01 Cos'è un motore torque senza telaio?
Un motore torque senza telaio è un tipo di motore elettrico altamente efficiente e a risparmio energetico. La sua caratteristica più distintiva è la rimozione dei componenti presenti nei motori tradizionali, come albero, cuscinetti, alloggiamento e cappucci terminali, mantenendo solo i due componenti principali: il rotore e lo statore.
Questo design strutturale consente al motore di essere perfettamente integrato nella struttura della macchina , utilizzando i cuscinetti della macchina per supportare il rotore, migliorando significativamente l'integrazione e la compattezza del sistema.
I motori torque senza telaio vengono misurati in base alla coppia in uscita, a differenza della potenza in uscita comunemente utilizzata per i servomotori. Ciò consente loro di fornire una coppia elevata a basse velocità, adattandosi perfettamente ai requisiti di movimento dei giunti robotici.
02 Svelare il principio di funzionamento
Il principio di funzionamento di un motore torque senza telaio si basa sulla legge dell'induzione elettromagnetica. Quando il driver del motore applica potenza, l'elettricità trifase eccita un campo elettromagnetico rotante negli avvolgimenti dello statore. Questo campo elettromagnetico interagisce con i magneti permanenti nel rotore, generando una coppia che fa ruotare il rotore.
L'intero processo è controllato dal driver, che modella il campo elettromagnetico tramite l'alimentazione trifase U/V/W. Il rotore con magneti permanenti ruota sotto l'influenza di questo campo. I motori torque senza telaio possono utilizzare elementi Hall per segnali di feedback o utilizzare segnali provenienti da un encoder aggiunto.
Il conducente confronta il valore di feedback con il valore target per regolare l'angolo di rotazione del rotore , ottenendo un servocontrollo preciso.
03 Differenze rispetto ai motori tradizionali
Rispetto ai tradizionali motori con telaio, i motori torque senza telaio offrono molteplici vantaggi: migliorano le prestazioni della macchina, consentendo un accoppiamento diretto (senza gioco) e una maggiore larghezza di banda del sistema; la struttura è più compatta, con conseguente ingombro ridotto della macchina e coppia più elevata per unità di volume.
Possiedono inoltre un'elevata rigidità e possono fungere da fonte di alimentazione ad azionamento diretto, azionando direttamente il carico senza la necessità di cinghie e pulegge, viti di comando o riduttori; il funzionamento è silenzioso, poiché l'integrazione diretta nella struttura della macchina altera il metodo di trasmissione, portando ad una significativa riduzione del rumore.
Inoltre, riducono le esigenze di manutenzione grazie al minor numero di parti meccaniche e all'assenza di componenti soggetti ad usura o che richiedono una manutenzione regolare.
04 Il potere fondamentale dei robot umanoidi
Nell’era del rapido sviluppo dell’intelligenza artificiale e della tecnologia robotica, i robot umanoidi stanno penetrando profondamente in numerosi campi come l’industria, i servizi e la sanità 4. I motori torque senza telaio sono diventati i principali componenti di guida nei giunti dei robot umanoidi.
L'Optimus di Tesla utilizza motori torque senza telaio come fonte di energia in tutti i 28 giunti. Questi giunti includono 14 giunti rotanti e 14 giunti lineari, con ciascun attuatore contenente un motore torque senza telaio.
I giunti rotanti sono costituiti da un motore di coppia senza telaio, un riduttore di armoniche, un sensore di coppia, un sensore di posizione, un encoder, ecc., distribuiti su spalle (6), polsi (2), fianchi (4) e busto (2).
I giunti lineari sono costituiti da un motore di coppia senza telaio, una vite a rulli planetari, un sensore di coppia, un sensore di posizione, ecc., distribuiti su gomiti (2), polsi (4), fianchi (2), ginocchia (2) e caviglie (4).
05 Tre ruoli chiave
I motori torque senza telaio svolgono tre ruoli chiave nella flessibilità dei giunti dei robot umanoidi:
Fornitura di una coppia elevata:
durante l'esecuzione delle attività, i giunti del robot spesso devono erogare una coppia elevata a basse velocità per superare gli effetti della leva e l'inerzia del carico. I motori torque senza telaio possono generare una coppia elevata anche a velocità relativamente basse.
Consentono un controllo preciso:
sono strettamente integrati con componenti come encoder ad alta precisione e sensori di coppia per formare un'unità di azionamento integrata ad alte prestazioni. Il controller può leggere le informazioni sulla posizione del giunto dal feedback dell'encoder in tempo reale e, combinate con i dati di coppia provenienti dal sensore di coppia, ottimizzare la coppia e la velocità del motore.
Miglioramento della velocità di risposta congiunta:
con un'inerzia del rotore estremamente bassa, il motore può rispondere ai comandi di controllo a
velocità di millisecondi . Anche se l'ambiente esterno cambia o le azioni vengono improvvisamente alterate, i giunti del robot possono regolare rapidamente la loro postura, garantendo stabilità e sicurezza del robot.
06 Ampi campi di applicazione
I campi di applicazione dei motori torque senza telaio sono molto estesi. Vengono utilizzati principalmente nei giunti e nei bracci dei robot per fornire una coppia elevata e un controllo ad alta precisione.
Nelle apparecchiature mediche, i motori torque senza telaio sono abbinati a robot chirurgici, sistemi di imaging medicale, ecc., per ottenere un controllo del movimento estremamente preciso e fluido. Possono essere utilizzati in campi medici come l’imaging medico e i robot chirurgici, eseguendo operazioni con elevata precisione in aree molto più piccole di quelle che la mano umana può gestire.
Nel campo delle macchine utensili CNC di fascia alta, i motori torque senza telaio possono essere utilizzati in macchine a cinque assi ad alta precisione per migliorare l'accuratezza e la ripetibilità in processi come formatura, rettifica e foratura.
Inoltre, vengono utilizzati anche in applicazioni nel campo aerospaziale, come radar, sistemi di navigazione inerziale e piattaforme girevoli.
07 Ampie prospettive di mercato
Le prospettive di mercato per i motori torque senza telaio sono molto ampie. La dimensione globale del mercato dei motori torque senza telaio era di 4,5 miliardi di CNY nel 2022 e si prevede che raggiungerà i 22,4 miliardi di CNY entro il 2030, con il segmento di mercato dei robot umanoidi che rappresenta 16,3 miliardi di CNY.
Secondo i dati di Valuates Reports, la dimensione globale del mercato dei motori torque frameless era pari a 670 milioni di dollari nel 2022 e si prevede che crescerà fino a 1,17 miliardi di dollari entro il 2029, con un tasso di crescita annuale composto (CAGR) dell'8%. Si prevede che con la rapida crescita dei robot collaborativi e della domanda intelligente, il mercato dei motori torque senza telaio manterrà uno sviluppo ad alta velocità.
08 Sfide tecniche e tendenze future
Sebbene i motori torque senza telaio mostrino un grande potenziale nel campo dei robot umanoidi, ci sono ancora alcune sfide nella loro tecnologia e produzione.
Da un punto di vista tecnico, aumentare ulteriormente la densità di coppia dei motori torque senza telaio, riducendo al contempo l’aumento di temperatura e restringendo il divario tra la velocità nominale e la velocità massima, pone requisiti elevati alla progettazione elettromagnetica.
Dal punto di vista dei costi, in quanto componente critico dei robot umanoidi, il costo rimane elevato a causa dell’attuale basso tasso di produzione interna dei suoi componenti principali in Cina.
Le tendenze di sviluppo future includono: il miglioramento continuo degli indicatori di prestazione per i motori torque senza telaio per soddisfare i requisiti più elevati di flessibilità e potenza articolare nei robot umanoidi.
Allo stesso tempo, l’ottimizzazione dei processi produttivi e la riduzione dei costi di produzione diventeranno obiettivi importanti per lo sviluppo futuro.
Mentre i robot umanoidi passano dalle 'dimostrazioni di laboratorio' alla 'commercializzazione iniziale in scenari specifici', i motori torque senza telaio, come fonte di energia principale, stanno entrando in un periodo d'oro di sviluppo.
Il 2025 è visto come un anno critico per la produzione di massa di robot umanoidi. I motori torque senza telaio rappresentano il 16% del valore di un robot umanoide. I prezzi attuali vanno da poche centinaia di CNY a oltre mille CNY, a seconda della potenza e delle dimensioni.
In futuro, con l’espansione della scala e l’innovazione dei processi, si prevede che i loro prezzi diminuiranno in modo significativo, promuovendo ulteriormente l’adozione di robot umanoidi.
Questa tecnologia compatta ma potente, il motore torque senza telaio, sta diventando l’ eroe non celebrato dietro le articolazioni flessibili dei robot umanoidi , sostenendo silenziosamente il rapido sviluppo dell’industria della robotica.
