1. コアモータの分類と技術進化
1.1 モーターのカテゴリとコア特性
モーターは電気エネルギーを機械エネルギーに変換する装置であり、電磁原理に基づいて動作し、電流と磁場の相互作用によって回転運動または直線運動を生成します。{0}現代のエンジニアリングとテクノロジーの基本コンポーネントとして、モーターは機械の駆動、電力の供給、制御システムの実現において重要な役割を果たしています。技術の進歩により、モーターの性能と効率は多様化する要求に応えて向上し続けています。
電源の種類に応じて、モーターは DC モーターと AC モーターに分類できます。
DC モーターは直流で駆動され、DC 電気エネルギーを機械エネルギーに変換します。安定した速度、高い始動トルク、高効率などの利点があります。しかし、構造が複雑でメンテナンスが難しく、コストが高いため、工作機械、ロボット、電気自動車、船舶などの分野への応用は限られています。
ブラシ付き DC モーターは、固定磁極と回転コイルによる機械的整流を使用します。整流は、ブラシと整流子の接触によって行われます。シンプルな構造で技術的にも成熟しており、高い起動トルク、速い応答性、高い制御精度（0.01mmまで）などの特徴を持っています。
ブラシレス DC モーター (BLDC) は、固定コイルと回転磁極による電子整流を使用します。ホール センサーを利用して磁極の位置を検出し、それに応じて電流の方向を切り替えます。ブラシの磨耗がないため、長寿命、低騒音、低メンテナンスコストを実現します。
AC モーターは交流によって駆動され、AC 電気エネルギーを機械エネルギーに変換します。耐久性、製造コストの低さ、使いやすさで知られており、民生用製品や産業機器に広く応用されています。
単相モーターは、単相 AC を使用してローターを駆動する磁界を生成します。回転を開始するには始動コンデンサが必要です。シンプルな構造で低コストなので、扇風機や掃除機などの家電製品に適しています。
三相モーターは、120 度間隔で配置された 3 組のコイルで構成され、三相 AC を使用してローターを駆動する回転磁界を生成します。-。作動効率が高く、安定性が高く、長寿命であるため、主に工業用ポンプ、ファン、コンプレッサーに使用されています。
機能的な用途の観点から見ると、制御モーターは、主に次のような正確な速度と位置制御のためのアクチュエーターとして機能します。
ステップモーターはパルス信号を角変位に変換します。パルス数は変位を制御し、パルス周波数は速度を制御します。シンプルな構造で信頼性が高く、自動給紙機やプリンターなどに使用されています。
サーボモーターは電圧信号を機械出力に変換します。エンコーダからのフィードバックにより、閉ループ制御が可能になります。-これらは高精度、高速応答、強力な安定性、高出力トルクを特徴としており、高精度制御システムに最適です。-
トルクモーターは、中核となる制御パラメータとして出力トルクに重点を置き、機械的なトランスミッションコンポーネントを排除します。高トルク出力と精密な制御機能を備えており、工作機械、自動生産ライン、ロボットジョイントなどに応用されています。フレームレスタイプと内蔵タイプに分類されます。
政策面では、「機械産業安定化作業計画（2023～2024年）」では、産業能力の強化とコア技術のブレークスルーの実現を重視し、モーター技術の進歩を促進している。 「将来の産業革新と発展の促進に関する実施意見」では、人型ロボットを主要なブレークスルー分野として指定し、ロボットの中核コンポーネントとしてのモーターの戦略的役割を強化しています。
2. コアレスモーター: 技術的特徴と産業エコシステム
2.1 技術原則と分類
特殊なタイプの DC 永久磁石サーボ モーターとしてのコアレス モーターの中心的な革新は、鉄のないローター設計にあります。この構造には、シャフト、ベアリング、カップ状巻線、放射状に磁化されたリング磁石 (ステータ) が含まれており、磁石のスロット付き断面が特徴です。- 2 つの主な技術カテゴリはブラシ付きとブラシレスです。ブラシ付きコアレス モーターは、電流伝達のためにカーボン ブラシと整流子の間の機械的接触を使用します。シンプルで低コストですが、ブラシの摩耗によりスパークノイズが発生し、寿命が短くなり、ハイエンドの用途が制限されます。-主に小型家電製品に使用されています。ブラシレスコアレスモーターは、電子整流を使用して電流方向を切り替え、接点の磨耗を排除し、サイズ、効率、寿命を大幅に向上させるため、ドローン、ロボット関節、精密医療機器に最適です。
スロットレス構造と吊り下げ巻線技術のおかげで、これらのモーターは 3 つの主要な利点を実証しています。1 つは、エネルギー変換効率が従来のモーターより 15% 以上高い、並外れたエネルギー効率です。第二に、低速での均一なトルクにより、精密機器のスムーズな動作が保証されます。 3 つ目は、高速での振動と騒音を強力に抑制し、振幅を最大 30 dB 低減します。
2.2 業界チェーンと参入障壁
コアレスモーター産業チェーンには、上流の原材料、中流の製造、下流のアプリケーションという 3 つの主要なセグメントが含まれています。上流の材料は銅（巻線導体）、ネオジム鉄ボロン磁石（磁極）、高精度ベアリングに重点が置かれており、磁石がコストの 35% を占めています。-中流製造における主なボトルネックはコイルの巻き付け工程にあります。 3 つの主要な巻線タイプ-、直線状、鞍型-、斜状-）は、さまざまな電力密度とスペース効率に対応しています。斜め巻きプロセスにより、出力密度を最大 400 W/kg まで高めることができます。
下流のアプリケーションは多様です。 2023年の中国市場では、医療機器が37％で最大のシェアを占め、次いで倉庫物流（15％）、産業オートメーション（12％）、ロボティクス（8％）となった。業界は 3 つの大きな障壁に直面しています。
技術的な障壁それは吊り巻きに求められる精度から来ています。線径公差は0.01mm以下、巻数偏差は±1ターン以下。そうしないと、モーターパラメータが 5% 以上変動する可能性があります。
カスタマイズの障壁顧客との深い統合から生まれます。たとえば、手術ロボットの関節ドライブは特定のトルク曲線に一致する必要があるため、新規プレイヤーが既存の協力ネットワークに侵入するのは困難です。
資本障壁これは、高速自動スタンピング プレス（1 台あたり 200 万人民元以上）や精密ローター生産ライン（ラインあたり 500 万人民元以上）などの多額の資産投資の必要性に反映されています。{0}年間の研究開発支出は常に収益の 15% を超える必要があります。
2.3 競争環境と市場の可能性
世界市場は非常に集中しています。 2023年には海外企業が市場の85％を占め、上位5社が合わせて67％のシェアを占めた。ドイツのファウルハーバー社はマイクロモーターの精密制御でリードしており、スイスのポルテスキャップ社は高出力密度設計で優れています。米国に本拠を置くAllied Motionは、カスタマイズされたソリューションを専門としています。
市場の成長は 2 つのエンジンによって推進されています。医療機器の高精度化傾向により、年間需要が 10% 以上増加しています。-たとえば、Da Vinci 手術ロボットには 1 台あたり 6 個のコアレス モーターが必要です。人型ロボットブームが新たな需要を開拓-たとえば、テスラのオプティマスは、器用な手の指の関節だけで 12 個のモーターを必要とします。量産予測に基づくと、人型ロボットの生産が年間100万台に達すると、世界のコアレスモーター市場は205億元を超え、中国が約50％を占めることになる。世界市場規模は 2024 年に 8 億 7,000 万米ドル（前年比 7.41% 増）に達すると予想されており、中国はさらに急速に 10.34% 成長し、3 億 2,000 万人民元に達すると予想されています。
3. フレームレストルクモーター：ヒューマノイドロボットの関節の中核
3.1 技術の進化
フレームレス トルク モーターは従来のハウジングとベアリングを排除し、ステーターとローターをホスト機器に直接組み込むことで、トランスミッション チェーンを極めて簡素化します。その技術的利点は 3 つの点で現れます。ギア減速機の排除により、エネルギー損失が 15% 以上削減されます。システムの慣性が 30% 削減され、±0.05 度の位置決め精度が可能になります。広い温度範囲 (-40 度から +155 度) と 5G を超える耐衝撃性により、要求の厳しい環境に対応します。
Current technical bottlenecks lie in magnetic circuit design and manufacturing processes. Industrial robot joints require torque density >8Nm/kg。 Kollmorgen (米国) などの世界的リーダーはカーボンファイバー バンディングを使用しており、ドイツの TQ-RoboDrive はエポキシ ポッティング技術で革新しています。
今後の進化は、パフォーマンスの向上とシナリオのカスタマイズという 2 つの道に焦点を当てています。ハルバッハ配列の磁気最適化により、トルク密度が 12 Nm/kg まで上昇すると予想されます。協働ロボット用の柔軟なジョイント モジュールと、ヒューマノイド ロボット用の高統合ジョイント コンポーネント-により、複数のシナリオへの適応性が拡張されます。-
3.2 市場の状況と需要予測
中国市場ではアプリケーションの集中度が高く、需要の 80% をロボットが占めています-人型ロボットが 45%、協働ロボットが 35% です。競争環境には、海外での優位性と国内での代替が並行して存在します。 Kollmorgen と TQ-RoboDrive がハイエンド セグメントを独占している一方で、HETM（2023 年の市場シェア 16%）や Han's Motor（12%）などの国内企業が価格面での優位性を活かしてミッドレンジ市場に進出しています。
人型ロボットの量産化が主な成長原動力となるだろう。各ロボットは 28 個のフレームレス トルク モーターを使用します。14 個はリニア アクチュエーター (遊星ローラーネジ付き) に、14 個はロータリー アクチュエーター (高調波減速機と組み合わせたもの) に使用されます。生産規模の拡大に伴い、モーターの平均価格は2025年の1,200元から2030年には800元に低下すると予想されます。これに基づくと、中国の人型ロボットの年間生産量が500万台に達すると、フレームレストルクモーター市場は2,795億元を超えると予想されます。テスラの需要はさらに顕著で、調達額は2025年の3億4,500万人民元から2027年までに279億5,500万人民元に増加し、3年間で80倍に増加すると予測されている。
4. 技術動向と業界展望
コアレス モーターは、±0.01 度の超高精度を目指して進歩しており、糸通し（0.1 mm レベルの精度）やピアノ演奏（応答時間）などの複雑な操作をサポートします。-<1 ms). Frameless torque motors are adopting nanocrystalline soft magnetic alloys to improve power density by 30%, meeting the 300% instantaneous overload demand of humanoid robots in running conditions.
工業化は加速しており、テスラのオプティマスは 2025 年に量産開始される予定で、ユニツリーの H1 モデルは 2024 年に出荷される予定です。これら 2 種類のモーターは兆元の人型ロボット市場でシェアを占めることになり、世界のコアレス モーター市場は 2027 年までに 120 億人民元を超えると予測され、中国のフレームレス トルク モーター市場は 2027 年までに 2,800 億人民元に達すると予想されています。 2030年 - インテリジェント機器の中核成長極を共同で形成する。
