फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर्स के सिद्धांत और अनुप्रयोगों का विश्लेषण

01 फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर क्या है?

फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर एक अत्यधिक कुशल और ऊर्जा-बचत करने वाली इलेक्ट्रिक मोटर है। इसकी सबसे विशिष्ट विशेषता पारंपरिक मोटरों में पाए जाने वाले घटकों, जैसे शाफ्ट, बियरिंग्स, हाउसिंग और एंड कैप को हटाना है, केवल दो मुख्य घटकों को बनाए रखना है: रोटर और स्टेटर।

यह संरचनात्मक डिज़ाइन मोटर को मशीन संरचना में निर्बाध रूप से एकीकृत करने की अनुमति देता है , रोटर का समर्थन करने के लिए मशीन के स्वयं के बीयरिंग का उपयोग करता है, जो सिस्टम एकीकरण और कॉम्पैक्टनेस को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है।

आमतौर पर सर्वो मोटर्स के लिए उपयोग की जाने वाली आउटपुट पावर रेटिंग के विपरीत, फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर्स को उनके आउटपुट टॉर्क द्वारा मापा जाता है। यह उन्हें कम गति पर उच्च टॉर्क देने में सक्षम बनाता है, जो रोबोटिक जोड़ों की गति आवश्यकताओं के लिए पूरी तरह से अनुकूल है।

02 कार्य सिद्धांत का अनावरण

फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर का कार्य सिद्धांत विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम पर आधारित है। जब मोटर का चालक बिजली लागू करता है, तो तीन-चरण बिजली घूर्णन विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को उत्तेजित करती है। स्टेटर वाइंडिंग में एक यह विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र रोटर में स्थायी चुम्बकों के साथ संपर्क करता है, जिससे टॉर्क उत्पन्न होता है जिससे रोटर घूमता है।

पूरी प्रक्रिया को ड्राइवर द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो यू/वी/डब्ल्यू तीन-चरण शक्ति के माध्यम से विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को आकार देता है। स्थायी चुम्बक वाला रोटर इस क्षेत्र के प्रभाव में घूमता है। फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर्स फीडबैक सिग्नल के लिए हॉल तत्वों का उपयोग कर सकते हैं या एक अतिरिक्त एनकोडर से सिग्नल का उपयोग कर सकते हैं।

के लिए ड्राइवर फीडबैक मान की तुलना लक्ष्य मान से करता है । रोटर के रोटेशन कोण को समायोजित करने सटीक सर्वो नियंत्रण प्राप्त करने के लिए,

03 पारंपरिक मोटर्स से अंतर

पारंपरिक फ़्रेमयुक्त मोटरों की तुलना में, फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर कई लाभ प्रदान करते हैं: वे मशीन के प्रदर्शन में सुधार करते हैं, प्रत्यक्ष युग्मन (कोई बैकलैश नहीं) और उच्च सिस्टम बैंडविड्थ को सक्षम करते हैं; संरचना अधिक कॉम्पैक्ट है, जिसके परिणामस्वरूप मशीन का पदचिह्न छोटा होता है और प्रति यूनिट वॉल्यूम में उच्च टॉर्क होता है।

उनमें उच्च कठोरता भी होती है और वे प्रत्यक्ष ड्राइव पावर स्रोत के रूप में काम कर सकते हैं, बेल्ट और पुली, लीड स्क्रू या गियरबॉक्स की आवश्यकता के बिना सीधे लोड चला सकते हैं; ऑपरेशन शांत है, क्योंकि मशीन की संरचना में सीधा एकीकरण ट्रांसमिशन विधि को बदल देता है, जिससे महत्वपूर्ण शोर में कमी आती है।

इसके अलावा, कम यांत्रिक भागों और किसी भी घटक के खराब होने या नियमित रखरखाव की आवश्यकता के कारण वे रखरखाव की जरूरतों को कम करते हैं।

04 ह्यूमनॉइड रोबोट की मूल शक्ति

कृत्रिम बुद्धिमत्ता और रोबोटिक्स तकनीक में तेजी से विकास के युग में, ह्यूमनॉइड रोबोट उद्योग, सेवाओं और स्वास्थ्य सेवा जैसे कई क्षेत्रों में गहराई से प्रवेश कर रहे हैं 4। फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर्स मुख्यधारा के ड्राइविंग घटक बन गए हैं। ह्यूमनॉइड रोबोट के जोड़ों में

टेस्ला का ऑप्टिमस अपने सभी 28 जोड़ों में शक्ति स्रोत के रूप में फ्रेमलेस टॉर्क मोटर्स का उपयोग करता है। इन जोड़ों में 14 रोटरी जोड़ और 14 रैखिक जोड़ शामिल हैं, प्रत्येक एक्चुएटर में एक फ्रेमलेस टॉर्क मोटर होती है।

रोटरी जोड़ों में एक फ्रेमलेस टॉर्क मोटर, हार्मोनिक रिड्यूसर, टॉर्क सेंसर, पोजिशन सेंसर, एनकोडर आदि शामिल होते हैं, जो कंधों (6), कलाई (2), कूल्हों (4), और धड़ (2) में वितरित होते हैं।

रैखिक जोड़ों में एक फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर, ग्रहीय रोलर स्क्रू, टॉर्क सेंसर, स्थिति सेंसर आदि शामिल होते हैं, जो कोहनी (2), कलाई (4), कूल्हों (2), घुटनों (2), और टखनों (4) में वितरित होते हैं।

05 तीन प्रमुख भूमिकाएँ

फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर्स ह्यूमनॉइड रोबोट जोड़ों के लचीलेपन में तीन प्रमुख भूमिकाएँ निभाते हैं:

उच्च टॉर्क आउटपुट प्रदान करना:

कार्य निष्पादन के दौरान, लीवर प्रभाव और लोड जड़ता को दूर करने के लिए रोबोट जोड़ों को अक्सर कम गति पर उच्च टॉर्क आउटपुट करने की आवश्यकता होती है। फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर्स अपेक्षाकृत कम गति पर भी उच्च टॉर्क आउटपुट उत्पन्न कर सकते हैं।

सटीक नियंत्रण सक्षम करना:

उच्च-प्रदर्शन एकीकृत ड्राइव इकाई बनाने के लिए उन्हें उच्च-परिशुद्धता एनकोडर और टॉर्क सेंसर जैसे घटकों के साथ कसकर एकीकृत किया गया है। नियंत्रक वास्तविक समय में एनकोडर फीडबैक से संयुक्त स्थिति की जानकारी पढ़ सकता है और, टॉर्क सेंसर से टॉर्क डेटा के साथ मिलकर, मोटर के टॉर्क और गति को ठीक कर सकता है।

संयुक्त प्रतिक्रिया गति में सुधार:

बेहद कम रोटर जड़ता के साथ, मोटर मिलीसेकंड गति पर नियंत्रण आदेशों का जवाब दे सकता है । यहां तक ​​कि अगर बाहरी वातावरण बदलता है या गतिविधियां अचानक बदल जाती हैं, तो रोबोट के जोड़ जल्दी से अपनी मुद्रा को समायोजित कर सकते हैं, जिससे रोबोट की स्थिरता और सुरक्षा सुनिश्चित होती है।

06 व्यापक आवेदन क्षेत्र

फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर्स के अनुप्रयोग क्षेत्र बहुत व्यापक हैं। इनका उपयोग मुख्य रूप से रोबोट के जोड़ों और भुजाओं में उच्च टॉर्क और उच्च-परिशुद्धता नियंत्रण प्रदान करने के लिए किया जाता है।

चिकित्सा उपकरणों में, अत्यधिक सटीक और सुचारू गति नियंत्रण प्राप्त करने के लिए, फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर्स को सर्जिकल रोबोट, मेडिकल इमेजिंग सिस्टम आदि के साथ मिलान किया जाता है। इनका उपयोग मेडिकल इमेजिंग और सर्जिकल रोबोट जैसे चिकित्सा क्षेत्रों में किया जा सकता है, जो मानव हाथ की तुलना में बहुत छोटे क्षेत्रों में उच्च परिशुद्धता के साथ ऑपरेशन करते हैं।

उच्च-स्तरीय सीएनसी मशीन टूल्स के क्षेत्र में, फ्रेमलेस टॉर्क मोटर्स का उपयोग उच्च-सटीक पांच-अक्ष मशीनों में बनाने, पीसने और ड्रिलिंग जैसी प्रक्रियाओं में सटीकता और दोहराव में सुधार के लिए किया जा सकता है।

इसके अलावा, इनका उपयोग एयरोस्पेस क्षेत्र के अनुप्रयोगों में भी किया जाता है, जैसे रडार, जड़त्वीय नेविगेशन सिस्टम और टर्नटेबल्स।

07 विशाल बाज़ार संभावनाएँ

फ्रेमलेस टॉर्क मोटर्स के लिए बाजार की संभावनाएं बहुत व्यापक हैं। वैश्विक फ्रेमलेस टॉर्क मोटर बाजार का आकार 2022 में 4.5 बिलियन CNY था और 2030 तक 22.4 बिलियन CNY तक पहुंचने की उम्मीद है , जिसमें ह्यूमनॉइड रोबोट बाजार खंड 16.3 बिलियन CNY के लिए जिम्मेदार है।

वैल्यूएट्स रिपोर्ट के आंकड़ों के अनुसार, वैश्विक फ्रेमलेस टॉर्क मोटर बाजार का आकार 2022 में 670 मिलियन अमेरिकी डॉलर था और 2029 तक इसके 1.17 बिलियन अमेरिकी डॉलर तक बढ़ने की उम्मीद है, जो 8% की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर (सीएजीआर) का प्रतिनिधित्व करता है। यह अनुमान लगाया गया है कि सहयोगी रोबोटों की तीव्र वृद्धि और बुद्धिमान मांग के साथ, फ्रेमलेस टॉर्क मोटर बाजार उच्च गति के विकास को बनाए रखेगा।

08 तकनीकी चुनौतियाँ और भविष्य के रुझान

हालाँकि फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर्स ह्यूमनॉइड रोबोट के क्षेत्र में काफी संभावनाएं दिखाते हैं, फिर भी उनकी तकनीक और उत्पादन में कुछ चुनौतियाँ हैं।

तकनीकी दृष्टिकोण से, फ़्रेमलेस टॉर्क मोटर्स के टॉर्क घनत्व को और बढ़ाना, जबकि उनके तापमान में वृद्धि को कम करना और रेटेड गति और अधिकतम गति के बीच अंतर को कम करना विद्युत चुम्बकीय डिजाइन पर उच्च मांग रखता है।

लागत के लिहाज से, ह्यूमनॉइड रोबोट के एक महत्वपूर्ण घटक के रूप में, चीन के भीतर इसके मुख्य घटकों की वर्तमान में कम घरेलू उत्पादन दर के कारण लागत अधिक बनी हुई है।

भविष्य के विकास के रुझानों में शामिल हैं: ह्यूमनॉइड रोबोट में संयुक्त लचीलेपन और शक्ति के लिए उच्च आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए फ्रेमलेस टॉर्क मोटर्स के प्रदर्शन संकेतकों में निरंतर सुधार।

इसके साथ ही, उत्पादन प्रक्रियाओं का अनुकूलन और उत्पादन लागत को कम करना भविष्य के विकास के लिए महत्वपूर्ण लक्ष्य बन जाएगा।

जैसे-जैसे ह्यूमनॉइड रोबोट 'प्रयोगशाला प्रदर्शनों' से 'विशिष्ट परिदृश्यों में प्रारंभिक व्यावसायीकरण' की ओर बढ़ रहे हैं, फ्रेमलेस टॉर्क मोटर्स, उनके मुख्य शक्ति स्रोत के रूप में, विकास के सुनहरे दौर में प्रवेश कर रहे हैं।

ह्यूमनॉइड रोबोट के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए 2025 को एक महत्वपूर्ण वर्ष के रूप में देखा जाता है। ह्यूमनॉइड रोबोट के मूल्य में फ्रेमलेस टॉर्क मोटर्स की हिस्सेदारी 16% है। वर्तमान कीमतें शक्ति और आकार के आधार पर कुछ सौ CNY से लेकर एक हजार CNY तक होती हैं।

भविष्य में, बड़े पैमाने पर विस्तार और प्रक्रिया नवाचार के साथ, उनकी कीमतों में काफी कमी आने की उम्मीद है, जिससे ह्यूमनॉइड रोबोट को अपनाने को और बढ़ावा मिलेगा।

यह कॉम्पैक्ट लेकिन शक्तिशाली तकनीक, फ्रेमलेस टॉर्क मोटर, ह्यूमनॉइड रोबोट के लचीले जोड़ों के पीछे गुमनाम नायक बन रही है , जो चुपचाप रोबोटिक्स उद्योग के तेजी से विकास का समर्थन कर रही है।