01 Was ist ein rahmenloser Torquemotor?
Ein rahmenloser Torquemotor ist ein hocheffizienter und energiesparender Elektromotortyp. Sein markantestes Merkmal ist die Entfernung von Komponenten herkömmlicher Motoren wie Welle, Lager, Gehäuse und Endkappen, sodass nur die beiden Kernkomponenten erhalten bleiben: Rotor und Stator.
Dieses strukturelle Design ermöglicht eine nahtlose Integration des Motors in die Maschinenstruktur , wobei die maschineneigenen Lager zur Lagerung des Rotors genutzt werden, was die Systemintegration und Kompaktheit deutlich verbessert.
Gehäuselose Torquemotoren werden anhand ihres Ausgangsdrehmoments gemessen, im Gegensatz zur Ausgangsleistung, die üblicherweise für Servomotoren verwendet wird. Dadurch können sie bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment liefern und sich perfekt an die Bewegungsanforderungen von Robotergelenken anpassen.
02 Enthüllung des Funktionsprinzips
Das Funktionsprinzip eines rahmenlosen Torquemotors basiert auf dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Wenn der Motortreiber Strom anlegt, erregt dreiphasiger Strom ein rotierendes elektromagnetisches Feld in den Statorwicklungen. Dieses elektromagnetische Feld interagiert mit den Permanentmagneten im Rotor und erzeugt ein Drehmoment, das den Rotor in Drehung versetzt.
Der gesamte Prozess wird vom Treiber gesteuert, der das elektromagnetische Feld über die dreiphasige U/V/W-Leistung formt. Unter dem Einfluss dieses Feldes dreht sich der Rotor mit Permanentmagneten. Rahmenlose Torquemotoren können Hall-Elemente für Rückkopplungssignale verwenden oder Signale von einem zusätzlichen Encoder nutzen.
Der Fahrer vergleicht den Rückmeldungswert mit dem Zielwert, um den Drehwinkel des Rotors anzupassen und so eine präzise Servosteuerung zu erreichen.
03 Unterschiede zu herkömmlichen Motoren
Im Vergleich zu herkömmlichen Motoren mit Rahmen bieten rahmenlose Torquemotoren mehrere Vorteile: Sie verbessern die Maschinenleistung, ermöglichen eine direkte Kopplung (kein Spiel) und eine höhere Systembandbreite; Die Struktur ist kompakter, was zu einer kleineren Maschinenfläche und einem höheren Drehmoment pro Volumeneinheit führt.
Sie verfügen außerdem über eine hohe Steifigkeit und können als direkte Antriebskraftquelle dienen, indem sie die Last direkt antreiben, ohne dass Riemen und Riemenscheiben, Leitspindeln oder Getriebe erforderlich sind; Der Betrieb ist geräuscharm, da durch die direkte Integration in die Maschinenstruktur die Übertragungsart geändert wird, was zu einer erheblichen Geräuschreduzierung führt.
Darüber hinaus reduzieren sie den Wartungsbedarf, da weniger mechanische Teile vorhanden sind und keine Komponenten vorhanden sind, die verschleißanfällig sind oder regelmäßig gewartet werden müssen.
04 Die Kernkraft humanoider Roboter
Im Zeitalter der rasanten Entwicklung der künstlichen Intelligenz und der Robotertechnologie dringen humanoide Roboter tief in zahlreiche Bereiche wie Industrie, Dienstleistungen und Gesundheitswesen ein 4. Rahmenlose Torquemotoren sind zu den wichtigsten Antriebskomponenten in den Gelenken humanoider Roboter geworden.
Teslas Optimus nutzt in allen 28 Gelenken rahmenlose Torquemotoren als Antriebsquelle. Zu diesen Gelenken gehören 14 Drehgelenke und 14 Lineargelenke, wobei jeder Aktuator einen rahmenlosen Torquemotor enthält.
Die Drehgelenke bestehen aus einem rahmenlosen Drehmomentmotor, einem harmonischen Reduzierer, einem Drehmomentsensor, einem Positionssensor, einem Encoder usw., verteilt auf Schultern (6), Handgelenke (2), Hüften (4) und Rumpf (2).
Die Lineargelenke bestehen aus einem rahmenlosen Drehmomentmotor, einem Planetenrollengewindetrieb, einem Drehmomentsensor, einem Positionssensor usw., verteilt auf Ellbogen (2), Handgelenke (4), Hüfte (2), Knie (2) und Knöchel (4).
05 Drei Schlüsselrollen
Rahmenlose Torquemotoren spielen drei Schlüsselrollen für die Flexibilität humanoider Robotergelenke:
Bereitstellung eines hohen Drehmoments:
Während der Aufgabenausführung müssen Robotergelenke häufig ein hohes Drehmoment bei niedrigen Geschwindigkeiten abgeben, um Hebelwirkungen und Lastträgheit zu überwinden. Rahmenlose Torquemotoren können bereits bei relativ niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment erzeugen.
Ermöglicht eine präzise Steuerung:
Sie sind eng mit Komponenten wie hochpräzisen Encodern und Drehmomentsensoren integriert, um eine leistungsstarke integrierte Antriebseinheit zu bilden. Der Controller kann Gelenkpositionsinformationen aus dem Encoder-Feedback in Echtzeit lesen und in Kombination mit Drehmomentdaten vom Drehmomentsensor das Drehmoment und die Drehzahl des Motors feinabstimmen.
Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit der Gelenke:
Dank der extrem geringen Rotorträgheit kann der Motor mit
Geschwindigkeiten im Millisekundenbereich auf Steuerbefehle reagieren . Selbst wenn sich die äußere Umgebung ändert oder die Aktionen plötzlich geändert werden, können die Robotergelenke ihre Haltung schnell anpassen und so die Stabilität und Sicherheit des Roboters gewährleisten.
06 Breite Anwendungsfelder
Die Einsatzgebiete gehäuseloser Torquemotoren sind sehr umfangreich. Sie werden hauptsächlich in Robotergelenken und -armen eingesetzt, um ein hohes Drehmoment und eine hochpräzise Steuerung zu gewährleisten.
In medizinischen Geräten werden rahmenlose Torquemotoren mit chirurgischen Robotern, medizinischen Bildgebungssystemen usw. kombiniert, um eine hochpräzise und reibungslose Bewegungssteuerung zu erreichen. Sie können in medizinischen Bereichen wie der medizinischen Bildgebung und chirurgischen Robotern eingesetzt werden und Operationen mit hoher Präzision in Bereichen durchführen, die weitaus kleiner sind, als die menschliche Hand bewältigen kann.
Im Bereich der High-End-CNC-Werkzeugmaschinen können rahmenlose Torquemotoren in hochpräzisen Fünf-Achsen-Maschinen eingesetzt werden, um die Genauigkeit und Wiederholbarkeit bei Prozessen wie Formen, Schleifen und Bohren zu verbessern.
Darüber hinaus werden sie auch in Anwendungen im Luft- und Raumfahrtbereich eingesetzt, beispielsweise in Radargeräten, Trägheitsnavigationssystemen und Plattenspielern.
07 Riesige Marktaussichten
Die Marktaussichten für rahmenlose Torquemotoren sind sehr breit gefächert. Die weltweite Marktgröße für rahmenlose Torquemotoren betrug im Jahr 2022 4,5 Milliarden CNY und wird bis 2030 voraussichtlich 22,4 Milliarden CNY erreichen , wobei das Marktsegment für humanoide Roboter 16,3 Milliarden CNY ausmacht.
Den Daten von Valuates Reports zufolge betrug die weltweite Marktgröße für rahmenlose Torquemotoren im Jahr 2022 670 Millionen US-Dollar und soll bis 2029 auf 1,17 Milliarden US-Dollar anwachsen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 8 % entspricht. Es wird erwartet, dass sich der Markt für rahmenlose Torquemotoren mit dem schnellen Wachstum kollaborativer Roboter und der Nachfrage nach intelligenten Motoren rasant weiterentwickeln wird.
08 Technische Herausforderungen und Zukunftstrends
Obwohl rahmenlose Torquemotoren großes Potenzial im Bereich humanoider Roboter aufweisen, gibt es bei ihrer Technologie und Produktion noch einige Herausforderungen.
Aus technischer Sicht stellt die weitere Erhöhung der Drehmomentdichte rahmenloser Torquemotoren bei gleichzeitiger Reduzierung ihres Temperaturanstiegs und einer Verringerung der Lücke zwischen Nenndrehzahl und Maximaldrehzahl hohe Anforderungen an das elektromagnetische Design.
Was die Kosten betrifft, sind die Kosten als entscheidender Bestandteil humanoider Roboter aufgrund der derzeit niedrigen inländischen Produktionsrate seiner Kernkomponenten in China weiterhin hoch.
Zu den zukünftigen Entwicklungstrends gehören: die kontinuierliche Verbesserung der Leistungsindikatoren für rahmenlose Torquemotoren, um den höheren Anforderungen an Gelenkflexibilität und Leistung in humanoiden Robotern gerecht zu werden.
Gleichzeitig die Optimierung von Produktionsabläufen und die Reduzierung von Produktionskosten zu wichtigen Zielen für die zukünftige Entwicklung. werden
Während humanoide Roboter von „Labordemonstrationen“ zur „ersten Kommerzialisierung in bestimmten Szenarien“ übergehen, treten rahmenlose Torquemotoren als ihre wichtigste Energiequelle in eine goldene Entwicklungsphase ein.
2025 gilt als kritisches Jahr für die Massenproduktion humanoider Roboter. Rahmenlose Torquemotoren machen 16 % des Wertes eines humanoiden Roboters aus. Die aktuellen Preise liegen je nach Leistung und Größe zwischen einigen hundert CNY und über tausend CNY.
Es wird erwartet, dass ihre Preise in Zukunft durch Größenausweitung und Prozessinnovation erheblich sinken werden, was die Einführung humanoider Roboter weiter fördern wird.
Diese kompakte und dennoch leistungsstarke Technologie, der rahmenlose Torquemotor, wird zum heimlichen Helden hinter den flexiblen Gelenken humanoider Roboter und unterstützt still und leise die rasante Entwicklung der Robotikindustrie.
