ステーター対ローターラミネーション：コアの違い

しばしば人々を困惑させるのが、これらのモーターの心臓部であるステーターとローターである。具体的には、ラミネーション・スタックです。モーターのステーターとローターのラミネーション・スタックの違いを理解することは超重要です。なぜか？なぜなら、これらの部品は電気モーターがいかにうまく動くかの鍵を握っているからです。モーターがどのようにして電気エネルギーを運動に変えるのか、あるいは、なぜモーターが特定の方法で作られているのかを知りたいなら、この記事をご覧ください。簡単に説明するので、これらの重要な部品が何を動かしているのかがわかるだろう。

そもそもモーター・ステーターとは？

ステーターはモーターの強い静止部分だと考えてください。動かない。だからステーターと呼ばれるのです。モーターのステーターは通常、電気モーターの外側の部分です。これは非常に重要な仕事を持っている。それは電線の巻線を保持することです。

ステーターのこの巻線に電流が流れると、磁界が発生する。この磁場が超重要なのだ。ステーターの仕事は、この磁場をちょうど良い状態にすることです。これを助けるのがステーターのラミネーション・スタックです。このラミネーションは金属の薄いシートで、多くの場合、電気鋼板である。このステーターコアが磁界を誘導する。ステーターはモーターの固定部分で、ローターを取り囲んでいる。

ステーターのラミネーション・スタックの設計は非常に精密である。ステーターの各積層は、モーターをより良く動作させるのに役立ちます。ステーターは重要な部品です。良いステーターがなければ、電気モーターは性能を発揮できません。ステーターの積層は慎重に作られています。

モーターのローターを回転させるものは何か？

次にローターについて。ステーターが静止している部分なら、ローターは回転する部分だ。ローターという響きはrotateに似ているので覚えやすい。そのモーターローターは通常ステーターの内側にある。その仕事は、ステーターが作り出す磁場に反応することである。この相互作用がローターを回転させ、回転運動をもたらす。

ローターにもラミネーション・スタックが使用され、しばしばローター・スタックまたはローター・コアと呼ばれる。ステーターと同様、ローターも薄いラミネーションシートでできている。これらのローターラミネーションは、ローターが磁場とうまく連動するのを助ける。ローターの設計には多くの種類がある。棒状のものもあれば磁石のものもあるが、いずれもスムーズに回転する必要がある。ローターは回転部分であり、電気モーターがその役割を果たすために極めて重要である。

ローター・ラミネーション・スタックは、電気モーターにおいてステーター・スタックと並ぶ2つの重要な部品である。ローターはこれらの積層でできており、磁路を制御してエネルギー損失を減らすのに役立っている。ステーターが磁界を発生させると、ローターは磁界に沿おうとします。ステーターの磁界が変化すると（交流電流のように）、ローターを引っ張り続けます。これが電気モーターの仕組みだ！ローターは可動部であり、真の仕事道具である。

なぜ電気モーターにラミネーション・スタックを使うのか？

私たちは、渦電流と呼ばれるものに対抗するためにラミネーション・スタックを使用しています。金属コアが変化する磁界の中にあると（電気モーターのように）、渦電流と呼ばれる小さな渦巻く電流が金属に形成されることがあります。

これらの渦電流は悪い知らせだ。熱を発生させ、エネルギーを浪費する。また、渦電流は独自の弱い磁場を作り出し、私たちが望む主磁場と戦う可能性がある。つまり、モーターの効率が低下するのだ。そこで私たちはラミネーションを使う。ラミネーションとは、電気鋼板の薄いシートのことです。このシートを積み重ねたものがラミネーション・スタックとなる。それぞれのラミネーションは、非常に薄い絶縁層でコーティングされていることが多い。この層によって、ラミネーションシートの間に渦電流が流れにくくなります。

ラミネーション・スタックを使用することで、渦電流損失を大幅に削減します。これにより、電気モーターはより低温で作動し、より少ない電気エネルギーで作動します。つまり、ステーター・ラミネーションとローター・ラミネーションに多くの層があるのは、非常に正当な理由があるのです。モーターと発電機をより効率的にする賢い方法なのです。ラミネートされたコアは、モーターの性能を向上させるために必要不可欠なものです。

ステーターとローターのラミネーション・スタックは実際にどのように作られているのか？

メイキングステーターとローターの積層はかなり大変な作業だ。まず、適切な材料が必要だ。これは通常、特殊な電気鋼で、多くの場合ケイ素鋼.このスチール合金は優れた磁気特性を持ち、エネルギー損失を低く抑えるのに役立つ。鋼板は薄く、時にはトランプよりも薄い。

次に、これらの鋼板をそれぞれのラミネーションに適した形状にカットする必要がある。これにはいくつかの方法がある。大量生産の場合は、大型の機械でクッキーカッターのようにラミネートの形状を打ち抜く。小ロットや複雑な形状の場合は、レーザーでラミネートをカットすることもある。これにより、非常に精密なカットが可能になる。ステーターの各ラミネーションには巻線用のスロットがあり、ローターの各ラミネーションには独自のデザインがあります。

個々のラミネーションがすべてカットされると、それらを積み重ねてラミネーション・スタックを形成する必要がある。ここでコアを積み重ねる。ラミネーションは適切な高さになるように1枚ずつ重ねられる。その後、ラミネート同士を固定する。きつくプレスすることもあれば、外側の端で溶接したり、リベットやその他の方法を使うこともある。その目的は、各積層の間に絶縁層を保ちながら、ステーターやローターのための強固なコアを作ることである。これはモーターのコアラミネーションにとって重要なことである。

モーターのステーターとローターのラミネーションの大きな違いとは？

なるほど、ステーターもローターもラミネーション・スタックを使用しているのですね。しかし、ステーターとローターのラミネーション設計にはどのような違いがあるのでしょうか？両者には独自の役割があるので、ラミネーション・スタックも異なります。最も明白な違いは、多くの場合、形状とサイズです。ステーター・ラミネーションは、外側の固定部分を形成します。通常、内径にスロットがあり、そこに銅の巻線が配置されます。この巻線が電流を運び、磁場を作ります。

一方、ローターのラミネーション・スタックは、ステーター内で回転するように作られている。その積層は、ステーターの磁界と相互作用するように設計されている。多くの一般的なモーター（誘導モーターなど）では、ローターラミネーションにアルミニウムや銅製のスロットやバーが埋め込まれています。これらのバーがステーターの磁界に作用してローターを回転させるのです。ローター積層は、回転力を処理するために強度が必要です。

そのため、どちらも渦電流損失を減らすためにラミネーションの原理を利用しているが、物理的な形状はそれぞれ異なっている。ステーターのラミネーションは、強力で安定した磁場を作ること。ローターのラミネーションは、その磁場に効果的に反応して回転することを目的としています。このような大きな違いがあるため、ステーターのラミネーションとローターのラミネーションを交換することはできません。ローターとステーターのペアで設計されています。

ステーターとロータースタックのコアについて教えてください。

ステーターとローターのコアをもう少し掘り下げてみよう。ラミネーション・スタックはコア。ステーターコアであれローターコアであれ、その主な仕事は磁場を誘導し集中させることである。磁気の通り道のようなものだと考えてください。コア材料の磁気特性が良好であることが不可欠です。

固定子積層スタックから作られる固定子コアは、巻線によって生成される変化する磁場を効率的に運ぶ必要がある。コアの材質が良くないと、多くの磁気エネルギーが熱として失われたり、磁場が十分に強くならなかったりする。ステーター積層とそのスロットの形状は、この磁界がローターとできるだけ効果的に相互作用するように設計されています。

ローターコアにも優れた磁気特性が必要です。ステーターからの磁場を通過させ、電流を誘導したり（誘導ローターの場合）、磁石と相互作用させたり（永久磁石ローターの場合）しなければなりません。ローターのラミネーション・スタックの設計は、ローターの挙動（速度、トルク、効率）を定義するのに役立ちます。ステーターコアとローターコアは、望ましいモーター性能を達成するために、特定のタイプのラミネーションを使って慎重に設計されます。

磁気特性はステーターとローターにどう影響するか？

ステーターとローターのラミネーションに使われる電磁鋼板の磁気特性は、本当に大きな問題です。磁化しやすく、電流が変化するとすぐに磁性を失う材料が必要です。これは特に交流で動くモーターに当てはまります。

使用される電気鋼は特殊合金であることが多く、通常はケイ素鋼である。ケイ素を鋼に添加すると、その磁気特性が変化する。電気抵抗率が高まり、渦電流損失をさらに減らすことができます。また、ヒステリシス損失と呼ばれる、コアの磁場でエネルギーが浪費されるもう一つの方法を減らすのにも役立ちます。それぞれのラミネーションの厚みも重要な役割を果たし、より薄いラミネーションの方が高周波数には適しています。

そのため、ステータ・ラミネーションとロータ・ラミネーションの材料の磁気特性は、電気モーターの効率に直接影響します。磁気特性が良いということは、熱として無駄に消費されるエネルギーが少ないということであり、一定量の電流に対してより強い磁界が発生し、ローターとステーターの全体的な性能が向上するということです。このためエンジニアは、モーターのステーターとローターの各ラミネーション・スタックに適切なグレードの電気鋼板を選択するのに多くの時間を費やしています。

軸流ステーターとは？違うの？

一般的な電気モーターのほとんどは「ラジアル磁束」モーターである。つまり、磁場が放射状に、つまりステーターからローターに向かって、あるいは外側に向かって移動する。しかし、あなたが耳にすることがあるもう一つのタイプがある。軸流ステーター (とローター）。軸流モータでは、磁界はモータ・ロータの軸に沿って、つまりシャフトと平行に移動する。

つまり、ステーター・ラミネーション・スタックとローター・ラミネーション・スタックの外観が異なるということだ。長い円筒形のスタックの代わりに、円盤形のステーターとローター部品をよく見かけます。軸流ステーターのラミネーションは、時計のスプリングのように連続した鋼帯から巻かれることもあれば、分割された部品から作られることもあります。軸流設計のローターも円盤状で、ステーターの円盤に面している。

ラミネーションを使用する主な考え方は、渦損失を減らすという点では変わらない。しかし、ステーターとローターのラミネーション・スタックの作り方や相互作用の仕方は異なります。軸方向磁束ステーター設計は、よりコンパクトな形状（より短く、より広い）や、場合によってはより高い出力密度といった利点を提供することができる。これらは、風力エネルギーを変換する風力タービンや一部の電気自動車などの用途で使用されています。これは、モーター技術がステーターとローターの設計を特定のニーズに適合させる方法のもう一つの例です。

なぜステーターとローターの設計に優れた能力が重要なのか？

ステーターとローターの設計と製造に優れた能力を持つことが絶対的な鍵です。ステーターのラミネーション・スタックが正しく作られていなかったり、ローターのラミネーション・スタックがずれていたりすると、電気モーター全体が損なわれてしまいます。これらは単なる金属部品ではなく、精密部品なのです。

優れた設計能力とは、各ラミネーションの形状を最適化し、磁場の流れを最適化できることを意味します。それは、その仕事に適した電気鋼板を選択することを意味します。ラミネーションのスタックを作る最良の方法、つまり、スタンプかレーザーカットか、各ラミネーションをどのように絶縁するか、スタックをどのようにしっかりと固定するか、などを見つけ出すことを意味します。これはモーターの性能、効率、騒音、寿命に影響します。

ラミネーションとスタック・コアに特化した企業は、ステーターとローターの部品に対してこのような深い能力を身につける。ステーター・ラミネーションやローター・ラミネーションに小さなミスがあっても、大きな問題につながりかねないからだ。ステーターやローターのラミネーション・スタックの出来が悪いと、オーバーヒートや振動、出力低下の原因になります。そのため、これらのモーターコア・ラミネーション部品を正しく作ることは、良い電動モーターを作るための基礎となります。これにより、ローターとステーターが完璧に機能するようになります。

ステーターとローターの積層が正しくないとどうなるか？

ここで、モーターのステーターとローターのラミネーションスタックに問題が発生した場合の話をしよう。ラミネーション・スタックが適切に設計されていなかったり、作られていなかったりすると、問題が発生します。例えば、ラミネーションが動作周波数に対して厚すぎたり、ラミネーション間の絶縁が損傷していたりすると、高い渦電流損失が発生します。これはモーターが熱くなりすぎ、電気エネルギーを大量に浪費することを意味します。

ステーター・ラミネーション・スタックやローター・スタックがしっかりと固定されていないと、ラミネーションが振動します。これはノイズを発生させ、最終的には機械的な故障につながります。間違った電気鋼材を使用すると、磁気特性が悪くなり、電気モーターは本来のパワーを出せなくなります。ラミネーションの問題でローターとステーターが調和していないと、モーターは必要なトルクを発生できません。

ステーターとローターのラミネーションは、電動機や発電機にとって非常に重要な部品です。ステータ・ラミネーションとロータ・ラミネーションの高品質を確保することは、単なるディテールではなく、モータの機能にとって基本的なことです。ラミネーション・スタックを含め、電気モーターを適切に選択し、メンテナンスすることは、信頼性にとって極めて重要です。モーター設計の複雑さ、特にステーターとローターのラミネーションは大きな違いを生みます。モーターのこれらの重要な部分は完璧でなければなりません。