מנוע כוס חלול (מנוע ללא ליבות מיקרו) הוא מנוע DC מיוחד. מָסוֹרתִי מנוע DC נמצא בשימוש נרחב בייצור תעשייתי, מכשירי חשמל ביתיים, תחבורה ושדות אחרים, המורכב משני חלקי ליבה של הסטטור והרוטור, החלק הנייח של מנוע ה-DC נקרא הסטטור, התפקיד העיקרי של הסטטור הוא ליצור שדה מגנטי, המורכב מהמסגרת, הקוטב המגנטי הראשי, קוטב היפוך, מכסה קצה, מיסב ומכשיר מברשת. חומרי מגנט סטטור נפוצים כוללים Ndfeb, Samarium קובלט, ניקל אלומיניום קובלט ופריט. החלק שמסתובב במהלך הפעולה נקרא הרוטור, ותפקידו העיקרי הוא לייצר מומנט אלקטרומגנטי וכוח אלקטרו-מוטורי מושרה, שהוא הרכזת של מנוע DC להמרת אנרגיה, ולכן הוא מכונה בדרך כלל הארמטור, המורכב מציר מסתובב, ליבת אבזור, פיתול אבזור, קומוטטור ומאוורר.
מנוע הכוס החלול פורץ דרך הצורה המבנית של מנוע ה-DC המסורתי במבנה, באמצעות רוטור ללא ליבה, ופיתול האבזור שלו הוא סליל כוס חלול, הדומה בצורתו לכוס מים, ולכן הוא נקרא 'מוטור כוס חלול'. מנוע כוס חלול שייך DC, מגנט קבוע, מנוע מיקרו סרוו. מבנה הרוטור החדש הזה גורם למנוע הספל החלול להיות בעל המאפיינים המצוינים הבאים: ① מאפייני חיסכון באנרגיה: עיצוב נטול ליבות מבטל לחלוטין את אובדן הכוח הנגרם מהיווצרות זרמי מערבולת בליבת הברזל, ויעילות המרת האנרגיה גבוהה מאוד, היעילות המקסימלית היא בדרך כלל יותר מ- 70%, וחלק מהמוצרים יכולים להגיע ליותר מ- 90% מנוע ליבה בדרך כלל; (2) מאפייני בקרה: התנעה ובלימה מהירה, תגובה מהירה, קבוע זמן מכני פחות מ-28 מילישניות, מוצרים מסוימים יכולים להגיע לפחות מ-10 מילישניות (מנועי הליבה הם בדרך כלל יותר מ-100 מילישניות); ניתן לכוונן את המהירות בקלות ברגישות במצב ריצה במהירות גבוהה באזור ההפעלה המומלץ; (3) מאפייני גרירה: יציבות הפעולה אמינה מאוד, תנודת המהירות קטנה מאוד, כמנוע מיקרו, ניתן לשלוט בקלות בתנודת המהירות שלו תוך 2%; ④ מאפיינים קלים: בהשוואה לאותו מנוע ליבת כוח, משקלו ונפחו מופחתים ב-1/3-1/2, וצפיפות האנרגיה משתפרת מאוד. מחוון הליבה של מנוע הכוס החלול הוא צפיפות ההספק, כלומר היחס בין הספק המוצא למשקל או לנפח. הרוטור ללא ליבת ברזל מבטל זרם מערבולת ואובדן היסטרזיס בקצה המולקולרי ומשפר את יעילות המרת האנרגיה. משקל ונפח מופחתים בקצה המכנה.
המברשת היא מרכיב חשוב של מנוע מוברש , אחראי על הולכת הזרם בין החלקים המסתובבים לחלקים הנייחים. מכיוון שהיא עשויה יותר מגרפיט, היא נקראת גם מברשת פחמן. במנוע DC רגיל, על מנת לשמור על סיבוב הרוטור, יש לשנות את כיוון זרם הרוטור בזמן אמת, ולכן יש להשתמש בקומוטטור ובמברשת הפחמן. המנוע חסר המברשות מבטל את מצב העברת המברשת המכנית, ולכן יש לזהות את מיקום הרוטור כדי להשלים את המעבר האלקטרוני. ישנן שתי דרכים נפוצות להשיג מידע על מיקום הרוטור: (1) מצב בקרה ללא חיישן, כאשר המנוע פועל, מיקום הרוטור נקבע על ידי המשתנה הנמדד המוזן על ידי המנוע; מצב בקרת חיישן המיקום, מיקום רוטור המנוע מזוהה ישירות על ידי חיישן המיקום בתוך המנוע. חיישני מיקום נפוצים הם חיישני הול, מקודדים פוטואלקטריים, שנאים סיבוביים וכן הלאה. דיוק זיהוי חיישני הול אינו גבוה, אך המחיר נמוך; זיהוי מיקום המקודד הפוטואלקטרי והשנאי הסיבובי הוא מדויק והשגיאה קטנה, והם משמשים בדרך כלל למערכות בקרה בעלות ביצועים גבוהים, כגון בקרת כיוון שדה מגנטי ובקרת מומנט ישירה.
מנוע כוס חלול לפי המבנה שלו ניתן לחלוקה לשני סוגים ללא מברשות וללא מברשות. ① מנוע כוס חלול מוברש (ידוע גם כמנוע DC מוברש ללא ליבה, רוטור ללא ליבת ברזל): השימוש בקומוטטור מברשת מכאני, בדרך כלל על ידי המעטפת, סטאטור פנימי של חומר מגנטי רך, סטטור מגנט קבוע, הרכב אבזור רוטור כוס חלול. כאשר מנוע מברשת הספל החלול מופעל, הליפוף עובר זרם, יוצר מומנט, הרוטור מתחיל להסתובב, אם הרוטור מסתובב לזווית מסוימת, המברשת משתמשת בקומוטטור המכני כדי לשנות את כיוון הזרם, כך שכיוון מומנט המוצא אינו משתנה, הרוטור ממשיך להסתובב. מכיוון שמנוע המברשת של הכוס החלולה משתמש בהפנית המברשת, קיים חיכוך יחסי מסוים במהלך פעולת המנוע, שייצור רעש, ניצוץ חשמלי ויקצר את חיי השירות של המנוע. בדרך כלל 'מנוע כוס חלול' ביתי מתייחס בדרך כלל למנוע מברשת; ② מנוע כוס חלול ללא מברשות (ידוע גם כמנוע ללא חריצים DC ללא מברשות, סטטור ללא ליבת ברזל): השימוש בקומוטציה אלקטרונית, בדרך כלל על ידי המעטפת, חומרים מגנטיים רכים, חומרי בידוד ואבזור כוס חלול המורכב מהסטטור ורוטור פלדה מגנטי קבוע. המנוע נטול מברשות הכוס החלולה מחבר פיתולים שונים למעגל על ידי שליטה בהפעלה וכיבוי של רכיבים אלקטרוניים כדי להשיג את האפקט של היפוך. מצב תמורה זה גורם למנוע ללא מברשות כוס חלולה להיות בעל מאפיינים של יעילות גבוהה, תנודות מומנט קטנות, חיי שירות גבוהים, מבנה קומפקטי, תחזוקה קלה וכן הלאה.
1.2. מחסום ליבה: תהליך סלילה
זרימת התהליך של מנוע כוס חלול מורכבת, וקושי העיבוד הוא הרבה יותר מזה של מנוע מחורץ DC רגיל. אם לוקחים את המנוע חסר החריצים DC של Dingzhi Technology (כלומר, מוצרי מנוע הכוס החלולה שלו) כדוגמה, מפיתול הסליל הקדמי, המיסב האמצעי, הציר, טבעת התמיכה ושאר חלקי הליבה, ועד להתקנת הכיסוי האחורי וקו ריתוך המעגלים וכו', הכוללים כמעט 30 תהליכים, המורכבות היא הרבה יותר ממנועים רגילים עם חריצים DC. ייצור סליל צריך לעבור תהליך של חוט מצופה אמייל - פיתול - עיצוב חימום - הפשטת חוטים, חיבור החוט המשותף - התקנת סליל וכן הלאה.
ביניהם, ייצור סלילים הוא אחד מתהליכי הליבה של מנוע כוס חלול. פיתולים התומכים בעצמם ללא ליבות עשויים מה שנקרא חוט אמייל, שהוא חוט נחושת מבודד עם שכבת צבע מבחוץ. בתהליך הייצור, הצבע של חוטים סמוכים מתמזג יחד על ידי הפעלת לחץ וטמפרטורה. הדבקה נכונה (טייפ או פיברגלס) יכולה לשפר עוד יותר את החוזק ואת יציבות הצורה של הפיתול, מה שחשוב במיוחד בעומסי זרם גבוהים.
טכנולוגיית הייצור של סליל מנוע כוס חלול מחולקת בעיקר לשלוש קטגוריות על פי שיטת היווצרות של סליל: 1) סלילה ידנית. באמצעות סדרה של תהליכים מורכבים, כולל הכנסת פינים, סלילה ידנית, חיווט ידני ועוד שלבים לייצור. 2) טכנולוגיית ייצור מתפתל. טכנולוגיית הייצור המתפתל היא ייצור חצי אוטומטי, החוט המצופה אמייל נכרך תחילה ברצף אל הפיר הראשי עם חתך בצורת יהלום, והוא מוסר לאחר הגעה לאורך הנדרש, ולאחר מכן משטחים לצלחת תיל, ולבסוף לוחית התיל נלכדת לסליל בצורת כוס. אם ניקח כוס חלולה מתפתלת כדוגמה, ניתן לחלק את תהליך הייצור באופן גס לשלבים הבאים: (1) סלילה של סליל בילט תיל משושה: הוא מתבצע על מכונת מתפתל קבוצת מתפתלים משופעת; ② סליל החוט הריק מודבק בשתי חתיכות של סרט רגיש ללחץ מעוצב, משחרר את התבנית כדי לשטח אותו; ③ שיטוח: לוחית הצורה מוכנסת לתוך סליל החוט הריק, והסליל משטח, ולאחר מכן נשלח למכונת הרידוד כדי לשטח ולהפוך לריק חוט שטוח. מעצבים בעזרת מגרד במבוק. חותכים את הקלטת העודפת, ומשאירים רק תקלה אחת, יש להשאיר את הטרמפ בצד המורם מעט של הגדיל השטוח, כך שהסליל יוכל ליצור שורה; ④ סליל: ריק החוט השטוח מוזן לתוך הסליל של מכונת סליל הכוס החלולה, כך שריק החוט מחובר לקצה, והסרט מודבק על פני השטח של ראש ריק החוט כדי להפוך לסליל הכוס החלול; ⑤ ציפוי עיצוב אפוקסי: לאחר ציפוי דבק אפוקסי, הכניסו אותו לתנור לריפוי ועיצוב. 3) טכנולוגיית ייצור דפוס אחת. מכונת הליפוף מלופפת חוט מצופה אמייל לציר על פי חוק דרך ציוד האוטומציה, ומורידת את הסליל לאחר פיתול לכוס, נוצרת בכל פעם, ואינה מצריכה ריבוי תהליכים כגון גלגול ורידוד, בדרגת אוטומציה גבוהה.
תהליך הפיתול בחו'ל התפתח מוקדם, מידת האוטומציה גבוהה מהבית. המקומיים מאמצים בעיקר ייצור מתפתל, התהליך מסובך יותר, עוצמת העבודה של העובדים גדולה, לא יכולה להשלים את הסליל בקוטר חוט עבה יותר, ושיעור הגרוטאות גבוה. מדינות זרות משתמשות בעיקר בטכנולוגיית ייצור פצע חד פעמי, רמה גבוהה של אוטומציה, יעילות ייצור גבוהה, טווח קוטר סליל, איכות סליל טובה, סידור הדוק, סוגי מנועים, ביצועים טובים. ניתן לחלק את מנוע הכוס החלולה לפצע ישר, צורת אוכף ולפצע משופע לפי שיטת הליפול. בשנת 1958, Dr.FF aulhaber (von Haber) מגרמניה פיתח את טכנולוגיית סליל פיתול משופע, והשיג את טכנולוגיית הפטנט של פיתול משופע של סליל הרוטור של מנוע הכוס החלולה בשנת 1965. גרמניה, שוויץ, יפן ופיתוח מנוע כוס חלול אחר מוקדם יותר, בתהליך הפיתול נצבר ניסיון עשיר. בין שלושת מנועי הכוס החלולה המובילה בעולם, Maxon השוויצרית משתמשת בעיקר בצורת פצע ישר ובצורת אוכף, ו-Faulhaber הגרמנית וה-Swiss Portescap משתמשות בעיקר בצורת פצע משופע. התהליך של סלילה ישר הוא מסובך יותר, והוא משמש בעיקר עבור מבנים מתפתלים ארוכים, העשויים לרוב מליפוף מרובים. צורת האוכף יכולה להפחית את עובי הסליל, להפחית את פער האוויר המגנטי ביעילות במנוע בצפיפות הספק גבוהה, להגדיל את אורך חיתוך השדה המגנטי ולנצל טוב יותר את מגנטיות הסטטור; פיתול אלכסוני פותח מוקדם יותר, פיתול פשוט יחסית, חיווט הדוק, מתאים לייצור אצווה גדולה.
סלילה היא המחסום הטכני הליבה של מנוע כוס חלול. ① קישור עיצוב: מעבר לים שלוש טכנולוגיות עיקריות שמקורן בשנות ה-60, מנוע הכוס החלול המקומי התחיל מאוחר, פחות מחקר, היעדר שילוב של דרגת חלוקת חומרים, סוג כוס הרוטור למיטוב המנוע, היעדר תכנון שיטתי קדימה, היעדר דרישות מותאמות אישית של תצורת ערכת הנעת המערכת ויכולות עיצוב המוצר; ② קישור עיבוד: בהשוואה למנוע המסורתי ללא מברשות, מנוע מברשת, מנוע סרוו, המבנה של מנוע הכוס החלול שייך למבנה החריץ חסר השיניים, אין חריץ קבוע, כל חוטי האמייל תלויים בפיתול, אין תמיכה פנימית, זה מאוד קשה בתהליך, והתשואה המוקדמת נמוכה. במונחים של דיוק הליפוף, דרישות הדיוק של מנועי כוס חלולה גבוהות יותר מאלה של מנועים מסורתיים. מנוע הכוס החלול עצמו קטן בגודלו, והסובלנות לשגיאות נמוכה מזו של מנועי מגנט קבוע ומנועי צעד רגילים, ודיוק העיבוד משפיע ישירות על יציבות השדה המגנטי. ההבדל בין עובי החוט וסיבובי הפיתול גורם לערך ההתנגדות המתפתל, זרם ההתחלה, המהירות הקבועה ופרמטרי מנוע אחרים בעלי הבדלים גדולים. בשל כך, יצרנים מקומיים צריכים לשפר את הדיוק, התפוקה והאוטומציה בקשרי הייצור והעיבוד. בהשוואה לחו'ל, גם סין חלשה יחסית מבחינת ציוד פיתול. ניתן לחלק ציוד מתפתל לציוד אוטומטי וידני לא אוטומטי. בהשוואה לחו'ל, מידת האוטומציה של ציוד סלילה בסין נמוכה יחסית. היצרניות המובילות בעולם של ציוד פיתול כוללות את Meteor משוויץ, Tanaka Seiki Co., Ltd מיפן, ו-Hitote Mechanical Engineering Co., LTD. מפעלים מקומיים עדיין נמצאים במצב ריק יחסית מבחינת ציוד, והם רוכשים יותר ציוד פיתול יפני, במחירים שנעים בין מאות אלפים למיליונים. החברות המייצגות יחסית בסין כוללות את Zhongspecial Technology, Dongguan Taili Electronic Machinery Co., LTD., Qinlian Technology, Kunshan Cook וכן הלאה.
1.3 יישומים במורד הזרם: המאפיינים של מנוע הספל החלול קובעים את תרחיש היישום במורד הזרם
מנוע הכוס החלול שייך למנוע המיקרו, וחומרי הגלם במעלה הזרם דומים לחומרי הגלם של המיקרו מנוע, לרבות נחושת, פלדה, פלדה מגנטית, מיסבים, פלסטיק וכו'. מנוע הכוס החלול שימש במקור בתעשיות תעופה, תעופה וחלל, צבאיות ואחרות חדשניות, בשנים האחרונות, היישום שלו התרחב בהדרגה לתעשיות צרכניות, חשמל אזרחי וכלים רפואיים אחרים, תעשיות אזרחיות וכלים תעשייתיים אחרים. תרחישים.
הביצועים השונים של מנוע הכוס החלולה מתאימים ליישום שלו בתחומים שונים: 1) המאפיינים של גודל קטן, קל משקל ויחס כוח לנפח גדול הופכים אותו למתאים לאזורים עם דרישות משקל גבוהות, כגון סוגים שונים של מטוסים וכו', מה שיכול למזער את משקל המטוס; הוא נמצא בשימוש נרחב גם במוצרי צריכה אלקטרוניים שונים, כגון מברשות שיניים חשמליות ומאווררים חשמליים ניידים. 2) המאפיינים של התנעה ובלימה מהירה ותגובה מהירה במיוחד הופכים אותו למתאים לאזורים שצריכים להגיע לשליטה אוטומטית מהירה, כמו התאמת כיוון טילים עם דרישות ביצועי בקרה גבוהות, מעקב כונן אופטי בקצב גבוה, ציוד רגיש במיוחד, רובוטים תעשייתיים וכו'. 3) המאפיינים של יעילות המרת אנרגיה גבוהה וזמן ריצה ארוך הופכים אותו למתאים לכל סוגי התחומים כמו ציוד חיסכון בשטח וסוללה הדורשים חיי סוללה וסוללה.
רובוט Humanoid פותח אוקיינוס כחול חדש של יישומי מנוע כוס חלול. לפי הפיתוח האחרון של Optimus, רובוט דמוי אדם ששוחרר על ידי טסלה, כל יד כוללת שישה כוננים ו-11 דרגות חופש, שני כוננים לאגודל והנעה אחת לכל אחת מארבע האצבעות האחרות, והיד יכולה לשאת עד 20 פאונד. מודול מפרק היד מורכב בעיקר ממנוע כוס חלול, מפחית פלנטרי מדויק, בורג כדור וחיישן. מנוע הספל החלול מאפשר לאצבע לזוז, תיבת ההילוכים הפלנטרית המדויקת מאפשרת למניפולטור להתמקם בצורה מדויקת יותר ולהשתמש בגמישות יותר, המקודד מספק משוב מיקום מדויק ומשוב מהירות של היד, והחיישן מאפשר לרובוט להיות בעל תפקוד תפיסתי ויכולת תגובה דמויי אדם. לדברי מאסק, מספר הרובוטים דמויי האדם בעתיד יעלה על מספר בני האדם, והוא צפוי להגיע לרמה של 100 מיליארד יחידות בטווח הארוך. מנוע כוס חלול הוא הפתרון הטכני המרכזי של יד רובוט בוודאות גבוהה. רובוטים דמויי אדם משתמשים ב-6 מנועים של כוס חלולה בכל יד, בהתחשב במצב הסופי, רובוטים דמויי אדם צפויים להגיע לרמה של מיליארד יחידות, אם ייצור המוני של רובוטים דמויי אדם ינחתו, ימשוך גידול בהכנסות הקשורות למנועי כוסות חלולים.
