Humanoidiroboteista on tullut loistava helmi tekoälyn alalla.
Humanoidiroboteista on tullut viime vuosina loistava helmi tekoälyn alalla niiden laajalla sovelluksella monilla aloilla, kuten sairaanhoidossa ja palveluissa. Edistääkseen edelleen alan kehitystä kunnat ovat ottaneet käyttöön politiikkaa, jolla lisätään humanoidirobottien ja niiden avainkomponenttien tukea. Humanoidirobottiteollisuuden ketjussa onttokuppimoottorilla on tärkeä rooli humanoidirobotin liikkeenohjausjärjestelmässä, kuten Teslan humanoidirobotin näppärän käden ydinkomponentti on ontto kuppimoottori, yksi robottikokoonpano 12 (6 kummassakin oikealla kädellä). Tämän artikkelin tarkoituksena on pohtia onttokuppimoottorin teknisiä ominaisuuksia, markkinatilannetta ja tulevaisuuden näkymiä tutkimuksen kautta.
Mikä on ontto kuppi moottori
1. Moottorin käsite ja luokitus
Sähkömoottori on laite, joka muuntaa sähköenergian mekaaniseksi energiaksi. Se käyttää jännitteistä kelaa (eli staattorin käämitystä) pyörivän magneettikentän luomiseen, ja sitä käytetään roottoriin (kuten oravanhäkkisuljettu alumiinirunko) muodostamaan magnetosähköinen pyörimismomentti, jonka tarkoituksena on muuntaa magneettikentässä virtauksen synnyttämä voima pyöriväksi toiminnaksi. Periaatteena on käyttää magneettikenttää virran pakottamiseksi saamaan moottori pyörimään.
Moottorin pyörimisen perusperiaate: pyörivällä akselilla olevan kestomagneetin ympäri, 1 pyöritä magneettia (niin että pyörivä magneettikenttä syntyy), 2 N-napaisen ja S-napaisen heteropolin vetovoiman periaatteen mukaan, sama napahylkiminen, 3 pyörivällä akselilla varustettu magneetti pyörii.
Moottorissa itse asiassa johdon läpi kulkeva virta luo pyörivän magneettikentän (magneettisen voiman) sen ympärille, joka saa magneetin pyörimään. Kun lanka kierretään kelaan, magneettinen voima syntetisoituu muodostamaan suuren magneettikentän vuon (magneettivuon), mikä johtaa N- ja S-napoihin. Kun rautasydän asetetaan lankakelaan, magneettikenttäviivat kulkevat helpommin läpi ja voivat tuottaa vahvemman magneettisen voiman.
Moottorin rakenne koostuu pääosin kahdesta osasta: staattorista ja roottorista.
Staattori: moottorin kiinteä osa, jonka päärakenne sisältää magneettisen navan, käämin ja kannakkeen. Magneettinapa on moottorin osa, joka tuottaa magneettikentän, joka koostuu yleensä rautasydämestä ja keloista. Käämi on staattorissa oleva käämi, joka koostuu yleensä johtimista ja eristyksestä, jonka tehtävänä on luoda magneettikenttä, kun sähkövirta kulkee sen läpi. Kannatin on staattorin tukirakenne, joka on yleensä valmistettu alumiiniseoksesta ja muista materiaaleista ja jolla on hyvä korroosionkestävyys ja lujuus.
Roottori: Moottorin pyörivä osa, jonka päärakenne sisältää ankkurit, laakerit ja päätykappaleet. Ankkuri on roottorissa oleva käämi, joka koostuu yleensä johtimista ja eristyksestä, jonka tehtävänä on synnyttää magneettikenttä, kun sähkövirta kulkee sen läpi. Laakerit ovat roottorin tukirakenne, joka on yleensä valmistettu teräksestä tai keraamisesta ja jolla on hyvä kulutus- ja korroosionkestävyys. Päätykansi on moottorin päätyrakenne, joka on yleensä valmistettu alumiiniseoksesta ja muista materiaaleista ja jolla on hyvä tiivistys ja lujuus.
2, onttokuppimoottorin määritelmä ja luokitus
Vuonna 1958 Dr.FF aulhaber kehitti kaltevan käämin teknologian ja sai asiaankuuluvan patentin onttokuppimoottorille vuonna 1965, mikä merkitsi onttokuppimoottorin tuloa, ja sen luova rakenne mahdollistaa moottorin sekä pienemmän koon että suuremman tehokkuuden. Onttokuppimoottori kuuluu DC-kestomagneettiservomoottoriin, moottorin rakenne on esitetty seuraavassa kuvassa, koostuu pääasiassa staattorista ja roottorista. Staattori koostuu piiteräslevystä ja käämityksestä, ja piiteräslevy ilman hammasurarakennetta voi välttää hammasuravaikutuksen ja vähentää rautahäviöitä ja pyörrevirtahäviöitä. Roottori koostuu kestomagneetista, pyörivästä akselista ja sen kiinteistä osista, ja moottorissa on rengaskestomagneetti, joka on helppo käsitellä ja asentaa.
Tavallisiin moottoreihin verrattuna roottorin suurin ominaisuus on, että se murtuu rakenteellisesti perinteisen moottorin roottorirakenteen läpi ja käyttää ydintöntä roottoria, joka tunnetaan myös onttokuppiroottorina. Roottori on ontto kupin muotoinen rakenne, jota ympäröivät käämit ja magneetit. Tavallisissa moottoreissa rautasydämen tehtävänä on pääasiassa: 1) keskittää ja ohjata magneettikenttä: rautasydän on valmistettu materiaalista, jolla on korkea magneettinen permeabiliteetti (kuten piiteräslevy), joka voi keskittää ja ohjata magneettivuon, mikä parantaa moottorin magneettikentän voimakkuutta ja tehokkuutta; 2) Tukikäämitys: Rautasydän tarjoaa vahvan tukirakenteen käämille varmistaen, että käämi säilyttää vakaan muodon ja asennon moottorin käytön aikana. Onttokuppimoottorissa ohutseinäistä onttoa sylinteriä käytetään roottorina ja ontto sylinteri kierretään suoraan käämin sisään ilman ylimääräistä sydäntukea. Ytimettömän suunnittelun edut: 1) Pyörrevirta- ja hystereesihäviöiden eliminointi: Tavallisen moottorin rautasydän tuottaa pyörrevirta- ja hystereesihäviöitä vaihtomagneettikentässä, mikä heikentää moottorin hyötysuhdetta. Onttokuppimoottorissa käytetään ytimetöntä roottoria, joka eliminoi nämä häviöt täysin ja parantaa siten moottorin energian muunnostehokkuutta. 2) Pienennä painoa ja hitausmomenttia: ytimetön rakenne vähentää merkittävästi roottorin painoa, mikä tekee koko moottorista kevyemmän. Samanaikaisesti hitausmomentin pieneneminen mahdollistaa moottorin nopeamman vastenopeuden ja suuremman kiihtyvyyden, mikä on erittäin hyödyllistä nopeaa käynnistystä ja pysäytystä vaativissa sovelluksissa.
Samanaikaisesti onton sylinterin rakenteen ja käämityksen tarkkuussuunnittelu voi optimoida magneettikentän jakautumisen onton kupin moottorin sisällä, vähentää magneettista vuotoa ja energiahäviötä sekä parantaa edelleen moottorin tehokkuutta ja suorituskykyä.
Ontto kuppimoottori voidaan jakaa kahteen tyyppiin sen kommutointitilan mukaan: yksi on ontto kuppiharjamoottori, joka ottaa käyttöön mekaanisen hiiliharjan kommutointitilan; Toinen on onttokuppiharjaton moottori, joka korvaa harjakommutoinnin elektronisella kommutaatiolla, välttäen harjamoottorin käytön aikana syntyviä sähkökipinöitä ja väriainehiukkasia, vähentäen melua ja pidentäen moottorin käyttöikää. Seuraavan kuvan Mingzhi sähkölaitteiden eri tuotteiden vertailusta näkyy, että harjattomaan onttokuppimoottoriin ei tarvita harjaa, vaan Hall-anturi havaitsee roottorin magneettikentän signaalin, muuttaa mekaanisen suunnanvaihdon elektronisen signaalin käänteiseksi ja yksinkertaistaa entisestään onttokuppimoottorin fyysistä rakennetta.
3, ontto kupin moottorin edut
Onttokuppimoottori murtuu rakenteeltaan perinteisen moottorin roottorirakenteen läpi, vähentää pyörrevirran muodostumisen aiheuttamaa tehohäviötä rautasydämessä ja sen massa ja hitausmomentti pienenevät huomattavasti, mikä vähentää itse roottorin mekaanista energiahäviötä. Yhteenvetona voidaan todeta, että onton kupin moottorin etuna on suuri tehotiheys, pitkä käyttöikä, nopea vaste, korkea huippuvääntömomentti, hyvä lämmönpoisto ja niin edelleen.
Suuri tehotiheys: Onttokuppimoottorin tehotiheys on lähtötehon suhde painoon tai tilavuuteen. Painon suhteen ei-ydinroottori on kevyempi kuin tavallinen sydänroottori; Tehokkuuden kannalta ytimetön roottori eliminoi ytimettömän roottorin synnyttämän pyörrevirran ja hystereesihäviön, parantaa mikromoottorin hyötysuhdetta ja varmistaa korkean ulostulomomentin ja -tehon. Useimpien onttokuppimoottorien maksimihyötysuhde on yli 80 %, kun taas useimpien harjatasavirtamoottorien maksimihyötysuhde on yleensä noin 50 %. Pienempi paino ja suurempi hyötysuhde mahdollistavat onttokuppimoottorien suuremman tehotiheyden saavuttamisen. Siksi onttokuppimoottori sopii erityisen hyvin akkukäyttöisiin sovelluksiin, jotka vaativat pitkiä käyttöaikoja, kuten kannettavat ilmanäytteenottopumput, humanoidirobotit, bioniset kädet, käsikäyttöiset sähkötyökalut ja muut sovellukset.
Suuri vääntömomenttitiheys: ytimetön rakenne vähentää roottorin painoa ja hitausmomenttia, ja alhainen hitausmomentti tarkoittaa, että moottori voi kiihtyä ja hidastua nopeammin, jolloin se pystyy tuottamaan enemmän vääntömomenttia lyhyessä ajassa; Samaan aikaan rautasydämen puuttuminen tekee onttokuppimoottorista kompaktimman, pienemmän ja pystyy tarjoamaan suuremman vääntömomentin rajoitetussa tilassa.
Pitkä käyttöikä: Onttokuppimoottorin kääntökappaleiden lukumäärä pienentää virran vaihtelua ja moottorin induktanssia peruutettaessa, mikä vähentää huomattavasti suunnanvaihtojärjestelmän sähköistä korroosiota peruutusprosessin aikana, jotta käyttöikä olisi pidempi. 'Onttokuppimoottorien räätälöidyn hallinnan sovellustutkimuksen' tietojen mukaan harjattujen tasavirtamoottoreiden käyttöikä on yleensä vain muutama sata tuntia ja onttokuppimoottorien käyttöikä on yleensä 1000-3000 tuntia, mikä voi tarjota pidemmän luotettavan toiminnan.
Nopea vastenopeus: perinteisellä moottorilla on suhteellisen suuri hitausmomentti rautasydämen olemassaolon vuoksi, kun taas onttokuppimoottori on kompakti ja roottori on kuppimainen itsekantava kela, joten paino on kevyempi ja sen pienempi hitausmomentti tekee myös onttokuppimoottorista herkät käynnistys-pysäytys-säätöominaisuudet. 'Onttokuppimoottorin ja -käämin tutkimuksen edistymisen' mukaan yleisen ydinmoottorin mekaaninen aikavakio on noin 100 ms, kun taas onttokuppimoottorin mekaaninen aikavakio on alle 28 ms, ja jotkut tuotteet ovat jopa alle 10 ms.
Suuri vääntömomentti: Onttokuppimoottorin huippuvääntömomentin ja jatkuvan vääntömomentin suhde on erittäin suuri, koska virran nouseminen huippumomenttivakioon ei muutu, ja virran ja vääntömomentin välinen lineaarinen suhde voi saada mikromoottorin tuottamaan suuren vääntömomentin. Kun tavallinen ydin DC-moottori saavuttaa kyllästymisen, DC-moottorin vääntömomentti ei kasva riippumatta siitä, kuinka virtaa lisätään.
Hyvä lämmönpoisto: onton kupin roottorin pinnalla on ilmavirtaus, parempi kuin ydinroottorin lämmönpoistokyky, ydinroottorin emaloitu lanka on upotettu piiteräslevyn uraan, kelan pinnan ilmavirta on pienempi, lämpötilan nousu on suurempi, samoissa tehonottoolosuhteissa, onton kupin tasavirtamoottorin lämpötilan nousu on pienempi.
4, onton kupin moottorin tekninen polku
Avainvaihe onttokuppimoottorin tuotannossa on kelan valmistus, joten kelan suunnittelusta ja käämitysprosessista tulee sen ydinesteitä. Johdon halkaisija, kierrosten lukumäärä ja lineaarisuus vaikuttavat suoraan moottorin ydinparametreihin. Käämityksen ydinsulku heijastuu suoraan käämin suunnitteluun, koska eri käämityypeillä on eroja automaationopeudessa ja kuparin kulutuksessa. Toisaalta se heijastuu myös käämityslaitteissa ja käämitysmenetelmässä, ja eri käämityskoneilla käärittyjen onttojen kuppien uran täyttöaste on erilainen, mikä johtaa erilaisiin harvoin, mikä vaikuttaa suoraan moottorihäviöön, lämmön hajaantumiseen, tehoon ja niin edelleen.
Kelan suunnittelukulma: Onttokuppimoottorin käämitys voidaan jakaa suoraan käämitykseen, vinoon käämitykseen ja satulatyyppiin.
Suora käämitys: Kelan lanka on yhdensuuntainen moottorin akselin kanssa muodostaen keskittyneen käämirakenteen. Suoraan kierretyn kelan suunnitteluideana on ensin rullata tavallinen pyöreä emaloitu lanka käämityssuuttimeen kierrosten lukumäärän vaatimuksen mukaan ja sitten liittää käämitys langan ydinakseliin ja käyttää sitten sideainetta molemmissa päissä kovettamiseen ja muodostamiseen. Suhteellisesti sanottuna suoran käämin pää ei tuota vääntömomenttia ja lisää ankkurin painoa ja ankkurin vastusta.
Vino käämitys: tunnetaan myös kennokääminä, käytetään hunajakennokäämitysmenetelmää, jolloin hanat jätetään keskelle, jotta pystytään jatkuvasti kelaamaan, elementin tehollinen puoli ja ankkurin akseli on tehtävä tietyksi kallistuskulmaksi. Tämän käämitysmenetelmän päätykoko on pieni, mutta koska vinokäämityksen jatkuva käämitys vaatii tietyn viivakulman, emaloitu lanka menee päällekkäin ja raon täyttöaste on alhainen. Suoraan käämitystyyppiin verrattuna kaltevassa käämitysankkurissa ei ole päätykäämitystä, mikä vähentää ankkurin painoa, ja sen etuna on pieni hitausmomentti, pieni aikavakio, hyvät vetoominaisuudet ja suuri ulostulomomentti. Faulhaber Saksassa ja Portescap Sveitsissä käyttävät enimmäkseen kaltevaa käämitystä.
Satulan tyyppi: tunnetaan myös samankeskisenä tai rombisena kääminä, käytetään muotoillun kelan käämitysmenetelmää ja sitten johdotusta, toisin sanoen itsekiinnittyvä emaloitu lanka kierretään erityiseen käämityssuuttimeen ja ankkurikuppi on valmistettu useista muotoilujärjestelyistä. Käämityksen aikana kaksi kelakerrosta järjestetään siististi ja muotoiltuina, mikä on kätevää säädellä ankkurikupin kokoa uudelleenmuodostuksen jälkeen ja parantaa raon täyttönopeutta. Samalla tällä menetelmällä on korkea tuotantotehokkuus ja se soveltuu massatuotantoon. Satulan käämin ankkuripäässä on vähemmän päällekkäisiä kerroksia, pieni ilmarako ja korkea kestomagneetin käyttöaste, mikä parantaa moottorin tehotiheyttä. Joissakin Maxonin tuotteissa Sveitsissä käytetään satulatyyppistä käämitystä.
Käämitysprosessin näkökulmasta: Tuotantotekniikan näkökulmasta kelan muodostusmenetelmän mukaan jaetaan pääasiassa kolmeen luokkaan: manuaalinen käämitys, käämitys ja kertamuotoinen tuotanto.
1) Manuaalinen käämitys. Useiden monimutkaisten prosessien kautta, mukaan lukien tappien asettaminen, manuaalinen käämitys, manuaalinen johdotus ja muut tuotantovaiheet. Se soveltuu tuotteille, jotka vaativat paljon räätälöintiä, mutta tuotannon tehokkuus ja tuotteen vakaus ovat rajallisia.
2) Käämin tuotantotekniikka. Käämityksen valmistustekniikka on puoliautomaattista tuotantoa, emaloitu lanka kelataan ensin peräkkäin pääakseliin timantinmuotoisella poikkileikkauksella, ja se poistetaan vaaditun pituuden saavuttamisen jälkeen ja litistetään sitten lankalevyksi ja lopuksi lankalevy kelataan kupin muotoiseen kelaan. 'Käämittävä onttokuppiankkurituotantoprosessin ja -laitteiden' käämitysprosessin mukaan seuraavaan käämityskoneeseen voidaan konfiguroida 4 työntekijää, jotta saavutetaan 30 000 yksikön vuosituotanto, mutta käämityksen rajoitus on, että se sopii paremmin halkaisijaltaan 20-30 mm onttoon kuppiin. Kaiken kaikkiaan käämitysprosessin tuotantotehokkuus on suhteellisen korkea ja se voi täyttää keskikokoisen tuotannon vaatimukset. Sen korkea manuaalinen osallistumisaste johtaa kuitenkin siihen, että valmiin tuotteen konsistenssi ei välttämättä ole yhtä hyvä kuin automatisoitu tuotanto, ja ontton kupin käämin pienempää kokoa on vaikea täyttää.
3) Yksi muovaustekniikka. Automaatiolaitteiden läpi kelauskoneesta tulee emaloitu lanka karan säännön mukaisesti, kela käämitään kuppiin poistamisen jälkeen, yksi muovaus, ei tarvitse rullata ja litistää useita prosesseja, korkea automaatioaste, joten tuotannon tehokkuus ja valmiin tuotteen konsistenssi ovat parempia; Mutta vastaava etukäteislaiteinvestointi on suurempi.
Ulkomailla käämitysprosessi kehitettiin aikaisin, automaatioaste on korkeampi kuin kotimainen. Kotimainen käyttää pääasiassa käämitystä, prosessi on monimutkaisempi, työntekijöiden työvoimaintensiteetti on suuri, kelaa ei voi täydentää paksummalla langanhalkaisijalla ja romun määrä on korkea. Ulkomailla käytetään pääasiassa kertakäyttöistä haavatuotantotekniikkaa, korkeaa automaatioastetta, korkeaa tuotantotehokkuutta, kelan halkaisija-aluetta, hyvää kelan laatua, tiukkaa järjestelyä, moottorityyppejä, hyvää suorituskykyä.
Teollisuuden ketjulinkit ja loppupään sovellukset
Onttokuppimoottorin ylävirtaan ovat raaka-aineet ja osat, raaka-aineina kupari, teräs, magneettiteräs, muovi jne., osina laakerit, harjat, kommutaattorit jne. Teollisuusketjun keskipisteet ovat moottorinvalmistajat. Teollisuusketjun loppupää on sovelluspää, ja onttokuppimoottorilla on korkea herkkyys, vakaa toiminta ja vahva ohjaus, mikä täyttää korkean tason sähkökäytön tiukat vaatimukset, joten sitä käytetään pääasiassa ilmailu-, lääketieteellisissä laitteissa, teollisuusautomaatiossa ja robotiikassa ja muilla huippuluokan aloilla. Samaan aikaan onttokuppimoottoria käytetään vähitellen myös siviilialalla, kuten toimistoautomaatiossa, sähkötyökaluissa ja niin edelleen.
Lupaava onttokuppimoottori
Ontto kuppimoottori, jolla on ainutlaatuinen muotoilu ilman rautaydintä, jolla on suuri nopeus, korkea hyötysuhde, korkea dynaaminen vaste ja muita merkittäviä etuja, joita käytetään laajasti ilmailu-, lääketieteellisissä laitteissa ja muilla aloilla, humanoidirobotin käden joustavuudella on myös merkittävä vaikutus. Vaikka ulkomaisilla yrityksillä, kuten Maxonilla ja Faulhaberilla, on tällä hetkellä ensisijainen etu, kotimaisten valmistajien teknisen tason jatkuvan parantamisen ja humanoidirobottimarkkinoiden nopean kehityksen myötä kotimaiset onttokuppimoottorit tuovat uusia kehitysmahdollisuuksia.
