Robot humanoid telah menjadi mutiara yang bersinar di bidang kecerdasan buatan.
Dalam beberapa tahun terakhir, robot humanoid telah menjadi mutiara yang bersinar di bidang kecerdasan buatan dengan aplikasi luas mereka di banyak bidang seperti perawatan medis dan layanan. Untuk lebih mempromosikan pengembangan industri, pemerintah daerah telah memperkenalkan kebijakan untuk meningkatkan dukungan robot humanoid dan komponen utama mereka. Dalam rantai industri robot humanoid, motor cangkir berongga memainkan peran penting dalam sistem kontrol gerak robot humanoid, seperti komponen inti dari robot humanoid Tesla, robot yang tangkas adalah motor cangkir berongga, rakitan robot tunggal 12 (6 masing -masing tangan kanan). Makalah ini bertujuan untuk membahas karakteristik teknis, status pasar, dan prospek masa depan motor hollow cup melalui penelitian.
Apa motor gelas berlubang
1. Konsep dan Klasifikasi Motor
Motor listrik adalah perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Ini menggunakan koil yang berenergi (yaitu, belitan stator) untuk menghasilkan medan magnet yang berputar dan digunakan untuk rotor (seperti kerangka aluminium tertutup tupai) untuk membentuk torsi rotasi magnetoelektrik, yaitu untuk mengubah kekuatan yang dihasilkan oleh aliran saat ini dalam medan magnet menjadi aksi yang berputar. Prinsipnya adalah menggunakan medan magnet untuk memaksa arus untuk membuat motor berputar.
Prinsip dasar dari rotasi motor: di sekitar magnet permanen dengan sumbu berputar, 1 putar magnet (sehingga medan magnet yang berputar dihasilkan), 2 sesuai dengan prinsip tiang N dan atraksi heteropole tiang S, penolakan kutub yang sama, 3 magnet dengan sumbu yang berputar akan diputar.
Dalam motor, sebenarnya arus yang mengalir melalui kawat yang menciptakan medan magnet yang berputar (gaya magnet) di sekitarnya yang menyebabkan magnet berputar. Ketika kawat terluka menjadi kumparan, gaya magnet disintesis untuk membentuk fluks medan magnet besar (fluks magnet), yang menghasilkan kutub N dan S. Dengan memasukkan inti besi ke dalam kumparan kawat, garis medan magnet menjadi lebih mudah untuk dilewati dan dapat menghasilkan gaya magnet yang lebih kuat.
Struktur motor terutama terdiri dari dua bagian: stator dan rotor.
Stator: Bagian stasioner motor, struktur utamanya termasuk tiang magnet, belitan dan braket. Tiang magnet adalah bagian dari motor yang menghasilkan medan magnet, yang biasanya terdiri dari inti besi dan kumparan. Berliku adalah koil di stator, biasanya terdiri dari konduktor dan isolasi, yang perannya adalah untuk menghasilkan medan magnet ketika arus listrik melewati itu. Braket adalah struktur pendukung stator, biasanya terbuat dari paduan aluminium dan bahan lainnya, dengan ketahanan dan kekuatan korosi yang baik.
Rotor: Bagian yang berputar dari motor, struktur utamanya termasuk jangkar, bantalan dan tutup ujung. Armature adalah koil dalam rotor, biasanya terdiri dari konduktor dan isolasi, yang perannya adalah untuk menghasilkan medan magnet ketika arus listrik melewati itu. Bantalan adalah struktur pendukung rotor, biasanya terbuat dari baja atau keramik, dengan keausan yang baik dan ketahanan korosi. Penutup ujung adalah struktur ujung motor, biasanya terbuat dari paduan aluminium dan bahan lainnya, dengan penyegelan dan kekuatan yang baik.
2, definisi dan klasifikasi motor motor berongga
Pada tahun 1958, Dr.FF Aulhaber mengembangkan teknologi kumparan belitan miring dan memperoleh paten yang relevan untuk motor cangkir berongga pada tahun 1965, menandai munculnya motor cangkir berongga, dan desain struktural kreatifnya memungkinkan motor menjadi ukuran yang lebih kecil dan efisiensi yang lebih besar. Motor gelas berongga milik motor servo magnet permanen DC, struktur motor ditunjukkan pada gambar berikut, terutama terdiri dari stator dan rotor. Stator terdiri dari lembaran baja silikon dan belitan kumparan, dan lembaran baja silikon tanpa struktur alur gigi dapat menghindari efek alur gigi dan mengurangi kehilangan zat besi dan kehilangan arus eddy. Rotor terdiri dari magnet permanen, poros berputar dan bagian -bagian tetapnya, dan motor menggunakan magnet permanen cincin, yang mudah diproses dan dipasang.
Dibandingkan dengan motor biasa, fitur terbesar dari rotor adalah bahwa ia menembus struktur rotor motor tradisional dalam struktur, dan menggunakan rotor tanpa inti, juga dikenal sebagai rotor cangkir berongga. Rotor adalah struktur berbentuk cangkir berlubang yang dikelilingi oleh belitan dan magnet. Dalam motor biasa, peran inti besi terutama: 1) konsentrat dan memandu medan magnet: inti besi terbuat dari bahan dengan permeabilitas magnetik tinggi (seperti lembaran baja silikon), yang dapat berkonsentrasi dan memandu fluks magnetik, sehingga meningkatkan kekuatan medan magnet dan efisiensi motor; 2) Dukungan belitan: Inti besi menyediakan struktur pendukung yang kuat untuk belitan, memastikan bahwa belitan mempertahankan bentuk dan posisi yang stabil selama pengoperasian motor. Di motor gelas berongga, silinder berlubang berdinding tipis digunakan sebagai rotor, dan silinder berongga terluka langsung di dalam belitan tanpa dukungan inti tambahan. Keuntungan dari Desain Tanpa Core: 1) Penghapusan kerugian arus eddy dan histeresis: Inti besi dalam motor umum akan menghasilkan kerugian arus eddy dan histeresis dalam medan magnet bergantian, yang akan mengurangi efisiensi motor. Motor cangkir berongga menggunakan rotor tanpa biji, yang sepenuhnya menghilangkan kerugian ini, sehingga meningkatkan efisiensi konversi energi motor. 2) Mengurangi berat dan momen inersia: Desain bebas inti secara signifikan mengurangi berat rotor, membuat seluruh motor lebih ringan. Pada saat yang sama, pengurangan momen inersia memungkinkan motor memiliki kecepatan respons yang lebih cepat dan akselerasi yang lebih tinggi, yang sangat bermanfaat untuk skenario aplikasi yang membutuhkan awal dan berhenti dengan cepat.
Pada saat yang sama, desain presisi dari struktur silinder berongga dan tata letak belitan dapat mengoptimalkan distribusi medan magnet di dalam motor cangkir berongga, mengurangi kebocoran magnetik dan kehilangan energi, dan lebih lanjut meningkatkan efisiensi dan kinerja motor.
Motor cangkir berongga dapat dibagi menjadi dua jenis sesuai dengan mode pergantian: satu adalah motor sikat cangkir berongga, yang mengadopsi mode pergantian sikat karbon mekanis; Yang lainnya adalah motor sikat cangkir berongga, yang menggantikan pergantian sikat dengan pergantian elektronik, menghindari percikan listrik dan partikel toner yang dihasilkan selama pengoperasian motor sikat, mengurangi kebisingan dan meningkatkan masa pakai motor. Dari perbandingan berbagai produk peralatan listrik Mingzhi pada gambar berikut, dapat dilihat bahwa tidak ada kebutuhan untuk sikat di motor cangkir berongga sikat, tetapi sensor Hall mendeteksi sinyal medan magnet rotor, mengubah pembalikan mekanis menjadi pembalikan sinyal elektronik, dan selanjutnya menyederhanakan struktur fisik motor cangkir hollow.
3, keunggulan motor cangkir berlubang
Motor cangkir berongga menembus struktur rotor motor tradisional dalam struktur, mengurangi kehilangan daya yang disebabkan oleh pembentukan arus eddy di inti besi, dan massa serta momen inersia sangat berkurang, sehingga mengurangi kehilangan energi mekanik rotor itu sendiri. Singkatnya, motor cangkir berongga memiliki keunggulan kepadatan daya tinggi, umur panjang, respons cepat, torsi puncak tinggi, disipasi panas yang baik dan sebagainya.
Kepadatan Daya Tinggi: Kepadatan daya motor cangkir berongga adalah rasio daya output dengan berat atau volume. Dalam hal berat, rotor non-inti lebih ringan dari rotor inti biasa; Dalam hal efisiensi, rotor tanpa biji menghilangkan kehilangan arus eddy dan histeresis yang dihasilkan oleh rotor tanpa biji, meningkatkan efisiensi mikromotor, dan memastikan daya torsi dan output output yang tinggi. Efisiensi maksimum sebagian besar motor cangkir berongga lebih dari 80%, sedangkan efisiensi maksimum sebagian besar motor DC sikat umumnya sekitar 50%. Berat yang lebih rendah dan efisiensi yang lebih tinggi memungkinkan motor cangkir berongga untuk mencapai kepadatan daya yang lebih tinggi. Oleh karena itu, motor cangkir berongga sangat cocok untuk aplikasi bertenaga baterai yang memerlukan periode operasi yang lama, seperti pompa pengambilan sampel udara portabel, robot humanoid, tangan bionik, alat-alat listrik genggam dan aplikasi lainnya.
Kepadatan torsi tinggi: Desain tanpa biji mengurangi berat rotor dan momen inersia, dan momen rendah inersia berarti motor dapat mempercepat dan melambat lebih cepat, sehingga mampu menghasilkan lebih banyak torsi dalam waktu singkat; Pada saat yang sama, tidak adanya inti besi membuat motor cangkir berongga lebih kompak, lebih kecil, dan mampu memberikan output torsi yang lebih tinggi di ruang terbatas.
Umur Layanan Panjang: Jumlah bagian terbalik dari motor cangkir berongga membuat fluktuasi saat ini dan induktansi motor lebih kecil saat membalikkan, sangat mengurangi korosi listrik dari sistem pembalikan selama proses pembalikan, sehingga memiliki umur yang lebih lama. Menurut data dalam 'Penelitian Aplikasi Manajemen Kustomisasi Hollow Cup Motors ', kehidupan motor DC yang disikat umumnya hanya beberapa ratus jam, dan harapan hidup motor cangkir berongga biasanya antara 1000 dan 3000 jam, yang dapat menyediakan operasi yang lebih lama yang dapat diandalkan.
Kecepatan respons cepat: Motor tradisional memiliki momen inersia yang relatif besar karena adanya inti besi, sedangkan motor cangkir berongga kompak, dan rotornya adalah koil mandiri berbentuk gelas, sehingga beratnya lebih ringan, dan momen inersia yang lebih kecil juga membuat motor cangkir berlubang memiliki karakteristik penyesuaian start-stop yang sensitif. Menurut 'Kemajuan penelitian motor mikro cangkir berongga dan koil ', konstanta waktu mekanik motor inti umum adalah sekitar 100ms, sedangkan konstanta waktu mekanik motor cangkir berongga kurang dari 28 ms, dan beberapa produk bahkan kurang dari 10 ms.
Torsi Puncak Tinggi: Rasio torsi puncak dan torsi terus menerus dari motor cangkir berongga sangat besar, karena proses arus naik ke konstanta torsi puncak tidak berubah, dan hubungan linier antara arus dan torsi dapat membuat mikromotor menghasilkan torsi puncak yang besar. Setelah motor DC inti biasa mencapai saturasi, tidak peduli arus meningkat, torsi motor DC tidak akan meningkat.
Disipasi panas yang baik: Permukaan rotor cangkir berongga memiliki aliran udara, lebih baik daripada kinerja disipasi panas dari rotor inti, kawat berenamel dari rotor inti tertanam dalam alur lembaran baja silikon, aliran udara permukaan koil lebih sedikit, kenaikan suhu lebih besar, di bawah kondisi output daya yang sama, kenaikan suhu motor cangkir dc lebih kecil.
4, jalur teknis motor cangkir berlubang
Langkah kunci dalam produksi motor cangkir berongga adalah produksi koil, sehingga desain kumparan dan proses belitan menjadi hambatan intinya. Diameter, jumlah belokan dan linearitas kawat secara langsung mempengaruhi parameter inti motor. Hambatan inti belitan kumparan secara langsung tercermin dalam desain kumparan, karena jenis belitan yang berbeda memiliki perbedaan dalam tingkat otomatisasi dan konsumsi tembaga. Di sisi lain, ini juga tercermin dalam peralatan berliku dan metode belitan, dan laju pengisian luka alur cangkir berongga oleh mesin berliku yang berbeda berbeda, yang mengarah pada jarang yang berbeda, secara langsung mempengaruhi kehilangan motor, disipasi panas, daya dan sebagainya.
Sudut Desain Coil: Desain belitan motor cangkir berongga dapat dibagi menjadi tipe lurus lurus, jenis belitan miring dan jenis pelana.
Berliku lurus: Kawat koil sejajar dengan sumbu motor, membentuk struktur belitan pekat. Gagasan desain kumparan lurus-lurus adalah untuk pertama-tama melilitkan kawat berenamel melingkar biasa pada belitan yang berliku sesuai dengan persyaratan jumlah belokan, dan kemudian menghubungkan belitan pada poros inti kawat, dan kemudian menggunakan pengikat di kedua ujungnya untuk menyembuhkan dan membentuk. Secara relatif, ujung belitan lurus tidak menghasilkan torsi, dan meningkatkan berat jangkar dan resistensi jangkar.
Berliku -liku miring: Juga dikenal sebagai belitan sarang lebah, metode belitan sarang lebah digunakan, meninggalkan keran di tengah, agar dapat terus menerus, perlu membuat sisi efektif elemen dan sumbu jangkar ke dalam sudut kemiringan tertentu. Ukuran akhir dari metode belitan ini kecil, tetapi karena belitan lilitan yang terus menerus membutuhkan sudut garis tertentu, kawat enamel tumpang tindih, dan laju pengisian slot rendah. Dibandingkan dengan tipe luka lurus, jangkar belitan yang cenderung tidak memiliki ujung belitan, mengurangi berat jangkar, dan memiliki keunggulan momen kecil inersia, konstanta waktu kecil, karakteristik seret yang baik dan torsi output besar. Faulhaber di Jerman dan Portescap di Swiss kebanyakan menggunakan belitan miring.
Tipe Saddle: Juga dikenal sebagai belitan konsentris atau rhomboid, metode belitan kumparan berbentuk dan kemudian kabel digunakan, yaitu, kawat berenamel perekat diri terluka pada die belitan pembentuk khusus, dan cangkir jangkar terbuat dari beberapa pengaturan pembentukan. Saat berliku, dua lapisan gulungan disusun dengan rapi dan berbentuk, yang lebih mudah untuk mengontrol ukuran cangkir armature setelah membentuk kembali dan meningkatkan laju pengisian slot. Pada saat yang sama, metode ini memiliki efisiensi produksi yang tinggi dan cocok untuk produksi massal. Ujung armature berliku sadel memiliki lebih sedikit lapisan yang tumpang tindih, celah udara kecil dan laju pemanfaatan magnet permanen yang tinggi, yang meningkatkan kepadatan daya motor. Beberapa produk Maxon di Swiss menggunakan belitan tipe sadel.
Sudut pandang proses belitan: Dari sudut pandang teknologi produksi, menurut metode pembentukan koil terutama dibagi menjadi tiga kategori: belitan manual, belitan dan produksi pembentukan satu kali.
1) belitan manual. Melalui serangkaian proses kompleks, termasuk penyisipan pin, belitan manual, kabel manual dan langkah -langkah lain untuk diproduksi. Sangat cocok untuk produk yang membutuhkan tingkat kustomisasi yang tinggi, tetapi efisiensi produksi dan stabilitas produk terbatas.
2) Teknologi produksi yang berliku. Teknologi produksi yang berliku adalah produksi semi-otomatis, kawat berenamel pertama kali secara berurutan melukai poros utama dengan penampang berbentuk berlian, dan dihilangkan setelah mencapai panjang yang dibutuhkan, dan kemudian diratakan ke pelat kawat, dan akhirnya pelat kawat terluka ke dalam koil berbentuk cangkir. Menurut proses produksi dan peralatan 'gulungan cangkir berliku, mesin belitan berikutnya dapat dikonfigurasi dengan 4 pekerja untuk mencapai output tahunan 30.000 unit, tetapi keterbatasan belitan adalah lebih cocok untuk 10-30 mm. Secara keseluruhan, efisiensi produksi proses belitan relatif tinggi, dan dapat memenuhi persyaratan produksi skala menengah. Namun, tingkat partisipasi manualnya yang tinggi mengarah pada konsistensi produk jadi mungkin tidak sebagus produksi otomatis, dan sulit untuk memenuhi ukuran yang lebih kecil dari belitan kumparan cangkir berongga.
3) Satu teknologi produksi cetakan. Mesin berliku melalui peralatan otomatisasi akan menjadi kawat berenamel sesuai dengan aturan spindel, kumparan berliku ke dalam cangkir setelah dilepas, satu cetakan, tidak perlu menggulung dan meratakan beberapa proses, tingkat otomatisasi yang tinggi, sehingga efisiensi produksi dan konsistensi produk jadi lebih baik; Tetapi investasi peralatan di muka yang sesuai akan lebih tinggi.
Proses belitan luar negeri yang dikembangkan lebih awal, tingkat otomatisasi lebih tinggi dari domestik. Domestik terutama mengadopsi produksi belitan, prosesnya lebih rumit, intensitas tenaga kerja pekerja besar, tidak dapat menyelesaikan koil dengan diameter kawat yang lebih tebal, dan laju memo tinggi. Negara-negara asing terutama menggunakan teknologi produksi luka satu kali, otomatisasi tingkat tinggi, efisiensi produksi tinggi, rentang diameter koil, kualitas koil yang baik, pengaturan yang ketat, jenis motor, kinerja yang baik.
Tautan rantai industri dan aplikasi hilir
Hulu motor cangkir berongga adalah bahan baku dan bagian -bagian, bahan baku termasuk tembaga, baja, baja magnetik, plastik, dll., Bagian -bagian termasuk bantalan, kuas, komutator, dll. Jangkauan tengah rantai industri adalah produsen motor. Hilir dari rantai industri adalah akhir aplikasi, dan motor cangkir berongga memiliki karakteristik sensitivitas tinggi, operasi yang stabil dan kontrol yang kuat, yang memenuhi persyaratan ketat dari medan penggerak listrik kelas atas, sehingga terutama digunakan dalam kedirgantaraan, peralatan medis, otomatisasi industri dan robotika dan medan kelas atas lainnya. Pada saat yang sama, motor cangkir berongga juga secara bertahap diterapkan di ladang sipil, seperti otomatisasi kantor, alat -alat listrik dan sebagainya.
Motor gelas berongga yang menjanjikan
Motor cangkir berongga dengan desainnya yang unik tanpa inti besi, menunjukkan kecepatan tinggi, efisiensi tinggi, respons dinamis tinggi dan keunggulan signifikan lainnya, banyak digunakan dalam ruang angkasa, peralatan medis dan bidang lainnya, dalam fleksibilitas tangan robot humanoid juga memiliki dampak yang signifikan. Meskipun perusahaan luar negeri seperti Maxon dan Faulhaber memiliki keunggulan penggerak pertama saat ini, dengan peningkatan berkelanjutan tingkat teknis produsen domestik dan perkembangan cepat pasar robot humanoid, motor Piala Hollow domestik akan mengantarkan peluang pengembangan baru.
