Humanoidní roboti se stali zářící perlou v oblasti umělé inteligence.
V posledních letech se humanoidní roboti stali zářící perlou v oblasti umělé inteligence s jejich širokou aplikací v mnoha oblastech, jako je lékařská péče a služba. Za účelem další podpory rozvoje průmyslu zavedly místní vlády politiky na zvýšení podpory humanoidních robotů a jejich klíčových komponent. V průmyslovém řetězci humanoidního robota hraje motor dutého poháru důležitou roli v systému kontroly pohybu humanoidního robota, jako je základní součást humanoidního robota TESLA obratná ruka, motor dutého poháru, jediný robotický sestavu 12 (6 každá pravá ruka). Cílem tohoto článku je diskutovat o technických charakteristikách, stavu trhu a budoucích vyhlídkách motoru dutého poháru prostřednictvím výzkumu.
Co je Motor dutého poháru
1. koncept a klasifikace motoru
Elektrický motor je zařízení, které převádí elektrickou energii na mechanickou energii. K vytvoření rotujícího magnetického pole používá narušenou cívku (tj. Vinutí statoru) a používá se pro rotor (jako je uzavřený hliníkový rám veverky) k vytvoření magnetoelektrického točivého momentu, který je přeměnit sílu generovanou proudem v magnetickém poli na rotující účinek. Principem je použít magnetické pole k nucení proudu, aby se motor otáčel.
Základní princip rotace motoru: kolem permanentního magnetu s rotující osou 1 otočte magnet (tak, aby se generovalo rotující magnetické pole), 2 podle principu n pólu a s pólovou heteropolovou přitažlivostí, stejný odpuzování pólů, 3 magnet rotující osou se otáčí.
V motoru je to vlastně proud protékající drátem, který kolem něj vytváří rotující magnetické pole (magnetická síla), který způsobuje otáčení magnetu. Když je vodič navinutý do cívky, je magnetická síla syntetizována tak, aby vytvořila velký tok magnetického pole (magnetický tok), což má za následek póly N a S. Vložením železného jádra do cívky drátu se magnetické pole snáze prochází a mohou produkovat silnější magnetickou sílu.
Struktura motoru je složena hlavně ze dvou částí: statoru a rotoru.
Stator: Stacionární část motoru, jehož hlavní struktura zahrnuje magnetický pól, vinutí a držák. Magnetický pól je součástí motoru, který generuje magnetické pole, které se obvykle skládá z železného jádra a cívek. Vinutí je cívka ve statoru, obvykle složená z vodičů a izolace, jejichž úlohou je generovat magnetické pole, když skrz něj prochází elektrický proud. Konzolka je podpůrná struktura statoru, obvykle vyrobená z slitiny hliníku a jiných materiálů, s dobrou odolností proti korozi a pevností.
Rotor: Rotující část motoru, jehož hlavní struktura zahrnuje armaturu, ložiska a koncové uzávěry. Atmatura je cívka v rotoru, obvykle složená z vodičů a izolace, jejichž úlohou je generovat magnetické pole, když prochází elektrický proud. Ložiska jsou podpůrnou strukturou rotoru, obvykle vyrobeného z oceli nebo keramiky, s dobrým opotřebením a odolností proti korozi. Koncovým krytem je koncová struktura motoru, obvykle vyrobená z slitiny hliníku a dalších materiálů, s dobrým utěsněním a silou.
2, definice a klasifikace motoru dutého poháru
V roce 1958 vyvinula Dr.FF Aulhaber technologii nakloněné vinutí cívky a v roce 1965 získala příslušný patent na motor dutého poháru, což znamenalo příchod motoru dutého poháru a jeho tvůrčí strukturální design umožňuje, aby motor byl jak menší, tak vyšší účinnost. Motor dutého šálku patří do motoru DC permanentního magnetu, struktura motoru je znázorněna na následujícím obrázku, hlavně složeném ze statoru a rotoru. Stator se skládá z křemíkového ocelového plechu a vinutí cívky a křemíkový ocelový plech bez struktury zubní drážky může zabránit účinku zubní drážky a snížit ztrátu železa a ztrátu vířivého proudu. Rotor se skládá z permanentního magnetu, rotujícího hřídele a jeho pevných částí a motor používá prstencový permanentní magnet, který je snadno zpracovatelný a instalační.
Ve srovnání s obyčejnými motory je největším rysem rotoru to, že se prochází strukturou rotoru tradičního motoru ve struktuře a používá bezjádrový rotor, známý také jako rotor dutého šálku. Rotor je dutá struktura ve tvaru šálku obklopená vinutími a magnety. V běžných motorech je role železného jádra hlavně: 1) koncentrát a vede magnetické pole: železná jádro je vyrobeno z materiálu s vysokou magnetickou permeabilitou (jako je křemíkovou ocelovou plech), který může koncentrace a vede magnetický tok, čímž se zlepšuje pevnost magnetického pole a účinnosti motoru; 2) Podpůrné vinutí: Železné jádro poskytuje silnou podpůrnou strukturu pro vinutí, což zajišťuje, že vinutí udržuje stabilní tvar a polohu během provozu motoru. V motoru dutého šálku se jako rotor používá tenký dutý válec a dutý válec je navinut přímo uvnitř vinutí bez další podpory jádra. Výhody konstrukce bezstránového bezstránu: 1) Odstranění vířivých proudů a ztráty hystereze: Železné jádro v běžném motoru bude produkovat vířivý proud a ztráty hystereze ve střídavém magnetickém poli, což sníží účinnost motoru. Motor s dutým šálkem používá rotor beznárodnosti, který tyto ztráty zcela eliminuje, čímž se zlepšuje účinnost přeměny energie motoru. 2) Snižte hmotnost a moment setrvačnosti: Konstrukce bez jádra výrazně snižuje hmotnost rotoru, takže celý motor zapalovač. Současně snížení momentu setrvačnosti umožňuje motoru mít rychlejší rychlost odezvy a vyšší zrychlení, což je velmi prospěšné pro aplikační scénáře, které vyžadují rychlý start a zastavení.
Současně může přesnost konstrukce duté struktury válce a rozložení vinutí optimalizovat distribuci magnetického pole uvnitř motoru dutého šálku, snížit magnetický únik a ztrátu energie a dále zlepšit účinnost a výkon motoru.
Motor s dutým šálkem lze rozdělit na dva druhy podle jeho komutačního režimu: Jedním z nich je motor štětce Hollow Cup, který přijímá režim komutační komutace mechanického uhlíkového kartáče; Druhým je dutý pohár bezkartáčový motor, který nahrazuje komutaci štětce elektronickou komutací, vyhýbání se elektrické jiskře a částic toneru generované během provozu motoru štětce, snižuje hluk a zvyšuje životnost motoru. Z porovnání různých produktů elektrických zařízení Mingzhi na následujícím obrázku je vidět, že v motoru bezkartorového dutého šálku není nutné, ale snímač haly detekuje signál magnetického pole rotoru, změní mechanický obrácení na elektronický reverz signálu a dále zjednodušuje fyzikální strukturu motoru dutého šálku.
3, výhody motoru Hollow Cup
Motor dutého šálku prochází strukturou rotoru tradičního motoru ve struktuře, snižuje ztrátu výkonu způsobenou tvorbou vířivého proudu v železném jádru a jeho hmota a moment setrvačnosti jsou výrazně sníženy, čímž se sníží mechanická ztráta energie samotného rotoru. Stručně řečeno, motor dutého poháru má výhody vysoké hustoty výkonu, dlouhé životnosti, rychlé odezvy, vysoký maximální točivý moment, dobrý rozptyl tepla atd.
Vysoká hustota výkonu: Hustota výkonu motoru dutého šálku je poměr výstupního výkonu k hmotnosti nebo objemu. Pokud jde o hmotnost, rotor bez jádra je lehčí než běžný jádro rotor; Pokud jde o účinnost, bezratorový rotor eliminuje vířivý proud a ztrátu hystereze generované rotorem bezcitných, zlepšuje účinnost mikromotoru a zajišťuje vysoký výstupní točivý moment a výstupní výkon. Maximální účinnost většiny dutých pohárových motorů je více než 80%, zatímco maximální účinnost většiny motorů štětcem je obecně kolem 50%. Nižší hmotnost a vyšší účinnost umožňují dutým pohárům motory dosáhnout vyšší hustoty výkonu. Motor dutého poháru je proto zvláště vhodný pro aplikace napájené baterií, které vyžadují dlouhá období provozu, jako jsou přenosná čerpadla pro odběr vzduchu, humanoidní roboti, bionické ruce, ruční elektrické nářadí a další aplikace.
Vysoká hustota točivého momentu: Konstrukce beznárodnosti snižuje hmotnost rotoru a okamžik setrvačnosti a nízký okamžik setrvačnosti znamená, že motor může zrychlit a zpomalit rychleji, čímž je schopen generovat více točivého momentu v krátké době; Zároveň absence železného jádra způsobuje, že motor dutého šálku je kompaktnější, menší a schopný poskytnout vyšší výstup točivého momentu v omezeném prostoru.
Dlouhá životnost: Počet kusů obrácení motoru dutého šálku způsobuje, že proudová kolísání a indukčnost motoru menší při obrácení, což výrazně snižuje elektrickou korozi systému obrácení během procesu obrácení, aby měl delší životnost. Podle údajů v 'Aplikační výzkum přizpůsobeného správy dutých pohárů motorů ' je životnost kartáčovaných DC motorů obecně jen několik set hodin a délka života dutých pohárových motorů je obvykle mezi 1000 a 3000 hodinami, což může poskytovat delší spolehlivou provoz.
Rychlá rychlost odezvy: Tradiční motor má relativně velký okamžik setrvačnosti v důsledku existence železného jádra, zatímco dutý šálek motor je kompaktní a rotor je samopodporovací cívka ve tvaru šálku, takže hmotnost je lehčí a jeho menší okamžik setrvačnosti je také citlivé charakteristiky úpravy startu. Podle 'Research Progress of Hollow Cup Micro Motor and Coil ' je mechanická časová konstanta obecného jádra motoru asi 100 ms, zatímco mechanická časová konstanta motoru dutého poháru je menší než 28 ms a některé produkty jsou dokonce méně než 10 ms.
Vysoký maximální točivý moment: Poměr špičkového točivého momentu a kontinuálního točivého momentu motoru dutého šálku je velmi velký, protože proces proudu stoupajícího k konstanty točivého momentu se nezměnil a lineární vztah mezi proudem a točivým momentem může způsobit, že mikromotor způsobí velký točivý moment. Poté, co běžný jádro DC motor dosáhne nasycení, bez ohledu na zvýšení proudu se točivý moment motoru DC nezvýší.
Dobrý rozptyl tepla: Povrch rotoru dutého šálku má průtok vzduchu, lepší než výkon rozptylu tepla jádrového rotoru, smaltovaný vodič jádrového rotoru je zapuštěn do drážky křemíkového ocelového plechu, proudění povrchu vzduchu s cívkou je menší, zvýšení teploty, za
4, Technická cesta motoru dutého poháru
Klíčovým krokem při výrobě motoru dutého poháru je výroba cívky, takže návrh cívek a vinutí se stanou jeho základními bariérami. Průměr, počet zatáček a linearita drátu přímo ovlivňují parametry jádra motoru. Základní bariéra vinutí cívky se přímo odráží v konstrukci cívky, protože různé typy vinutí mají rozdíly v rychlosti automatizace a spotřebě mědi. Na druhé straně se to také odráží v klikatém zařízení a navíjecí metodě a rychlost výplně drážky na drážku s různým navíjecím strojem je jiná, což vede k různým řídkým, což přímo ovlivňuje ztrátu motoru, rozptyl tepla, sílu atd.
Úhel konstrukce cívky: Konstrukční konstrukci motoru dutého šálku lze rozdělit na typ rovného vinutí, typ šikmého vinutí a typu sedla.
Přímé vinutí: drát cívky je rovnoběžný s osou motoru a vytváří koncentrovanou vinutí. Návrh myšlenky na rovnou cívku je nejprve navíjet obyčejný kruhový smaltovaný vodič na vinutí matrici podle požadavku počtu zatáček a poté připojit vinutí na jádrově hřídeli drátu a poté použít pořadač na obou koncích k léčbě a formování. Relativně řečeno, konec přímého vinutí nevytváří žádný točivý moment a zvyšuje hmotnost kotvy a odolnost proti armatuře.
Šikmé vinutí: Používá se také metoda vinutí voštiny, která je známá také jako voštinové navíjení, aby bylo možné, aby bylo možné nepřetržitě větvit, je nutné učinit účinnou stránku prvku a osy kotvy do určitého úhlu naklonění. Koncová velikost této metody vinutí je malá, ale protože šikmé vinutí kontinuálního vinutí vyžaduje určitý úhel linie, překrývání smaltovaného drátu a rychlost výplně slotu je nízká. Ve srovnání s typem přímé rány nemá nakloněná kotva navíjecí kotvička navíjení, snižuje hmotnost kotvy a má výhody malého okamžiku setrvačnosti, malé časové konstanty, dobré vlastnosti tažení a velký výstupní točivý moment. Faulhaber v Německu a Portescapu ve Švýcarsku většinou používají nakloněné vinutí.
Typ sedla: Také známý jako koncentrické nebo kosočtvercové vinutí, metoda vinutí tvarované cívky a poté se používá kabeláž, tj. Samolepevý smaltovaný drát je navinut na speciální formovací navíjecí matrici a šálek kotvy je vyroben z více aranžmá. Při navíjení jsou obě vrstvy cívek uspořádány úhledně a tvarovány, což je vhodné pro ovládání velikosti kotviště po přetvoření a zlepšení rychlosti plnění slotů. Současně má tato metoda vysokou účinnost výroby a je vhodná pro hromadnou výrobu. Konec sedlové vinutí kotvy má méně překrývajících se vrstev, malou mezeru v vzduchu a vysokou rychlost využití permanentního magnetu, což zlepšuje hustotu výkonu motoru. Některé produkty Maxonu ve Švýcarsku používají vinutí sedla.
Pohledy na vinutí procesu: Z pohledu produkční technologie je podle metody formování cívky rozdělena hlavně do tří kategorií: ruční vinutí, navíjení a jednorázová výroba.
1) Manuální vinutí. Prostřednictvím řady složitých procesů, včetně inzerce pinů, ručního vinutí, manuálního zapojení a dalších kroků k výrobě. Je vhodný pro výrobky vyžadující vysoký stupeň přizpůsobení, ale účinnost výroby a stabilita produktu jsou omezené.
2) Technologie vinutí výroby. Technologie navíjení je poloautomatická produkce, smaltovaný drát je nejprve postupně navinut do hlavní hřídele s průřezem ve tvaru diamantu a po dosažení požadované délky se odstraní a poté se zploštěla do drátěné desky a nakonec je drátěná deska navázána do kolíku ve tvaru šálku. Podle procesu výroby a zařízení na vinutí kotviště na vinutí kotvy 'vinutí může být další navíjecí stroj nakonfigurován se 4 pracovníky tak, aby dosáhl roční produkce 30 000 jednotek, ale omezení vinutí je, že je vhodnější pro 20-30 mm dutý průměr šálku, je obtížné na větrání menších kol s mezerami k pádu méně než 7 mm. Celkově je účinnost produkce procesu vinutí relativně vysoká a může splňovat požadavky na výrobu středního měřítka. Jeho vysoká míra manuální účasti však vede k konzistenci hotového produktu nemusí být tak dobré jako automatizovaná výroba a je obtížné splnit menší velikost vinutí cívky s dutým pohárem.
3) Jedna technologie formování výroby. Navíjející stroj prostřednictvím automatizačního zařízení bude smaltovaným drátem podle pravidla vřetena, vinutí cívky do šálku po odstranění, jedno lisování, není třeba převádět a zploštět více procesů, vysoký stupeň automatizace, takže efektivita výroby a konzistence hotového produktu jsou lepší; Odpovídající investice do zařízení bude však vyšší.
Proces zámořského vinutí se rozvíjel brzy, stupeň automatizace je vyšší než domácí. Domácí domácí produkce přijímá hlavně produkci vinutí, proces je komplikovanější, intenzita práce pracovníků je velká, nemůže cívku dokončit silnějším průměrem drátu a rychlost šrotu je vysoká. Zahraniční země používají hlavně jednorázovou technologii výroby rány, vysoký stupeň automatizace, vysokou účinnost produkce, rozsah průměru cívky, dobrá kvalita cívky, těsné uspořádání, typy motorů, dobrý výkon.
Propojení průmyslového řetězce a následné aplikace
Na proti proudu motoru dutého šálku jsou suroviny a díly, suroviny zahrnují měď, ocel, magnetickou ocel, plast atd., Části zahrnují ložiska, kartáče, komutátory atd. Střední dosahy průmyslového řetězce jsou výrobci motorů. Po proudu průmyslového řetězce je konec aplikace a motor s dutým pohárem má vlastnosti vysoké citlivosti, stabilního provozu a silné kontroly, která splňuje přísné požadavky špičkového pole elektrické pohony, takže se používá hlavně v leteckém prostoru, lékařském vybavení, průmyslové automatizaci a robotice a dalších špičkových polích. Současně je motor dutého poháru také postupně aplikován v občanském oboru, jako je automatizace kanceláře, elektrické nářadí atd.
Slibný motor s dutým šálkem
Motor dutého poháru s jeho jedinečným designem bez železného jádra, vykazující vysokou rychlost, vysokou účinnost, vysokou dynamickou odezvu a další významné výhody, široce používané v leteckém, lékařském vybavení a dalších oborech, v flexibilitě humanoidních robotů má také významný dopad. Ačkoli zámořské podniky, jako jsou Maxon a Faulhaber, mají v současnosti výhodu prvního tahu, s neustálým zlepšováním technické úrovně domácích výrobců a rychlým rozvojem trhu s humanoidními roboty, domácí duté pohár motory uvedou nové možnosti rozvoje.
