Ang mga humanoid robot ay naging isang nagniningning na perlas sa larangan ng artificial intelligence.
Sa mga nagdaang taon, ang mga humanoid robot ay naging isang kumikinang na perlas sa larangan ng artificial intelligence na may malawak na aplikasyon sa maraming larangan tulad ng pangangalagang medikal at serbisyo. Upang higit pang isulong ang pag-unlad ng industriya, ang mga lokal na pamahalaan ay nagpasimula ng mga patakaran upang mapataas ang suporta para sa mga humanoid robot at ang kanilang mga pangunahing bahagi. Sa humanoid robot industry chain, ang hollow cup motor ay may mahalagang papel sa motion control system ng humanoid robot, tulad ng core component ng Tesla humanoid robot dexterous hand ay ang hollow cup motor, isang solong robot assembly 12 (6 bawat kanang kamay). Ang papel na ito ay naglalayong talakayin ang mga teknikal na katangian, katayuan sa merkado at hinaharap na mga prospect ng hollow cup motor sa pamamagitan ng pananaliksik.
Ano ang guwang tasa motor
1. Konsepto at pag-uuri ng motor
Ang de-koryenteng motor ay isang aparato na nagko-convert ng elektrikal na enerhiya sa mekanikal na enerhiya. Gumagamit ito ng isang energized coil (iyon ay, ang stator winding) upang makabuo ng isang umiikot na magnetic field at ginagamit para sa rotor (tulad ng isang squirrel-cage closed aluminum frame) upang bumuo ng isang magnetoelectric rotational torque, na kung saan ay upang i-convert ang puwersa na nabuo ng kasalukuyang daloy sa magnetic field sa isang umiikot na aksyon. Ang prinsipyo ay ang paggamit ng magnetic field upang pilitin ang kasalukuyang upang paikutin ang motor.
Ang pangunahing prinsipyo ng pag-ikot ng motor: sa paligid ng permanenteng magnet na may umiikot na axis, 1 paikutin ang magnet (upang ang umiikot na magnetic field ay nabuo), 2 ayon sa prinsipyo ng N pole at ang S pole heteropole attraction, ang parehong pole repulsion, 3 ang magnet na may umiikot na axis ay iikot.
Sa isang motor, ito talaga ang kasalukuyang dumadaloy sa wire na lumilikha ng umiikot na magnetic field (magnetic force) sa paligid nito na nagiging sanhi ng pag-ikot ng magnet. Kapag ang wire ay nasugatan sa isang coil, ang magnetic force ay synthesize upang bumuo ng isang malaking magnetic field flux (magnetic flux), na nagreresulta sa N at S pole. Sa pamamagitan ng pagpasok ng isang iron core sa isang coil ng wire, ang mga linya ng magnetic field ay nagiging mas madaling madaanan at maaaring makagawa ng mas malakas na magnetic force.
Ang istraktura ng motor ay pangunahing binubuo ng dalawang bahagi: stator at rotor.
Stator: ang nakatigil na bahagi ng motor, ang pangunahing istraktura na kinabibilangan ng magnetic pole, winding at bracket. Ang magnetic pole ay ang bahagi ng motor na bumubuo ng magnetic field, na kadalasang binubuo ng isang iron core at coils. Ang paikot-ikot ay ang likid sa stator, kadalasang binubuo ng mga konduktor at pagkakabukod, na ang papel ay upang makabuo ng magnetic field kapag ang isang electric current ay dumaan dito. Ang bracket ay ang istraktura ng suporta ng stator, kadalasang gawa sa aluminyo haluang metal at iba pang mga materyales, na may mahusay na paglaban sa kaagnasan at lakas.
Rotor: Ang umiikot na bahagi ng isang motor, na ang pangunahing istraktura ay kinabibilangan ng armature, bearings at end caps. Ang armature ay ang likid sa rotor, kadalasang binubuo ng mga konduktor at pagkakabukod, na ang papel ay upang makabuo ng magnetic field kapag ang isang electric current ay dumaan dito. Ang mga bearings ay ang suportang istraktura ng rotor, kadalasang gawa sa bakal o ceramic, na may mahusay na pagkasira at paglaban sa kaagnasan. Ang dulong takip ay ang dulong istraktura ng motor, kadalasang gawa sa aluminyo haluang metal at iba pang mga materyales, na may mahusay na sealing at lakas.
2, guwang tasa motor kahulugan at pag-uuri
Noong 1958, binuo ni Dr.FF aulhaber ang teknolohiyang inclined winding coil at nakuha ang nauugnay na patent para sa hollow cup motor noong 1965, na minarkahan ang pagdating ng hollow cup motor, at ang malikhaing structural na disenyo nito ay nagpapahintulot sa motor na maging parehong mas maliit na laki at mas mahusay na kahusayan. Ang guwang na cup motor ay kabilang sa DC permanent magnet servo motor, ang istraktura ng motor ay ipinapakita sa sumusunod na figure, higit sa lahat ay binubuo ng stator at rotor. Ang stator ay binubuo ng silicon steel sheet at coil winding, at ang silicon steel sheet na walang tooth groove structure ay maaaring maiwasan ang tooth groove effect at mabawasan ang iron loss at eddy current loss. Ang rotor ay binubuo ng isang permanenteng magnet, isang umiikot na baras at ang mga nakapirming bahagi nito, at ang motor ay gumagamit ng isang singsing na permanenteng magnet, na madaling iproseso at i-install.
Kung ikukumpara sa mga ordinaryong motor, ang pinakamalaking tampok ng rotor ay ang pagsira nito sa rotor structure ng tradisyunal na motor sa istraktura, at gumagamit ng no-core rotor, na kilala rin bilang hollow cup rotor. Ang rotor ay isang guwang na hugis tasa na istraktura na napapalibutan ng mga windings at magnet. Sa mga ordinaryong motor, ang papel na ginagampanan ng iron core ay higit sa lahat: 1) concentrate at gabayan ang magnetic field: ang iron core ay gawa sa isang materyal na may mataas na magnetic permeability (tulad ng silicon steel sheet), na maaaring tumutok at gumabay sa magnetic flux, sa gayo'y pagpapabuti ng lakas ng magnetic field at kahusayan ng motor; 2) Support winding: Ang iron core ay nagbibigay ng matibay na istraktura ng suporta para sa winding, na tinitiyak na ang winding ay nagpapanatili ng isang matatag na hugis at posisyon sa panahon ng pagpapatakbo ng motor. Sa hollow cup motor, ang thin-walled hollow cylinder ay ginagamit bilang rotor, at ang hollow cylinder ay direktang sinusugat sa loob ng winding nang walang karagdagang core support. Mga kalamangan ng walang core na disenyo: 1) Pag-aalis ng eddy current at hysteresis losses: Ang iron core sa isang karaniwang motor ay magbubunga ng eddy current at hysteresis losses sa isang alternating magnetic field, na magbabawas sa kahusayan ng motor. Ang hollow cup motor ay gumagamit ng isang walang core na rotor, na ganap na nag-aalis ng mga pagkalugi na ito, at sa gayon ay nagpapabuti sa kahusayan ng conversion ng enerhiya ng motor. 2) Bawasan ang timbang at moment of inertia: ang core-free na disenyo ay makabuluhang binabawasan ang bigat ng rotor, na ginagawang mas magaan ang buong motor. Kasabay nito, ang pagbawas ng moment of inertia ay nagpapahintulot sa motor na magkaroon ng mas mabilis na bilis ng pagtugon at mas mataas na acceleration, na lubhang kapaki-pakinabang para sa mga sitwasyon ng aplikasyon na nangangailangan ng mabilis na pagsisimula at paghinto.
Kasabay nito, ang katumpakan na disenyo ng hollow cylinder structure at winding layout ay maaaring ma-optimize ang magnetic field distribution sa loob ng hollow cup motor, bawasan ang magnetic leakage at pagkawala ng enerhiya, at higit na mapabuti ang kahusayan at performance ng motor.
Ang hollow cup motor ay maaaring nahahati sa dalawang uri ayon sa commutation mode nito: ang isa ay ang hollow cup brush motor, na gumagamit ng mechanical carbon brush commutation mode; Ang isa pa ay ang hollow cup brushless motor, na pinapalitan ang brush commutation ng electronic commutation, iniiwasan ang electric spark at toner particle na nabuo sa panahon ng operasyon ng brush motor, binabawasan ang ingay at pinatataas ang buhay ng serbisyo ng motor. Mula sa paghahambing ng iba't ibang mga produkto ng Mingzhi electrical appliances sa sumusunod na figure, makikita na hindi na kailangan ng brush sa brushless hollow cup motor, ngunit nakita ng Hall sensor ang rotor magnetic field signal, ginagawang electronic signal reversal ang mechanical reversal, at higit na pinapasimple ang pisikal na istraktura ng hollow cup motor.
3, guwang tasa motor bentahe
Ang hollow cup motor ay bumabagsak sa rotor structure ng tradisyunal na motor sa istraktura, binabawasan ang pagkawala ng kuryente na dulot ng pagbuo ng eddy current sa iron core, at ang mass at moment of inertia nito ay lubhang nabawasan, at sa gayon ay binabawasan ang mekanikal na pagkawala ng enerhiya ng rotor mismo. Sa buod, ang hollow cup motor ay may mga pakinabang ng mataas na density ng kapangyarihan, mahabang buhay ng serbisyo, mabilis na pagtugon, mataas na peak torque, mahusay na pagwawaldas ng init at iba pa.
High power density: Ang power density ng hollow cup motor ay ang ratio ng output power sa timbang o volume. Sa mga tuntunin ng timbang, ang non-core rotor ay mas magaan kaysa sa ordinaryong core rotor; Sa mga tuntunin ng kahusayan, inaalis ng coreless rotor ang eddy current at hysteresis loss na nabuo ng coreless rotor, pinapabuti ang kahusayan ng micromotor, at tinitiyak ang mataas na output torque at output power. Ang pinakamataas na kahusayan ng karamihan sa mga hollow cup motor ay higit sa 80%, habang ang maximum na kahusayan ng karamihan sa mga brush DC motor ay karaniwang nasa 50%. Ang mas mababang timbang at mas mataas na kahusayan ay nagbibigay-daan sa mga hollow cup motor na makamit ang mas mataas na density ng kuryente. Samakatuwid, ang hollow cup motor ay partikular na angkop para sa mga application na pinapagana ng baterya na nangangailangan ng mahabang panahon ng operasyon, tulad ng mga portable air sampling pump, humanoid robot, bionic na mga kamay, mga hand-held power tool at iba pang mga application.
Mataas na density ng torque: ang walang core na disenyo ay binabawasan ang bigat ng rotor at ang sandali ng pagkawalang-galaw, at ang mababang sandali ng pagkawalang-galaw ay nangangahulugan na ang motor ay maaaring mapabilis at mag-decelerate nang mas mabilis, sa gayon ay makakabuo ng mas maraming metalikang kuwintas sa maikling panahon; Kasabay nito, ang kawalan ng isang iron core ay gumagawa ng hollow cup motor na mas compact, mas maliit, at makakapagbigay ng mas mataas na torque output sa isang limitadong espasyo.
Mahabang buhay ng serbisyo: Ang bilang ng mga reversing na piraso ng hollow cup motor ay ginagawang mas maliit ang kasalukuyang pagbabagu-bago at ang inductance ng motor kapag binabaligtad, na lubos na binabawasan ang electrical corrosion ng reversing system sa panahon ng proseso ng pag-reverse, upang magkaroon ng mas mahabang buhay. Ayon sa data sa 'Application Research of Customized Management of hollow cup motors', ang buhay ng brushed DC motors ay karaniwang ilang daang oras lamang, at ang life expectancy ng hollow cup motors ay karaniwang nasa pagitan ng 1000 at 3000 na oras, na maaaring magbigay ng mas matagal na maaasahang operasyon.
Mabilis na tugon ng bilis: ang tradisyunal na motor ay may medyo malaking moment of inertia dahil sa pagkakaroon ng iron core, habang ang hollow cup motor ay compact, at ang rotor ay isang cup-shaped self-supporting coil, kaya ang timbang ay mas magaan, at ang mas maliit na moment of inertia nito ay gumagawa din ng hollow cup motor na may sensitibong start-stop adjustment na mga katangian. Ayon sa 'Progreso ng Pananaliksik ng hollow cup micro motor at coil', ang mechanical time constant ng pangkalahatang core motor ay humigit-kumulang 100ms, habang ang mechanical time constant ng hollow cup motor ay mas mababa sa 28ms, at ang ilang mga produkto ay mas mababa pa sa 10ms.
Mataas na peak torque: Ang ratio ng peak torque at tuloy-tuloy na torque ng hollow cup motor ay napakalaki, dahil ang proseso ng kasalukuyang pagtaas sa peak torque constant ay hindi nagbabago, at ang linear na relasyon sa pagitan ng current at torque ay maaaring gumawa ng micromotor na makagawa ng malaking peak torque. Matapos ang ordinaryong core DC motor ay umabot sa saturation, kahit na ang kasalukuyang ay tumaas, ang metalikang kuwintas ng DC motor ay hindi tataas.
Magandang pagwawaldas ng init: ang ibabaw ng hollow cup rotor ay may air flow, mas mahusay kaysa sa heat dissipation performance ng core rotor, ang enameled wire ng core rotor ay naka-embed sa silicon steel sheet groove, ang coil surface airflow ay mas mababa, ang pagtaas ng temperatura ay mas malaki, sa ilalim ng parehong mga kondisyon ng power output, ang pagtaas ng temperatura ng hollow cup DC motor ay mas maliit.
4, ang teknikal na landas ng guwang tasa motor
Ang pangunahing hakbang sa paggawa ng hollow cup motor ay ang paggawa ng coil, kaya ang disenyo ng coil at proseso ng paikot-ikot ay naging pangunahing hadlang. Ang diameter, bilang ng mga pagliko at linearity ng wire ay direktang nakakaapekto sa mga pangunahing parameter ng motor. Ang pangunahing hadlang ng coil winding ay direktang makikita sa disenyo ng coil, dahil ang iba't ibang uri ng winding ay may mga pagkakaiba sa automation rate at pagkonsumo ng tanso. Sa kabilang banda, makikita rin ito sa paikot-ikot na kagamitan at paraan ng paikot-ikot, at ang rate ng pagpuno ng hollow cup groove na sugat ng iba't ibang winding machine ay iba, na humahantong sa iba't ibang kalat, direktang nakakaapekto sa pagkawala ng motor, pagwawaldas ng init, kapangyarihan at iba pa.
Anggulo ng disenyo ng coil: Ang paikot-ikot na disenyo ng hollow cup motor ay maaaring nahahati sa straight winding type, oblique winding type at saddle type.
Straight winding: Ang wire ng coil ay parallel sa axis ng motor, na bumubuo ng concentrated winding structure. Ang ideya ng disenyo ng straight-wound coil ay ang paikot-ikot muna ang ordinaryong circular enameled wire sa winding die ayon sa pangangailangan ng bilang ng mga liko, at pagkatapos ay ikonekta ang winding sa core shaft ng wire, at pagkatapos ay gamitin ang binder sa magkabilang dulo upang gamutin at mabuo. Sa relatibong pagsasalita, ang dulo ng tuwid na paikot-ikot ay hindi gumagawa ng metalikang kuwintas, at pinapataas ang bigat ng armature at resistensya ng armature.
Pahilig na paikot-ikot: kilala rin bilang pulot-pukyutan na paikot-ikot, ang paraan ng paikot-ikot na pulot-pukyutan ay ginagamit, nag-iiwan ng mga gripo sa gitna, upang patuloy na ma-wind, kinakailangan na gawin ang epektibong bahagi ng elemento at ang armature axis sa isang tiyak na Anggulo ng ikiling. Ang sukat ng dulo ng paraan ng paikot-ikot na ito ay maliit, ngunit dahil ang pahilig na paikot-ikot na tuluy-tuloy na paikot-ikot ay nangangailangan ng isang tiyak na Anggulo ng linya, ang enameled wire ay magkakapatong, at ang rate ng pagpuno ng slot ay mababa. Kung ikukumpara sa tuwid na uri ng sugat, ang hilig na paikot-ikot na armature ay walang dulo na paikot-ikot, binabawasan ang bigat ng armature, at may mga pakinabang ng maliit na sandali ng pagkawalang-galaw, maliit na oras na pare-pareho, mahusay na mga katangian ng pag-drag at malaking output torque. Ang Faulhaber sa Germany at Portescap sa Switzerland ay kadalasang gumagamit ng inclined winding.
Uri ng saddle: kilala rin bilang concentric o rhomboid winding, ang paraan ng paikot-ikot na isang hugis na coil at pagkatapos ay ang mga kable ay ginagamit, iyon ay, ang self-adhesive enamelled wire ay nasugatan sa isang espesyal na bumubuo ng winding die, at ang armature cup ay gawa sa maraming mga kaayusan sa paghubog. Kapag paikot-ikot, ang dalawang layer ng coils ay nakaayos nang maayos at hugis, na kung saan ay maginhawa upang makontrol ang laki ng armature cup pagkatapos ng reshaping at pagbutihin ang rate ng pagpuno ng slot. Kasabay nito, ang pamamaraang ito ay may mataas na kahusayan sa produksyon at angkop para sa mass production. Ang saddle winding armature end ay may mas kaunting mga magkakapatong na layer, maliit na air gap at mataas na utilization rate ng permanent magnet, na nagpapaganda sa power density ng motor. Ang ilang mga produkto ng Maxon sa Switzerland ay gumagamit ng saddle-type winding.
Paikot-ikot na proseso punto ng view: Mula sa punto ng view ng teknolohiya ng produksyon, ayon sa paraan ng pagbuo ng coil ay pangunahing nahahati sa tatlong kategorya: manu-manong paikot-ikot, paikot-ikot at isang beses na bumubuo ng produksyon.
1) Manu-manong paikot-ikot. Sa pamamagitan ng isang serye ng mga kumplikadong proseso, kabilang ang pagpasok ng pin, manual winding, manual wiring at iba pang mga hakbang upang makagawa. Ito ay angkop para sa mga produkto na nangangailangan ng mataas na antas ng pagpapasadya, ngunit ang kahusayan sa produksyon at katatagan ng produkto ay limitado.
2) Paikot-ikot na teknolohiya ng produksyon. Ang paikot-ikot na teknolohiya ng produksyon ay semi-awtomatikong produksyon, ang enameled wire ay unang sunud-sunod na nasugatan sa pangunahing baras na may hugis-diamante na cross-section, at ito ay inalis pagkatapos maabot ang kinakailangang haba, at pagkatapos ay pipi sa isang wire plate, at sa wakas ang wire plate ay nasugatan sa isang hugis-cup na coil. Ayon sa proseso ng paggawa at kagamitan ng paikot-ikot na 'winding hollow cup armature production at equipment', ang susunod na winding machine ay maaaring i-configure na may 4 na manggagawa upang makamit ang taunang output na 30,000 units, ngunit ang limitasyon ng winding ay mas angkop ito para sa 20-30mm hollow cup diameter, mahirap i-wind ang mas maliit na coils na may tap spacing na mas mababa sa 7mm, mga produkto na mas mababa sa 1~2mm, ang mga produkto. Sa pangkalahatan, ang kahusayan ng produksyon ng proseso ng paikot-ikot ay medyo mataas, at maaari nitong matugunan ang mga kinakailangan ng medium-scale na produksyon. Gayunpaman, ang mataas na manu-manong rate ng pakikilahok nito ay humahantong sa pagkakapare-pareho ng natapos na produkto ay maaaring hindi kasing ganda ng automated na produksyon, at mahirap matugunan ang mas maliit na sukat ng hollow cup coil winding.
3) Isang teknolohiya sa paggawa ng paghubog. Ang winding machine sa pamamagitan ng automation equipment ay magiging isang enameled wire ayon sa panuntunan ng spindle, coil winding sa isang cup pagkatapos tanggalin, isang molding, hindi na kailangang gumulong at patagin ang maramihang mga proseso, mataas na antas ng automation, kaya ang kahusayan ng produksyon at ang pagkakapare-pareho ng natapos na produkto ay mas mahusay; Ngunit ang kaukulang pamumuhunan sa upfront na kagamitan ay mas mataas.
Ang proseso ng paikot-ikot sa ibang bansa ay binuo nang maaga, ang antas ng automation ay mas mataas kaysa sa domestic. Pangunahing ginagamit ng domestic ang winding production, ang proseso ay mas kumplikado, ang labor intensity ng mga manggagawa ay malaki, hindi makumpleto ang coil na may mas makapal na diameter ng wire, at ang scrap rate ay mataas. Ang mga dayuhang bansa ay pangunahing gumagamit ng isang beses na teknolohiya sa paggawa ng sugat, mataas na antas ng automation, mataas na kahusayan sa produksyon, hanay ng diameter ng coil, magandang kalidad ng coil, mahigpit na pagkakaayos, mga uri ng motor, mahusay na pagganap.
Pang-industriya na chain link at downstream na mga aplikasyon
Ang upstream ng hollow cup motor ay mga hilaw na materyales at mga bahagi, ang mga hilaw na materyales ay kinabibilangan ng tanso, bakal, magnetic steel, plastik, atbp., Kasama sa mga bahagi ang mga bearings, brushes, commutators, atbp. Ang gitnang pag-abot ng pang-industriyang chain ay mga tagagawa ng motor. Ang downstream ng industrial chain ay ang application end, at ang hollow cup motor ay may mga katangian ng mataas na sensitivity, stable na operasyon at malakas na kontrol, na nakakatugon sa mga mahigpit na kinakailangan ng high-end field ng electric drive, kaya ito ay pangunahing ginagamit sa aerospace, medikal na kagamitan, pang-industriya automation at robotics at iba pang mga high-end na larangan. Kasabay nito, ang hollow cup motor ay unti-unting inilalapat sa larangan ng sibil, tulad ng automation ng opisina, mga tool sa kapangyarihan at iba pa.
Isang promising hollow cup motor
Hollow cup motor na may natatanging disenyo na walang iron core, na nagpapakita ng mataas na bilis, mataas na kahusayan, mataas na dynamic na tugon at iba pang makabuluhang pakinabang, malawakang ginagamit sa aerospace, medikal na kagamitan at iba pang mga larangan, sa humanoid robot hand flexibility ay mayroon ding isang makabuluhang epekto. Bagama't ang mga negosyo sa ibang bansa tulad ng Maxon at Faulhaber ay may first-mover na bentahe sa kasalukuyan, sa patuloy na pagpapabuti ng teknikal na antas ng mga domestic manufacturer at ang mabilis na pag-unlad ng humanoid robot market, ang domestic hollow cup motors ay maghahatid ng mga bagong pagkakataon sa pag-unlad.
