מנוע כוס חלול (מנוע מיקרו) - שלוט בעתיד עם רובוטים הומנואידים

רובוטים הומנואידים הפכו לפנינה נוצצת בתחום הבינה המלאכותית.

בשנים האחרונות, רובוטים הומנואידים הפכו לפנינה נוצצת בתחום הבינה המלאכותית עם היישום הרחב שלהם בתחומים רבים כמו טיפול רפואי ושירות. על מנת לקדם עוד יותר את פיתוח הענף, הממשלות המקומיות הציגו מדיניות להגברת התמיכה ברובוטים אנושיים ומרכיבי המפתח שלהם. בשרשרת תעשיית הרובוט ההומנואיד, מנוע הגביע החלול ממלא תפקיד חשוב במערכת בקרת התנועה של הרובוט ההומני, כמו רכיב הליבה של יד הרובוט ההומנואיד של טסלה הוא מנוע הגביע החלול, מכלול רובוט יחיד 12 (6 כל יד ימין). מאמר זה נועד לדון במאפיינים הטכניים, במצב השוק ובסיכויים העתידיים של מנוע הגביע החלול דרך המחקר.

מה זה מנוע גביע חלול

1. קונספט וסיווג של מנוע

מנוע חשמלי הוא מכשיר שממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית. הוא משתמש בסליל מלא אנרגיה (כלומר, הסטטור המתפתל) כדי לייצר שדה מגנטי מסתובב ומשמש לרוטור (כמו מסגרת אלומיניום סגורה של כלוב סנאי) ליצירת מומנט מגנטואלקטרי, שהוא להמיר את הכוח שנוצר על ידי הזרימה הנוכחית בשדה המגנטי לפעולה סיבוב. העיקרון הוא להשתמש בשדה המגנטי כדי לאלץ את הזרם כדי לגרום למנוע להסתובב.

העיקרון הבסיסי של סיבוב המנוע: סביב המגנט הקבוע עם ציר מסתובב, 1 סובב את המגנט (כך שנוצר השדה המגנטי המסתובב), 2 על פי העיקרון של עמוד ה- N ואטרקציה הטרופולה של קוטב S, אותו דחיית מוט, 3 מגנט עם ציר מסתובב יסתובב.

במנוע, למעשה הזרם הזורם דרך החוט יוצר שדה מגנטי מסתובב (כוח מגנטי) סביבו הגורם למגנט להסתובב. כאשר החוט נפצע לסליל, הכוח המגנטי מסונתז ליצירת שטף שדה מגנטי גדול (שטף מגנטי), וכתוצאה מכך מוטות N ו- S. על ידי הכנסת ליבת ברזל לסליל חוט, קווי השדה המגנטיים הופכים קל יותר לעבור ויכולים לייצר כוח מגנטי חזק יותר.

מבנה המנוע מורכב בעיקר משני חלקים: סטטור ורוטור.

סטטור: החלק הנייח של המנוע, שהמבנה העיקרי שלו כולל את המוט המגנטי, המתפתל והסוגר. המוט המגנטי הוא החלק של המנוע המייצר את השדה המגנטי, המורכב בדרך כלל מליבת ברזל וסלילי. המתפתל הוא הסליל בסטטור, המורכב בדרך כלל ממוליכים ובידוד, שתפקידו לייצר שדה מגנטי כאשר זרם חשמלי עובר דרכו. הסוגר הוא מבנה התמיכה של הסטטור, בדרך כלל עשוי סגסוגת אלומיניום וחומרים אחרים, עם עמידות בפני קורוזיה טובה וכוח.

רוטור: החלק המסתובב של המנוע, שהמבנה העיקרי שלו כולל זרוע, מיסבים וכובעי קצה. Armature הוא הסליל ברוטור, המורכב בדרך כלל ממוליכים ובידוד, שתפקידו לייצר שדה מגנטי כאשר זרם חשמלי עובר דרכו. מיסבים הם מבנה התמיכה של הרוטור, עשוי בדרך כלל מפלדה או קרמיקה, עם בלאי טוב ועמידות בפני קורוזיה. כיסוי הסוף הוא מבנה הסוף של המנוע, בדרך כלל עשוי סגסוגת אלומיניום וחומרים אחרים, עם איטום וכוח טוב.

2, הגדרת מנוע גביע חלול וסיווג

בשנת 1958 פיתח ד'רף אולאהבר את טכנולוגיית הסליל המתפתל הנוטה וקיבל את הפטנט הרלוונטי למנוע הגביע החלול בשנת 1965, תוך סימון כניסתו של מנוע הגביע החלול, והעיצוב המבני היצירתי שלו מאפשר למנוע להיות גודל קטן יותר וגם יעילות רבה יותר. מנוע הגביע החלול שייך למנוע סרוו המגנט הקבוע של DC, מבנה המנוע מוצג באיור הבא, המורכב בעיקר מסטטור ורוטור. הסטטור מורכב מגליון פלדת סיליקון וסליל סליל, ויריעת פלדת הסיליקון ללא מבנה חריץ שיניים יכולה להימנע מאפקט חריץ השיניים ולהפחית את אובדן הברזל ואת אובדן זרם הזרם. הרוטור מורכב ממגנט קבוע, פיר מסתובב וחלקיו הקבועים, והמנוע משתמש בטבעת מגנט קבוע, שקל לעבד ולהתקין.

בהשוואה למנועים רגילים, התכונה הגדולה ביותר של הרוטור היא שהיא פורצת דרך מבנה הרוטור של המנוע המסורתי במבנה, ומשתמשת ברוטור ללא ליבה, המכונה גם רוטור כוס חלול. הרוטור הוא מבנה חלול בצורת כוס מוקף פיתולים ומגנטים. במנועים רגילים, תפקיד ליבת הברזל הוא בעיקר: 1) לרכז ולהנחות את השדה המגנטי: ליבת הברזל עשויה מחומר עם חדירות מגנטית גבוהה (כמו יריעת פלדת סיליקון), שיכולה להתרכז ולהנחות את השטף המגנטי, ובכך לשפר את חוזק השדה המגנטי ואת היעילות של המנוע; 2) מתפתל תמיכה: ליבת הברזל מספקת מבנה תמיכה חזק לפיתול, ומבטיח כי המתפתל שומר על צורה ומיקום יציב במהלך פעולת המנוע. במנוע הספל החלול, הצילינדר החלול הדק-קירות משמש כרוטור, והגליל החלול נפצע ישירות בתוך המתפתל ללא תמיכה נוספת ליבה. היתרונות של תכנון חסר תכנון: 1) ביטול הפסדי זרם אדי והיסטריזה: ליבת הברזל במנוע משותף תייצר אובדן זרם אדי והיסטריזה בשדה מגנטי מתחלף, אשר יפחית את היעילות של המנוע. מנוע הגביע החלול משתמש ברוטור חסר סיבוב, המבטל לחלוטין את ההפסדים הללו, ובכך משפר את יעילות המרת האנרגיה של המנוע. 2) הפחיתו את המשקל והרגע של האינרציה: העיצוב נטול הליבה מצמצם באופן משמעותי את משקל הרוטור, מה שהופך את המנוע כולו לקל יותר. יחד עם זאת, הפחתת הרגע של האינרציה מאפשרת למנוע להיות מהירות תגובה מהירה יותר ותאוצה גבוהה יותר, וזה מועיל מאוד לתרחישי יישומים הדורשים התחלה מהירה ועצירה.

במקביל, תכנון הדיוק של מבנה הצילינדר החלול והפריסה המתפתלת יכולה לייעל את חלוקת השדה המגנטי בתוך מנוע הגביע החלול, להפחית את הדליפה המגנטית ואובדן האנרגיה ולשפר עוד יותר את היעילות והביצועים של המנוע.

ניתן לחלק את מנוע הגביע החלול לשני סוגים בהתאם למצב הקומוטציה שלו: האחד הוא מנוע מברשת הגביע החלול, המאמצת את מצב ההקצאה המכני של מברשת הפחמן; השני הוא המנוע ללא מברשות של גביע החלול, המחליף את נסיעת המברשת במסירה אלקטרונית, ונמנע מהניצוץ החשמלי וחלקיקי הטונר שנוצרו במהלך הפעלת מנוע המברשת, מצמצם את הרעש ומגדיל את חיי השירות של המנוע. מהשוואה בין מוצרים שונים של מכשירי חשמל מינגז'י באיור הבא, ניתן לראות כי אין צורך במברשת במנוע הגביע החלול ללא מברשת, אך חיישן האולם מגלה את אות השדה המגנטי של הרוטור, הופך את ההיפוך המכני להיפוך אות אלקטרוני, ומפשט עוד יותר את המבנה הפיזי של המנוע של כוס הכוס.

3, יתרונות מנועי גביע חלולים

מנוע הגביע החלול פורץ דרך מבנה הרוטור של המנוע המסורתי במבנה, ומפחית את אובדן הכוח הנגרם כתוצאה מהיווצרות זרם ערמומי בליבת הברזל, ומסתו ורגע האינרציה שלו מופחתים מאוד, ובכך מצמצמים את אובדן האנרגיה המכני של הרוטור עצמו. לסיכום, למנוע הגביע החלול יש יתרונות של צפיפות כוח גבוהה, חיי שירות ארוכים, תגובה מהירה, מומנט שיא גבוה, פיזור חום טוב וכן הלאה.

צפיפות הספק גבוהה: צפיפות ההספק של מנוע הגביע החלול הוא היחס בין כוח הפלט למשקל או לנפח. מבחינת המשקל, הרוטור שאינו ליבת קל יותר מרוטור הליבה הרגיל; מבחינת היעילות, הרוטור הבלתי מחובר מבטל את זרם האדי והפסד ההיסטריזה שנוצר על ידי הרוטור הבלתי -סורגי, משפר את היעילות של המיקרומוטור ומבטיח מומנט תפוקה גבוה וכוח פלט. היעילות המרבית של מרבית מנועי הגביע החלולים היא יותר מ 80%, ואילו היעילות המרבית של מרבית מנועי DC מברשת היא בדרך כלל סביב 50%. משקל נמוך יותר ויעילות גבוהה יותר מאפשרים למנועי גביע חלולים להשיג צפיפות כוח גבוהה יותר. לפיכך, מנוע הגביע החלול מתאים במיוחד ליישומים המונעים על ידי סוללות הדורשים תקופות פעולה ארוכות, כמו משאבות דגימת אוויר ניידות, רובוטים הומנואידים, ידיים ביוניות, כלי חשמל ידניים ויישומים אחרים.

צפיפות מומנט גבוהה: העיצוב הבלתי -לא מפחית את משקל הרוטור ואת רגע האינרציה, והרגע הנמוך של האינרציה פירושו שהמנוע יכול להאיץ ולהאטה מהר יותר, ובכך היכולת לייצר מומנט רב יותר בזמן קצר; במקביל, היעדר ליבת ברזל הופך את מנוע הגביע החלול לקומפקטי יותר, קטן יותר ויכול לספק תפוקת מומנט גבוהה יותר במרחב מוגבל.

חיי שירות ארוכים: מספר החלקים ההפוכים של מנוע הגביע החלול הופך את התנודה הנוכחית והשראות של המנוע קטן יותר בעת היפוך, ומפחיתים מאוד את הקורוזיה החשמלית של מערכת ההיפוך במהלך תהליך ההיפוך, כדי שיהיו חיים ארוכים יותר. על פי הנתונים שנמצאים במחקר היישומים של ניהול מותאם אישית של מנועי גביע חלולים ', חייהם של מנועי DC המוברשים הם בדרך כלל רק כמה מאות שעות, ותוחלת החיים של מנועי הגביע החלולים היא בדרך כלל בין 1000 ל 3000 שעות, מה שיכול לספק פעולה אמינה ארוכה יותר.

מהירות תגובה מהירה: למנוע המסורתי יש רגע גדול יחסית של אינרציה בגלל קיומו של ליבת הברזל, ואילו מנוע הגביע החלול הוא קומפקטי, והרוטור הוא סליל תומך בעצמו בצורת כוס, כך שהמשקל קל יותר, ורגע האינרציה הקטן יותר שלו הופך גם את המנוע החלול למנוע יש למאפייני התאמת התחלה רגישים. על פי 'התקדמות המחקר של המנוע המיקרו והסליל של גביע חלול ', קבוע הזמן המכני של מנוע הליבה הכללי הוא כמאה מ ', ואילו קבוע הזמן המכני של מנוע הגביע החלול הוא פחות מ- 28ms, וחלק מהמוצרים הם אפילו פחות מ -10 מ'.

מומנט שיא גבוה: היחס בין מומנט שיא ומומנט רציף של מנוע הגביע החלול גדול מאוד, מכיוון שתהליך הזרם העולה לקבוע המומנט השיא אינו משתנה, והקשר הליניארי בין הזרם למומנט יכול לגרום למיקרומוטור לייצר מומנט שיא גדול. לאחר שמנוע הליבה הרגיל DC יגיע לרוויה, לא משנה שהזרם מוגבר, מומנט מנוע DC לא יגדל.

פיזור חום טוב: פני השטח של הרוטור בגביע החלול יש זרימת אוויר, טוב יותר מביצועי פיזור החום של רוטור הליבה, חוט האמייל של רוטור הליבה מוטבע בחריץ גיליון הפלדה הסיליקון, זרימת האוויר של פני השטח פחות, עליית הטמפרטורה גדולה יותר, בתנאי תפוקת הכוח, עליית הטמפרטורה של כוס הכוס ההחלפה DC קטנה יותר.

4, הנתיב הטכני של מנוע הגביע החלול

שלב המפתח בייצור מנוע גביע חלול הוא ייצור סליל, כך שתהליך עיצוב סליל ותהליך הפך למחסומי הליבה שלו. הקוטר, מספר הפניות והליניאריות של החוט משפיעים ישירות על פרמטרי הליבה של המנוע. מחסום הליבה של פיתול סליל בא לידי ביטוי ישירות בעיצוב סליל, מכיוון שלסוגים מתפתלים שונים יש הבדלים בשיעור האוטומציה ובצריכת הנחושת. מצד שני, הוא בא לידי ביטוי גם בציוד המתפתל ובשיטת המתפתלת, וקצב המילוי של חריץ הכוס החלול על ידי מכונות מתפתלות שונות שונה, מה שמוביל לדליל שונה, המשפיע ישירות על אובדן המנוע, פיזור החום, הכוח וכן הלאה.

זווית עיצוב סליל: ניתן לחלק את העיצוב המתפתל של מנוע הגביע החלול לסוג מתפתל ישר, סוג מפותל אלכסוני וסוג אוכף.

מתפתל ישר: חוט הסליל מקביל לציר המנוע ויוצר מבנה מתפתל מרוכז. הרעיון העיצובי של סליל הפלאת ישר הוא לסובב תחילה את החוט האמייל המעגלי הרגיל על המתפת על פי הדרישה של מספר הסיבובים, ואז לחבר את הפיתול על פיר הליבה של החוט, ואז להשתמש בקלסר בשני הקצוות כדי לרפא ולצורה. באופן יחסי, סוף הפיתול ישר אינו מייצר מומנט, ומגדיל את משקל הזרוע ואת התנגדות הזרוע.

סלילה אלכסונית: הידועה גם בשם פיתול חלת דבש, משתמשים בשיטת פיתול חלת הדבש, ומשאירה ברזים באמצע, על מנת להיות מסוגלים לרחף ברציפות, יש צורך להפוך את הצד האפקטיבי של האלמנט וציר הזרוע לזווית הטיה מסוימת. גודל הסיום של שיטת פיתול זו הוא קטן, אך מכיוון שהפתילה המתפתלת המתפתלת האלכסונית דורשת זווית קו מסוימת, החוט האמייל חופף וקצב מילוי החריץ נמוך. בהשוואה לסוג הפצע הישר, לארמורה המתפתלת הנוטה אין פיתול קצה, להפחית את משקל הזרוע, ויש לו את היתרונות של רגע קטן של אינרציה, קבוע זמן קטן, מאפייני גרירה טובים ומומנט תפוקה גדול. פולאבר בגרמניה ופורטסקאפ בשוויץ משתמשים ברובו מתפתל נוטה.

סוג אוכף: הידוע גם כמתפתל קונצנטרי או רומבויד, השיטה של ​​פיתול סליל בצורת ואז משתמשים בחיווט, כלומר חוט האמייל המודבק בעצמו נפצע על מתים מתפתלים מיוחד, וכוס הזרוע עשויה מסדרי עיצוב מרובים. כאשר מתפתלים, שתי שכבות הסלילים מסודרות בצורה מסודרת ומעוצבות, וזה נוח לשלוט בגודל כוס הזרוע לאחר עיצוב מחדש ולשפר את קצב מילוי החריץ. במקביל, לשיטה זו יעילות ייצור גבוהה והיא מתאימה לייצור המוני. לקצה הזרוע המתפתל באוכף יש פחות שכבות חופפות, פער אוויר קטן ושיעור ניצול גבוה של מגנט קבוע, מה שמשפר את צפיפות הכוח של המנוע. כמה מוצרים של מקסון בשוויץ משתמשים בתפתנות מסוג אוכף.

נקודת מבט של תהליך מפותל: מנקודת המבט של טכנולוגיית הייצור, על פי שיטת היוצרים של הסליל מחולקת בעיקר לשלוש קטגוריות: פיתול ידני, סלילה וייצור חד פעמי.

1) סלילה ידנית. באמצעות סדרה של תהליכים מורכבים, כולל החדרת סיכות, סלילה ידנית, חיווט ידני ושלבים אחרים לייצור. זה מתאים למוצרים הדורשים מידה גבוהה של התאמה אישית, אך יעילות הייצור ויציבות המוצר מוגבלים.

2) טכנולוגיית ייצור מפותלת. טכנולוגיית הייצור המתפתלת היא ייצור חצי אוטומטי, החוט האמייל נפצע תחילה ברצף לפיר הראשי עם חתך רוחב בצורת יהלום, והוא מוסר לאחר שהגיע לאורך הנדרש ואז שטוח לצלחת תיל, ולבסוף לוחית החוט נפצעת לסליל בצורת כוס. על פי תהליך המתפתל 'מתפתל בתהליך ייצור הצביעה של גביע חלול, ניתן להגדיר את המכונה המתפתלת הבאה עם 4 עובדים להשגת תפוקה שנתית של 30,000 יחידות, אך מגבלת הפיתול היא שהיא מתאימה יותר ל 20-30 מ'מ כוסית חלולה, היא קשה לרוח את הסלילים הקטנים יותר עם מרווחים ברזים פחות מ'ממ. בסך הכל, יעילות הייצור של תהליך המתפתל גבוהה יחסית והיא יכולה לעמוד בדרישות של ייצור בקנה מידה בינוני. עם זאת, שיעור ההשתתפות הידני הגבוה שלו מוביל לעקביות של המוצר המוגמר עשוי להיות לא טוב כמו ייצור אוטומטי, וקשה לעמוד בגודל הקטן יותר של סליל הסליל החלול.

3) טכנולוגיית ייצור דפוס אחת. מכונה מתפתלת דרך ציוד אוטומציה תהיה חוט אמייל על פי שלטון ציר, סליל המתפתל לכוס לאחר הסרתו, דפוס אחד, אין צורך לגלגל ולשטח תהליכים מרובים, דרגה גבוהה של אוטומציה, כך שיעילות הייצור ועקביות המוצר המוגמרת טובים יותר; אולם ההשקעה המתאימה לציוד מקדימה תהיה גבוהה יותר.

תהליך סלילה בחו'ל התפתח מוקדם, מידת האוטומציה גבוהה יותר מבית. המקומי מאמצים בעיקר את הייצור המתפתל, התהליך מסובך יותר, עוצמת העבודה של העובדים גדולה, אינה יכולה להשלים את הסליל בקוטר תיל עבה יותר וקצב הגרוטאות גבוה. מדינות זרות משתמשות בעיקר בטכנולוגיית ייצור פצעים חד פעמית, דרגה גבוהה של אוטומציה, יעילות ייצור גבוהה, טווח בקוטר סליל, איכות סליל טובה, סידור הדוק, סוגים מוטוריים, ביצועים טובים.

קישורי רשת תעשייתית ויישומים במורד הזרם

הזרם של מנוע הגביע החלול הוא חומרי גלם וחלקים, חומרי הגלם כוללים נחושת, פלדה, פלדה מגנטית, פלסטיק וכו ', חלקים כוללים מיסבים, מברשות, קומוטטורים וכו'. הגדלים האמצעיים של השרשרת התעשייתית הם יצרני מנוע. במורד הזרם של הרשת התעשייתית הוא סוף היישום, ולמנוע הגביע החלול יש מאפיינים של רגישות גבוהה, פעולה יציבה ושליטה חזקה, העומדת בדרישות הקפדניות של התחום המתקדם של הכונן החשמלי, כך שהיא משמשת בעיקר בתחום האווירי, הציוד הרפואי, האוטומציה התעשייתית והרובוטיקה ושדות מתקדמים אחרים. במקביל, מנוע הגביע החלול מיושם בהדרגה גם בתחום האזרחי, כמו אוטומציה של משרדים, כלי חשמל וכן הלאה.

מנוע גביע חלול מבטיח

מנוע גביע חלול עם העיצוב הייחודי שלו ללא ליבת ברזל, מראה מהירות גבוהה, יעילות גבוהה, תגובה דינאמית גבוהה ויתרונות משמעותיים אחרים, הנמצאים בשימוש נרחב בחלל, ציוד רפואי ושדות אחרים, בגמישות היד של הרובוט ההומנואיד יש גם השפעה משמעותית. למרות שמפעלים מעבר לים כמו מקסון ופולאבר יש את היתרון הראשון לעבר, עם שיפור מתמשך של הרמה הטכנית של היצרנים המקומיים והפיתוח המהיר של שוק הרובוט ההומנואיד, מנועי גביע חלול מקומי יובילו הזדמנויות פיתוח חדשות.