A humanoid robotok ragyogó gyöngyszemekké váltak a mesterséges intelligencia területén.
Az elmúlt években a humanoid robotok a mesterséges intelligencia területének ragyogó gyöngyszemeivé váltak, széles körű alkalmazásukkal számos területen, például az orvosi ellátásban és a szolgáltatásban. Az ipar fejlődésének további előmozdítása érdekében a helyi önkormányzatok olyan politikákat vezettek be, amelyek növelik a humanoid robotok és kulcsfontosságú alkatrészeik támogatását. A humanoid robot ipari láncban az üreges csésze motor fontos szerepet játszik a humanoid robot mozgásvezérlő rendszerében, például a Tesla humanoid robot ügyes kezének központi eleme az üreges csésze motor, egyetlen robotszerelvény 12 (6 jobb kéz). Jelen cikk az üreges csésze motor műszaki jellemzőit, piaci helyzetét és jövőbeli kilátásait kívánja megvitatni a kutatáson keresztül.
Mi az üreges csésze motor
1. A motor fogalma és osztályozása
Az elektromos motor olyan eszköz, amely az elektromos energiát mechanikai energiává alakítja. Egy feszültség alatt álló tekercset (vagyis az állórész tekercsét) használ forgó mágneses mező létrehozására, és a forgórész (például egy mókusketrec zárt alumíniumkeret) számára magnetoelektromos forgónyomaték létrehozására szolgál, amely a mágneses mezőben áramló áram által generált erőt forgó hatásgá alakítja. Az alapelv az, hogy a mágneses mező segítségével kényszerítik az áramot, hogy a motor forogjon.
A motor forgásának alapelve: az állandó mágnes körül forgó tengellyel, 1 forgassa a mágnest (úgy, hogy a forgó mágneses tér létrejöjjön), 2 az N pólus és az S pólus heteropólus vonzás elve szerint, ugyanaz a pólus taszítás, 3 a forgó tengelyű mágnes forog.
A motorban valójában a vezetéken átfolyó áram az, amely körülötte forgó mágneses teret (mágneses erőt) hoz létre, ami a mágnes elfordulását idézi elő. Amikor a huzalt tekercsbe tekerik, a mágneses erőt szintetizálják, hogy nagy mágneses mező fluxust (mágneses fluxust) hozzon létre, ami az N és S pólusokat eredményezi. Ha egy vasmagot helyezünk egy huzaltekercsbe, a mágneses erővonalak könnyebben áthaladnak, és erősebb mágneses erőt tudnak létrehozni.
A motor felépítése alapvetően két részből áll: állórészből és forgórészből.
Állórész: a motor álló része, melynek fő szerkezete magában foglalja a mágneses pólust, a tekercset és a konzolt. A mágneses pólus a motor azon része, amely generálja a mágneses teret, amely általában vasmagból és tekercsekből áll. A tekercs az állórészben található, általában vezetőkből és szigetelésből álló tekercs, amelynek szerepe az, hogy mágneses mezőt generáljon, amikor elektromos áram halad át rajta. A konzol az állórész tartószerkezete, általában alumíniumötvözetből és más anyagokból készül, jó korrózióállósággal és szilárdsággal.
Rotor: A motor forgó része, melynek fő szerkezete armatúrát, csapágyakat és végsapkákat tartalmaz. Az armatúra a forgórészben általában vezetőkből és szigetelésből álló tekercs, amelynek szerepe az, hogy mágneses mezőt generáljon, amikor elektromos áram halad át rajta. A csapágyak a forgórész tartószerkezete, általában acélból vagy kerámiából készül, jó kopás- és korrózióállósággal. A végburkolat a motor végszerkezete, általában alumíniumötvözetből és más anyagokból készül, jó tömítéssel és szilárdsággal.
2, üreges csésze motor meghatározása és osztályozása
1958-ban a Dr.FF aulhaber kifejlesztette a ferde tekercses technológiát, és 1965-ben megszerezte az üreges csésze motor megfelelő szabadalmát, jelezve az üreges csésze motor megjelenését, és kreatív szerkezeti kialakítása lehetővé teszi a motor kisebb méretét és nagyobb hatékonyságát. Az üreges csésze motor az egyenáramú állandó mágneses szervomotorhoz tartozik, a motor felépítése a következő ábrán látható, főként állórészből és rotorból. Az állórész szilícium acéllemezből és tekercselésből áll, a foghorony szerkezet nélküli szilícium acéllemez pedig elkerülheti a foghorony hatását, és csökkentheti a vasveszteséget és az örvényáram veszteséget. A forgórész állandó mágnesből, forgó tengelyből és annak rögzített részeiből áll, a motor pedig gyűrűs állandó mágnest használ, amely könnyen megmunkálható és beépíthető.
A hagyományos motorokhoz képest a forgórész legnagyobb tulajdonsága, hogy szerkezetében áttöri a hagyományos motor rotorszerkezetét, és mag nélküli, más néven üreges csésze rotort használ. A rotor egy üreges csésze alakú szerkezet, amelyet tekercsek és mágnesek vesznek körül. A hagyományos motorokban a vasmag szerepe főként: 1) a mágneses mező koncentrálása és irányítása: a vasmag nagy mágneses permeabilitással rendelkező anyagból (például szilícium-acéllemezből) készül, amely képes koncentrálni és irányítani a mágneses fluxust, ezáltal javítva a mágneses térerősséget és a motor hatékonyságát; 2) Támasztó tekercselés: A vasmag erős tartószerkezetet biztosít a tekercselésnek, biztosítva, hogy a tekercselés stabil formáját és helyzetét megtartsa a motor működése során. Az üreges csészemotorban a vékonyfalú üreges hengert használják forgórészként, és az üreges hengert közvetlenül a tekercsbe tekerik, további magtámasz nélkül. A mag nélküli kialakítás előnyei: 1) Az örvényáram- és hiszterézisveszteségek kiküszöbölése: A közös motorban lévő vasmag örvényáramot és hiszterézisveszteséget hoz létre váltakozó mágneses térben, ami csökkenti a motor hatékonyságát. Az üreges csésze motor mag nélküli forgórészt használ, amely teljesen kiküszöböli ezeket a veszteségeket, ezáltal javítja a motor energiaátalakítási hatékonyságát. 2) Csökkentse a súlyt és a tehetetlenségi nyomatékot: a mag nélküli kialakítás jelentősen csökkenti a forgórész súlyát, így az egész motor könnyebb. Ugyanakkor a tehetetlenségi nyomaték csökkentése lehetővé teszi, hogy a motor gyorsabb reakciósebességgel és nagyobb gyorsulással rendelkezzen, ami nagyon előnyös olyan alkalmazási helyzetekben, amelyek gyors indítást és leállítást igényelnek.
Ugyanakkor az üreges hengerszerkezet és a tekercselrendezés precíziós kialakítása optimalizálhatja a mágneses tér eloszlását az üreges csésze motoron belül, csökkentheti a mágneses szivárgást és az energiaveszteséget, és tovább javíthatja a motor hatékonyságát és teljesítményét.
Az üreges csésze motor két típusra osztható a kommutációs mód szerint: az egyik az üreges csésze kefe motor, amely a mechanikus szénkefe kommutációs módot alkalmazza; A másik az üreges csésze kefe nélküli motor, amely a kefe kommutációt elektronikus kommutációra cseréli, elkerülve a kefemotor működése során keletkező elektromos szikrát és festékszemcséket, csökkentve a zajt és növelve a motor élettartamát. Az alábbi ábrán a Mingzhi elektromos készülékek különböző termékeinek összehasonlításából látható, hogy a kefe nélküli üreges csésze motorban nincs szükség kefére, de a Hall érzékelő érzékeli a rotor mágneses térjelét, a mechanikus irányváltást elektronikus jelfordítássá alakítja, és tovább egyszerűsíti az üreges csésze motor fizikai felépítését.
3, üreges csésze motor előnyei
Az üreges csésze motor szerkezetében áttöri a hagyományos motor forgórészszerkezetét, csökkenti a vasmagban örvényáram képződése által okozott teljesítményveszteséget, tömege és tehetetlenségi nyomatéka pedig nagymértékben csökken, ezáltal csökken magának a forgórésznek a mechanikai energiavesztesége. Összefoglalva, az üreges csésze motor előnyei a nagy teljesítménysűrűség, a hosszú élettartam, a gyors reakció, a nagy csúcsnyomaték, a jó hőelvezetés és így tovább.
Nagy teljesítménysűrűség: Az üreges csésze motor teljesítménysűrűsége a kimenő teljesítmény és a tömeg vagy térfogat aránya. Súlyát tekintve a mag nélküli forgórész könnyebb, mint a közönséges magrotor; A hatásfok szempontjából a mag nélküli forgórész kiküszöböli a mag nélküli rotor által generált örvényáram- és hiszterézisveszteséget, javítja a mikromotor hatásfokát, valamint magas kimeneti nyomatékot és kimeneti teljesítményt biztosít. A legtöbb üreges csésze motor maximális hatásfoka több mint 80%, míg a legtöbb kefés egyenáramú motor maximális hatásfoka általában 50% körül van. A kisebb tömeg és a nagyobb hatásfok lehetővé teszi az üreges csésze motorok számára, hogy nagyobb teljesítménysűrűséget érjenek el. Ezért az üreges csésze motor különösen alkalmas akkumulátoros alkalmazásokhoz, amelyek hosszú üzemidőt igényelnek, mint például hordozható levegő-mintavevő szivattyúk, humanoid robotok, bionikus kezek, kézi elektromos szerszámok és egyéb alkalmazások.
Nagy nyomatéksűrűség: a mag nélküli kialakítás csökkenti a forgórész tömegét és a tehetetlenségi nyomatékot, az alacsony tehetetlenségi nyomaték pedig azt jelenti, hogy a motor gyorsabban tud gyorsulni és lassulni, így rövid időn belül több nyomatékot tud generálni; Ugyanakkor a vasmag hiánya kompaktabbá, kisebbé teszi az üreges csésze motort, és korlátozott helyen nagyobb nyomatékot képes biztosítani.
Hosszú élettartam: Az üreges csésze motor irányváltó darabjainak száma csökkenti az áramingadozást és a motor induktivitását irányváltáskor, nagymértékben csökkentve az irányváltó rendszer elektromos korrózióját az irányváltási folyamat során, így hosszabb élettartamot biztosít. A 'Üreges csészemotorok testreszabott kezelésének alkalmazáskutatása' adatai szerint a kefés egyenáramú motorok élettartama általában csak néhány száz óra, az üreges motorok várható élettartama pedig általában 1000 és 3000 óra között van, ami hosszabb megbízható működést biztosít.
Gyors reakciósebesség: a hagyományos motor viszonylag nagy tehetetlenségi nyomatékkal rendelkezik a vasmag megléte miatt, míg az üreges csésze motor kompakt, a forgórész pedig csésze alakú önhordó tekercs, így könnyebb a súlya, és kisebb tehetetlenségi nyomatéka az üreges csésze motort is érzékeny start-stop beállítási karakterisztikájúvá teszi. A 'Üreges csésze mikromotor és tekercs kutatási előrehaladása' szerint az általános magmotor mechanikai időállandója körülbelül 100 ms, míg az üreges csésze motor mechanikai időállandója kevesebb, mint 28 ms, és egyes termékek még 10 ms-nál is kevesebbek.
Magas csúcsnyomaték: Az üreges csésze motor csúcsnyomatékának és folyamatos nyomatékának aránya nagyon nagy, mivel az áram csúcsnyomaték-állandóhoz való felemelkedésének folyamata változatlan, és az áram és a nyomaték közötti lineáris kapcsolat arra készteti a mikromotort, hogy nagy csúcsnyomatékot produkáljon. Miután a közönséges mag egyenáramú motor elérte a telítettséget, az áramerősség növekedésétől függetlenül az egyenáramú motor nyomatéka nem növekszik.
Jó hőelvezetés: az üreges csésze rotor felülete légáramlással rendelkezik, jobb, mint a magrotor hőelvezetési teljesítménye, a mag rotor zománcozott huzalja a szilícium acéllemez horonyba van ágyazva, a tekercs felületi légáramlása kisebb, a hőmérséklet-emelkedés nagyobb, azonos teljesítmény-kimeneti feltételek mellett az üreges csésze egyenáramú motor hőmérséklet-emelkedése kisebb.
4, az üreges csésze motor műszaki útja
Az üreges csésze motor gyártásában a legfontosabb lépés a tekercs gyártása, így a tekercs tervezése és tekercselési folyamata a fő akadályokká válik. A huzal átmérője, fordulatszáma és linearitása közvetlenül befolyásolja a motor fő paramétereit. A tekercselés maggátja közvetlenül tükröződik a tekercs kialakításában, mivel a különböző tekercstípusok automatizálási sebessége és rézfogyasztása eltérő. Másrészt, ez tükröződik a tekercselési berendezésben és a tekercselési módszerben is, és a különböző tekercselőgépekkel tekercselt üreges csésze horony kitöltési sebessége eltérő, ami eltérő ritkasághoz vezet, közvetlenül befolyásolva a motor veszteségét, hőelvezetését, teljesítményét és így tovább.
Tekercs tervezési szög: Az üreges csésze motor tekercselése egyenes tekercselésre, ferde tekercstípusra és nyereg típusra osztható.
Egyenes tekercselés: A tekercs vezetéke párhuzamos a motor tengelyével, koncentrált tekercsszerkezetet alkotva. Az egyenes tekercs tervezési ötlete az, hogy először a szokásos kör alakú zománcozott huzalt tekerje fel a tekercsszerszámra a fordulatok számának követelménye szerint, majd csatlakoztassa a tekercset a huzal magtengelyére, majd mindkét végén használja a kötőanyagot a kikeményítéshez és formázáshoz. Viszonylagosan szólva, az egyenes tekercs vége nem termel nyomatékot, és növeli az armatúra súlyát és az armatúra ellenállását.
Ferde tekercselés: más néven méhsejt-tekercselés, a méhsejt-tekercselési módszert alkalmazzák, középen csapokat hagyva, a folyamatos tekercselés érdekében az elem hatásos oldalát és az armatúra tengelyét egy bizonyos dőlésszögbe kell állítani. Ennek a tekercselési módszernek a végmérete kicsi, de mivel a ferde tekercselés folyamatos tekercseléséhez bizonyos vonalszög szükséges, a zománcozott huzal átfedi egymást, és a rés kitöltési sebessége alacsony. Az egyenes tekercstípushoz képest a ferde tekercselési armatúrának nincs végtekercse, ami csökkenti az armatúra súlyát, és előnye a kis tehetetlenségi nyomaték, a kis időállandó, a jó ellenállási jellemzők és a nagy kimeneti nyomaték. A németországi Faulhaber és a svájci Portescap többnyire ferde tekercselést használ.
Nyereg típusa: más néven koncentrikus vagy rombusz tekercselés, az alakos tekercs feltekercselésének, majd a huzalozásnak a módját alkalmazzák, vagyis az öntapadó zománcozott huzalt egy speciális formáló tekercsszerszámra tekercslik fel, az armatúra csésze pedig többféle formázási elrendezésből készül. A tekercselés során a tekercsek két rétege szépen és formázva van elrendezve, így kényelmesen szabályozható az armatúra csésze mérete az átalakítás után, és javítható a rés kitöltési aránya. Ugyanakkor ez a módszer nagy gyártási hatékonysággal rendelkezik, és tömeggyártásra is alkalmas. A nyereg tekercselő armatúra végén kevesebb átfedő réteg van, kis légrés és magas az állandó mágnes kihasználtsága, ami javítja a motor teljesítménysűrűségét. A svájci Maxon egyes termékei nyereg típusú tekercselést használnak.
A tekercselési folyamat szempontjából: Gyártási technológiai szempontból a tekercs formázási módja szerint főként három kategóriába sorolható: kézi tekercselés, tekercselés és egyszeri alakítás.
1) Kézi tekercselés. Egy sor összetett folyamaton keresztül, beleértve a tűbehelyezést, a kézi tekercselést, a kézi huzalozást és a gyártás egyéb lépéseit. Nagyfokú testreszabást igénylő termékekhez alkalmas, de a gyártási hatékonyság és a termékstabilitás korlátozott.
2) Tekercselési gyártástechnológia. A tekercselés gyártási technológiája félautomata gyártás, a zománcozott huzalt először szekvenciálisan a főtengelyre tekerik fel rombusz keresztmetszetűvel, majd a szükséges hossz elérése után eltávolítják, majd huzallappá lapítják, végül a huzallapot csésze alakú tekercsbe tekerik. A 'tekercselő üreges csésze armatúra gyártási folyamat és berendezés' tekercselési eljárás szerint a következő tekercselőgép 4 munkással konfigurálható 30 000 db éves teljesítmény elérésére, de a tekercselés korlátja, hogy alkalmasabb 20-30 mm átmérőjű üreges csésze átmérőjére, 7 mm-nél kisebb átmérőjű, 7 mm-nél kisebb csap átmérőjű termékeknél nehezebb tekercselni kisebb tekercseket, mint 1 mm. Összességében a tekercselési folyamat gyártási hatékonysága viszonylag magas, és megfelel a közepes méretű gyártás követelményeinek. Magas kézi részvételi aránya azonban azt eredményezi, hogy a késztermék konzisztenciája nem biztos, hogy olyan jó, mint az automatizált gyártás, és nehéz megfelelni az üreges csésze tekercselés kisebb méretének.
3) Egy fröccsöntő gyártási technológia. A tekercselő gép az automatizálási berendezéseken keresztül zománcozott huzal lesz az orsó szabálya szerint, tekercselés egy csészébe az eltávolítás után, egy öntés, nem kell több folyamatot hengerelni és simítani, magas fokú automatizálás, így a gyártás hatékonysága és a késztermék konzisztenciája jobb; De a megfelelő előzetes felszerelési beruházás magasabb lesz.
A tengerentúli tekercselési folyamat korán fejlődött, az automatizálás mértéke magasabb, mint a hazai. A hazai főként a tekercsgyártást alkalmazza, a folyamat bonyolultabb, a munkavállalók munkaintenzitása nagy, a tekercset nem lehet vastagabb huzalátmérővel kiegészíteni, és a selejt aránya magas. A külföldi országok főként egyszeri tekercselőkészítési technológiát, magas fokú automatizálást, nagy gyártási hatékonyságot, tekercsátmérő-tartományt, jó tekercsminőséget, szoros elrendezést, motortípusokat, jó teljesítményt alkalmaznak.
Ipari láncszemek és downstream alkalmazások
Az üreges csésze motor felfelé a nyersanyagok és alkatrészek, az alapanyagok közé tartozik a réz, acél, mágneses acél, műanyag stb., az alkatrészek között csapágyak, kefék, kommutátorok stb. Az ipari lánc középső szakaszai a motorgyártók. Az ipari lánc alsó része az alkalmazás vége, az üreges csésze motor pedig nagy érzékenységgel, stabil működéssel és erős vezérléssel rendelkezik, amely megfelel az elektromos hajtás csúcskategóriás területének szigorú követelményeinek, ezért elsősorban a repülőgépiparban, az orvosi berendezésekben, az ipari automatizálásban és a robotikában és más csúcskategóriás területeken használják. Ugyanakkor az üreges csésze motort fokozatosan alkalmazzák a polgári területen is, például irodai automatizálásban, elektromos szerszámokban és így tovább.
Ígéretes üreges csésze motor
Üreges csésze motor egyedülálló kialakításával vasmag nélkül, nagy sebességgel, nagy hatékonysággal, nagy dinamikus reakcióval és más jelentős előnyökkel, széles körben használják a repülőgépiparban, az orvosi berendezésekben és más területeken, a humanoid robot kéz rugalmassága szintén jelentős hatással van. Bár a tengerentúli vállalatok, mint például a Maxon és a Faulhaber jelenleg az elsők között vannak, a hazai gyártók műszaki színvonalának folyamatos fejlesztésével és a humanoid robotok piacának rohamos fejlődésével a hazai üreges csésze motorok új fejlesztési lehetőségeket nyitnak meg.
