Hollow cup motor (Micro coreless motor) je poseban DC motor. Tradicionalno Istosmjerni motor naširoko se koristi u industrijskoj proizvodnji, kućanskim aparatima, transportu i drugim poljima, sastavljen od dva jezgrena dijela statora i rotora, nepomični dio istosmjernog motora naziva se stator, glavna uloga statora je stvaranje magnetskog polja, sastavljeno od okvira, glavnog magnetskog pola, okretnog pola, završne kapice, ležaja i četke. Uobičajeno korišteni materijali magneta statora uključuju Ndfeb, samarij kobalt, aluminij nikal kobalt i ferit. Dio koji se okreće tijekom rada naziva se rotor, a njegova glavna uloga je stvaranje elektromagnetskog momenta i inducirane elektromotorne sile, što je središte istosmjernog motora za pretvorbu energije, pa se obično naziva armatura, koja se sastoji od rotirajuće osovine, jezgre armature, namota armature, komutatora i ventilatora.
Motor sa šupljom šalicom probija strukturni oblik tradicionalnog istosmjernog motora u strukturi, koristeći rotor bez jezgre, a njegov armaturni namot je šuplja zavojnica s šalicom, sličnog oblika vodenoj šalici, pa se naziva 'motor sa šupljom šalicom'. Motor sa šupljom šalicom pripada DC, permanentnom magnetu, servo mikro motoru. Ova nova struktura rotora čini da motor sa šupljom čašom ima sljedeće izvrsne karakteristike: ① Karakteristike uštede energije: dizajn bez jezgre potpuno eliminira gubitak snage uzrokovan stvaranjem vrtložnih struja u željeznoj jezgri, a učinkovitost pretvorbe energije je vrlo visoka, maksimalna učinkovitost je općenito veća od 70%, a neki proizvodi mogu doseći više od 90% (motori sa željeznom jezgrom općenito imaju 70%); (2) Kontrolne karakteristike: brzo pokretanje i kočenje, brzi odziv, mehanička vremenska konstanta manja od 28 milisekundi, neki proizvodi mogu doseći manje od 10 milisekundi (jezgreni motori općenito imaju više od 100 milisekundi); Brzina se može lako osjetljivo podesiti u stanju velike brzine rada u preporučenom radnom području; (3) Karakteristike otpora: Stabilnost rada je vrlo pouzdana, fluktuacija brzine je vrlo mala, kao mikromotor, njegova fluktuacija brzine može se lako kontrolirati unutar 2%; ④ Karakteristike male težine: u usporedbi s motorom s jezgrom iste snage, njegova težina i volumen smanjeni su za 1/3-1/2, a gustoća energije znatno je poboljšana. Glavni pokazatelj motora sa šupljom čašom je gustoća snage, odnosno omjer izlazne snage prema težini ili volumenu. Rotor bez željezne jezgre eliminira vrtložne struje i gubitak histereze na kraju molekule i poboljšava učinkovitost pretvorbe energije. Smanjena težina i volumen na kraju nazivnika.
Četkica je važna komponenta četkasti motor , odgovoran za provođenje struje između rotirajućih dijelova i nepomičnih dijelova. Budući da je više napravljen od grafita, naziva se i karbonska četka. U običnom istosmjernom motoru, kako bi se rotor zadržao u rotaciji, smjer struje rotora treba mijenjati u stvarnom vremenu, tako da se moraju koristiti komutator i ugljena četkica. Motor bez četkica poništava način mehaničke komutacije četkica, tako da je potrebno detektirati položaj rotora kako bi se dovršila elektronička komutacija. Postoje dva uobičajena načina za dobivanje informacija o položaju rotora: (1) način upravljanja bez senzora, kada motor radi, položaj rotora je određen mjerljivom varijablom koju vraća motor; Način upravljanja senzorom položaja, položaj rotora motora izravno detektira senzor položaja unutar motora. Često korišteni senzori položaja su Hallovi senzori, fotoelektrični koderi, rotacijski transformatori i tako dalje. Točnost detekcije Hall senzora nije visoka, ali cijena je niska; Detekcija položaja fotoelektričnog enkodera i rotacijskog transformatora je precizna, a pogreška je mala, i općenito se koriste za upravljačke sustave visokih performansi, kao što je kontrola orijentacije magnetskog polja i izravna kontrola momenta.
Motor sa šupljom čašom prema svojoj strukturi može se podijeliti na dvije vrste s četkom i bez četkica. ① Brušeni motor sa šupljom čašom (također poznat kao istosmjerni brušeni motor bez jezgre, rotor bez željezne jezgre): upotreba mehaničkog komutatora s četkom, općenito uz školjku, unutarnji stator od mekog magnetskog materijala, stator s permanentnim magnetom, sastav armature rotora sa šupljom čašom. Kada je motor šuplje četkice pod naponom, kroz namot prolazi struja, generirajući okretni moment, rotor se počinje okretati, ako se rotor okrene na određeni kut, četkica koristi mehanički komutator za promjenu smjera struje, tako da je smjer izlaznog okretnog momenta nepromijenjen, rotor se nastavlja okretati. Budući da motor sa šupljom četkom koristi komutaciju četkice, postoji određeno relativno trenje tijekom rada motora, što će proizvesti buku, električnu iskru i smanjiti životni vijek motora. Općenito domaći 'motor sa šupljom šalicom' općenito se odnosi na motor s četkom; ② motor sa šupljom čašom bez četkica (također poznat kao DC motor bez četkica bez proreza, stator bez željezne jezgre): upotreba elektroničke komutacije, općenito pomoću ljuske, mekih magnetskih materijala, izolacijskih materijala i armature šuplje čaše koja se sastoji od statora i trajnog magnetskog čeličnog rotora. Motor bez četkica sa šupljom čašom povezuje različite namotaje u strujni krug kontrolirajući uključivanje/isključivanje elektroničkih komponenti kako bi se postigao učinak reverziranja. Ovaj način komutacije čini da motor sa šupljom čašom bez četkica ima karakteristike visoke učinkovitosti, male fluktuacije momenta, dugog životnog vijeka, kompaktne strukture, jednostavnog održavanja i tako dalje.
1.2. Jezgra barijera: proces namotavanja
Procesni tok motora sa šupljom čašom je složen, a poteškoće obrade daleko su veće nego kod običnog DC motora s prorezima. Uzimajući DC motor bez utora tvrtke Dingzhi Technology (to jest, njegove motorne proizvode sa šupljom čašom) kao primjer, od namota prednje zavojnice, srednjeg ležaja, trna, potpornog prstena i ostalih dijelova jezgre, do ugradnje stražnjeg poklopca i linije za zavarivanje tiskanih ploča, itd., uključujući gotovo 30 procesa, složenost je daleko veća od običnih DC motora s prorezima. Proizvodnja zavojnice treba proći kroz proces emajlirane žice - namotavanja - oblikovanja grijanjem - skidanja žice, spajanja zajedničke žice - instalacije zavojnice i tako dalje.
Među njima, proizvodnja zavojnice jedan je od temeljnih procesa motora sa šupljom šalicom. Samonosivi namoti bez jezgre izrađeni su od takozvane emajlirane žice, koja je izolirana bakrena žica s vanjske strane premazana bojom. U procesu proizvodnje, boja susjednih žica se stapa zajedno primjenom pritiska i temperature. Ispravno lijepljenje (traka ili stakloplastika) može dodatno poboljšati čvrstoću i stabilnost oblika namota, što je posebno važno pri velikim strujnim opterećenjima.
Tehnologija proizvodnje motornog svitka sa šupljom šalicom uglavnom se dijeli u tri kategorije prema načinu oblikovanja svitka: 1) ručno namatanje. Kroz niz složenih procesa, uključujući umetanje igle, ručno namatanje, ručno ožičenje i druge korake u proizvodnji. 2) Tehnologija proizvodnje namota. Tehnologija proizvodnje namota je poluautomatska proizvodnja, emajlirana žica se prvo uzastopno namotava na glavnu osovinu s poprečnim presjekom u obliku dijamanta, a uklanja se nakon postizanja potrebne duljine, a zatim se spljošti u žičanu ploču, a na kraju se žičana ploča namota u zavojnicu u obliku šalice. Uzimajući šuplju šalicu za namotavanje kao primjer, proizvodni proces može se grubo podijeliti u sljedeće korake: (1) Namatanje šesterokutnog svitka žičane gredice: izvodi se na stroju za namatanje grupe kosih namota; ② Svitak prazne žice zalijepljen je s dva komada oblikovane trake osjetljive na pritisak, koja se iz kalupa spljošti; ③ Ravnanje: ploča oblika se umetne u zavojnicu prazne žice, a zavojnica se spljošti, a zatim pošalje u stroj za ravnanje da se izravna i postane prazna žica. Oblikujte strugalicom od bambusa. Odrežite višak trake, ostavite samo jedan zavoj, zavoj treba ostaviti na blago uzdignutoj strani ravnog pramena, tako da kolut može formirati red; ④ Zavojnica: prazna ravna žica ubacuje se u zavojnicu stroja za zavojnicu šuplje šalice, tako da je prazna žica spojena na kraj, a traka se zalijepi na površinu glave prazne žice da postane zavojnica šuplje šalice; ⑤ Premazivanje epoksidnim ljepilom: Nakon premazivanja epoksidnim ljepilom, stavite ga u pećnicu na stvrdnjavanje i oblikovanje. 3) Jedna tehnologija proizvodnje kalupa. Stroj za namatanje namotava emajliranu žicu na vreteno u skladu sa zakonom kroz opremu za automatizaciju, i skida zavojnicu nakon namotavanja u šalicu, formirajući istovremeno, i ne zahtijeva višestruke procese kao što su valjanje i ravnanje, s visokim stupnjem automatizacije.
Inozemni proces namotavanja razvio se rano, stupanj automatizacije je viši od domaćeg. Domaći uglavnom usvajaju proizvodnju namotaja, proces je kompliciraniji, radni intenzitet radnika je velik, ne mogu dovršiti zavojnicu s debljim promjerom žice, a stopa otpada je visoka. Strane zemlje uglavnom koriste tehnologiju jednokratne proizvodnje namotaja, visok stupanj automatizacije, visoku učinkovitost proizvodnje, raspon promjera zavojnice, dobru kvalitetu zavojnice, čvrst raspored, tipove motora, dobre performanse. Motor sa šupljom čašom može se podijeliti na ravne, sedlaste i nagnute prema načinu namotavanja. Godine 1958. dr.FF aulhaber (von Haber) iz Njemačke razvio je tehnologiju namotavanja zavojnice s kosim namotajem i 1965. godine dobio patentnu tehnologiju kosog namota zavojnice rotora motora sa šupljom šalicom. Njemačka, Švicarska, Japan i drugi raniji razvoj motora sa šupljom šalicom, u procesu namotavanja prikupili su bogato iskustvo. Među tri vodeća motora sa šupljom čašom u svijetu, švicarski Maxon uglavnom koristi ravne navoje i oblik sedla, a njemački Faulhaber i švicarski Portescap uglavnom koriste nagnute navoje. Proces ravno namotanog namota je složeniji, a uglavnom se koristi za duge strukture namota, često izrađene od više namota. Oblik sedla može smanjiti debljinu zavojnice, učinkovito smanjiti magnetski zračni raspor na motoru visoke gustoće snage, povećati duljinu reznog magnetskog polja i bolje iskoristiti magnetizam statora; Koso namotavanje razvijeno ranije, relativno jednostavno namotavanje, čvrsto ožičenje, pogodno za veliku serijsku proizvodnju.
Namatanje je osnovna tehnička prepreka motora sa šupljom šalicom. ① Veza dizajna: inozemne tri glavne tehnologije nastale su 1960-ih, domaći motor sa šupljom čašom počeo je kasno, manje istraživanja, nedostatak kombinacije stupnja podjele materijala, tipa čaše rotora za optimizaciju motora, nedostatak sustavnog dizajna naprijed, nedostatak prilagođenih zahtjeva konfiguracije sheme pogona sustava i mogućnosti dizajna proizvoda; ② Karika za obradu: U usporedbi s tradicionalnim motorom bez četkica, motorom s četkicom, servo motorom, struktura motora sa šupljom čašom pripada strukturi utora bez zuba, nema fiksnog utora, sva emajlirana žica je namotana, nema unutarnje potpore, vrlo je teško u procesu, a rani prinos je nizak. Što se tiče točnosti namotaja, zahtjevi za preciznošću motora sa šupljom čašom viši su nego kod tradicionalnih motora. Sam motor sa šupljom čašom male je veličine, a tolerancija pogreške niža je nego kod običnih motora s permanentnim magnetima i koračnih motora, a točnost obrade izravno utječe na stabilnost magnetskog polja. Razlika u debljini žice i zavojima namota čini da vrijednost otpora namota, početna struja, konstanta brzine i drugi parametri motora imaju velike razlike. Zbog toga domaći proizvođači trebaju poboljšati preciznost, iskorištenost i automatizaciju u vezama proizvodnje i prerade. U usporedbi s inozemstvom, Kina je također relativno slaba u pogledu opreme za navijanje. Oprema za namatanje može se podijeliti na automatsku i ručnu neautomatsku opremu. U usporedbi s inozemstvom, stupanj automatizacije opreme za namotavanje u Kini je relativno nizak. Među vodećim svjetskim proizvođačima opreme za namatanje su Meteor iz Švicarske, Tanaka Seiki Co., Ltd. iz Japana i Hitote Mechanical Engineering Co., LTD. Domaća poduzeća još uvijek su relativno prazna u pogledu opreme i kupuju više japanske opreme za namatanje, a cijene se kreću od stotina tisuća do milijuna kuna. Relativno reprezentativne tvrtke u Kini uključuju Zhongspecial Technology, Dongguan Taili Electronic Machinery Co., LTD., Qinlian Technology, Kunshan Cook i tako dalje.
1.3 Primjene nizvodno: Karakteristike motora sa šupljom čašom određuju scenarij primjene nizvodno
Motor sa šupljom čašom pripada mikro motoru, a uzvodne sirovine slične su sirovinama mikro motora, uključujući bakar, čelik, magnetski čelik, ležajeve, plastiku itd. Motor sa šupljom čašom izvorno se koristio u zrakoplovstvu, zrakoplovnoj, vojnoj i drugim vrhunskim industrijama, a posljednjih godina njegova se primjena postupno proširila na civilne industrije, kao što su medicinski uređaji, potrošačka elektronika, električni alati, industrijska automatizacija i drugi scenariji.
Različite performanse motora sa šupljom čašom odgovaraju njegovoj primjeni u različitim poljima: 1) karakteristike male veličine, male težine i velikog omjera snage i volumena čine ga prikladnim za područja s velikim zahtjevima za težinom, kao što su različiti tipovi zrakoplova itd., što može minimizirati težinu zrakoplova; Također se široko koristi u raznim potrošačkim elektroničkim proizvodima, poput električnih četkica za zube i prijenosnih električnih ventilatora. 2) Karakteristike brzog pokretanja i kočenja i iznimno brzog odgovora čine ga prikladnim za područja koja trebaju postići brzu automatsku kontrolu, kao što je podešavanje smjera projektila s visokim zahtjevima za performansama upravljanja, praćenje optičkog pogona visoke brzine, visokoosjetljiva oprema, industrijski roboti, itd. 3) Karakteristike visoke učinkovitosti pretvorbe energije i dugo vrijeme rada čine ga prikladnim za sve vrste područja koja zahtijevaju uštedu energije i trajanje baterije, kao što su prijenosni instrumenti i oprema za rad na terenu.
Humanoidni robot otvara novi plavi ocean aplikacija za motore sa šupljim šalicama. Prema najnovijem razvoju Optimusa, humanoidnog robota kojeg je izdao Tesla, svaka ruka uključuje šest pogona i 11 stupnjeva slobode, dva pogona za palac i jedan pogon za svaki od ostala četiri prsta, a ruka može nositi do 20 funti. Modul ručnog zgloba uglavnom se sastoji od motora sa šupljom čašom, preciznog planetarnog reduktora, kugličnog vretena i senzora. Motor sa šupljom čašom omogućuje prstu mogućnost pomicanja, precizni planetarni mjenjač omogućuje manipulatoru točnije pozicioniranje i fleksibilniju upotrebu, enkoder pruža visokopreciznu povratnu informaciju o položaju i povratnu informaciju o brzini ruke, a senzor omogućuje robotu perceptivnu funkciju i sposobnost reakcije poput ljudske. Prema Musku, broj humanoidnih robota u budućnosti će premašiti broj ljudi, a dugoročno se očekuje da će dosegnuti razinu od 100 milijardi jedinica. Motor sa šupljom čašom glavno je tehničko rješenje robotske ruke s visokom sigurnošću. Humanoidni roboti koriste 6 motora sa šupljom šalicom po ruci, s obzirom na krajnju situaciju, očekuje se da će humanoidni roboti doseći razinu od jedne milijarde jedinica, ako masovna proizvodnja humanoidnih robota sleti, povući će rast prihoda poduzeća povezanih s motorom sa šupljom šalicom.
