Les robots humanoïdes sont devenus une perle brillante dans le domaine de l'intelligence artificielle.
Ces dernières années, les robots humanoïdes sont devenus une perle brillante dans le domaine de l'intelligence artificielle avec leur large application dans de nombreux domaines tels que les soins médicaux et les services. Afin de promouvoir davantage le développement de l'industrie, les gouvernements locaux ont introduit des politiques pour accroître le soutien aux robots humanoïdes et à leurs composants clés. Dans la chaîne de l'industrie du robot humanoïde, le moteur de la coupe creuse joue un rôle important dans le système de contrôle de mouvement du robot humanoïde, comme la composante centrale de la main dextéreuse du robot humanoïde de Tesla est le moteur de coupe creux, un seul assemblage de robot 12 (6 chaque main droite). Cet article vise à discuter des caractéristiques techniques, du statut du marché et des perspectives d'avenir du moteur de coupe creux à travers la recherche.
Qu'est-ce que moteur à tasse creuse
1. Concept et classification du moteur
Un moteur électrique est un appareil qui convertit l'énergie électrique en énergie mécanique. Il utilise une bobine énergisée (c'est-à-dire l'enroulement du stator) pour générer un champ magnétique rotatif et est utilisé pour le rotor (comme un cadre en aluminium fermé en cage d'écureuil) pour former un couple de rotation magnétoélectrique, qui consiste à convertir la force générée par le flux de courant dans le champ magnétique en une action rotative. Le principe est d'utiliser le champ magnétique pour forcer le courant à faire tourner le moteur.
Le principe de base de la rotation du moteur: autour de l'aimant permanent avec un axe rotatif, 1 rotation de l'aimant (de sorte que le champ magnétique rotatif est généré), 2 selon le principe du pôle N et de l'attraction hétéropole du pôle S, la même répulsion du pôle, 3 L'aimant avec un axe rotatif tournera.
Dans un moteur, c'est en fait le courant qui coule à travers le fil qui crée un champ magnétique rotatif (force magnétique) autour de lui qui fait tourner l'aimant. Lorsque le fil est enroulé dans une bobine, la force magnétique est synthétisée pour former un grand flux de champ magnétique (flux magnétique), entraînant les poteaux N et S. En insérant un noyau de fer dans une bobine de fil, les lignes de champ magnétique deviennent plus faciles à traverser et peuvent produire une force magnétique plus forte.
La structure du moteur est principalement composée de deux parties: stator et rotor.
Stator: La partie stationnaire du moteur, dont la structure principale comprend le pôle magnétique, l'enroulement et le support. Le pôle magnétique est la partie du moteur qui génère le champ magnétique, qui est généralement composé d'un noyau de fer et de bobines. L'enroulement est la bobine dans le stator, généralement composé de conducteurs et d'isolation, dont le rôle est de générer un champ magnétique lorsqu'un courant électrique le traverse. Le support est la structure de support du stator, généralement en alliage d'aluminium et d'autres matériaux, avec une bonne résistance et résistance à la corrosion.
Rotor: La partie rotative d'un moteur, dont la structure principale comprend l'inhyme, les roulements et les capuchons d'extrémité. L'armature est la bobine dans le rotor, généralement composée de conducteurs et d'isolation, dont le rôle est de générer un champ magnétique lorsqu'un courant électrique le traverse. Les roulements sont la structure de support du rotor, généralement en acier ou en céramique, avec une bonne usure et une résistance à la corrosion. Le couvercle final est la structure finale du moteur, généralement en alliage d'aluminium et d'autres matériaux, avec une bonne étanchéité et une bonne résistance.
2, Définition et classification du moteur à tasse creuse
En 1958, le Drff Aulhaber a développé la technologie de bobine enroulement inclinée et a obtenu le brevet pertinent pour le moteur de la coupe creux en 1965, marquant l'avènement du moteur de la coupe creux, et sa conception structurelle créative permet au moteur d'être à la fois plus petite et plus efficace. Le moteur à tasse creuse appartient au servomoteur de l'aimant permanent DC, la structure du moteur est représentée sur la figure suivante, principalement composée de stator et de rotor. Le stator est composé de feuille d'acier en silicium et d'enroulement de la bobine, et la feuille d'acier en silicium sans structure de rainure dentaire peut éviter l'effet de rainure dentaire et réduire la perte de fer et la perte de courant de Foucault. Le rotor est composé d'un aimant permanent, d'un arbre rotatif et de ses pièces fixes, et le moteur utilise un aimant permanent en anneau, qui est facile à traiter et à installer.
Par rapport aux moteurs ordinaires, la plus grande caractéristique du rotor est qu'elle traverse la structure du rotor du moteur traditionnel dans la structure et utilise un rotor sans noyau, également connu sous le nom de rotor creux. Le rotor est une structure en forme de tasse creuse entourée d'enroulements et d'aimants. Dans les moteurs ordinaires, le rôle du noyau de fer est principalement: 1) concentrer et guider le champ magnétique: le noyau de fer est fait d'un matériau à haute perméabilité magnétique (comme la feuille d'acier en silicium), qui peut se concentrer et guider le flux magnétique, améliorant ainsi la résistance et l'efficacité du champ magnétique du moteur; 2) Enroulement de support: Le noyau de fer fournit une forte structure de support pour l'enroulement, garantissant que l'enroulement maintient une forme et une position stables pendant le fonctionnement du moteur. Dans le moteur à tasse creuse, le cylindre creux à parois minces est utilisée comme rotor et le cylindre creux est blessé directement à l'intérieur de l'enroulement sans support de base supplémentaire. Avantages de la conception sans noyau: 1) Élimination du courant de Foucault et des pertes d'hystérésis: Le noyau de fer dans un moteur commun produira les pertes de courant de Foucault et d'hystérésis dans un champ magnétique alternatif, ce qui réduira l'efficacité du moteur. Le moteur à tasse creuse utilise un rotor sans noyau, ce qui élimine complètement ces pertes, améliorant ainsi l'efficacité de conversion d'énergie du moteur. 2) Réduire le poids et le moment d'inertie: la conception sans noyau réduit considérablement le poids du rotor, ce qui rend l'ensemble du moteur plus léger. Dans le même temps, la réduction du moment d'inertie permet au moteur d'avoir une vitesse de réponse plus rapide et une accélération plus élevée, ce qui est très bénéfique pour les scénarios d'application qui nécessitent un démarrage et un arrêt rapides.
Dans le même temps, la conception de précision de la structure du cylindre creux et de la disposition de l'enroulement peut optimiser la distribution du champ magnétique à l'intérieur du moteur à coupe creux, réduire la fuite magnétique et la perte d'énergie, et améliorer encore l'efficacité et les performances du moteur.
Le moteur à tasse creuse peut être divisé en deux types en fonction de son mode de commutation: l'un est le moteur de brosse à tasse creuse, qui adopte le mode de commutation mécanique de la brosse en carbone; L'autre est le moteur sans pinceau à tasse creuse, qui remplace la commutation de la brosse par une commutation électronique, en évitant l'étincelle électrique et les particules de toner générées lors du fonctionnement du moteur de la brosse, réduisant le bruit et augmentant la durée de vie du moteur. D'après la comparaison de différents produits des appareils électriques Mingzhi dans la figure suivante, on peut voir qu'il n'y a pas besoin de pinceau dans le moteur de tasse creux sans pinceau, mais le capteur de hall détecte le signal du champ magnétique du rotor, transforme la réversion mécanique en un indicateur de signal électronique et simplifie davantage la structure physique du moteur de la tasse creuse.
3, avantages moteurs à tasse creuse
Le moteur de la tasse creuse traverse la structure du rotor du moteur traditionnel dans la structure, réduit la perte de puissance causée par la formation de courant de Foucault dans le noyau de fer, et sa masse et son moment d'inertie sont considérablement réduits, réduisant ainsi la perte d'énergie mécanique du rotor lui-même. En résumé, le moteur à tasse creuse a les avantages d'une densité de puissance élevée, d'une longue durée de vie, d'une réponse rapide, d'un couple de pointe élevé, d'une bonne dissipation de chaleur, etc.
Densité de puissance élevée: la densité de puissance du moteur de coupe creux est le rapport de la puissance de sortie au poids ou au volume. En termes de poids, le rotor non essentiel est plus léger que le rotor de noyau ordinaire; En termes d'efficacité, le rotor sans notation élimine le courant de Foucault et la perte d'hystérésis générés par le rotor sans noyau, améliore l'efficacité du micromotrice et assure un couple de sortie et une puissance de sortie élevés. L'efficacité maximale de la plupart des moteurs à tasse creuse est supérieure à 80%, tandis que l'efficacité maximale de la plupart des moteurs CC de la brosse est généralement d'environ 50%. Un poids plus faible et une efficacité plus élevée permettent aux moteurs à tasse creuse d'atteindre une densité de puissance plus élevée. Par conséquent, le moteur à tasse creuse est particulièrement adapté aux applications alimentées par batterie qui nécessitent de longues périodes de fonctionnement, telles que les pompes d'échantillonnage d'air portables, les robots humanoïdes, les mains bioniques, les outils électriques portables et d'autres applications.
Densité de couple élevée: la conception sans norme réduit le poids du rotor et le moment d'inertie, et le moment faible d'inertie signifie que le moteur peut accélérer et décélérer plus rapidement, étant ainsi capable de générer plus de couple en peu de temps; Dans le même temps, l'absence de noyau de fer rend le moteur à tasse creux plus compact, plus petit et capable de fournir une puissance de couple plus élevée dans un espace limité.
Longue durée de vie: le nombre de pièces d'inversion du moteur à tasse creuse rend la fluctuation actuelle et l'inductance du moteur plus petit lors de l'inversion, réduisant considérablement la corrosion électrique du système d'inversion pendant le processus d'inversion, afin d'avoir une durée de vie plus longue. Selon les données de la recherche sur les applications 'La gestion personnalisée des moteurs à tasse creuse ', la durée de vie des moteurs CC brossés est généralement seulement quelques centaines d'heures, et l'espérance de vie des moteurs à tasse creuse est généralement comprise entre 1000 et 3000 heures, ce qui peut offrir une opération plus longue.
Vitesse de réponse rapide: Le moteur traditionnel a un moment d'inertie relativement important en raison de l'existence du noyau de fer, tandis que le moteur à tasse creux est compact, et le rotor est une bobine d'auto-support en forme de coupe, de sorte que le poids est plus léger, et son plus petit moment d'inertie fait également que le moteur creux de la coupe ait des caractéristiques de réglage de départ sensible. Selon la progression 'Research du micro-moteur et la bobine de coupe creuse, la constante de temps mécanique du moteur de noyau général est d'environ 100 ms, tandis que la constante de temps mécanique du moteur à coupe creux est inférieure à 28 ms, et certains produits sont encore moins de 10 ms.
Couple de pointe élevé: Le rapport du couple de pointe et du couple continu du moteur à tasse creuse est très important, car le processus de courant augmentant à la constante de couple de pointe est inchangé, et la relation linéaire entre le courant et le couple peut faire produire le micromotor un grand couple de pointe. Une fois que le moteur à courant continu de noyau ordinaire a atteint la saturation, peu importe que le courant soit augmenté, le couple du moteur CC n'augmentera pas.
Bonne dissipation de chaleur: La surface du rotor de tasse creuse a un flux d'air, mieux que les performances de dissipation de chaleur du rotor de noyau, le fil émaillé du rotor de noyau est intégré dans la rainure de la feuille en silicium en acier, le flux d'air de surface de la bobine est moindre, l'élévation de la température est plus grande, dans les mêmes conditions de sortie de sortie, la montée de température du moteur à DC de tasse creuse est plus petite.
4, le chemin technique du moteur à tasse creuse
L'étape clé de la production de moteur à tasse creuse est la production de bobines, donc la conception de la bobine et le processus d'enroulement deviennent ses barrières de base. Le diamètre, le nombre de tours et la linéarité du fil affectent directement les paramètres du cœur du moteur. La barrière centrale de l'enroulement de la bobine se reflète directement dans la conception de la bobine, car différents types d'enroulement ont des différences dans le taux d'automatisation et la consommation de cuivre. D'un autre côté, il se reflète également dans l'équipement d'enroulement et la méthode d'enroulement, et le taux de remplissage de la groove creux enroulée par différentes machines d'enroulement est différent, ce qui conduit à des différents clairsemés, affectant directement la perte de moteur, la dissipation de chaleur, la puissance, etc.
Angle de conception de la bobine: La conception d'enroulement du moteur à tasse creuse peut être divisée en type d'enroulement droit, type d'enroulement oblique et type de selle.
Enroulement droit: le fil de la bobine est parallèle à l'axe du moteur, formant une structure d'enroulement concentrée. L'idée de conception de la bobine enroulée droite consiste d'abord à enrouler le fil émaillé circulaire ordinaire sur l'enroulement en fonction de l'exigence du nombre de virages, puis de connecter l'enroulement sur l'arbre central du fil, puis d'utiliser le classeur aux deux extrémités pour guérir et se former. Relativement parlant, la fin de l'enroulement droit ne produit aucun couple et augmente le poids de l'armature et la résistance à l'armature.
Enroulement oblique: Également connu sous le nom d'enroulement en nid d'abeille, la méthode d'enroulement en nid d'abeille est utilisée, laissant des robinets au milieu, afin de pouvoir enrouler en continu, il est nécessaire de faire du côté efficace de l'élément et de l'axe d'armature en un certain angle d'inclinaison. La taille d'extrémité de cette méthode d'enroulement est petite, mais parce que l'enroulement continu oblique nécessite un certain angle de ligne, le fil émaillé se chevauche et le taux de remplissage de la fente est faible. Par rapport au type de plaie droite, l'armature enroulée inclinée n'a pas de boite-boite à l'extrémité, réduisant le poids de l'armature et présente les avantages d'un petit moment d'inertie, d'une petite constante de temps, de bonnes caractéristiques de traînée et d'un grand couple de sortie. Faulhaber en Allemagne et PorteScap en Suisse utilisent principalement l'enroulement incliné.
Type de selle: Également connu sous le nom de l'enroulement concentrique ou rhomboïde, la méthode d'enroulement d'une bobine en forme puis le câblage est utilisé, c'est-à-dire que le fil émaillé auto-adhésif est enroulé sur une matrice d'enroulement de formage spéciale, et la tasse d'armature est composée de dispositions de forme multiple. Lors de l'enroulement, les deux couches de bobines sont disposées soigneusement et en forme, ce qui est pratique pour contrôler la taille de la tasse d'armature après le remodelage et améliorer le taux de remplissage de l'emplacement. Dans le même temps, cette méthode a une efficacité de production élevée et convient à la production de masse. L'extrémité d'armature enroulée de selle a moins de couches de chevauchement, de petits écarts d'air et un taux d'utilisation élevé de l'aimant permanent, ce qui améliore la densité de puissance du moteur. Certains produits de Maxon en Suisse utilisent l'enroulement de type selle.
Point de vue du processus de serrage: Du point de vue de la technologie de production, selon la méthode de formation de la bobine est principalement divisée en trois catégories: enroulement manuel, enroulement et une production unique.
1) Enroulement manuel. Grâce à une série de processus complexes, notamment l'insertion des broches, l'enroulement manuel, le câblage manuel et d'autres étapes à produire. Il convient aux produits nécessitant un degré élevé de personnalisation, mais l'efficacité de la production et la stabilité des produits sont limitées.
2) Enrouler la technologie de production. La technologie de production d'enroulement est une production semi-automatique, le fil émaillé est d'abord enroulé séquentiellement à l'arbre principal avec une section transversale en forme de diamant, et elle est retirée après avoir atteint la longueur requise, puis aplatie dans une plaque métallique, et enfin la plaque métallique est enroulée dans une bobine en forme de coupe. Selon le processus de production et l'équipement Winding Hollow Cup Armature Process et l'équipement 'Le processus d'enroulement, la prochaine machine d'enroulement peut être configurée avec 4 travailleurs pour obtenir une sortie annuelle de 30 000 unités, mais la limitation de l'enroulement est qu'il convient plus à l'espacement de 20 à 30 mm, il est de produits avec un diamètre de moins de 10 ~ 12mm. Dans l'ensemble, l'efficacité de production du processus d'enroulement est relativement élevée et peut répondre aux exigences de la production à l'échelle moyenne. Cependant, son taux de participation manuelle élevé conduit à la cohérence du produit fini peut ne pas être aussi bon que la production automatisée, et il est difficile de respecter la plus petite taille de l'enroulement de la bobine de coupe creux.
3) Une technologie de production de moulage. La machine à enrouler à travers l'équipement d'automatisation sera un fil émaillé selon la règle d'une broche, l'enroulement de la bobine dans une tasse après le retrait, un moulage, pas besoin de rouler et d'aplatir plusieurs processus, de haut degré d'automatisation, de sorte que l'efficacité de production et la cohérence du produit fini sont meilleures; Mais l'investissement en équipement initial correspondant sera plus élevé.
Le processus d'enroulement à l'étranger s'est développé tôt, le degré d'automatisation est plus élevé que le domaine domestique. Le domestique adopte principalement la production d'enroulement, le processus est plus compliqué, l'intensité de main-d'œuvre des travailleurs est importante, ne peut pas compléter la bobine avec un diamètre de fil plus épais et le taux de ferraille est élevé. Les pays étrangers utilisent principalement une technologie de production ponctuelle, un degré élevé d'automatisation, une efficacité de production élevée, une plage de diamètre de bobine, une bonne qualité de bobine, une arrangement serré, des types de moteurs, de bonnes performances.
Liens de chaîne industrielle et applications en aval
Le moteur en amont de la tasse creuse est les matières premières et les pièces, les matières premières comprennent le cuivre, l'acier, l'acier magnétique, le plastique, etc., les pièces comprennent des roulements, des pinceaux, des commutateurs, etc. Les parties intermédiaires de la chaîne industrielle sont des fabricants de moteurs. L'en aval de la chaîne industrielle est la fin de l'application, et le moteur à tasse creuse a les caractéristiques d'une sensibilité élevée, d'un fonctionnement stable et d'un contrôle fort, qui répond aux exigences strictes du champ haut de gamme de la conduite électrique, il est donc principalement utilisé dans l'aérospatiale, l'équipement médical, l'automatisation industrielle et la robotique et d'autres champs haut de gamme. Dans le même temps, le moteur à coupe creux est également progressivement appliqué dans le champ civil, tel que l'automatisation de bureau, les outils électriques, etc.
Un moteur prometteur creux en tasse
Motor de coupe creux avec sa conception unique sans noyau de fer, montrant une vitesse élevée, une efficacité élevée, une réponse dynamique élevée et d'autres avantages significatifs, largement utilisés dans l'aérospatiale, l'équipement médical et d'autres champs, dans la flexibilité de la main du robot humanoïde, a également un impact significatif. Bien que les entreprises à l'étranger telles que Maxon et Faulhaber aient actuellement le premier avantage, avec l'amélioration continue du niveau technique des fabricants nationaux et le développement rapide du marché des robots humanoïdes, les moteurs à coupe creux nationaux inaugurent de nouvelles opportunités de développement.
