ヒューマノイドロボットは、人工知能の分野で輝く真珠になっています。
近年、ヒューマノイドロボットは、医療やサービスなどの多くの分野で幅広い用途で、人工知能の分野で輝く真珠になりました。業界の発展をさらに促進するために、地方自治体はヒューマノイドロボットとその主要なコンポーネントのサポートを増やすための政策を導入しました。ヒューマノイドロボット産業チェーンでは、中空のカップモーターがヒューマノイドロボットのモーション制御システムで重要な役割を果たします。たとえば、テスラヒューマノイドロボットの柔軟な手のコアコンポーネントは、中空カップモーター、単一のロボットアセンブリ12（各右手6）です。このペーパーは、研究を通じて中空カップモーターの技術的特性、市場の状況、将来の見通しについて議論することを目的としています。
何ですか 中空のカップモーター
1。モーターの概念と分類
電気モーターは、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換するデバイスです。エネルギー化されたコイル（つまり、ステーター巻き）を使用して回転磁場を生成し、ローター（リスケージ閉じたアルミニウムフレームなど）に使用して磁気電気回転トルクを形成します。原則は、磁場を使用して電流を強制してモーターを回転させることです。
モーターの回転の基本原理：回転軸を持つ永久磁石の周りで、1は磁石を回転させます（回転磁場が生成されるように）、n極の原理とS極ヘテロ極の引力、同じ極の反発、3回転軸を持つ磁石が回転します。
モーターでは、実際にはワイヤを流れる電流が、磁石を回転させる回転磁場（磁力）を作成する電流です。ワイヤーがコイルに巻かれると、磁力が合成され、大きな磁場フラックス（磁束）が形成され、NとSの極が生じます。鉄のコアをワイヤのコイルに挿入することにより、磁場線の通過が容易になり、より強い磁力が生成されます。
モーターの構造は、主にステーターとローターの2つの部分で構成されています。
固定子：モーターの固定部分。その主な構造には、磁性極、巻線、ブラケットが含まれます。磁性極は、磁場を生成するモーターの部分であり、通常は鉄のコアとコイルで構成されています。巻線はステーターのコイルで、通常は導体と断熱材で構成されており、電流が通過するときに磁場を生成することです。ブラケットはステーターのサポート構造であり、通常はアルミニウム合金やその他の材料で作られており、耐食性と強度が良好です。
ローター：モーターの回転部分は、メイン構造にはアーマチュア、ベアリング、エンドキャップが含まれます。アーマチュアはローターのコイルで、通常は導体と断熱材で構成されており、電流が通過するときに磁場を生成することが役割です。ベアリングは、通常はスチールまたはセラミックで作られたローターのサポート構造であり、摩耗と耐食性が良好です。エンドカバーは、通常はアルミニウム合金やその他の材料で作られたモーターのエンド構造であり、密閉と強度が良好です。
2、中空のカップモーターの定義と分類
1958年、Dr。ffAulhaberは傾斜した巻線コイル技術を開発し、1965年にHollow Cup Motorの関連特許を取得し、Hollow Cup Motorの出現を示し、その創造的な構造設計により、モーターがより小さく、効率が高くなります。中空カップモーターはDC永久磁石サーボモーターに属し、モーター構造は主にステーターとローターで構成される次の図に示されています。ステーターはシリコン鋼板とコイル巻線で構成されており、歯溝の構造のないシリコン鋼板は歯溝効果を回避し、鉄の損失と渦電流損失を減らすことができます。ローターは、永久磁石、回転シャフト、その固定部で構成されており、モーターはリング永久磁石を使用しており、処理と取り付けが簡単です。
通常のモーターと比較して、ローターの最大の特徴は、構造内の従来のモーターのローター構造を突破し、中空のカップローターとも呼ばれるコアノーローターを使用することです。ローターは、巻線と磁石に囲まれた中空のカップ型の構造です。通常のモーターでは、鉄のコアの役割は主に次のとおりです。1）磁場を濃縮して導きます。鉄のコアは、磁束を濃縮および導くことができる高磁性透過性（シリコン鋼板など）の材料で作られています。 2）巻線のサポート：鉄のコアは、巻線の強力なサポート構造を提供し、巻線がモーターの動作中に安定した形状と位置を維持することを保証します。中空のカップモーターでは、薄壁の中空シリンダーがローターとして使用され、中空のシリンダーは、追加のコアサポートなしで巻線内に直接巻き付けられます。コアレス設計の利点：1）渦電流の排除およびヒステリシス損失：一般的なモーターの鉄のコアは、交互の磁場で渦電流とヒステリシス損失を生成し、モーターの効率を低下させます。中空のカップモーターは、これらの損失を完全に排除するコアレスローターを使用して、モーターのエネルギー変換効率を改善します。 2）重量と慣性モーメントを減らす：コアフリーの設計により、ローターの重量が大幅に減少し、モーター全体が軽くなります。同時に、慣性モーメントを減らすことで、モーターの応答速度が高くなり、加速が高くなります。これは、高速開始と停止を必要とするアプリケーションシナリオに非常に有益です。
同時に、中空のシリンダー構造と巻線レイアウトの精密設計により、中空のカップモーター内の磁場分布を最適化し、磁気漏れとエネルギー損失を減らし、モーターの効率と性能をさらに向上させることができます。
中空のカップモーターは、その整流モードに応じて2種類に分けることができます。1つは、機械的なカーボンブラシ整流モードを採用する中空のカップブラシモーターです。もう1つは、ブラシモーターの動作中に生成された電気スパークとトナー粒子を避けて、ブラシの整流を電子整流に置き換える中空のカップブラシレスモーターです。ノイズを減らし、モーターのサービス寿命を増加させます。次の図のミンジー電化製品のさまざまな製品の比較から、ブラシレス中空カップモーターにブラシが必要ないことがわかりますが、ホールセンサーはローター磁場信号を検出し、機械的反転を電子信号の逆転に変え、中空カップモーターの物理構造をさらに簡素化します。
3、中空のカップモーターの利点
中空のカップモーターは、構造内の従来のモーターのローター構造を破壊し、鉄のコアの渦電流の形成によって引き起こされる電力損失を減らし、その質量と慣性モーメントが大幅に減少し、それによりローター自体の機械的エネルギー損失が減少します。要約すると、中空のカップモーターには、高出力密度、長いサービス寿命、高速応答、高ピークトルク、良好な熱放散などの利点があります。
高出力密度：中空カップモーターの出力密度は、出力電力と重量または体積の比です。重量に関しては、非コアローターは通常のコアローターよりも軽いです。効率の観点から、コアレスローターは、コアレスローターによって生成される渦電流とヒステリシス損失を排除し、マイクロモーターの効率を改善し、高い出力トルクと出力を保証します。ほとんどの中空カップモーターの最大効率は80％以上ですが、ほとんどのブラシDCモーターの最大効率は一般に約50％です。重量が低く、効率が高いと、中空のカップモーターがより高い出力密度を達成できます。したがって、中空のカップモーターは、ポータブルエアサンプリングポンプ、ヒューマノイドロボット、バイオニックハンド、ハンドヘルドパワーツール、その他のアプリケーションなど、長期間の動作を必要とするバッテリー駆動のアプリケーションに特に適しています。
高トルク密度：コアレス設計により、ローターの重量と慣性モーメントが減少し、慣性の低いモーメントは、モーターがより速く加速して減速できるため、短時間でより多くのトルクを生成できることを意味します。同時に、鉄のコアがないため、中空のカップモーターがよりコンパクトで小さく、限られたスペースでより高いトルク出力を提供できるようになります。
長いサービス寿命：中空のカップモーターの反転断片の数は、反転時に電流の変動とモーターのインダクタンスを小さくし、反転プロセス中に反転システムの電気腐食を大幅に削減し、より長い寿命にします。 「Hollow Cup Motorsのカスタマイズされた管理のアプリケーション調査 'のアプリケーション調査によると、ブラシをかけられたDCモーターの寿命は通常数百時間であり、Hollow Cup Motorsの寿命は通常1000〜3000時間であり、より長い信頼できる操作を提供できます。
速い応答速度：従来のモーターは、鉄のコアの存在により比較的大きな慣性モーメントを持ち、中空のカップモーターはコンパクトであり、ローターはカップ型の自己サポートコイルであるため、重量は軽くなり、慣性の慣性モーメントは、中空のカップモーターが敏感なスタートストップ調整特性を備えています。 「中空カップマイクロモーターとコイルの研究の進行」によると、一般コアモーターの機械的時定数は約100msであり、中空カップモーターの機械的時定数は28ms未満であり、一部の製品は10ms未満です。
高ピークトルク：ピークカップモーターのピークトルクと連続トルクの比は非常に大きく、電流がピークトルク定数に上昇するプロセスは変更されず、電流とトルクの間の線形関係により、マイクロモーターが大きなピークトルクを生成する可能性があります。通常のコアDCモーターが飽和に達した後、電流が増加しても、DCモーターのトルクは増加しません。
良好な熱散逸：中空のカップローターの表面には、コアローターの熱散逸性能よりも空気の流れがあり、コアローターのエナメルワイヤはシリコン鋼シート溝に埋め込まれています。コイル表面のエアフローは少なくなり、温度上昇は大きくなります。
4、中空カップモーターの技術的なパス
ホローカップモーターの生産の重要なステップはコイルの生産であるため、コイルの設計と巻線プロセスがコアバリアになります。直径、回転数、およびワイヤの直線性は、モーターのコアパラメーターに直接影響します。コイル巻線の核となる障壁は、さまざまな巻線タイプが自動化速度と銅の消費に違いがあるため、コイルの設計に直接反映されています。一方、それは巻線装置と巻きの方法にも反映されており、異なる巻線機構によって傷つけられた中空のカップ溝の充填速度は異なり、異なるまばらになり、運動の損失、熱散逸、パワーなどに直接影響します。
コイルの設計角度：中空のカップモーターの巻線デザインは、まっすぐな巻線タイプ、斜めの巻線タイプ、サドルタイプに分割できます。
まっすぐな巻線：コイルのワイヤーはモーターの軸に平行で、濃縮巻き構造が形成されます。ストレートワウンドコイルのデザインのアイデアは、最初にターン数の要件に応じて巻線ダイの通常の円形エナメルワイヤを巻き、次にワイヤのコアシャフトの巻線を接続し、両端のバインダーを使用して硬化します。比較的言えば、まっすぐな巻線の端はトルクを生成せず、アーマチュアの重量とアーマチュア抵抗を増加させます。
斜めの巻線：ハニカム巻きとも呼ばれ、ハニカム巻線法が使用され、タップが中央に残り、連続的に巻き付くためには、要素とアーマチュア軸の効果的な側面を特定の傾斜角にする必要があります。この巻線法のエンドサイズは小さいですが、斜めの巻線連続巻線には一定のライン角が必要であるため、エナメルのワイヤが重複し、スロット充填速度が低いためです。まっすぐな創傷の種類と比較して、傾斜した巻線の鎧は終了巻きを持ち、アーマチュアの重量を減らし、慣性の小さな瞬間、小さな時定数、良好な抗力特性、大きな出力トルクの利点があります。ドイツのフォールハーバーとスイスのポータスカップは、主に傾斜巻きを使用しています。
サドルタイプ：同心または菱形の巻線としても知られています。形状のコイルを巻いて配線を巻き付けてから使用します。つまり、自己接着性エナメルワイヤは特別な形成ダイに巻き付けられ、アーマチュアカップは複数の形状の配置でできています。曲がりくねっているとき、コイルの2層はきちんと配置され、形を整えます。これは、再構築した後にアーマチュアカップのサイズを制御し、スロット充填速度を改善するのに便利です。同時に、この方法は生産効率が高く、大量生産に適しています。サドル巻線のアーマチュア端は、重複層、小さなエアギャップ、永久磁石の高い利用率が少なく、モーターの出力密度が向上します。スイスのMaxonの一部の製品は、サドルタイプの巻線を使用しています。
巻線の観点：生産技術の観点から、コイルの形成方法に従って、主に手動巻線、巻線、1回限りの形成生産の3つのカテゴリに分かれています。
1）手動巻線。ピン挿入、手動巻線、手動配線、その他の生成ステップなど、一連の複雑なプロセスを通じて。高度なカスタマイズを必要とする製品に適していますが、生産効率と製品の安定性は限られています。
2）巻線生産技術。巻線生産技術は半自動生産であり、エナメル型のワイヤは最初にダイヤモンド型の断面でメインシャフトに連続的に巻き付けられ、必要な長さに達した後に除去され、ワイヤプレートに平らになり、最後にワイヤプレートがカップ型のコイルに巻き込まれます。 'Winding Hollow Cup Armature Production Process and Equipment '巻線によると、次の巻線を4人の労働者で構成して、30,000ユニットの年間出力を達成することができますが、巻線の制限は20〜30mm中空のカップの直径に適していることです。全体として、巻線プロセスの生産効率は比較的高く、中規模生産の要件を満たすことができます。ただし、その高度な手動参加率は、完成品の一貫性につながり、自動化された生産ほど良くない可能性があり、中空のカップコイル巻線のサイズが小さいことを満たすことは困難です。
3）1つの成形生産技術。自動化機器を介した巻線は、スピンドルのルールに従ってエナメルのワイヤーになり、コイルが取り外し後にカップに巻き込まれ、1つの成形、複数のプロセスを転がして平らにする必要がなく、高度な自動化、生産効率と最終製品の一貫性が向上します。しかし、対応する前払いの機器への投資は高くなります。
海外巻線プロセスが早期に発生し、自動化の程度は国内よりも高くなっています。国内では主に巻線生産を採用しており、プロセスはより複雑で、労働者の労働強度は大きく、ワイヤーの直径が厚いコイルを完了することはできず、スクラップ率は高くなります。外国は主に、1回限りの創傷生産技術、高度の自動化、高生産効率、コイル直径範囲、良好なコイル品質、タイトな配置、モータータイプ、良好なパフォーマンスを使用しています。
産業チェーンリンクとダウンストリームアプリケーション
中空のカップモーターの上流は原材料と部品、原材料には銅、鋼、磁気鋼、プラスチックなどが含まれ、部品にはベアリング、ブラシ、整流器などが含まれます。産業チェーンの中間リーチはモーターメーカーです。産業チェーンの下流はアプリケーションの端であり、中空のカップモーターは、高感度、安定した動作、強力な制御の特性を持ち、これは電気駆動のハイエンドフィールドの厳格な要件を満たすため、主に航空宇宙、医療機器、産業自動化、ロボット工学、その他のハイエンドフィールドで使用されます。同時に、ホローカップモーターも、オフィスの自動化、電動工具など、市民畑に徐々に適用されます。
有望な中空カップモーター
鉄のコアなしでユニークなデザインを備えた中空カップモーターは、航空宇宙、医療機器、その他の分野で広く使用されている高速、高効率、高動力的応答、その他の重要な利点を示しています。 MaxonやFaulhaberなどの海外企業は現在、最初の登録の利点を持っていますが、国内メーカーの技術レベルの継続的な改善とヒューマノイドロボット市場の急速な開発により、国内のHollow Cup Motorsは新しい開発機会を導きます。
