減が期待されるでしょう。

材料・構造が異なるため、狙う周波数帯・コア損・加工性・量産性など、評価軸を整理して選定することが重要になります。

圧粉磁心のメリット

圧粉磁心のメリットは、何といっても形状の自由度でしょう。金型で立体的に成形できるため磁気回路に合わせた複雑形状や一体形状の検討がしやすく、薄型化や高トルク化を狙う設計で選択肢が広がります。積層構造を前提にしないため、組付けや部品点数の観点で検討される場合もあるでしょう。

また、高周波特性に優れている点も特徴的です。粉末粒子が絶縁された構造により渦電流損を抑えやすく、発熱低減や効率面での改善が期待されます。特に高周波駆動・高回転化など損失や温度上昇が課題になりやすい条件では、比較検討に入りやすい材料です。

また、3次元磁気回路への適性も圧粉磁心のメリットです。磁束の取り回しを立体的に設計しやすく、アキシャルギャップモーターのように磁気回路が平面内で完結しにくい構造では、圧粉磁心の特性が活かせる可能性があります。

圧粉磁心のデメリット

圧粉磁心は、一般に脆さが課題になりやすい材料です。焼結工程を伴わない場合は材質が欠けやすく、加工時に割れや欠損が発生しやすいでしょう。そのため、チャッキング方法や加工条件の最適化・工具選定・加工順序の工夫など、製造・加工面での配慮が必要に。

また、形状が複雑になるほど加工難易度が上がる傾向があるため、設計段階で加工性を見据えた形状検討や公差設計を行うことも重要です。

圧粉磁心はどんなモーターに使われている？

圧粉磁心は、薄型化・小型化・軽量化といった機械的要求に加え、高トルク・高効率化の要請が強い領域で比較検討されやすい材料です。代表例がアキシャルギャップモーターで、回転子と固定子が円板状に配置されているのが特徴。これにより磁束が軸方向に流れるようになっています。円筒状配置が基本のラジアルギャップ型に比べ、厚み方向を抑えやすく、限られたスペースで高トルクを狙う用途で注目されているでしょう。

この構造では磁気回路が立体的になりやすく、コア形状や磁束経路の作り込みが性能に影響しやすい点が特徴です。そこで、金型で3次元形状を作りやすい圧粉磁心が候補に挙がりやすい、という位置づけに。さらに、渦電流損を抑えやすい特性から高周波駆動条件での損失低減が期待される点も、適用理由として語られます。

結果として、車載領域や産業用ロボットなど、スペース制約と性能要求が同時に厳しい分野で、アキシャルギャップモーターと併せて圧粉磁心が検討されるケースがあります。実際の採用判断では、要求トルク・回転数・効率、熱設計、製造難易度、試作期間などを総合的に見て、電磁鋼板との使い分けを検討するのが重要です。

まとめ

圧粉磁心を用いたアキシャルギャップモーターは、薄型設計が必要な機器を扱うメーカーなどで注目されています。圧粉磁心は形状自由度や高周波特性の観点でメリットがある反面、脆さなど材料特性の影響を受けやすいです。そのため、製造や追加工には専門的な技術と設備が求められます。

試作や形状検討を進める際は、圧粉磁心に対応できる会社へ相談し、仕様を共有したうえで、加工条件や工程設計まで含めた現実的な製造計画を立てましょう。