Роботтың жақтаусыз айналу моменті қозғалтқыштары үшін жылуды бөлу, интеграциялау және шығындар қиындықтары

Гуманоидты робототехниканың өршіп бара жатқан толқынында жақтаусыз айналу моменті қозғалтқыштары ықшам өлшемі, жоғары қуат тығыздығы және төмен жылдамдықтағы жоғары моменттің арқасында бірлескен іске қосу үшін негізгі таңдау болды. Кәдімгі қозғалтқыштардан айырмашылығы, жақтаусыз момент қозғалтқыштары корпусты, мойынтіректерді және негізді босатады, тек статор мен роторды екі негізгі құрамдас бөлік ретінде сақтайды, бұл оларды жалпы жүйеге тікелей енгізуге мүмкіндік береді. Дегенмен, бұл «үйсіз» дизайн жоғары интеграция үшін үлкен икемділікті ұсына отырып, сонымен бірге гуманоидты роботтардың кең ауқымды коммерциялануын шектейтін маңызды қиыншылықтарға айналған үш негізгі ауыртпалықтарды тудырады - жылуды бөлу, интеграция және шығындар.

Ауырсыну нүктесі 1: Жылудың таралуы – жоғары температура қозғалтқыштардың «көрінбейтін өлтірушісі» болып табылады.

Жылу бөлу мәселесі жақтаусыз крутящий қозғалтқыштар олардың тән құрылымдық сипаттамаларына байланысты. Тәуелсіз корпус пен желдеткіш болмағандықтан, қозғалтқыш шығаратын жылуды дәстүрлі қозғалтқыштардағыдай корпусқа негізделген ауаны салқындату арқылы тез тарату мүмкін емес. Робот үздіксіз жұмыс істегенде, қозғалтқыш айтарлықтай жылу шығарады. Жоғары температураға ұзақ әсер ету орама оқшаулауының қартаюын тездетеді, мойынтіректердің майлануын нашарлатады, қозғалтқыштың жиі ақауларына әкеледі және жұмыс тұрақтылығын айтарлықтай бұзады.

Одан да ауыр қызып кету сценарийлері. Робот жоғары динамикалық қозғалыс пәрмендерін орындаған кезде, лездік ток күшейеді және салқындату жүйесі жиі жылуды жеткілікті жылдам жоя алмайды, бұл ішкі температураның жоғарылауына әкеледі. Температура қозғалтқыштың жылу шегінен асқанда, ол орамның қысқа тұйықталуына, оқшаулаудың зақымдалуына немесе тіпті қозғалтқыштың күйіп кетуіне және роботтың басқаруды жоғалтуына оңай әкелуі мүмкін. Академиялық зерттеулер сонымен қатар Джоуль қыздыруынан және құйынды ток әсерінен туындаған температураның жоғарылауы жақтаусыз айналу моменті қозғалтқыштарын қолданудағы үлкен қиындық екенін көрсетті.

Осы ауыр мәселені шешу үшін сала екі жақтан: материалдар мен процестерден серпіліс жасайды.  Магниттік тізбекті оңтайландыру  көзде жылу өндіруді азайтады — магнит өрісінің дизайнын жақсарту, жоғары сортты неодим-темір-бор (NdFeB) материалдарын және аз шығынды магниттік өткізгіштерді пайдалану арқылы, гистерезис жоғалтулары, құйынды ток шығындары және мыс шығындарын айтарлықтай азайтуға болады. Магниттік тізбекті оңтайландыру арқылы жалпы шығындар 20%-ға қысқарады, ал крутящий момент бірдей кіріс тогы кезінде 10%-ға артады.  Ыдыс жасау технологиясы  жылуды тарату жолында серпіліс жасайды — вакуумдық ыдыс қозғалтқыштың ішкі саңылауларын ультра жоғары жылу өткізгіштігі бар құмыра қоспасымен толтырады, жылу көзінен сыртқы салқындату құрылымына жылуды тиімді өткізеді. Сонымен қатар, жылу өткізгіш орта арқылы статор орамдарын қосылыстың металл корпусына тікелей 'пісіру' және жылуды шығару үшін корпустың қанаттары немесе кіріктірілген сұйықтықты салқындату арналарын пайдалану да үздіксіз шығару мүмкіндігін жақсартудың тиімді құралы болды.

Ауырсыну нүктесі 2: Интеграция – 'Шағын кеңістікті барынша пайдалану'

Рамасыз крутящий қозғалтқыштардың 'үйсіз' дизайны бастапқыда жоғары интеграцияны қамтамасыз етуге арналған, бірақ интеграцияның өзі жаңа міндетке айналды. Роботтардағы қосылыс кеңістігі өте шектеулі, ол өте аз көлемде жоғары крутящий тығыздықты қажет етеді, сонымен бірге гармоникалық редукторларды, тежегіштерді, сенсорларды, драйверлерді және басқа да көптеген компоненттерді орналастырады.

Интеграция қиындығы біріншіден көрінеді  кабельдік желілерде . Түйіннің тар ішкі кеңістігі дәстүрлі тұтас білік қозғалтқыштары үшін кабельдерді ішкі бағытта жүргізуге мүмкіндік бермейді; кабельдер кеңістікті алып, эстетика мен сенімділікке нұқсан келтіретін сыртқы бағытта болуы керек. Бұл мәселені шешу үшін өнеркәсіп  үлкен қуыс білік конструкцияларын енгізді - қозғалтқыш орталығында электр кабельдері, сигнал желілері және тіпті сұйықтық құбырлары қозғалтқыштың ішкі бөлігі арқылы өте алатындай тесік қалдырады.

Тағы бір қиындық -  құрастыру дәлдігі . Жақтаусыз қозғалтқыштарда орналасу анықтамасы ретінде корпус жоқ болғандықтан, статор мен ротор құрастыру концентрлілігі мен коаксиалдылығына микрон деңгейіндегі талаптарды қоя отырып, робот құрылымына тікелей кірістірілген болуы керек. Дәстүрлі 'көз + қол' құрастыру тәсілі енді жеткіліксіз. Сонымен қатар, осьтік ағынды қозғалтқыштар сияқты жаңа технологиялар жоғары қуат тығыздығын ұсынса да, олардың роботтық платформалардағы жүйе интеграциясының жетілуі әлі де жетіспейді және саланың жеткізу тізбегі мүмкіндіктерін күшейту қажет.

Сала арқылы интеграциялық кедергіні төмендетеді  стандарттау  және  модульдеу . Стандартталған механикалық интерфейстер және қосу және ойнату жетек модульдері тұтынушыларға интеграцияның күрделілігін азайтуға көмектеседі. Сонымен қатар, қозғалтқышты, редукторды, сенсорларды және басқа компоненттерді алдын ала құрастыратын біріктірілген біріктірілген модульдер робот өндірушілеріне оларды үйде құрастырудың орнына толық модульдерді сатып алуға мүмкіндік береді.

Ауырсыну нүктесі 3: Құны – жоғары өнімділіктің 'Жоғары бағасы'

Құны - жақтаусыз айналу моменті қозғалтқыштарын кеңінен енгізу жолындағы ең елеулі кедергі. Қазіргі уақытта бір рамасыз крутящий қозғалтқыштың құны 2000 юаньнан асады, бұл роботтың жалпы құнының 15% құрайды. Гуманоид роботтағы 30-ға жуық буыны бар қозғалтқыштың құны драйверлер мен қосалқы бөлшектерді қоспағанда, 60 000 юаннан асады.

Жоғары құны көптеген факторларға байланысты.  Материалдық шығындар — өнімділігі жоғары NdFeB тұрақты магниттері қозғалтқыштың өзегі болып табылады және олардың сирек-жер құрамы мен астық-шекаралық диффузия процестері крутящий моменттің тығыздығын тікелей анықтайды, бірақ сирек жерді жеткізу тізбегіндегі ауытқулар көбінесе бағаны жоғары деңгейде ұстайды.  Өндіріс процестері — жақтаусыз қозғалтқыштарды орау, құю және құрастыру қадамдары өте жоғары дәлдікті талап етеді және дәстүрлі өндіріс әдістері қол еңбегіне қатты сүйенеді, бұл цикл уақыттарының сәйкес келмеуіне және өнімділіктің ауытқуына әкеледі, бұл бірлік шығындарын одан әрі арттырады.

Шығындарды төмендету жолдары бір уақытта бірнеше бағытта жүргізілуде.  Процесті жетілдіру  ең тікелей жол болып табылады — роторларды өндіру процестерін оңтайландыру және үлкен пропорционалды қуыс білік конструкцияларын қабылдау арқылы шығындар тиімді төмендетілді; өнімдер көлемінің 30%-ға азаюын және айналу моментінің 20%-ға ұлғаюын байқады, өнімділігі халықаралық брендтермен бірдей.  Автоматтандырылған өндіріс желілері  шығындарды масштабта азайтудың кілті болып табылады — толық автоматты интеллектуалды желілер 98,6% кірістілікпен 'минутына бір моторлы жара' өніміне қол жеткізе отырып, дәстүрлі қолмен жұмыс істейтін әдістердің тиімділік тарқатын толығымен бұзады. Жоғары дәлдіктегі автоматтандырылған жабдық және интеллектуалды тексеру жүйелері әрбір қозғалтқыш үшін тұрақты өнімділік параметрлерін қамтамасыз етеді.  Материалдық инновациялар  да дамып келеді — ауыр сирек жерді азайту технологиялары сирек жер магнитті материалдардың өзіндік құнын 18%-ға дейін төмендетті; Біріктірілген құю процестері өндіріс шығындарын 18%-ға қысқартты.

Қорытынды

Жылудың таралуы, интеграциясы және құны рамасыз момент қозғалтқыштары үшін зертханадан жаппай өндіріске дейінгі жолдағы үш бақылау нүктесін құрайды. Шығару сенімділікке әсер етеді, интеграция мүмкіншілікті анықтайды, ал шығындар коммерциялық өміршеңдікке әсер етеді - олар бір-бірімен тығыз байланысты және бір сілтемедегі кез келген әлсіздік бүкіл процесті төмендетеді. Бақытымызға орай, сала магниттік тізбекті оңтайландыруды, құю процестерін, қуыс білік дизайнын және автоматтандырылған өндірістік желілерді қоса алғанда, көптеген өлшемдер бойынша бұл қиындықтарды жүйелі түрде шешуде. Болашақта кірістірілген микроканалды салқындату және аморфты қорытпалар өзектері сияқты жаңа материалдарды қолдану арқылы және ауқымды өндіріс ілгерілеуді жалғастыра отырып, жақтаусыз момент қозғалтқыштары шынымен де гуманоидты роботтарды әрбір үй шаруашылығына айдайтын «сенімді ядроға» айналады деп күтілуде.