ホイートストーン軸磁束モーターがヒューマノイド ロボットのジョイントに動力を供給

ヒューマノイドロボットが動き始めるときは、関節を駆動するモーターを再設計する必要があります – ホイートストン軸磁束モーターがどのようにしてロボット工学の「コアマッスル」になるのか

2026 年、人型ロボット産業は爆発的な成長の幕開けを迎えています。 Tesla Optimus、Xiaomi Cyber​​One、Unitree H1 – 多数の人型ロボットが研究室から工場や家庭へと移行しつつあります。これらのロボットが実行するすべての歩行、ジャンプ、掴みは、数十の精密ジョイントの協調動作に依存しています。各関節の動力コアはモーターです。

従来のロボットジョイントは通常、ギアボックスと組み合わせたラジアルフラックスモーターを使用します。ただし、ラジアルフラックスモーターの円筒形状には、長い軸長、高い慣性モーメント、および制限された出力密度という固有の制限があります。高頻度の動作と高負荷動作が必要な膝や股関節などの関節では、モーターの応答遅れ、関節の大型化、エネルギー消費量の多さなどの欠点がさらに増大します。

人型ロボットの関節にはどのようなモーターが必要ですか?

答えは、アキシャルフラックスモーターです。

アキシャルフラックスモーター: ロボットジョイントの自然なパートナー

アキシャルフラックスモーターのフラットディスク設計により、軸方向の長さが非常に短くなり、モーターをロボットの四肢に埋め込まれたジョイント取り付け面に対して同一平面上に取り付けることができます。この構造は、ロボットの関節に求められる軸長の短縮、高トルク、軽量化という 3 つの要件を自然に満たします。

ロボット ジョイント モジュールでは、アキシャル フラックス モーターがモジュールの「心臓部」として機能し、従来のモーターの最大 2 倍の電力密度で、コンパクトなフォーム ファクターで高電力を供給します。ロボット関節モジュールは、フラットディスク設計により慣性モーメントを低減し、膝や腰などの関節の高頻度動作や高負荷動作を的確にサポートします。

アキシャル磁束永久磁石モータは、ロボット関節用途における継続的な研究の対象となっています。研究によると、デュアルローター軸方向磁束永久磁石 (DRAFPM) モーターは、ステーター ヨークを排除することで鉄損を低減し、体積を最小限に抑えるという利点があることが示されています。アキシャル磁束モータは、短い軸長、高トルク密度、コンパクトな構造を特徴としており、高負荷ロボットに大きな応用可能性を示しています。

研究所から生産まで: ロボット関節における国内の躍進

吉林大学重慶研究所では、そのポートフォリオ企業である星漢動力技術有限公司がアキシャルフラックスモーターとアキシャルフラックスジョイントモジュールの安定した量産を達成しました。アキシャル フラックス ジョイント モジュールは、モーター、ギアボックス、エンコーダー、および駆動コンポーネントを、トルクの増大、正確な制御、およびインテリジェントな作動を担う完全な「筋肉組織」アセンブリに統合します。

ある商業注文では、カスタムの軸方向フラックス ジョイント モジュールが次世代ヒューマノイド ロボットの中核「筋肉」となり、複数のシナリオにわたって複雑な動作を正確に実行できるようになりました。同社は実験室から量産までこの移行をわずか 1 年で達成し、工業化速度の新たなベンチマークを設定しました。

ヒューマノイドロボット分野では、アキシャルフラックスモーターは関節アクチュエータの重量を 40 ～ 50% 削減できます。定格負荷下で 92 ～ 95% の効率で 3 ～ 5 kW/kg の出力密度と 15 ～ 25 N·m/kg のトルク密度を備えたアキシャル磁束永久磁石モータは、重量が重要なヒューマノイド ロボット関節アクチュエータにとって好ましいモータ トポロジとなっています。

Wheatstone カスタム軸磁束モーター: ロボット関節用に設計された「パワー マッスル」

Jiangsu Wheatstone は、特殊用途モーターにおいて 20 年以上の専門的な経験を持ち、ロボット ジョイント モジュール向けにカスタマイズされた軸磁束モーター ソリューションを提供しています。

カスタマイズ 1: フラット フォーム ファクター – 埋め込み型、スペース効率の高い

ホイートストン軸磁束モータのフラットディスク設計により、軸方向の長さが従来のモータの 3 分の 1 に圧縮され、慣性モーメントが 40 ～ 60% 減少します。モーターは、追加の手足のスペースを占有することなく、ロボットの関節内に直接埋め込むことができます。

カスタマイズ 2: 高トルク密度 – ロボットをより速く動かし、より高く持ち上げます

最適化された電磁設計と高性能永久磁石により、ホイートストンアキシャル磁束モーターは、同じ体積内でより高いトルク出力を実現します。ダイレクトドライブまたは低比トランスミッションソリューションと組み合わせると、高帯域幅の力制御と低反射慣性が可能になり、ロボットの動作がより機敏かつ正確になります。

カスタマイズ 3: エンコーダとドライブの統合 - あらゆる回転角度を正確に制御

ホイートストーンは、関節モジュールの設計要件に従って高解像度エンコーダとカスタマイズされた駆動ソリューションを統合し、位置、速度、トルクの正確な閉ループ制御を実現し、あらゆる関節動作が正確で応答性が高いことを保証します。

カスタマイズ 4: 熱管理ソリューション – 高周波動作による発熱に対処する

高周波の関節運動はかなりの熱を発生します。ホイートストーンは、持続的な高負荷動作下で制御可能な温度上昇を保証するために、カスタマイズされた強制空冷、液体冷却、または自然対流ソリューションを提供します。

適用規格 参照

規格	範囲
IEC 60034-1:2022	回転電機 - パート 1: 定格と性能
IEC 60034-2-1	テストから損失と効率を決定するための標準的な方法
ISO12100	機械の安全性 – 設計の一般原則 – リスク評価とリスク軽減
ISO10218	ロボットおよびロボット装置 – 産業用ロボットの安全要件

人型ロボットが工場現場で精密な組み立てを行うとき。ロボット犬が複雑な地形を柔軟に駆け抜けるとき。バイオニック アームが医療リハビリテーションで正確な支援を提供する場合、すべてのロボット ジョイント モジュール内で、ホイートストンのカスタム軸方向磁束モーターが、フラットなフォーム ファクターと強力な出力により、「歩行可能」から「機敏に移動可能」へのロボットの進化をサポートしています。

ホイートストーンについて

特殊用途モーターにおける 20 年以上の専門的な経験を持つホイートストーンは、アキシャルフラックスモーター、耐圧防爆サーボモーター、深海モーター、高温モーターを含む包括的なポートフォリオを提供しています。同社は ISO 9001 および IATF 16949 の認証を取得しており、ロボットの関節、器用な手、軽量の機械アーム向けに 50W ～ 200kW のカスタム軸磁束モーター ソリューションを提供しています。