01 Hvad er en rammeløs momentmotor?
En rammeløs momentmotor er en meget effektiv og energibesparende type elektrisk motor. Dens mest karakteristiske træk er fjernelse af komponenter, der findes i traditionelle motorer, såsom aksel, lejer, hus og endehætter, og bevarer kun de to kernekomponenter: rotoren og statoren.
Dette strukturelle design gør det muligt at integrere motoren problemfrit i maskinstrukturen ved at bruge maskinens egne lejer til at understøtte rotoren, hvilket væsentligt forbedrer systemintegration og kompakthed.
Rammeløse drejningsmomentmotorer måles ved deres udgangsmoment, i modsætning til den nominelle udgangseffekt, der almindeligvis bruges til servomotorer. Dette gør dem i stand til at levere højt drejningsmoment ved lave hastigheder, perfekt tilpasset bevægelseskravene til robotled.
02 Afsløring af arbejdsprincippet
Arbejdsprincippet for en rammeløs momentmotor er baseret på loven om elektromagnetisk induktion. Når motorens driver tilfører strøm, exciterer trefaset elektricitet et roterende elektromagnetisk felt i statorviklingerne. Dette elektromagnetiske felt interagerer med de permanente magneter i rotoren og genererer drejningsmoment, der får rotoren til at rotere.
Hele processen styres af driveren, som former det elektromagnetiske felt via U/V/W trefaset strøm. Rotoren med permanente magneter roterer under påvirkning af dette felt. Rammeløse momentmotorer kan bruge Hall-elementer til feedbacksignaler eller bruge signaler fra en tilføjet encoder.
Driveren sammenligner feedbackværdien med målværdien for at justere rotationsvinklen på rotoren og opnå præcis servostyring.
03 Forskelle fra traditionelle motorer
Sammenlignet med traditionelle indrammede motorer tilbyder rammeløse drejningsmomentmotorer flere fordele: De forbedrer maskinens ydeevne og muliggør direkte kobling (ingen slør) og højere systembåndbredde; strukturen er mere kompakt, hvilket resulterer i et mindre maskinfodaftryk og højere drejningsmoment pr. volumenhed.
De har også høj stivhed og kan tjene som en direkte drivkraftkilde, der driver lasten direkte uden behov for remme og remskiver, blyskruer eller gearkasser; driften er stille, da direkte integration i maskinens struktur ændrer transmissionsmetoden, hvilket fører til betydelig støjreduktion.
Desuden reducerer de vedligeholdelsesbehovet på grund af færre mekaniske dele og ingen komponenter, der er tilbøjelige til at blive slidt eller kræver regelmæssig vedligeholdelse.
04 Kernekraften i humanoide robotter
I en æra med hurtig udvikling inden for kunstig intelligens og robotteknologi, trænger humanoide robotter dybt igennem adskillige områder såsom industri, tjenester og sundhedspleje 4. Rammeløse momentmotorer er blevet de almindelige drivkomponenter i leddene på humanoide robotter.
Teslas Optimus anvender rammeløse momentmotorer som strømkilde i alle 28 led. Disse led omfatter 14 roterende led og 14 lineære led, hvor hver aktuator indeholder en rammeløs momentmotor.
De roterende led består af en rammeløs momentmotor, harmonisk reduktion, momentsensor, positionssensor, encoder osv., fordelt på skuldre (6), håndled (2), hofter (4) og torso (2).
De lineære led består af en rammeløs momentmotor, planetrulleskrue, momentsensor, positionssensor osv., fordelt på tværs af albuer (2), håndled (4), hofter (2), knæ (2) og ankler (4).
05 Tre nøgleroller
Rammeløse momentmotorer spiller tre nøgleroller i fleksibiliteten af humanoide robotled:
Giver et højt drejningsmoment:
Under udførelse af opgaven skal robotled ofte afgive højt drejningsmoment ved lave hastigheder for at overvinde håndtagseffekter og belastningsinerti. Rammeløse drejningsmomentmotorer kan generere høje drejningsmomentydelser selv ved relativt lave hastigheder.
Muliggør præcis kontrol:
De er tæt integreret med komponenter som højpræcisionsindkodere og momentsensorer for at danne en højtydende integreret drivenhed. Regulatoren kan læse ledpositionsinformation fra encoderfeedback i realtid og kombineret med momentdata fra momentsensoren finjustere motorens moment og hastighed.
Forbedring af ledresponshastighed:
Med ekstremt lav rotorinerti kan motoren reagere på kontrolkommandoer ved
millisekundhastigheder . Selvom det ydre miljø ændrer sig eller handlinger pludselig ændres, kan robotleddene hurtigt justere deres holdning, hvilket sikrer robottens stabilitet og sikkerhed.
06 Brede anvendelsesområder
Anvendelsesområderne for rammeløse momentmotorer er meget omfattende. De bruges primært i robotled og -arme for at give højt drejningsmoment og høj præcisionskontrol.
I medicinsk udstyr matches rammeløse momentmotorer med kirurgiske robotter, medicinske billeddannelsessystemer osv. for at opnå meget præcis og jævn bevægelseskontrol. De kan bruges inden for medicinske områder såsom medicinsk billeddannelse og kirurgiske robotter, der udfører operationer med høj præcision i områder, der er langt mindre end hvad den menneskelige hånd kan håndtere.
Inden for avancerede CNC-værktøjsmaskiner kan rammeløse drejningsmomentmotorer bruges i højpræcisions fem-aksede maskiner for at forbedre nøjagtigheden og repeterbarheden i processer som formning, slibning og boring.
Desuden bruges de også i applikationer inden for rumfartsområdet, såsom radarer, inerti-navigationssystemer og pladespillere.
07 Store markedsudsigter
Markedsudsigterne for rammeløse momentmotorer er meget brede. Den globale rammeløse markedsstørrelse for drejningsmomentmotorer var 4,5 milliarder CNY i 2022 og forventes at nå 22,4 milliarder CNY i 2030, hvor markedssegmentet for humanoide robotter tegner sig for 16,3 milliarder CNY.
Ifølge data fra Valuates Reports var den globale størrelse på markedet for rammeløse momentmotorer USD 670 millioner i 2022 og forventes at vokse til USD 1,17 milliarder i 2029, hvilket repræsenterer en sammensat årlig vækstrate (CAGR) på 8 %. Det forventes, at med den hurtige vækst af kollaborative robotter og intelligent efterspørgsel vil det rammeløse drejningsmomentmotormarked opretholde højhastighedsudvikling.
08 Tekniske udfordringer og fremtidige tendenser
Selvom rammeløse momentmotorer viser et stort potentiale inden for humanoide robotter, er der stadig nogle udfordringer i deres teknologi og produktion.
Fra et teknisk perspektiv stiller yderligere øgning af momenttætheden af rammeløse momentmotorer, samtidig med at deres temperaturstigning og mindske afstanden mellem nominel hastighed og maksimal hastighed, høje krav til elektromagnetisk design.
Omkostningsmæssigt, som en kritisk komponent i humanoide robotter, forbliver omkostningerne høje på grund af den i øjeblikket lave indenlandske produktionshastighed af dets kernekomponenter i Kina.
Fremtidige udviklingstendenser omfatter: den løbende forbedring af ydeevneindikatorer for rammeløse momentmotorer for at opfylde de højere krav til ledfleksibilitet og kraft i humanoide robotter.
Samtidig vil optimering af produktionsprocesser og reduktion af produktionsomkostninger blive vigtige mål for den fremtidige udvikling.
Mens humanoide robotter bevæger sig fra 'laboratoriedemonstrationer' til 'indledende kommercialisering i specifikke scenarier', går rammeløse momentmotorer som deres kernekraftkilde ind i en gylden udviklingsperiode.
2025 ses som et kritisk år for masseproduktion af humanoide robotter. Rammeløse momentmotorer tegner sig for 16 % af værdien af en humanoid robot. Nuværende priser spænder fra et par hundrede CNY til over tusind CNY, afhængigt af effekt og størrelse.
I fremtiden, med skalaudvidelse og procesinnovation, forventes deres priser at falde betydeligt, hvilket yderligere fremmer adoptionen af humanoide robotter.
Denne kompakte, men kraftfulde teknologi, den rammeløse drejningsmomentmotor, er ved at blive den ubesungne helt bag de fleksible led i humanoide robotter , der stille og roligt understøtter den hurtige udvikling af robotindustrien.
