Humanoide Roboter sind auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz zu einer leuchtenden Perle geworden.
In den letzten Jahren sind humanoide Roboter zu einer leuchtenden Perle auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz mit ihrer breiten Anwendung in vielen Bereichen wie medizinischer Versorgung und Service geworden. Um die Entwicklung der Branche weiter zu fördern, haben die lokalen Regierungen Richtlinien eingeführt, um die Unterstützung humanoischer Roboter und ihre Schlüsselkomponenten zu erhöhen. In der Humanoid -Roboter -Industriekette spielt der Hohlbechermotor eine wichtige Rolle im Bewegungssteuerungssystem des humanoiden Roboters, wie die Kernkomponente des Tesla Humanoid -Roboters Dexterous Hand ist der Hohlbechermotor, eine einzelne Roboter -Montage 12 (6 jede rechte Hand). Dieses Papier zielt darauf ab, die technischen Merkmale, den Marktstatus und die Zukunftsaussichten von Hollow Cup Motor durch die Forschung zu erörtern.
Was ist Hohlbecher Motor
1. Konzept und Klassifizierung des Motors
Ein Elektromotor ist ein Gerät, das elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Es verwendet eine energiegeladene Spule (dh die Statorwicklung), um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, und wird für den Rotor verwendet (z. Das Prinzip besteht darin, das Magnetfeld zu verwenden, um den Strom zu erzwingen, um den Motor zu drehen.
Das Grundprinzip der Drehung des Motors: Um den permanenten Magneten mit einer rotierenden Achse drehen 1 den Magneten (so dass das rotierende Magnetfeld erzeugt wird), 2 nach dem Prinzip des N -Pols und der S -Pol -Heteropol -Anziehung, die gleiche Pole -Abstoßung, 3 der Magnet mit einem rotierenden Achse dreht sich.
In einem Motor ist es tatsächlich der Strom, der durch den Draht fließt, der ein rotierendes Magnetfeld (Magnetkraft) um ihn herum erzeugt, das den Magneten dreht. Wenn der Draht in eine Spule verwundet wird, wird die Magnetkraft synthetisiert, um einen großen Magnetfeldfluss (Magnetfluss) zu bilden, was zu den N- und S -Polen führt. Durch Einfügen eines Eisenkerns in eine Drahtspule sind die Magnetfeldleitungen leichter zu passieren und können eine stärkere Magnetkraft erzeugen.
Die Struktur des Motors besteht hauptsächlich aus zwei Teilen: Stator und Rotor.
Stator: Der stationäre Teil des Motors, dessen Hauptstruktur der Magnetpol, die Wicklung und die Klammer umfasst. Der Magnetpol ist Teil des Motors, der das Magnetfeld erzeugt, das normalerweise aus Eisenkern und Spulen besteht. Die Wicklung ist die Spule im Stator, die normalerweise aus Leitern und Isolierung besteht, deren Aufgabe darin besteht, ein Magnetfeld zu erzeugen, wenn ein elektrischer Strom durch sie geht. Die Halterung ist die Stützstruktur des Stators, die normalerweise aus Aluminiumlegierung und anderen Materialien bestehen, mit guter Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit.
Rotor: Der rotierende Teil eines Motors, dessen Hauptstruktur Anker, Lager und Endkappen umfasst. Der Anker ist die Spule im Rotor, die normalerweise aus Leitern und Isolierung besteht, deren Aufgabe darin besteht, ein Magnetfeld zu erzeugen, wenn ein elektrischer Strom durch sie geht. Lager sind die Stützstruktur des Rotors, normalerweise aus Stahl oder Keramik, mit guter Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit. Die Endabdeckung ist die Endstruktur des Motors, die normalerweise aus Aluminiumlegierung und anderen Materialien besteht, mit guter Versiegelung und Festigkeit.
2, Definition und Klassifizierung von Hohlbechermotors
1958 entwickelte Dr.ff Aulhaber die geneigte Wickelspulentechnologie und erhielt 1965 das entsprechende Patent für den Hohlbechermotor, wobei das Aufkommen des Hohlbechungsmotors markiert wurde. Das kreative strukturelle Design ermöglicht es dem Motor, sowohl kleiner als auch eine größere Effizienz zu sein. Der Hohlbechermotor gehört zum DC Permanent Magnet Servo Motor, die Motorstruktur ist in der folgenden Abbildung dargestellt, die hauptsächlich aus Stator und Rotor besteht. Der Stator besteht aus Siliziumstahlblech und Spulenwicklung, und die Siliziumstahlblech ohne Zahnrillen kann den Zahnrilleneffekt vermeiden und den Eisenverlust und den Wirbelstromverlust verringern. Der Rotor besteht aus einem permanenten Magneten, einer rotierenden Welle und seinen festen Teilen, und der Motor verwendet einen permanenten Ringmagneten, der leicht zu verarbeiten und zu installieren ist.
Im Vergleich zu gewöhnlichen Motoren besteht das größte Merkmal des Rotors darin, dass es die Rotorstruktur des traditionellen Motors in der Struktur durchbricht und einen No-Core-Rotor verwendet, der auch als Hohlbecherrotor bezeichnet wird. Der Rotor ist eine hohle Tassenstruktur, die von Wicklungen und Magneten umgeben ist. In gewöhnlichen Motoren ist die Rolle des Eisenkerns hauptsächlich: 1) Konzentrieren und leiten Sie das Magnetfeld: Der Eisenkern besteht aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität (wie Siliziumstahlblech), das sich konzentrieren und den magnetischen Fluss leiten kann, wodurch die Magnetfeldstärke und -seffizienz des Motors verbessert wird. 2) Stützwicklung: Der Eisenkern bietet eine starke Stützstruktur für die Wicklung, um sicherzustellen, dass die Wicklung während des Betriebs des Motors eine stabile Form und Position beibehält. Im Hohlbechermotor wird der dünnwandige Hohlzylinder als Rotor verwendet, und der Hohlzylinder wird ohne zusätzliche Kernstütze direkt in die Wicklung gewickelt. Vorteile des kernlosen Designs: 1) Eliminierung von Wirbelstrom- und Hystereseverlusten: Der Eisenkern in einem gemeinsamen Motor erzeugt Wirbelstrom- und Hystereseverluste in einem abwechselnden Magnetfeld, wodurch die Effizienz des Motors verringert wird. Der Hohlbechermotor verwendet einen Korrekturrotor, der diese Verluste vollständig beseitigt und damit die Energieumwandlungseffizienz des Motors verbessert. 2) Gewicht und Trägheitsmoment reduzieren: Das kernfreie Design verringert das Gewicht des Rotors erheblich und wird das gesamte Motor leichter. Gleichzeitig ermöglicht die Trägheitsverringerung dem Motor eine schnellere Reaktionsgeschwindigkeit und eine höhere Beschleunigung, was für Anwendungsszenarien, die einen schnellen Start und Stopp erfordern, sehr vorteilhaft ist.
Gleichzeitig kann das Präzisionsdesign der Hohlzylinderstruktur und des Wicklungslayouts die Magnetfeldverteilung im Hohlbechermotor optimieren, die magnetische Leckage und den Energieverlust verringern und die Effizienz und Leistung des Motors weiter verbessern.
Der Hohlbechermotor kann gemäß seinem Kommutierungsmodus in zwei Arten unterteilt werden: Einer ist der Hohlbecherbürstenmotor, der den mechanischen Carbon -Bürstenbeamtenmodus annimmt. Der andere ist der hohlbecher bürstenlose Motor, der die Bürstenbefehls durch elektronische Kommutierung ersetzt, wodurch der während des Betriebs des Bürstenmotors erzeugte elektrische Funken- und Tonerpartikel vermieden, das Geräusch verringert und die Lebensdauer des Motors erhöht. Aus dem Vergleich verschiedener Produkte von Mingzhi -Elektrogeräten in der folgenden Abbildung ist ersichtlich, dass keine Bürste im bürstenlosen Hohlbechermotor erforderlich ist, aber der Hallsensor erfasst das Rotormagnetfeldsignal, verwandelt die mechanische Umkehrung in eine elektronische Signalumkehr und vereinfacht die physikalische Struktur des Hohlbechsmotors weiter.
3, hohle Tassenmotorvorteile
Der Hohlbechermotor durchbricht die Rotorstruktur des traditionellen Motors in der Struktur, reduziert den durch die Bildung des Wirbelstroms im Eisenkern verursachten Leistungsverlust, und sein Masse und sein Trägheitsmoment werden stark reduziert, wodurch der mechanische Energieverlust des Rotors selbst verringert wird. Zusammenfassend hat der Hohlbechermotor die Vorteile einer hohen Leistungsdichte, einer langen Lebensdauer, einer schnellen Reaktion, einem hohen Spitzenmoment, einer guten Wärmeabteilung und so weiter.
Hochleistungsdichte: Die Leistungsdichte des Hohlbechungsmotors ist das Verhältnis der Ausgangsleistung zu Gewicht oder Volumen. In Bezug auf das Gewicht ist der Nicht-Kern-Rotor leichter als der gewöhnliche Kernrotor. In Bezug auf die Effizienz eliminiert der Coreless -Rotor den Wirbelstrom und der durch den Coreless -Rotor erzeugte Hystereseverlust, verbessert die Effizienz des Mikromotors und sorgt für ein hohes Ausgangsdrehmoment und die Ausgangsleistung. Die maximale Effizienz der meisten Hohlbechermotoren beträgt mehr als 80%, während die maximale Effizienz der meisten Pinsel -DC -Motoren im Allgemeinen bei etwa 50%beträgt. Ein geringeres Gewicht und eine höhere Effizienz ermöglichen es, hohle Tassenmotoren zu erreichen, um eine höhere Leistungsdichte zu erzielen. Daher ist der Hohlbechermotor besonders für batteriebetriebene Anwendungen geeignet, die lange Betriebsperioden erfordern, wie z.
Hohe Drehmomentdichte: Das kernlose Design verringert das Gewicht des Rotors und das Trägheitsmoment, und das niedrige Trägheitsmoment bedeutet, dass der Motor schneller beschleunigen und verlangsamen kann und so in kurzer Zeit mehr Drehmoment erzeugen kann. Gleichzeitig macht das Fehlen eines Eisenkerns den Hohlbechermotor kompakter, kleiner und in der Lage, einen höheren Drehmomentleistung in einem begrenzten Raum zu erzielen.
Lange Lebensdauer: Die Anzahl der Umkehrstücke des Hohlbechermotors macht die Stromschwankung und die Induktivität des Motors bei der Rückkehr kleiner und verringert die elektrische Korrosion des Umkehrsystems während des Umkehrprozesses erheblich, um eine längere Lebensdauer zu haben. Nach den Daten in der 'Anwendungsforschung der maßgeschneiderten Verwaltung von Hohlbechermotoren ' beträgt die Lebensdauer von gebürsteten DC -Motoren im Allgemeinen nur wenige hundert Stunden, und die Lebenserwartung von Hohlbechermotoren liegt normalerweise zwischen 1000 und 3000 Stunden, was einen länger zuverlässigen Betrieb liefern kann.
Schnelle Reaktionsgeschwindigkeit: Der traditionelle Motor hat aufgrund der Existenz des Eisenkerns ein relativ großes Trägheitsmoment, während der Hohlbechermotor kompakt ist, und der Rotor ist ein bupsförmiger selbsttragender Spule, sodass das Gewicht leichter ist und der kleinere Trägheitsmoment auch den Höhlenbechermotor aufweist. Nach dem 'Forschungsfortschritt des Hohlbecher -Mikromotors und der Spule ' beträgt die mechanische Zeitkonstante des allgemeinen Kernmotors etwa 100 ms, während die mechanische Zeitkonstante des Hohlbechermotors weniger als 28 ms beträgt und einige Produkte sogar weniger als 10 ms beträgt.
Das hohe Spitzendrehmoment: das Verhältnis des Spitzendrehmoments und des kontinuierlichen Drehmoments des Hohlbechungsmotors ist sehr groß, da der Prozess des Stroms auf die Spitzendrehmomentkonstante unverändert bleibt und die lineare Beziehung zwischen dem Strom und dem Drehmoment dazu führen kann, dass die Mikromotor ein großes Spitzendrehmoment erzeugt. Nachdem der normale Kernmotor die Sättigung erreicht hat, unabhängig von der Stromversorgung erhöht sich das Drehmoment des Gleichstrommotors nicht.
Gute Wärmeissipation: Die Oberfläche des Hohlbechsrotors hat einen Luftstrom, besser als die Wärmeableitungsleistung des Kernrotors. Der emaillierte Draht des Kernrotors ist in die Siliziumstahlblechsnut eingebettet. Der Spulenoberflächenluftstrom ist geringer, der Temperaturanstieg ist größer, unter den gleichen Leistungsausgangsbedingungen, der Temperaturanstieg des Hohlbechs -DC -Motors ist geringer.
4, der technische Pfad des Hohlbechungsmotors
Der wichtigste Schritt bei der Herstellung von Hohlbechermotor ist die Produktion von Spulen, sodass das Spulendesign und der Wicklungsprozess zu den Kernbarrieren werden. Der Durchmesser, die Anzahl der Kurven und die Linearität des Kabels beeinflussen die Kernparameter des Motors direkt. Die Kernbarriere der Spulenwicklung spiegelt sich direkt im Spulendesign wider, da verschiedene Wickelarten Unterschiede in der Automatisierungsrate und des Kupferverbrauchs aufweisen. Andererseits spiegelt es sich auch in der Wicklungsausrüstung und der Wickelmethode wider, und die Füllrate der Hohlbechsnut, die durch unterschiedliche Wickelmaschinen verwundet ist, ist unterschiedlich, was zu unterschiedlichem Sparse führt und direkt den Motorverlust, die Wärmeabteilung, die Stromversorgung usw. beeinflusst.
Spulenkonstruktionswinkel: Das Wickeldesign des hohlen Tassemotors kann in einen geraden Wickeltyp, den schrägen Wickeltyp und den Satteltyp unterteilt werden.
Gerade Wicklung: Der Draht der Spule ist parallel zur Achse des Motors und bildet eine konzentrierte Wickelstruktur. Die Konstruktionsidee der geraden Spule besteht darin, den gewöhnlichen kreisförmigen, emaillierten Draht auf der Wickelstempel gemäß der Anforderung der Anzahl der Kurven zu winden, die Wicklung an der Kernwelle des Drahtes zu verbinden und dann den Bindemittel an beiden Enden zu verwenden, um zu heilen und zu bilden. Relativ gesehen erzeugt das Ende der geraden Wicklung kein Drehmoment und erhöht das Ankergewicht und den Ankerwiderstand.
Schrägliche Wicklung: Die Wabenwicklung wird auch als Wabenwicklung bekannt und wird verwendet. Damit ist es notwendig, die effektive Seite des Elements und die Ankerachse in einen bestimmten Neigungwinkel zu machen. Die Endgröße dieser Wickelmethode ist gering, aber da die schräge Wickelung eine bestimmte Linienwinkel erfordert, überlappt sich die emaillierten Draht und die Schlitzfüllrate niedrig. Im Vergleich zum geraden Wundtyp weist der geneigte Wickelkernen keine Endwicklung auf, wodurch das Ankergewicht verringert wird und die Vorteile des kleinen Trägheitsmoments, der kleinen Zeitkonstante, der guten Luftwiderstandseigenschaften und des großen Ausgangsdrehmoments aufweist. Faulhaber in Deutschland und Portescap in der Schweiz verwenden hauptsächlich geneigte Wicklung.
Satteltyp: Auch als konzentrische oder rhomboidische Wicklung bezeichnet, wird die Methode zum Wickeln einer geformten Spule und dann der Verkabelung verwendet, dh der selbstklebende emaillierte Emaillierdraht wird auf einer speziellen formenden Wickelmut verwundet, und der Ankerbecher besteht aus mehreren Formungsanordnungen. Beim Wickeln sind die beiden Spulenschichten ordentlich und geformt angeordnet, was zweckmäßig ist, die Größe des Ankerbechers nach der Umgestaltung zu steuern und die Schlitzfüllrate zu verbessern. Gleichzeitig hat diese Methode eine hohe Produktionseffizienz und eignet sich für die Massenproduktion. Das Ende des Sattels Wickling Armature hat weniger überlappende Schichten, ein kleiner Luftspalt und eine hohe Nutzungsrate des permanenten Magneten, wodurch die Leistungsdichte des Motors verbessert wird. Einige Produkte von Maxon in der Schweiz verwenden Satteltyp-Wicklung.
Sichtweise des Wicklungsverfahrens: Aus Sicht der Produktionstechnologie ist nach der Formmethode der Spule hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: manuelles Wickeln, Wickeln und einmalige Bildungsproduktion.
1) Manuelle Wicklung. Durch eine Reihe komplexer Prozesse, einschließlich Pin -Insertion, manueller Wickeln, manuelle Verkabelung und andere Schritte zum Erstellen. Es ist für Produkte geeignet, die ein hohes Maß an Anpassung erfordern, aber die Produktionseffizienz und die Produktstabilität sind begrenzt.
2) Wicklungsproduktionstechnologie. Die Wicklungsproduktionstechnologie ist die semiautomatische Produktion, der emaillierte Draht wird zuerst mit einem diamantförmigen Querschnitt nacheinander an die Hauptwelle gewickelt und wird nach Erreichen der erforderlichen Länge entfernt und dann in eine Drahtplatte abgeflacht, und schließlich wird die Drahtplatte in eine tupsförmige Spule gewickelt. Nach dem Produktionsprozess und dem Ausrüstungsvorgang des 'Winding Hohlbecher-Ankers kann die nächste Wickelmaschine mit 4 Arbeitern konfiguriert werden, um einen jährlichen Ausgang von 30.000 Einheiten zu erzielen. Die Begrenzung der Wicklung ist jedoch, dass es für 20-30 mm hohlfuster Tassendurchmesser eher geeignet ist, es ist schwierig, kleinere Walken mit weniger als 7 mm zu wickeln. Insgesamt ist die Produktionseffizienz des Wicklungsprozesses relativ hoch und kann die Anforderungen der Produktion mit mittlerer Ebene erfüllen. Die hohe manuelle Teilnahmequote führt jedoch zur Konsistenz des fertigen Produkts möglicherweise nicht so gut wie die automatisierte Produktion, und es ist schwierig, die geringere Größe der Hohlbechsspulenwicklung zu erfüllen.
3) Eine Formtechnologie aus Formtechnik. Die Wickelmaschine durch Automatisierungsausrüstung wird nach der Regel einer Spindel, der Spulenverwicklung nach Entfernung, einem Formteil, einer Rollen und Abflachung mehrerer Prozesse, einem hohen Automatisierungsgrad, ein emaillierter Draht sein, sodass die Produktionseffizienz und die Konsistenz der Fertigprodukts besser sind. Aber die entsprechende Vorab -Geräteinvestition wird höher sein.
Der frühzeitige Übersee -Wickelprozess ist der Grad der Automatisierung höher als inländisch. Das Inland nimmt hauptsächlich die Wickelproduktion an, das Verfahren ist komplizierter, die Arbeitsintensität der Arbeitnehmer ist groß, kann die Spule nicht mit dickerem Drahtdurchmesser vervollständigen und die Schrottrate ist hoch. Aus dem Ausland verwenden hauptsächlich die einmalige Wundproduktionstechnologie, ein hohes Maß an Automatisierung, hohe Produktionseffizienz, Spulendurchmesser, gute Spulenqualität, enge Anordnung, motorische Typen und gute Leistung.
Industriekettenglieder und nachgelagerte Anwendungen
Der stromaufwärts des Hohlbechermotors sind Rohstoffe und Teile, Rohstoffe umfassen Kupfer, Stahl, Magnetstahl, Kunststoff usw. Teile enthalten Lager, Bürsten, Kommutatoren usw. Die mittleren Reichweite der Industriekette sind Motorhersteller. Der stromabwärts der Industriekette ist das Anwendungsende, und der Hohlbechermotor hat die Eigenschaften von hoher Empfindlichkeit, stabilem Betrieb und starker Kontrolle, die den strengen Anforderungen des High-End-Feldes des elektrischen Antriebs entspricht. Daher wird er hauptsächlich in Luft- und Raumfahrt, medizinische Geräte, industrielle Automatisierung und Robotik und andere hochwertige Felder verwendet. Gleichzeitig wird der Hohlbechermotor nach und nach im Zivilfeld wie Büroautomatisierung, Elektrowerkzeuge und so weiter angewendet.
Ein vielversprechender Hohlbechermotor
Hohlbechermotor mit seinem einzigartigen Design ohne Eisenkern, der hohe Geschwindigkeit, hohe Effizienz, hohe dynamische Reaktion und andere bedeutende Vorteile zeigt, die in der Luft- und Raumfahrt, medizinischen Geräten und anderen Feldern häufig verwendet werden, hat auch einen signifikanten Einfluss. Obwohl in Überseeunternehmen wie Maxon und Faulhaber derzeit den First-Mover-Vorteil mit der kontinuierlichen Verbesserung des technischen Niveaus der inländischen Hersteller und der raschen Entwicklung des humanoiden Robotermarktes haben, werden inländische Hohlbechermotoren neue Entwicklungsmöglichkeiten einleiten.
