Motor s dutým pohárkem (Micro coreless motor) je speciální stejnosměrný motor. Tradiční Stejnosměrný motor je široce používán v průmyslové výrobě, domácích spotřebičích, dopravě a dalších oborech, složený ze dvou hlavních částí statoru a rotoru, stacionární část stejnosměrného motoru se nazývá stator, hlavní úlohou statoru je generovat magnetické pole, složené z rámu, hlavního magnetického pólu, reverzního pólu, koncovky, ložiska a kartáčového zařízení. Mezi běžně používané materiály statorových magnetů patří Ndfeb, Samarium kobalt, hliník nikl kobalt a ferit. Část, která se při provozu otáčí, se nazývá rotor a jeho hlavní úlohou je produkovat elektromagnetický moment a indukovanou elektromotorickou sílu, která je nábojem stejnosměrného motoru pro přeměnu energie, proto se obvykle nazývá kotva, která se skládá z rotujícího hřídele, jádra kotvy, vinutí kotvy, komutátoru a ventilátoru.
Motor s dutou miskou proráží strukturální formu tradičního stejnosměrného motoru ve struktuře pomocí bezjádrového rotoru a jeho vinutí kotvy je cívka s dutou miskou, která má podobný tvar jako vodní miska, takže se nazývá 'motor s dutou miskou'. Motor s dutým hrncem patří do DC, permanentní magnet, servo mikromotor. Díky této nové struktuře rotoru má motor s dutou miskou následující vynikající vlastnosti: ① Energeticky úsporné vlastnosti: konstrukce bez jádra zcela eliminuje ztráty výkonu způsobené tvorbou vířivých proudů v železném jádru a účinnost přeměny energie je velmi vysoká, maximální účinnost je obecně vyšší než 70 % a některé produkty mohou dosáhnout více než 90 % (motory se železným jádrem jsou obecně 70 %); (2) Řídicí charakteristiky: rychlé spouštění a brzdění, rychlá odezva, mechanická časová konstanta méně než 28 milisekund, některé produkty mohou dosáhnout méně než 10 milisekund (jádrové motory mají obecně více než 100 milisekund); Otáčky lze snadno citlivě nastavit ve stavu vysoké rychlosti v doporučené provozní oblasti; (3) Vlastnosti odporu: Stabilita provozu je velmi spolehlivá, kolísání rychlosti je velmi malé, jako mikromotor lze jeho kolísání rychlosti snadno ovládat v rozmezí 2%; ④ Lehké vlastnosti: ve srovnání se stejným motorem s výkonným jádrem se jeho hmotnost a objem snížily o 1/3-1/2 a hustota energie se výrazně zlepšila. Základním ukazatelem motoru s dutým pohárem je hustota výkonu, to znamená poměr výstupního výkonu k hmotnosti nebo objemu. Rotor bez železného jádra eliminuje vířivý proud a ztrátu hystereze na molekulárním konci a zlepšuje účinnost přeměny energie. Snížená hmotnost a objem na konci jmenovatele.
Štětec je důležitou součástí kartáčovaný motor , zodpovědný za vedení proudu mezi rotujícími částmi a stacionárními částmi. Protože je vyroben spíše z grafitu, nazývá se také uhlíkový kartáč. V běžném stejnosměrném motoru, aby se rotor stále otáčel, je třeba změnit směr proudu rotoru v reálném čase, takže je třeba použít komutátor a uhlíkový kartáč. Bezkomutátorový motor ruší režim mechanické komutace kartáčů, takže pro dokončení elektronické komutace je třeba zjistit polohu rotoru. Existují dva běžné způsoby, jak získat informace o poloze rotoru: (1) režim bezsenzorového řízení, když motor běží, poloha rotoru je určena měřitelnou proměnnou přiváděnou zpět motorem; Režim řízení snímače polohy, poloha rotoru motoru je přímo detekována snímačem polohy uvnitř motoru. Běžně používané snímače polohy jsou Hallovy snímače, fotoelektrické enkodéry, rotační transformátory a tak dále. Přesnost detekce Hallova senzoru není vysoká, ale cena je nízká; Fotoelektrický kodér a detekce polohy rotačního transformátoru jsou přesné a chyba je malá a obecně se používají pro vysoce výkonné řídicí systémy, jako je řízení orientace magnetického pole a přímé řízení točivého momentu.
Motor s dutým hrncem lze podle jeho struktury rozdělit na dva druhy kartáčové a bezkartáčové. ① Kartáčovaný dutý hrncový motor (také známý jako stejnosměrný kartáčovaný bezjádrový motor, rotor bez železného jádra): Použití mechanického kartáčového komutátoru, obecně pláště, měkkého magnetického materiálu vnitřního statoru, statoru s permanentním magnetem, složení kotvy rotoru s dutou miskou. Když je motor s dutým hrncovým kartáčem pod napětím, vinutí prochází proudem, generuje točivý moment, rotor se začne otáčet, pokud se rotor otočí do určitého úhlu, kartáč použije mechanický komutátor ke změně směru proudu, takže směr výstupního točivého momentu se nezmění, rotor se dále otáčí. Protože motor s dutým hrncem kartáče využívá komutaci kartáče, dochází během provozu motoru k určitému relativnímu tření, které způsobí hluk, elektrickou jiskru a sníží životnost motoru. Obecně domácí 'motor s dutým pohárem' obecně odkazuje na kartáčový motor; ② bezkomutátorový dutý hrncový motor (také známý jako stejnosměrný bezkartáčový štěrbinový motor, stator bez železného jádra): Použití elektronické komutace, obecně pláštěm, měkkými magnetickými materiály, izolačními materiály a dutou miskovou kotvou složenou ze statoru a ocelového rotoru s permanentním magnetem. Bezkomutátorový motor s dutou miskou připojuje různá vinutí k obvodu řízením zapínání a vypínání elektronických součástek, aby se dosáhlo efektu reverzace. Tento komutační režim způsobuje, že bezkomutátorový motor s dutým hrncem má vlastnosti vysoké účinnosti, malého kolísání točivého momentu, vysoké životnosti, kompaktní konstrukce, snadné údržby a tak dále.
1.2. Bariéra jádra: proces navíjení
Procesní tok motoru s dutou miskou je složitý a obtížnost zpracování je mnohem větší než u běžného stejnosměrného štěrbinového motoru. Vezmeme-li jako příklad stejnosměrný bezdrážkový motor Dingzhi Technology (tj. jeho produkty s dutými miskovými motory), od vinutí přední cívky, středního ložiska, trnu, nosného kroužku a dalších součástí jádra až po instalaci zadního krytu a svařovací linku obvodové desky atd., zahrnující téměř 30 procesů, je složitost mnohem větší než u běžných stejnosměrných štěrbinových motorů. Výroba cívek musí projít procesem smaltovaný drát - navíjení - tvarování ohřevem - odizolování drátu, připojení společného drátu - instalace cívky a tak dále.
Mezi nimi je výroba cívek jedním z hlavních procesů motoru s dutou miskou. Bezjádrové samonosné vinutí jsou vyrobeny z tzv. smaltovaného drátu, což je izolovaný měděný drát s nátěrem na vnější straně. Ve výrobním procesu se barva sousedních drátů spojí dohromady působením tlaku a teploty. Správné lepení (páska nebo sklolaminát) může dále zlepšit pevnost a tvarovou stálost vinutí, což je důležité zejména při vysokém proudovém zatížení.
Technologie výroby dutých hrnkových motorových cívek je rozdělena především do tří kategorií podle způsobu tváření cívky: 1) ruční navíjení. Prostřednictvím řady složitých procesů, včetně vkládání kolíků, ručního navíjení, ručního zapojení a dalších kroků k výrobě. 2) Technologie výroby vinutí. Technologie výroby vinutí je poloautomatická výroba, smaltovaný drát je nejprve postupně navíjen na hlavní hřídel s kosočtvercovým průřezem a po dosažení požadované délky je odstraněn a následně zploštěn do drátěného plátu a nakonec je drátěný plát navinut do miskovité cívky. Vezmeme-li jako příklad navíjecí dutou misku, lze výrobní proces zhruba rozdělit do následujících kroků: (1) Navíjení šestihranné drátěné cívky sochoru: provádí se na navíjecím stroji pro navíjecí skupinu se šikmým vinutím; ② Prázdná cívka drátu je přilepena dvěma kusy tvarované pásky citlivé na tlak, která se vyjme z formy, aby se zploštila; ③ Zploštění: tvarová deska se vloží do cívky drátěného polotovaru a cívka se zploští a poté se pošle do zplošťovacího stroje, aby se zploštil a stal se plochým drátěným polotovarem. Vytvarujte pomocí bambusové škrabky. Odstřihněte přebytečnou pásku, ponechte pouze jeden závěs, závěs by měl být ponechán na mírně zvýšené straně plochého pramene, aby cívka mohla tvořit řadu; ④ Cívka: polotovar plochého drátu se přivádí do cívky stroje na cívku s dutou miskou, takže polotovar drátu je připojen ke konci a páska je přilepena na povrch hlavy polotovaru drátu, aby se stala cívkou s dutou miskou; ⑤ Tvarování epoxidového nátěru: Po nanesení epoxidového lepidla jej vložte do trouby k vytvrzení a tvarování. 3) Technologie výroby jedné formy. Navíjecí stroj navíjí smaltovaný drát na vřeteno podle zákona prostřednictvím automatizačního zařízení a po navinutí do kalíšku sundá cívku, tvaruje se najednou a nevyžaduje více procesů, jako je válcování a zploštění, s vysokým stupněm automatizace.
Zámořský proces navíjení se vyvinul brzy, stupeň automatizace je vyšší než domácí. Domácí převážně přijímají výrobu vinutí, proces je složitější, pracovní náročnost pracovníků je velká, nemůže dokončit cívku se silnějším průměrem drátu a míra šrotu je vysoká. Zahraniční země používají hlavně jednorázovou technologii výroby vinutí, vysoký stupeň automatizace, vysokou efektivitu výroby, rozsah průměrů cívek, dobrou kvalitu cívek, těsné uspořádání, typy motorů, dobrý výkon. Motor s dutým hrncem lze rozdělit na rovný vinutý, sedlový tvar a šikmý vinutí podle způsobu navíjení. V roce 1958 Dr.FF aulhaber (von Haber) z Německa vyvinul technologii navíjení cívky se šikmým vinutím a získal patentovou technologii šikmého vinutí cívky rotoru motoru s dutou miskou v roce 1965. Německo, Švýcarsko, Japonsko a další vývoj motoru s dutou miskou dříve, v procesu navíjení nashromáždil bohaté zkušenosti. Ze tří předních motorů s dutým hrncem na světě švýcarský Maxon většinou používá tvar s přímým vinutím a tvar sedla a německý Faulhaber a švýcarský Portescap většinou používají tvar se šikmým vinutím. Proces navíjení s přímým vinutím je složitější a většinou se používá u dlouhých vinutých konstrukcí, často vyrobených z více vinutí. Tvar sedla může snížit tloušťku cívky, účinně snížit magnetickou vzduchovou mezeru na motoru s vysokou hustotou výkonu, zvýšit délku řezného magnetického pole a lépe využít magnetismus statoru; Dříve vyvinuté šikmé vinutí, relativně jednoduché vinutí, těsné zapojení, vhodné pro velkosériovou výrobu.
Vinutí je základní technickou bariérou motoru s dutým pohárkem. ① Propojení s designem: tři hlavní technologie v zámoří vznikly v 60. letech 20. století, domácí motor s dutou miskou začal pozdě, méně výzkumu, nedostatek kombinace třídy dělení materiálu, typ misky rotoru pro optimalizaci motoru, nedostatek systematického dopředného designu, nedostatek přizpůsobených požadavků na konfiguraci schématu pohonu systému a možnosti návrhu produktu; ② Odkaz na zpracování: Ve srovnání s tradičním bezkomutátorovým motorem, kartáčovým motorem, servomotorem patří struktura motoru s dutým hrncem ke struktuře bezzubé drážky, neexistuje žádná pevná drážka, veškerý smaltovaný drát je zavěšený vinutí, neexistuje žádná vnitřní podpora, proces je velmi obtížný a časný výnos je nízký. Pokud jde o přesnost vinutí, požadavky na přesnost motorů s dutou miskou jsou vyšší než u tradičních motorů. Samotný motor s dutým pohárem má malou velikost a tolerance chyb je nižší než u běžných motorů s permanentními magnety a krokových motorů a přesnost zpracování přímo ovlivňuje stabilitu magnetického pole. Rozdíl tloušťky drátu a závitů vinutí způsobuje, že hodnota odporu vinutí, počáteční proud, konstantní rychlost a další parametry motoru mají velké rozdíly. Z tohoto důvodu domácí výrobci potřebují zlepšit přesnost, výtěžnost a automatizaci ve výrobě a zpracování. Ve srovnání se zámořím je Čína také relativně slabá, pokud jde o navíjecí zařízení. Navíjecí zařízení lze rozdělit na automatické a ruční neautomatické zařízení. Ve srovnání se zámořím je stupeň automatizace navíjecích zařízení v Číně relativně nízký. Mezi přední světové výrobce navíjecích zařízení patří Meteor ze Švýcarska, Tanaka Seiki Co., Ltd. z Japonska a Hitote Mechanical Engineering Co., LTD. Tuzemské podniky jsou z hlediska vybavení stále v relativně prázdném stavu a nakupují další japonská navíjecí zařízení v cenách od statisíců až po miliony. Mezi relativně reprezentativní společnosti v Číně patří Zhongspecial Technology, Dongguan Taili Electronic Machinery Co., LTD., Qinlian Technology, Kunshan Cook a tak dále.
1.3 Následné aplikace: Charakteristiky motoru s dutou miskou určují scénář následné aplikace
Motor s dutou miskou patří k mikromotoru a vstupní suroviny jsou podobné surovinám mikromotoru, včetně mědi, oceli, magnetické oceli, ložisek, plastů atd. Motor s dutou miskou se původně používal v letectví, letectví, armádě a dalších špičkových průmyslových odvětvích, v posledních letech se jeho aplikace postupně rozšířila i do civilního průmyslu, jako jsou zdravotnická zařízení, spotřební elektronika a další scénáře, průmyslová automatizace.
Různý výkon motoru s dutým hrncem odpovídá jeho použití v různých oblastech: 1) vlastnosti malé velikosti, nízké hmotnosti a velkého poměru výkonu k objemu jej činí vhodným pro oblasti s vysokými požadavky na hmotnost, jako jsou různé typy letadel atd., což může minimalizovat hmotnost letadla; Je také široce používán v různých výrobcích spotřební elektroniky, jako jsou elektrické zubní kartáčky a přenosné elektrické ventilátory. 2) Charakteristiky rychlého startování a brzdění a extrémně rychlá odezva jej činí vhodným pro oblasti, které potřebují dosáhnout rychlého automatického řízení, jako je nastavení směru střely s vysokými požadavky na výkon řízení, vysokorychlostní sledování optického pohonu, vysoce citlivá zařízení, průmyslové roboty atd. 3) Charakteristiky vysoké účinnosti přeměny energie a dlouhé doby chodu jej činí vhodným pro všechny druhy polí vyžadujících úsporu energie a životnost baterie, jako jsou přenosné přístroje a zařízení pro práci v terénu.
Humanoidní robot otevírá nový modrý oceán aplikací s dutým pohárem. Podle nejnovějšího vývoje Optimus, humanoidního robota vydaného Teslou, má každá ruka šest pohonů a 11 stupňů volnosti, dva pohony pro palec a jeden pohon pro každý z ostatních čtyř prstů a ruka unese až 20 liber. Modul ručního kloubu se skládá hlavně z dutého motoru, přesného planetového reduktoru, kuličkového šroubu a senzoru. Motor s dutou miskou umožňuje pohyb prstu, přesná planetová převodovka umožňuje manipulátoru přesněji polohovat a používat flexibilněji, kodér poskytuje vysoce přesnou zpětnou vazbu polohy a rychlostní zpětnou vazbu ruky a senzor umožňuje robotovi mít percepční funkce a reakční schopnosti jako u lidí. Podle Muska počet humanoidních robotů v budoucnu převýší počet lidí a očekává se, že dlouhodobě dosáhne úrovně 100 miliard jednotek. Motor s dutým pohárem je hlavním technickým řešením robotické ruky s vysokou jistotou. Humanoidní roboti používají 6 motorů s dutými poháry na ruku, vzhledem ke konečné situaci se očekává, že humanoidní roboti dosáhnou úrovně jedné miliardy jednotek, pokud hromadná výroba humanoidních robotů přistane, přitáhne růst příjmů podniků souvisejících s motorem s dutými poháry.
