حرکتی فنجان توخالی (میکرو موتور) - آینده را با روبات های انسانی کنترل کنید

روبات های انسان دوستانه در زمینه هوش مصنوعی به یک مروارید درخشان تبدیل شده اند.

در سالهای اخیر ، روبات های انسان دوستانه با کاربرد گسترده خود در بسیاری از زمینه ها مانند مراقبت های پزشکی و خدمات ، به یک مروارید درخشان در زمینه هوش مصنوعی تبدیل شده اند. به منظور ارتقاء بیشتر توسعه صنعت ، دولت های محلی سیاست هایی را برای افزایش حمایت از روبات های انسانی و مؤلفه های اصلی آنها معرفی کرده اند. در زنجیره صنعت ربات انسان انسانی ، موتور توخالی فنجان نقش مهمی در سیستم کنترل حرکت ربات انسان دوستانه ایفا می کند ، مانند مؤلفه اصلی دست دکریس ربات انسانی تسلا ، حرکتی توخالی فنجان ، یک مونتاژ روبات 12 (6 هر دست راست) است. این مقاله با هدف بحث در مورد ویژگی های فنی ، وضعیت بازار و چشم انداز آینده موتور Hollow Cup از طریق تحقیق انجام شده است.

چیست موتوری فنجان توخالی

1 مفهوم و طبقه بندی موتور

موتور الکتریکی وسیله ای است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. از یک سیم پیچ پرانرژی (یعنی سیم پیچ استاتور) برای تولید یک میدان مغناطیسی در حال چرخش استفاده می کند و برای روتور (مانند یک قاب آلومینیومی بسته بسته بندی سنجاب) برای تشکیل یک گشتاور چرخشی مغناطیسی استفاده می شود ، که تبدیل نیروهای تولید شده توسط جریان فعلی در میدان مغناطیسی به یک عمل چرخش است. اصل استفاده از میدان مغناطیسی برای مجبور کردن جریان برای چرخش موتور است.

اصل اساسی چرخش موتور: در اطراف آهنربای دائمی با یک محور چرخان ، 1 آهنربا را بچرخانید (به طوری که میدان مغناطیسی در حال چرخش ایجاد می شود) ، 2 مطابق اصل قطب N و جذابیت هتروپول قطب S ، همان دفع قطب ، 3 آهنربا با محور چرخش می چرخد.

در یک موتور ، در واقع جریان جریان از طریق سیم است که یک میدان مغناطیسی در حال چرخش (نیروی مغناطیسی) در اطراف آن ایجاد می کند که باعث چرخش آهنربا می شود. هنگامی که سیم درون یک سیم پیچ پیچیده می شود ، نیروی مغناطیسی سنتز می شود تا یک شار میدان مغناطیسی بزرگ (شار مغناطیسی) تشکیل شود و در نتیجه قطب های N و S ایجاد شود. با قرار دادن یک هسته آهن در یک سیم پیچ سیم ، خطوط میدان مغناطیسی آسانتر می شوند و می توانند یک نیروی مغناطیسی قوی تر تولید کنند.

ساختار موتور عمدتاً از دو قسمت تشکیل شده است: استاتور و روتور.

استاتور: قسمت ثابت موتور ، که ساختار اصلی آن شامل قطب مغناطیسی ، سیم پیچ و براکت است. قطب مغناطیسی بخشی از موتور است که میدان مغناطیسی را تولید می کند ، که معمولاً از یک هسته آهن و کویل تشکیل شده است. سیم پیچ سیم پیچ موجود در استاتور است که معمولاً از هادی ها و عایق ها تشکیل شده است ، که نقش آن در تولید میدان مغناطیسی هنگام عبور از جریان الکتریکی از آن است. براکت ساختار پشتیبانی استاتور است که معمولاً از آلیاژ آلومینیوم و سایر مواد ساخته شده است و مقاومت و استحکام خوردگی خوبی دارد.

روتور: قسمت چرخشی یک موتور ، که ساختار اصلی آن شامل آرماتور ، یاتاقان ها و کلاه های انتهایی است. آرماتور سیم پیچ در روتور است که معمولاً از هادی ها و عایق ها تشکیل شده است ، که نقش آنها در تولید میدان مغناطیسی هنگام عبور از جریان الکتریکی از آن است. یاتاقان ها ساختار پشتیبانی روتور هستند که معمولاً از فولاد یا سرامیک ساخته شده و دارای سایش خوب و مقاومت در برابر خوردگی هستند. پوشش انتهایی ساختار انتهایی موتور است که معمولاً از آلیاژ آلومینیوم و سایر مواد ساخته شده است ، با آب بندی و استحکام خوب.

2 ، تعریف و طبقه بندی موتور Hollow Cup

در سال 1958 ، Dr.FF Aulhaber فن آوری سیم پیچ سیم پیچ را توسعه داد و در سال 1965 حق ثبت اختراع مربوطه را برای موتور Hollow Cup به دست آورد ، و ظهور موتور Hollow Cup را نشان داد و طراحی ساختاری خلاق آن اجازه می دهد تا موتور هم اندازه کوچکتر باشد و هم راندمان بیشتر. موتور فنجان توخالی متعلق به موتور سروو آهنربای دائمی DC است ، ساختار موتور در شکل زیر نشان داده شده است ، که عمدتا از استاتور و روتور تشکیل شده است. استاتور از ورق فولادی سیلیکون و سیم پیچ سیم پیچ تشکیل شده است ، و ورق فولادی سیلیکون بدون ساختار شیار دندان می تواند از اثر شیار دندان جلوگیری کند و از بین رفتن آهن و از بین رفتن جریان ادی کاهش یابد. روتور از یک آهنربای دائمی ، یک شافت چرخان و قطعات ثابت آن تشکیل شده است و موتور از یک آهنربای دائمی حلقه استفاده می کند که پردازش و نصب آن آسان است.

در مقایسه با موتورهای معمولی ، بزرگترین ویژگی روتور این است که از ساختار روتور موتور سنتی در ساختار جدا می شود و از یک روتور بدون هسته استفاده می کند ، همچنین به عنوان یک روتور فنجان توخالی شناخته می شود. روتور یک ساختار فنجان توخالی است که توسط سیم پیچ ها و آهن ربا احاطه شده است. در موتورهای معمولی ، نقش هسته آهن به طور عمده: 1) تمرکز و هدایت میدان مغناطیسی: هسته آهن از ماده ای با نفوذپذیری مغناطیسی بالا (مانند ورق فولادی سیلیکون) ساخته شده است ، که می تواند متمرکز و هدایت شار مغناطیسی باشد ، در نتیجه قدرت میدان مغناطیسی و راندمان موتور را بهبود می بخشد. 2) سیم پیچ پشتیبانی: هسته آهن یک ساختار پشتیبانی قوی برای سیم پیچ فراهم می کند ، و اطمینان می دهد که سیم پیچ در حین کار موتور شکل و موقعیت پایدار را حفظ می کند. در موتور فنجان توخالی ، از سیلندر توخالی با دیواره نازک به عنوان روتور استفاده می شود و سیلندر توخالی مستقیماً در داخل سیم پیچ و بدون پشتیبانی هسته اضافی پیچیده می شود. مزایای طراحی بی نظیر: 1) از بین بردن تلفات جریان و هیسترزیس ادی: هسته آهن در یک موتور مشترک باعث ایجاد تلفات جریان و هیسترزیس در یک میدان مغناطیسی متناوب می شود که باعث کاهش کارایی موتور می شود. موتور Hollow Cup از یک روتور بی نظیر استفاده می کند ، که این تلفات را به طور کامل از بین می برد و از این طریق بازده تبدیل انرژی موتور را بهبود می بخشد. 2) کاهش وزن و لحظه بی تحرکی: طراحی بدون هسته به طور قابل توجهی وزن روتور را کاهش می دهد و کل موتور را سبک تر می کند. در عین حال ، کاهش لحظه عدم تحرک به موتور اجازه می دهد تا سرعت پاسخ سریعتر و شتاب بالاتر داشته باشد ، که برای سناریوهای کاربردی که نیاز به شروع سریع و توقف دارند بسیار مفید است.

در عین حال ، طراحی دقیق ساختار استوانه توخالی و طرح سیم پیچ می تواند توزیع میدان مغناطیسی را در داخل حرکات توخالی فنجان بهینه سازی ، کاهش نشت مغناطیسی و از دست دادن انرژی بهینه کرده و باعث افزایش کارایی و عملکرد موتور شود.

موتور فنجان توخالی را می توان با توجه به حالت جابجایی خود به دو نوع تقسیم کرد: یکی موتور برس فنجان توخالی است که حالت جابجایی برس کربن مکانیکی را تصویب می کند. مورد دیگر ، موتور بدون برس فنجان توخالی است که جایگزین برس را با تعدیل الکترونیکی جایگزین می کند و از جرقه الکتریکی و ذرات تونر تولید شده در حین کار موتور برس جلوگیری می کند ، باعث کاهش نویز و افزایش عمر موتور می شود. از مقایسه محصولات مختلف لوازم الکتریکی Mingzhi در شکل زیر ، می توان دریافت که نیازی به برس در موتور فنجان توخالی بدون برس وجود ندارد ، اما سنسور سالن سیگنال میدان مغناطیسی روتور را تشخیص می دهد ، معکوس مکانیکی را به یک معکوس سیگنال الکترونیکی تبدیل می کند و ساختار فیزیکی موتور فنجان توخالی را ساده تر می کند.

3 ، مزایای حرکتی فنجان توخالی

موتور فنجان توخالی از ساختار روتور موتور سنتی در ساختار جدا می شود ، از بین رفتن قدرت ناشی از تشکیل جریان ادی در هسته آهن کاهش می یابد و جرم و لحظه بی تحرک آن به شدت کاهش می یابد ، در نتیجه کاهش انرژی مکانیکی خود روتور را کاهش می دهد. به طور خلاصه ، موتور Hollow Cup دارای مزایای چگالی قدرت بالا ، عمر طولانی مدت ، پاسخ سریع ، گشتاور اوج بالا ، اتلاف گرمای خوب و غیره است.

چگالی قدرت بالا: چگالی توان موتور فنجان توخالی نسبت توان خروجی به وزن یا حجم است. از نظر وزن ، روتور غیر هسته ای سبک تر از روتور هسته معمولی است. از نظر کارآیی ، روتور بی نظیر از بین رفتن جریان ادی و هیسترزیس تولید شده توسط روتور بی نظیر از بین می رود ، کارایی میکروموتور را بهبود می بخشد و گشتاور خروجی بالا و قدرت خروجی را تضمین می کند. حداکثر کارآیی بیشتر موتورهای توخالی فنجان بیش از 80 ٪ است ، در حالی که حداکثر کارآیی اکثر موتورهای DC برس به طور کلی حدود 50 ٪ است. وزن کمتری و راندمان بالاتر به موتورهای فنجان توخالی اجازه می دهد تا به چگالی قدرت بالاتر برسند. بنابراین ، موتور Hollow Cup به ویژه برای کاربردهای باتری که نیاز به مدت زمان طولانی کار دارند ، مانند پمپ های نمونه برداری هوا قابل حمل ، روبات های انسانی ، دست های بیونیک ، ابزارهای قدرت دستی و سایر برنامه ها مناسب است.

چگالی گشتاور بالا: طراحی بی نظیر وزن روتور و لحظه بی تحرکی را کاهش می دهد و لحظه کم اینرسی به این معنی است که موتور می تواند سریعتر شتاب و کاهش یابد ، بنابراین قادر به تولید گشتاور بیشتری در مدت زمان کوتاه است. در عین حال ، عدم وجود هسته آهن باعث می شود حرکتی فنجان توخالی فشرده تر ، کوچکتر و قادر به ارائه گشتاور بالاتر در یک فضای محدود باشد.

طول عمر طولانی: تعداد معکوس های موتور فنجان توخالی باعث نوسان فعلی و القای موتور در هنگام معکوس می شود و باعث کاهش خوردگی الکتریکی سیستم معکوس در طی فرآیند معکوس می شود تا عمر طولانی تری داشته باشد. با توجه به داده های موجود در 'تحقیقات کاربردی مدیریت سفارشی موتورهای Hollow Cup ' ، عمر موتورهای برس DC به طور کلی تنها چند صد ساعت است و امید به زندگی موتورهای هالوله توخالی معمولاً بین 1000 تا 3000 ساعت است که می تواند عملکرد قابل اطمینان بیشتری داشته باشد.

سرعت پاسخ سریع: موتور سنتی به دلیل وجود هسته آهن لحظه نسبتاً بزرگی از بی تحرکی دارد ، در حالی که موتور فنجان توخالی جمع و جور است ، و روتور یک سیم پیچ خود پشتیبانی فنجانی است ، بنابراین وزن سبک تر است و لحظه کوچکتر بی تحرک آن همچنین باعث می شود که موتور فنجان توخالی دارای ویژگی های تنظیم شروع شروع کار باشد. با توجه به 'پیشرفت تحقیق از میکرو موتور و سیم پیچ فنجان توخالی' ، ثابت زمان مکانیکی موتور هسته عمومی در حدود 100ms است ، در حالی که ثابت زمان مکانیکی موتور فنجان توخالی کمتر از 28ms است و برخی از محصولات حتی کمتر از 10 متر هستند.

گشتاور اوج بلند: نسبت گشتاور اوج و گشتاور مداوم موتور فنجان توخالی بسیار بزرگ است ، زیرا روند افزایش جریان به اوج ثابت گشتاور بدون تغییر است و رابطه خطی بین جریان و گشتاور می تواند باعث شود میکروموتور یک گشتاور اوج بزرگی تولید کند. پس از رسیدن موتور هسته معمولی DC به اشباع ، مهم نیست که جریان افزایش یابد ، گشتاور موتور DC افزایش نمی یابد.

اتلاف گرمای خوب: سطح روتور فنجان توخالی دارای جریان هوا ، بهتر از عملکرد اتلاف گرما از روتور هسته ، سیم مینا شده از روتور هسته در شیار ورق استیل سیلیکون تعبیه شده است ، جریان هوای سطح سیم پیچ کمتر است ، افزایش دما بزرگتر است ، تحت همان شرایط خروجی قدرت ، افزایش دما از فنجان توخالی موتور کوچکتر است.

4 ، مسیر فنی موتور فنجان توخالی

گام اصلی در تولید موتور Hollow Cup تولید سیم پیچ است ، بنابراین طراحی سیم پیچ و فرآیند سیم پیچ به موانع اصلی آن تبدیل می شود. قطر ، تعداد چرخش و خطی بودن سیم به طور مستقیم بر پارامترهای اصلی موتور تأثیر می گذارد. سد اصلی سیم پیچ سیم پیچ به طور مستقیم در طراحی سیم پیچ منعکس می شود ، زیرا انواع مختلف سیم پیچ در میزان اتوماسیون و مصرف مس تفاوت دارند. از طرف دیگر ، آن را در تجهیزات سیم پیچ و روش سیم پیچ نیز منعکس می کند ، و میزان پر کردن زخم شیار فنجان توخالی توسط ماشین های مختلف سیم پیچ متفاوت است ، که منجر به پراکنده های مختلف می شود ، مستقیماً بر کاهش موتور ، اتلاف گرما ، قدرت و غیره تأثیر می گذارد.

زاویه طراحی سیم پیچ: طراحی سیم پیچ موتور توخالی می تواند به نوع سیم پیچ مستقیم ، نوع سیم پیچ مورب و نوع زین تقسیم شود.

سیم پیچ مستقیم: سیم سیم پیچ به موازات محور موتور است و یک ساختار سیم پیچ غلیظ را تشکیل می دهد. ایده طراحی سیم پیچ مستقیم این است که ابتدا سیمهای مینا دایره ای معمولی را بر روی سیم پیچ با توجه به نیاز تعداد نوبت ها بمیرد و سپس سیم پیچ را روی شافت هسته سیم وصل کنید و سپس از هر دو انتها استفاده کنید تا درمان شود و شکل بگیرد. نسبتاً ، پایان سیم پیچ مستقیم گشتاور ایجاد نمی کند و وزن آرماتور و مقاومت آرماتور را افزایش می دهد.

سیم پیچ مورب: همچنین به عنوان سیم پیچ لانه زنبوری شناخته می شود ، از روش سیم پیچ لانه زنبوری استفاده می شود و شیرها را در وسط قرار می دهد تا بتواند به طور مداوم باد کند ، لازم است که قسمت موثر عنصر و محور آرماتور را به یک زاویه شیب خاص تبدیل کنید. اندازه انتهای این روش سیم پیچ کوچک است ، اما به دلیل سیم پیچ مداوم سیم پیچ به زاویه خط خاصی نیاز دارد ، سیم مینای دندان همپوشانی دارد و میزان پر کردن شکاف کم است. در مقایسه با نوع زخم مستقیم ، آرماتور سیم پیچ شیب دار هیچ سیم پیچ انتهایی ندارد ، وزن آرماتور را کاهش می دهد و مزایای لحظه کوچک بی تحرکی ، ثابت زمان کوچک ، خصوصیات کشیدن خوب و گشتاور خروجی بزرگ را دارد. Faulhaber در آلمان و Portescap در سوئیس بیشتر از سیم پیچ تمایل استفاده می کنند.

نوع زین: همچنین به عنوان سیم پیچ متمرکز یا رومبوئید نیز شناخته می شود ، روش سیم پیچ یک سیم پیچ به شکل و سپس سیم کشی استفاده می شود ، یعنی سیم مینا شده خود چسبنده بر روی یک سیم پیچ مخصوص شکل پیچیده می شود و فنجان آرماتور از چیدمان های شکل چندگانه ساخته شده است. هنگام سیم پیچ ، دو لایه کویل به صورت مرتب و شکل مرتب شده اند که برای کنترل اندازه فنجان آرماتور پس از تغییر شکل و بهبود سرعت پر کردن شکاف مناسب است. در عین حال ، این روش راندمان تولید بالایی دارد و برای تولید انبوه مناسب است. انتهای آرماتور سیم پیچ زین دارای لایه های همپوشانی کمتری ، شکاف هوای کوچک و میزان استفاده زیاد آهنربای دائمی است که باعث بهبود چگالی قدرت موتور می شود. برخی از محصولات ماکسون در سوئیس از سیم پیچ نوع زین استفاده می کنند.

دیدگاه فرآیند سیم پیچ: از دیدگاه فناوری تولید ، با توجه به روش شکل گیری سیم پیچ عمدتاً به سه دسته تقسیم می شود: سیم پیچ دستی ، سیم پیچ و تولید یک بار.

1) سیم پیچ دستی. از طریق یک سری فرآیندهای پیچیده ، از جمله درج پین ، سیم پیچ دستی ، سیم کشی دستی و سایر مراحل تولید. مناسب برای محصولاتی است که نیاز به درجه بالایی از سفارشی سازی دارند ، اما راندمان تولید و ثبات محصول محدود است.

2) فناوری تولید سیم پیچ. فناوری تولید سیم پیچ تولید نیمه اتوماتیک است ، سیم مینای دندان برای اولین بار با یک سطح مقطع الماس به صورت متوالی به شافت اصلی زخم می شود و پس از رسیدن به طول مورد نیاز برداشته می شود و سپس در یک صفحه سیم صاف می شود و در نهایت صفحه سیم درون یک سیم پیچ به شکل فنجان پیچیده می شود. با توجه به فرآیند تولید و تجهیزات تولید آرماتور فنجان 'سیم پیچ توخالی' ، دستگاه سیم پیچ بعدی را می توان با 4 کارگر پیکربندی کرد تا به یک خروجی سالانه 30،000 واحد برسد ، اما محدودیت سیم پیچ این است که برای قطر فنجان توخالی 20-30 میلی متر مناسب تر است. به طور کلی ، راندمان تولید فرآیند سیم پیچ نسبتاً زیاد است و می تواند نیازهای تولید در مقیاس متوسط ​​را برآورده کند. با این حال ، میزان مشارکت بالای دستی آن منجر به قوام محصول نهایی می شود که ممکن است به اندازه تولید خودکار خوب نباشد ، و رسیدن به اندازه کوچکتر سیم پیچ سیم پیچ Hollow Cup دشوار است.

3) یک فناوری تولید قالب. دستگاه سیم پیچ از طریق تجهیزات اتوماسیون با توجه به قاعده یک دوک نخ ریسی ، سیم پیچ در یک فنجان پس از برداشتن ، یک قالب بندی ، بدون نیاز به چرخاندن و صاف کردن فرآیندهای متعدد ، درجه بالایی اتوماسیون ، بنابراین راندمان تولید و قوام محصول نهایی بهتر است. اما سرمایه گذاری تجهیزات مقدماتی مربوطه بیشتر خواهد بود.

فرآیند سیم پیچ در خارج از کشور در اوایل توسعه یافت ، میزان اتوماسیون بالاتر از داخلی است. داخلی که عمدتا تولید سیم پیچ را اتخاذ می کند ، این روند پیچیده تر است ، شدت نیروی کار کارگران بزرگ است ، نمی تواند سیم پیچ را با قطر سیم ضخیم تر تکمیل کند و میزان قراضه زیاد است. کشورهای خارجی به طور عمده از فناوری تولید زخم یک بار ، درجه بالایی اتوماسیون ، راندمان تولید بالا ، دامنه قطر سیم پیچ ، کیفیت سیم پیچ خوب ، آرایش محکم ، انواع موتور ، عملکرد خوب استفاده می کنند.

پیوندهای زنجیره ای صنعتی و برنامه های پایین دست

بالادست موتور فنجان توخالی مواد و قطعات خام است ، مواد اولیه شامل مس ، فولاد ، فولاد مغناطیسی ، پلاستیک و غیره است. قطعات شامل یاتاقان ها ، برس ها ، جابجایی ها و غیره است. میانه زنجیره صنعتی تولید کنندگان موتور هستند. پایین دست زنجیره صنعتی انتهای کاربرد است و موتور Hollow Cup دارای ویژگی های حساسیت بالا ، عملکرد پایدار و کنترل قوی است که مطابق با نیازهای دقیق حوزه سطح بالا درایو برقی است ، بنابراین عمدتا در هوافضا ، تجهیزات پزشکی ، اتوماسیون صنعتی و روباتیک و سایر زمینه های سطح بالا استفاده می شود. در همین زمان ، موتور Hollow Cup نیز به تدریج در زمینه مدنی مانند اتوماسیون اداری ، ابزارهای برق و غیره اعمال می شود.

یک موتور فنجان توخالی امیدوار

حرکتی Hollow Cup با طراحی منحصر به فرد خود بدون هسته آهن ، نشان دهنده سرعت بالا ، راندمان بالا ، پاسخ پویا بالا و سایر مزایای قابل توجه ، که به طور گسترده در هوافضا ، تجهیزات پزشکی و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار می گیرد ، در انعطاف پذیری دست ربات انسان نیز تأثیر قابل توجهی دارد. اگرچه بنگاه های خارج از کشور مانند ماکسون و فائولابر در حال حاضر با پیشرفت مداوم سطح فنی تولید کنندگان داخلی و توسعه سریع بازار ربات انسان دوستانه ، اولین مزیت حرکت را دارند ، اما موتورهای داخلی Hollow Cup در فرصت های جدید توسعه خواهند بود.