Motor berongga (Micro coreless motor) adalah motor DC khusus. Tradisional Motor DC banyak digunakan dalam produksi industri, peralatan rumah tangga, transportasi dan bidang lainnya, terdiri dari dua bagian inti stator dan rotor, bagian diam dari motor DC disebut stator, peran utama stator adalah menghasilkan medan magnet, terdiri dari rangka, kutub magnet utama, kutub pembalik, penutup ujung, bantalan dan perangkat sikat. Bahan magnet stator yang umum digunakan antara lain Ndfeb, Samarium kobalt, aluminium nikel kobalt, dan ferit. Bagian yang berputar selama operasi disebut rotor, dan peran utamanya adalah menghasilkan torsi elektromagnetik dan gaya gerak listrik induksi, yang merupakan penghubung motor DC untuk konversi energi, sehingga biasa disebut jangkar, yang terdiri dari poros berputar, inti jangkar, belitan jangkar, komutator dan kipas.
Motor cawan berongga mendobrak bentuk struktur motor DC tradisional, menggunakan rotor tanpa inti, dan belitan jangkarnya berupa kumparan cawan berongga, bentuknya mirip dengan cawan air, sehingga disebut “motor cawan berongga”. Motor cangkir berongga milik DC, magnet permanen, motor mikro servo. Struktur rotor baru ini membuat motor berongga memiliki karakteristik luar biasa berikut: ① Karakteristik hemat energi: desain bebas inti sepenuhnya menghilangkan kehilangan daya yang disebabkan oleh pembentukan arus eddy pada inti besi, dan efisiensi konversi energi sangat tinggi, efisiensi maksimum umumnya lebih dari 70%, dan beberapa produk dapat mencapai lebih dari 90% (motor inti besi umumnya 70%); (2) Karakteristik pengendalian: start dan pengereman cepat, respons cepat, konstanta waktu mekanis kurang dari 28 milidetik, beberapa produk dapat mencapai kurang dari 10 milidetik (motor inti umumnya lebih dari 100 milidetik); Kecepatan dapat dengan mudah disesuaikan secara sensitif di bawah kondisi pengoperasian kecepatan tinggi di area pengoperasian yang direkomendasikan; (3) Karakteristik drag: Stabilitas pengoperasian sangat andal, fluktuasi kecepatan sangat kecil, sebagai motor mikro, fluktuasi kecepatannya dapat dengan mudah dikontrol dalam 2%; ④ Karakteristik ringan: dibandingkan dengan motor inti daya yang sama, bobot dan volumenya berkurang 1/3-1/2, dan kepadatan energinya meningkat pesat. Indikator inti motor hollow cup adalah kepadatan daya, yaitu rasio daya keluaran terhadap berat atau volume. Rotor tanpa inti besi menghilangkan arus eddy dan kehilangan histeresis pada ujung molekul serta meningkatkan efisiensi konversi energi. Mengurangi berat dan volume di ujung penyebut.
Kuas merupakan komponen penting dari motor yang disikat , bertanggung jawab untuk mengalirkan arus antara bagian yang berputar dan bagian yang diam. Karena lebih banyak terbuat dari grafit maka disebut juga sikat karbon. Pada motor DC biasa, agar rotor tetap berputar, arah arus rotor perlu diubah secara real time, sehingga perlu digunakan komutator dan sikat karbon. Motor tanpa sikat membatalkan mode pergantian sikat mekanis, sehingga posisi rotor perlu dideteksi untuk menyelesaikan pergantian elektronik. Ada dua cara umum untuk memperoleh informasi posisi rotor: (1) mode kontrol tanpa sensor, ketika motor berjalan, posisi rotor ditentukan oleh variabel terukur yang diumpankan kembali oleh motor; Mode kendali sensor posisi, posisi rotor motor langsung terdeteksi oleh sensor posisi di dalam motor. Sensor posisi yang umum digunakan adalah sensor Hall, encoder fotolistrik, trafo putar dan sebagainya. Akurasi pendeteksian sensor hall tidak tinggi, tetapi harganya rendah; Encoder fotolistrik dan deteksi posisi trafo putar akurat dan kesalahannya kecil, dan umumnya digunakan untuk sistem kontrol berkinerja tinggi, seperti kontrol orientasi medan magnet dan kontrol torsi langsung.
Motor berongga cup menurut strukturnya dapat dibagi menjadi dua jenis sikat dan tanpa sikat. ① Motor cangkir berongga yang disikat (juga dikenal sebagai motor DC tanpa biji yang disikat, rotor tanpa inti besi): Penggunaan komutator sikat mekanis, umumnya dengan cangkang, stator bagian dalam bahan magnet lunak, stator magnet permanen, komposisi angker rotor cangkir berongga. Ketika motor sikat berongga diberi energi, belitan mengalirkan arus, menghasilkan torsi, rotor mulai berputar, jika rotor berputar ke Sudut tertentu, sikat menggunakan komutator mekanis untuk mengubah arah arus, sehingga arah torsi keluaran tidak berubah, rotor terus berputar. Karena motor sikat berongga menggunakan pergantian sikat, maka terjadi gesekan relatif tertentu selama pengoperasian motor, yang akan menimbulkan kebisingan, percikan listrik, dan mengurangi masa pakai motor. Umumnya 'motor cangkir berongga' domestik umumnya mengacu pada motor sikat; ② Motor cup berongga tanpa sikat (juga dikenal sebagai motor DC tanpa sikat tanpa slot, stator tanpa inti besi): Penggunaan pergantian elektronik, umumnya dengan cangkang, bahan magnet lunak, bahan insulasi, dan jangkar cup berongga yang terdiri dari stator dan rotor baja magnet permanen. Motor tanpa sikat berongga menghubungkan belitan yang berbeda ke sirkuit dengan mengontrol hidup-mati komponen elektronik untuk mencapai efek pembalikan. Mode pergantian ini membuat motor brushless berongga cup memiliki karakteristik efisiensi tinggi, fluktuasi torsi kecil, masa pakai tinggi, struktur kompak, perawatan mudah dan sebagainya.
1.2. Penghalang inti: proses penggulungan
Aliran proses motor berongga berongga rumit, dan kesulitan pemrosesannya jauh lebih besar daripada motor slot DC biasa. Mengambil contoh motor DC slotless dari Teknologi Dingzhi (yaitu produk motor hollow cup), mulai dari belitan kumparan depan, bantalan tengah, mandrel, cincin penyangga dan pemasangan bagian inti lainnya, hingga pemasangan penutup belakang dan jalur pengelasan papan sirkuit, dll., yang melibatkan hampir 30 proses, kompleksitasnya jauh lebih banyak daripada motor slot DC biasa. Produksi koil harus melalui proses penggulungan kawat enamel - pembentukan pemanasan - pengupasan kawat, penyambungan pemasangan kawat - koil biasa dan sebagainya.
Diantaranya, pembuatan koil merupakan salah satu proses inti motor hollow cup. Gulungan mandiri tanpa inti terbuat dari apa yang disebut kawat berenamel, yaitu kawat tembaga berinsulasi dengan lapisan cat di bagian luar. Dalam proses pembuatannya, cat kabel yang berdekatan disatukan dengan memberikan tekanan dan suhu. Pengikatan yang tepat (pita atau fiberglass) selanjutnya dapat meningkatkan kekuatan dan stabilitas bentuk belitan, yang khususnya penting pada beban arus tinggi.
Teknologi produksi kumparan motor berongga terutama dibagi menjadi tiga kategori menurut metode pembentukan kumparan: 1) penggulungan manual. Melalui serangkaian proses yang kompleks, termasuk penyisipan pin, penggulungan manual, pengkabelan manual, dan langkah-langkah produksi lainnya. 2) Teknologi produksi berliku. Teknologi produksi penggulungan adalah produksi semi otomatis, kawat enamel terlebih dahulu dililitkan secara berurutan ke poros utama dengan penampang berbentuk berlian, dan dilepas setelah mencapai panjang yang dibutuhkan, kemudian diratakan menjadi pelat kawat, dan terakhir pelat kawat tersebut dililitkan menjadi kumparan berbentuk cangkir. Mengambil contoh cangkir berongga yang berkelok-kelok, proses pembuatannya secara kasar dapat dibagi menjadi beberapa langkah berikut: (1) Penggulungan kumparan billet kawat heksagonal: dilakukan pada mesin penggulung kelompok belitan miring; ② Kumparan kawat kosong ditempel dengan dua potong pita sensitif tekanan berbentuk, demoulding untuk diratakan; ③ Perataan: pelat bentuk dimasukkan ke dalam kumparan kawat kosong, dan kumparan diratakan, kemudian dikirim ke mesin perata untuk diratakan dan menjadi kawat kosong datar. Bentuk dengan pengikis bambu. Potong kelebihan selotip, sisakan hanya satu halangan, halangan harus dibiarkan di sisi untaian datar yang sedikit terangkat, sehingga gulungan dapat membentuk barisan; ④ Kumparan: kawat kosong datar dimasukkan ke dalam kumparan mesin kumparan cangkir berongga, sehingga kawat kosong terhubung ke ujung, dan pita perekat ditempelkan pada permukaan kepala kawat kosong untuk menjadi kumparan cangkir berongga; ⑤ Pelapisan pembentukan epoksi: Setelah melapisi perekat epoksi, masukkan ke dalam oven untuk diawetkan dan dibentuk. 3) Salah satu teknologi produksi cetakan. Mesin penggulung menggulung kawat berenamel ke spindel sesuai hukum melalui peralatan otomasi, dan melepas kumparan setelah digulung menjadi cangkir, terbentuk sekaligus, dan tidak memerlukan banyak proses seperti penggulungan dan perataan, dengan otomatisasi tingkat tinggi.
Proses penggulungan luar negeri berkembang lebih awal, tingkat otomatisasinya lebih tinggi dibandingkan dalam negeri. Dalam negeri terutama mengadopsi produksi belitan, prosesnya lebih rumit, intensitas tenaga kerja pekerja besar, tidak dapat menyelesaikan kumparan dengan diameter kawat lebih tebal, dan tingkat skrap yang tinggi. Negara-negara asing terutama menggunakan teknologi produksi luka satu kali, otomatisasi tingkat tinggi, efisiensi produksi tinggi, kisaran diameter kumparan, kualitas kumparan yang baik, pengaturan yang ketat, jenis motor, kinerja yang baik. Motor berongga dapat dibagi menjadi luka lurus, bentuk sadel dan luka miring sesuai dengan metode belitannya. Pada tahun 1958, Dr.FF aulhaber (von Haber) dari Jerman mengembangkan teknologi belitan kumparan miring, dan memperoleh teknologi paten belitan miring dari kumparan rotor motor berongga pada tahun 1965. Jerman, Swiss, Jepang dan pengembangan motor berongga lainnya sebelumnya, dalam proses penggulungan telah mengumpulkan pengalaman yang kaya. Di antara tiga motor hollow cup terkemuka di dunia, Swiss Maxon sebagian besar menggunakan bentuk luka lurus dan bentuk sadel, serta German Faulhaber dan Swiss Portescap sebagian besar menggunakan bentuk luka miring. Proses belitan luka lurus lebih rumit, dan sebagian besar digunakan untuk struktur belitan panjang, sering kali dibuat dari banyak belitan. Bentuk pelana dapat mengurangi ketebalan kumparan, mengurangi celah udara magnetik secara efektif pada motor dengan kepadatan daya tinggi, meningkatkan panjang pemotongan medan magnet, dan memanfaatkan magnet stator dengan lebih baik; Gulungan miring dikembangkan sebelumnya, belitan yang relatif sederhana, kabel yang rapat, cocok untuk produksi batch besar.
Belitan adalah penghalang teknis inti dari motor berongga. ① Tautan desain: tiga teknologi utama di luar negeri berasal dari tahun 1960-an, motor cangkir berongga dalam negeri dimulai terlambat, penelitian yang lebih sedikit, kurangnya kombinasi tingkat subdivisi material, jenis cangkir rotor untuk mengoptimalkan motor, kurangnya desain ke depan yang sistematis, kurangnya persyaratan khusus konfigurasi skema penggerak sistem dan kemampuan desain produk; ② Tautan pemrosesan: Dibandingkan dengan motor tanpa sikat tradisional, motor sikat, motor servo, struktur motor cangkir berongga termasuk dalam struktur alur ompong, tidak ada alur tetap, semua kawat berenamel berliku, tidak ada dukungan internal, sangat sulit dalam prosesnya, dan hasil awal rendah. Dalam hal akurasi belitan, persyaratan presisi motor berongga lebih tinggi dibandingkan motor tradisional. Motor berongga itu sendiri berukuran kecil, dan toleransi kesalahannya lebih rendah dibandingkan motor magnet permanen biasa dan motor stepper, dan keakuratan pemrosesan secara langsung mempengaruhi stabilitas medan magnet. Perbedaan ketebalan kawat dan belitan belitan membuat nilai tahanan belitan, arus start, konstanta kecepatan dan parameter motor lainnya memiliki perbedaan yang besar. Oleh karena itu, produsen dalam negeri perlu meningkatkan presisi, hasil, dan otomatisasi dalam jalur produksi dan pemrosesan. Dibandingkan dengan luar negeri, Tiongkok juga relatif lemah dalam hal peralatan penggulungan. Peralatan penggulungan dapat dibagi menjadi peralatan non-otomatis otomatis dan manual. Dibandingkan dengan luar negeri, tingkat otomatisasi peralatan penggulungan di Tiongkok relatif rendah. Produsen peralatan penggulungan terkemuka di dunia termasuk Meteor dari Swiss, Tanaka Seiki Co., Ltd. dari Jepang, dan Hitote Mechanical Engineering Co., LTD. Perusahaan dalam negeri masih relatif kosong dalam hal peralatan, dan mereka membeli lebih banyak peralatan penggulungan Jepang, dengan harga berkisar antara ratusan ribu hingga jutaan. Perusahaan yang relatif representatif di Tiongkok termasuk Zhongspecial Technology, Dongguan Taili Electronic Machinery Co., LTD., Qinlian Technology, Kunshan Cook, dan sebagainya.
1.3 Aplikasi hilir: Karakteristik motor berongga menentukan skenario aplikasi hilir
Motor hollow cup termasuk dalam motor mikro, dan bahan baku hulunya mirip dengan bahan baku motor mikro, antara lain tembaga, baja, baja magnet, bantalan, plastik, dll. Motor hollow cup awalnya digunakan dalam penerbangan, dirgantara, militer, dan industri mutakhir lainnya, dalam beberapa tahun terakhir, penerapannya secara bertahap diperluas ke industri sipil, seperti peralatan medis, elektronik konsumen, perkakas listrik, otomasi industri, dan skenario lainnya.
Perbedaan performa motor hollow cup sesuai dengan penerapannya di berbagai bidang: 1) karakteristik ukuran kecil, ringan, dan rasio daya terhadap volume yang besar membuatnya cocok untuk area dengan kebutuhan bobot tinggi, seperti berbagai jenis pesawat terbang, dll., yang dapat meminimalkan bobot pesawat; Ini juga banyak digunakan di berbagai produk elektronik konsumen, seperti sikat gigi elektrik dan kipas angin listrik portabel. 2) Karakteristik start dan pengereman yang cepat serta respons yang sangat cepat membuatnya cocok untuk area yang perlu mencapai kendali otomatis yang cepat, seperti penyesuaian arah rudal dengan persyaratan kinerja kendali yang tinggi, tindak lanjut penggerak optik tingkat tinggi, peralatan yang sangat sensitif, robot industri, dll. 3) Karakteristik efisiensi konversi energi yang tinggi dan waktu pengoperasian yang lama membuatnya cocok untuk semua jenis bidang yang memerlukan penghematan energi dan masa pakai baterai, seperti instrumen portabel dan peralatan kerja lapangan.
Robot humanoid membuka samudra biru baru dalam aplikasi motor berongga. Menurut pengembangan terbaru Optimus, robot humanoid yang dirilis oleh Tesla, setiap tangan memiliki enam penggerak dan 11 derajat kebebasan, dua penggerak untuk ibu jari dan satu penggerak untuk masing-masing empat jari lainnya, dan tangan dapat membawa beban hingga 20 pon. Modul sambungan tangan terutama terdiri dari motor cangkir berongga, peredam planet presisi, sekrup bola, dan sensor. Motor cangkir berongga memungkinkan jari memiliki kemampuan untuk bergerak, gearbox planet presisi memungkinkan manipulator memposisikan lebih akurat dan menggunakan lebih fleksibel, encoder memberikan umpan balik posisi presisi tinggi dan umpan balik kecepatan tangan, dan sensor memungkinkan robot memiliki fungsi persepsi dan kemampuan reaksi seperti manusia. Menurut Musk, jumlah robot humanoid di masa depan akan melebihi jumlah manusia, dan diperkirakan akan mencapai level 100 miliar unit dalam jangka panjang. Motor cangkir berongga adalah solusi teknis utama tangan robot dengan kepastian tinggi. Robot humanoid menggunakan 6 motor hollow cup per tangan, mengingat situasi akhir, robot humanoid diperkirakan akan mencapai level satu miliar unit, jika produksi massal robot humanoid mendarat, akan menarik pertumbuhan pendapatan perusahaan terkait motor hollow cup.
