Humanoide robotter er blevet en skinnende perle inden for kunstig intelligens.
I de senere år er humanoide robotter blevet en skinnende perle inden for kunstig intelligens med deres brede anvendelse på mange områder såsom medicinsk behandling og service. For yderligere at fremme udviklingen af industrien har lokale myndigheder indført politikker for at øge støtten til humanoide robotter og deres nøglekomponenter. I Humanoid Robot Industry -kæden spiller Hollow Cup -motoren en vigtig rolle i bevægelseskontrolsystemet for Humanoid Robot, såsom kernekomponenten i Tesla Humanoid Robot Behindende hånd, er den hule cupmotor, en enkelt robotmontering 12 (6 hver højre hånd). Denne artikel sigter mod at diskutere de tekniske egenskaber, markedsstatus og fremtidsudsigter for Hollow Cup -motor gennem forskningen.
Hvad er hule kopmotor
1. Koncept og klassificering af motor
En elektrisk motor er en enhed, der omdanner elektrisk energi til mekanisk energi. Den bruger en energisk spole (det vil sige statorviklingen) til at generere et roterende magnetfelt og bruges til rotoren (såsom et egernbur lukket aluminiumsramme) til at danne et magnetoelektrisk rotationsmoment, som skal omdanne kraften, der genereres af den aktuelle strømning i magnetfeltet til en roterende virkning. Princippet er at bruge magnetfeltet til at tvinge strømmen til at få motoren til at rotere.
Det grundlæggende princip for motorens rotation: omkring den permanente magnet med en roterende akse, 1 roterer magneten (så det roterende magnetfelt genereres), 2 i henhold til princippet om N -stangen og S -polen heteropolattraktion, den samme pol -frastødning, 3 magneten med en roterende akse roterer.
I en motor er det faktisk den aktuelle, der flyder gennem ledningen, der skaber et roterende magnetfelt (magnetisk kraft) omkring det, der får magneten til at rotere. Når ledningen såres i en spole, syntetiseres den magnetiske kraft til at danne en stor magnetisk feltflux (magnetisk flux), hvilket resulterer i N- og S -polerne. Ved at indsætte en jernkerne i en trådspole bliver magnetfeltlinjerne lettere at passere igennem og kan producere en stærkere magnetisk kraft.
Strukturen af motoren er hovedsageligt sammensat af to dele: stator og rotor.
Stator: Den stationære del af motoren, hvis hovedstruktur inkluderer den magnetiske pol, vikling og beslag. Den magnetiske pol er den del af motoren, der genererer magnetfeltet, som normalt er sammensat af en jernkerne og spoler. Viklingen er spolen i statoren, som normalt er sammensat af ledere og isolering, hvis rolle er at generere et magnetfelt, når en elektrisk strøm passerer gennem den. Beslaget er statorens støttestruktur, der normalt er lavet af aluminiumslegering og andre materialer, med god korrosionsbestandighed og styrke.
Rotor: Den roterende del af en motor, hvis hovedstruktur inkluderer anker, lejer og slutkapper. Ankeret er spolen i rotoren, der normalt er sammensat af ledere og isolering, hvis rolle er at generere et magnetfelt, når en elektrisk strøm passerer gennem den. Lejer er støttestrukturen af rotoren, normalt lavet af stål eller keramik, med god slid og korrosionsbestandighed. Slutdækslet er motorens slutstruktur, normalt lavet af aluminiumslegering og andre materialer, med god tætning og styrke.
2, Hollow Cup Motor Definition and Classification
I 1958 udviklede Dr.ff Aulhaber den skrå snoede spiralteknologi og opnåede det relevante patent for Hollow Cup -motoren i 1965, hvilket markerede fremkomsten af Hollow Cup -motoren, og dens kreative strukturelle design giver motoren mulighed for at være både mindre størrelse og større effektivitet. Den hule kopmotor hører til DC -permanent magnet -servo -motor, den motoriske struktur er vist i følgende figur, hovedsageligt sammensat af stator og rotor. Statoren er sammensat af siliciumstålplade og spiralvikling, og siliciumstålpladen uden tandrillestruktur kan undgå tandrilleffekten og reducere jerntabet og hvirvelstrømstab. Rotoren er sammensat af en permanent magnet, en roterende skaft og dens faste dele, og motoren bruger en ring permanent magnet, som er let at behandle og installere.
Sammenlignet med almindelige motorer er det største træk ved rotoren, at den bryder gennem rotorstrukturen af den traditionelle motor i struktur og bruger en no-core rotor, også kendt som en hul kop rotor. Rotoren er en hul kopformet struktur omgivet af viklinger og magneter. I almindelige motorer er jernkernes rolle hovedsageligt: 1) koncentrat og vejledning af magnetfeltet: jernkernen er lavet af et materiale med høj magnetisk permeabilitet (såsom siliciumstålplade), som kan koncentrere sig og vejlede den magnetiske flux og derved forbedre motorens magnetiske feltstyrke og effektivitet; 2) Supportvikling: Iron Core giver en stærk understøttelsesstruktur til viklingen, hvilket sikrer, at viklingen opretholder en stabil form og position under motorens betjening. I den hule kopmotor bruges den tyndvæggede hule cylinder som rotoren, og den hule cylinder vikles direkte inde i viklingen uden yderligere kerneunderstøttelse. Fordelene ved korløst design: 1) Eliminering af hvirvelstrøm og hysteresetab: Jernkernen i en fælles motor vil producere hvirvelstrøm og hysteresetab i et vekslende magnetfelt, hvilket vil reducere motorens effektivitet. Den hule cupmotor bruger en koreless rotor, der fuldstændigt eliminerer disse tab og derved forbedrer motorens energikonverteringseffektivitet. 2) Reducer vægten og inertiens øjeblik: Det kernefrit design reducerer rotorens vægt, hvilket gør hele motoren lettere. På samme tid tillader reduktionen af inerti -moment motoren at have en hurtigere responshastighed og højere acceleration, hvilket er meget fordelagtigt for applikationsscenarier, der kræver hurtig start og stop.
På samme tid kan præcisionsdesignet af den hule cylinderstruktur og viklingslayout optimere magnetfeltfordelingen inde i den hule kopmotor, reducere den magnetiske lækage og energitab og forbedre motorens effektivitet og ydeevne yderligere.
Den hule cupmotor kan opdeles i to slags i henhold til dens pendlingstilstand: den ene er den hule cupbørstemotor, der vedtager den mekaniske carbonbørste -pendlingstilstand; Den anden er den hule cup børsteløse motor, der erstatter børstependlingen med elektronisk pendling, undgår de elektriske gnist- og tonerpartikler, der genereres under betjening af børstemotoren, reducerer støjen og øger motorens levetid. Fra sammenligningen af forskellige produkter af Mingzhi -elektriske apparater i følgende figur kan det ses, at der ikke er behov for en børste i den børsteløse hulkopmotor, men hallensoren detekterer rotormagnetisk feltsignal, forvandler den mekaniske reversering til en elektronisk signalomvendelse og yderligere forenkler den fysiske struktur i Hollow Cup Motor.
3, Hollow Cup Motor fordele
Den hule cupmotor bryder gennem rotorstrukturen af den traditionelle motor i struktur, reducerer strømtabet forårsaget af dannelse af hvirvelstrøm i jernkernen, og dens masse og inerti -øjeblik reduceres kraftigt og reducerer derved det mekaniske energitab for selve rotoren. Sammenfattende har den hule cupmotor fordelene ved høj effekttæthed, lang levetid, hurtig respons, højt spidsmoment, god varmeafledning og så videre.
Høj effektdensitet: Kraftdensiteten af den hule kopmotor er forholdet mellem udgangseffekten og vægten eller volumenet. Med hensyn til vægt er den ikke-kerne-rotor lettere end den almindelige kernetotor; Med hensyn til effektivitet eliminerer den coreless rotor hvirvelstrøm og hysteresetab genereret af den coreless rotor, forbedrer effektiviteten af mikromotoren og sikrer høj udgangsmoment og udgangseffekten. Den maksimale effektivitet for de fleste hule kopmotorer er mere end 80%, mens den maksimale effektivitet af de fleste børste DC -motorer generelt er omkring 50%. Lavere vægt og højere effektivitet giver hule kopmotorer mulighed for at opnå højere effekttæthed. Derfor er den hule cupmotor især velegnet til batteridrevne applikationer, der kræver lange driftsperioder, såsom bærbare luftprøvetagningspumper, humanoide robotter, bioniske hænder, håndholdte kraftværktøjer og andre applikationer.
Høj drejningsmomentdensitet: Det korløse design reducerer rotorens vægt og inerti -øjeblik, og det lave inerti -øjeblik betyder, at motoren kan accelerere og decelerere hurtigere og således være i stand til at generere mere drejningsmoment på kort tid; På samme tid gør fraværet af en jernkerne den hule kopmotor mere kompakt, mindre og i stand til at tilvejebringe højere drejningsmomentudgang i et begrænset rum.
Lang levetid: Antallet af omvendte stykker af den hule cupmotor gør den aktuelle udsving og induktansen af motoren mindre, når man vender, hvilket reducerer den elektriske korrosion af reverseringssystemet i høj grad under reverseringsprocessen for at have en længere levetid. I henhold til dataene i 'applikationsundersøgelser af tilpasset styring af Hollow Cup Motors ' er levetiden for børstede DC -motorer generelt kun et par hundrede timer, og forventet levealder er normalt mellem 1000 og 3000 timer, hvilket kan give længere pålidelig drift.
Hurtig responshastighed: Den traditionelle motor har et relativt stort inerti-øjeblik på grund af eksistensen af jernkernen, mens den hule kopmotor er kompakt, og rotoren er en kopformet selvforsørgende spole, så vægten er lettere, og dens mindre inerti-øjeblik får også den hule kopmotor til at have følsomme start-stop justeringskarakteristika. I henhold til 'forskningsfremskridt for Hollow Cup Micro Motor and Coil ' er den mekaniske tidskonstant for den generelle kernemotor ca. 100 ms, mens den mekaniske tidskonstant for den hule cupmotor er mindre end 28ms, og nogle produkter er endnu mindre end 10ms.
Højt spidsmoment: Forholdet mellem spidsmoment og kontinuerligt drejningsmoment for den hule kopmotor er meget stor, fordi processen med den aktuelle stigning til spidsmomentkonstanten er uændret, og det lineære forhold mellem det aktuelle og drejningsmoment kan få mikromotoren til at producere et stort topmoment. Efter at den almindelige kerne -DC -motor når mætning, uanset strømmen øges, øges drejningsmomentet for DC -motoren ikke.
God varmeafledning: Overfladen af den hule cup -rotor har luftstrøm, bedre end varmeafledningens ydelse af kernetotoren, den emaljerede ledning af kernerotoren er indlejret i siliciumstålpladen, er spiraloverfladen luftstrøm mindre, temperaturstigningen er større, under de samme effektbetingelser, temperaturstigningen af Hollow Cup DC -motoren er mindre.
4, den tekniske sti for hule kopmotor
Det centrale trin i produktionen af Hollow Cup -motor er produktionen af spole, så spiraldesign og viklingsproces bliver dens kernebarrierer. Diameteren, antallet af drejninger og linearitet af ledningen påvirker direkte kerneparametrene for motoren. Kernebarrieren for spiralvikling afspejles direkte i spiraldesign, fordi forskellige viklingstyper har forskelle i automatiseringshastighed og kobberforbrug. På den anden side afspejles det også i viklingsudstyret og viklingsmetoden, og påfyldningshastigheden for den hule cup -rille, der er såret af forskellige viklingsmaskinerier, er anderledes, hvilket fører til forskellige sparsomme, der direkte påvirker motorisk tab, varmeafledning, strøm og så videre.
Spiraldesignvinkel: Den snoede design af hule cupmotor kan opdeles i lige snoetype, skråt viklingstype og sadeltype.
Lige vikling: Spolens ledning er parallel med motorens akse og danner en koncentreret viklingsstruktur. Designideen med den lige sårede spole er først at vinde den almindelige cirkulære emaljerede ledning på viklingen, der dør i henhold til kravet om antallet af sving, og tilslut derefter snoet på ledningen af ledningen og derefter bruge bindemidlet i begge ender til at kurere og form. Relativt set producerer afslutningen på den lige vikling ikke noget drejningsmoment og øger ankervægt og ankermodstand.
Skropsvikling: Også kendt som honningkage -vikling, den honningkage -viklingsmetode bruges, hvilket efterlader vandhaner i midten, for at kunne kontinuerligt vindes, er det nødvendigt at gøre den effektive side af elementet og ankeraksen til en bestemt vippevinkel. Slutstørrelsen af denne viklingsmetode er lille, men fordi den skråt viklingskontinuerlig vikling kræver en bestemt linjevinkel, overlapper den emaljerede ledning, og spaltefyldningshastigheden er lav. Sammenlignet med den lige sårtype har den skråt snoede anker ingen ende snoet, reduceret ankervægten og har fordelene ved et lille inerti -øjeblik, lille tidskonstant, gode trækegenskaber og stort udgangsmoment. Faulhaber i Tyskland og Portescap i Schweiz bruger for det meste tilbøjelig vikling.
Sadeltype: Også kendt som koncentrisk eller rhomboid-vikling, metoden til at vikle en formet spole og derefter bruges ledninger, det vil sige, at den selvklæbende emaljede ledning vikles på en speciel dannende vikling af dyse, og ankerskopen er truffet af flere formningsordninger. Ved vikling er de to lag af spoler arrangeret pænt og formet, hvilket er praktisk til at kontrollere størrelsen på ankerskopen efter omformning og forbedring af slotfyldningshastigheden. På samme tid har denne metode høj produktionseffektivitet og er velegnet til masseproduktion. Den sadelviklende ankerende har færre overlappende lag, lille luftgap og høj udnyttelseshastighed for permanent magnet, hvilket forbedrer motorens effekttæthed. Nogle produkter fra Maxon i Schweiz bruger sadeltype.
Vindingsproces synspunkt: Fra produktionsteknologisynspunktet er ifølge formningsmetoden for spolen hovedsageligt opdelt i tre kategorier: manuel vikling, vikling og engangsformerproduktion.
1) Manuel vikling. Gennem en række komplekse processer, herunder pin -indsættelse, manuel vikling, manuel ledning og andre trin at producere. Det er velegnet til produkter, der kræver en høj grad af tilpasning, men produktionseffektivitet og produktstabilitet er begrænset.
2) Winding Production Technology. Den snoede produktionsteknologi er halvautomatisk produktion, den emaljerede ledning er først sekventielt såret på hovedakslen med et diamantformet tværsnit, og den fjernes efter at have nået den krævede længde og derefter fladet ind i en trådplade, og til sidst vikles trådpladen i en kopformet spiral. I henhold til 'Winding Hollow Cup-ankerproduktionsprocessen og -udstyr ' viklingsproces, kan den næste viklingsmaskine konfigureres med 4 arbejdstagere til at opnå en årlig output på 30.000 enheder, men begrænsningen af vikling er, at den er mere egnet til 20-30 mm hulskopdiameter, det er vanskeligt at vindes mindre cooler med tap-afstand, der er mindre end 7 mm, det er, at produkter med en diameter med mindre end 10 ~ 12m. Generelt er produktionseffektiviteten af viklingsprocessen relativt høj, og den kan opfylde kravene i mellemstore produktion. Imidlertid fører dens høje manuelle deltagelsesgrad til konsistensen af det færdige produkt muligvis ikke så god som automatiseret produktion, og det er vanskeligt at imødekomme den mindre størrelse af den hule cup -spiralvikling.
3) Én støbning af produktionsteknologi. Viklingsmaskine gennem automatiseringsudstyr vil være en emaljeret ledning i henhold til reglen om en spindel, spiral, der snoede sig ind i en kop efter fjernelse, en støbning, ingen grund til at rulle og flade flere processer, høj grad af automatisering, så produktionseffektiviteten og den færdige produktkonsistens er bedre; Men den tilsvarende forhåndsudstyrsinvestering vil være højere.
Oversøisk viklingsproces udviklet tidligt, graden af automatisering er højere end indenlandsk. Den indenlandske vedtager hovedsageligt viklingsproduktion, processen er mere kompliceret, arbejdstageres arbejdintensitet er stor, kan ikke fuldføre spolen med tykkere tråddiameter, og skrothastigheden er høj. Udenlandske lande bruger hovedsageligt engangs sårproduktionsteknologi, høj grad af automatisering, høj produktionseffektivitet, spiraldiameterområde, god spiralkvalitet, stramt arrangement, motortyper, god ydelse.
Industrielle kædeforbindelser og nedstrøms applikationer
Opstrøms for den hule kopmotor er råmaterialer og dele, råvarer inkluderer kobber, stål, magnetisk stål, plast osv., Dele inkluderer lejer, børster, pendlere osv. De midterste rækkevidde af den industrielle kæde er motorproducenter. Downstream for den industrielle kæde er applikationsenden, og den hule cupmotor har egenskaberne ved høj følsomhed, stabil drift og stærk kontrol, der opfylder de strenge krav i high-end-feltet i Electric Drive, så det bruges hovedsageligt i rumfart, medicinsk udstyr, industriel automatisering og robotik og andre avancerede felter. På samme tid påføres den hule cupmotor også gradvist på det civile felt, såsom kontorautomation, elværktøj og så videre.
En lovende hul cupmotor
Hollow Cup -motor med sit unikke design uden jernkerne, der viser høj hastighed, høj effektivitet, høj dynamisk respons og andre betydelige fordele, der er vidt brugt i rumfart, medicinsk udstyr og andre felter, i Humanoid -robotens håndfleksibilitet har også en betydelig indflydelse. Selvom oversøiske virksomheder som Maxon og Faulhaber i øjeblikket har den første-mover-fordel, vil Domicale Hollow Cup Motors med den kontinuerlige forbedring af det tekniske niveau for indenlandske producenter og den hurtige udvikling af Humanoid Robot-markedet, indenlandske Hollow Cup Motors indlede nye udviklingsmuligheder.
