휴머노이드 로봇은 인공 지능 분야에서 빛나는 진주가되었습니다.
최근 몇 년 동안, 휴머노이드 로봇은 의료 및 서비스와 같은 많은 분야에서 광범위한 적용을 통해 인공 지능 분야에서 빛나는 진주가되었습니다. 산업의 발전을 더욱 홍보하기 위해 지방 정부는 휴머노이드 로봇과 주요 구성 요소에 대한 지원을 높이기위한 정책을 도입했습니다. Humanoid Robot Industry Chain에서 Hollow Cup Motor는 Tesla Humanoid Robot Dexterous Hand의 핵심 구성 요소와 같은 Humanoid Robot의 모션 제어 시스템에서 중요한 역할을합니다. 이 백서는 연구를 통해 Hollow Cup Motor의 기술적 특성, 시장 상태 및 미래의 전망에 대해 논의하는 것을 목표로합니다.
무엇인가요 중공 컵 모터
1. 모터의 개념과 분류
전기 모터는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 장치입니다. 그것은 에너지 코일 (즉, 고정자 권선)을 사용하여 회전 자기장을 생성하고 회전 (예 : 다람쥐 카약 폐쇄 알루미늄 프레임)에 사용되어 자기장의 전류 흐름에 의해 생성 된 힘을 회전 작용으로 변환합니다. 원리는 자기장을 사용하여 전류가 모터를 회전 시키도록 강제하는 것입니다.
모터의 회전의 기본 원리 : 회전 축으로 영구 자석 주위에, 1은 자석을 회전시켜 N 극의 원리에 따라, 2 개의 극 헤테로폴 인력, 동일한 극 반발, 3 회전 축을 갖는 마그네트가 회전한다.
모터에서는 실제로 와이어를 통해 흐르는 전류가 자석을 회전하게하는 회전 자기장 (자기력)을 생성합니다. 와이어가 코일에 감겨 질 때, 자기 력은 합성되어 큰 자기장 플럭스 (자기 플럭스)를 형성하여 N 및 S 극을 초래합니다. 철 코어를 와이어 코일에 삽입함으로써 자기장 라인은 통과하기가 더 쉬워지고 더 강한 자기력을 생성 할 수 있습니다.
모터의 구조는 주로 고정자와 로터의 두 부분으로 구성됩니다.
고정자 : 모터의 고정 부분은 자기 극, 권선 및 브래킷을 포함합니다. 자기 극은 자기장을 생성하는 모터의 일부이며, 일반적으로 철 코어와 코일로 구성됩니다. 와인딩은 고정자의 코일이며, 일반적으로 도체와 단열재로 구성되는 고정자이며, 전류가 통과 할 때 자기장을 생성하는 역할을합니다. 브래킷은 고정자의지지 구조로, 일반적으로 알루미늄 합금 및 기타 재료로 만들어졌으며 부식성과 강도가 우수합니다.
로터 : 모터의 회전 부분, 주요 구조에는 전기자, 베어링 및 엔드 캡이 포함됩니다. 전기자는 로터의 코일이며, 일반적으로 도체와 단열재로 구성되는 로터의 코일이며, 전류가 통과 할 때 자기장을 생성하는 역할을합니다. 베어링은 로터의지지 구조이며, 일반적으로 강철 또는 세라믹으로 만들어졌으며 착용과 부식성이 우수합니다. 엔드 커버는 모터의 끝 구조로, 일반적으로 알루미늄 합금 및 기타 재료로 만들어졌으며 밀봉과 강도가 우수합니다.
2, 중공 컵 모터 정의 및 분류
1958 년, Dr.Ff Aulhaber는 경사 와인딩 코일 기술을 개발하고 1965 년에 Hollow Cup 모터의 관련 특허를 얻어 Hollow Cup 모터의 출현을 표시했으며 창의적인 구조 설계로 인해 모터가 더 작은 크기와 효율성이 높아질 수 있습니다. 중공 컵 모터는 DC 영구 자석 서보 모터에 속하며 모터 구조는 주로 고정자와 로터로 구성된 다음 그림에 표시됩니다. 고정자는 실리콘 스틸 시트와 코일 권선으로 구성되며, 치아 홈 구조가없는 실리콘 스틸 시트는 치아 홈 효과를 피하고 철 손실 및 와상 전류 손실을 줄일 수 있습니다. 로터는 영구 자석, 회전 샤프트 및 고정 부품으로 구성되며 모터는 처리 및 설치가 쉬운 링 영구 자석을 사용합니다.
일반 모터와 비교할 때 로터의 가장 큰 특징은 구조물의 전통적인 모터의 로터 구조를 뚫고 중공 컵 로터라고도하는 코어 로터를 사용한다는 것입니다. 로터는 권선과 자석으로 둘러싸인 중공 컵 모양의 구조입니다. 일반 모터에서, 철 코어의 역할은 주로 다음과 같습니다. 1) 자기장을 농축하고 안내합니다. 철 코어는 자력 (예 : 실리콘 스틸 시트)을 갖는 재료로 만들어져 자기 플럭스를 집중시키고 안내 할 수 있습니다. 2) 지원 와인딩 : 철 코어는 권선에 대한 강력한지지 구조를 제공하여 권선이 모터 작동 중에 안정적인 모양과 위치를 유지하도록합니다. 중공 컵 모터에서, 얇은 벽 구멍 실린더는 로터로 사용되며, 중공 실린더는 추가 코어지지없이 와인딩 내부에 직접 상처를 입 힙니다. 코스 디자인의 장점 : 1) 와전류 및 히스테리시스 손실 제거 : 일반적인 모터의 철 코어는 교대 자기장에서 와전류 및 히스테리시스 손실을 생성하여 모터의 효율을 줄입니다. Hollow Cup Motor는 Coreless 로터를 사용하여 이러한 손실을 완전히 제거하여 모터의 에너지 변환 효율을 향상시킵니다. 2) 관성의 무게와 모멘트 감소 : 코어가없는 설계는 로터의 무게를 크게 줄여서 전체 모터를 가볍게 만듭니다. 동시에, 관성 모멘트의 감소를 통해 모터는 더 빠른 응답 속도와 가속도를 높일 수 있으며, 이는 빠른 시작 및 중지가 필요한 응용 시나리오에 매우 유리합니다.
동시에, 중공 실린더 구조 및 와인딩 레이아웃의 정밀 설계는 중공 컵 모터 내부의 자기장 분포를 최적화하고 자기 누출 및 에너지 손실을 줄이며 모터의 효율과 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
중공 컵 모터는 정류 모드에 따라 두 종류로 나눌 수 있습니다. 하나는 기계식 탄소 브러시 통근 모드를 채택하는 중공 컵 브러시 모터입니다. 다른 하나는 브러시 통근을 전자 정류로 대체하여 브러시 모터 작동 중에 생성 된 전기 스파크 및 토너 입자를 피하고 노이즈를 줄이고 모터의 서비스 수명을 증가시키는 중공 컵 브러시리스 모터입니다. 다음 그림에서 Mingzhi 전기 가전 제품의 다른 제품을 비교하면서 브러시리스 중공 컵 모터에 브러시가 필요하지 않다는 것을 알 수 있지만 홀 센서는 로터 자기장 신호를 감지하고 기계적 반전을 전자 신호 역전으로 바꾸고 중공 컵 모터의 물리적 구조를 더 단순화합니다.
3, 중공 컵 모터 장점
중공 컵 모터는 구조에서 전통적인 모터의 로터 구조를 통해 파손되어 철 코어에서 와전류의 형성으로 인한 전력 손실을 감소시키고, 질량 및 관성 모멘트는 크게 감소하여 로터 자체의 기계적 에너지 손실을 감소시킵니다. 요약하면, 중공 컵 모터는 고출력 밀도, 긴 서비스 수명, 빠른 응답, 높은 피크 토크, 좋은 열 소산 등의 장점이 있습니다.
고출력 밀도 : 중공 컵 모터의 전력 밀도는 출력 전력과 무게 또는 부피의 비율입니다. 무게의 관점에서, 비 코어 로터는 일반적인 코어 로터보다 가볍습니다. 효율성 측면에서, 코스리스 로터는 코스리스 로터에 의해 생성 된 와상 전류 및 히스테리시스 손실을 제거하고 마이크로 모터의 효율을 향상 시키며 높은 출력 토크 및 출력 전력을 보장합니다. 대부분의 중공 컵 모터의 최대 효율은 80%이상이며 대부분의 브러시 DC 모터의 최대 효율은 일반적으로 약 50%입니다. 중량이 높고 효율이 높을수록 중공 컵 모터가 더 높은 전력 밀도를 달성 할 수 있습니다. 따라서, Hollow Cup 모터는 휴대용 공기 샘플링 펌프, 휴머노이드 로봇, 바이오닉 핸드, 핸드 헬드 전동 공구 및 기타 응용 프로그램과 같이 오랜 작동이 필요한 배터리 구동 응용 프로그램에 특히 적합합니다.
높은 토크 밀도 : Coreless 디자인은 로터의 무게와 관성 모멘트를 줄이고 관성의 낮은 모멘트는 모터가 더 빨리 가속화되고 감속 할 수 있음을 의미합니다. 따라서 짧은 시간 내에 더 많은 토크를 생성 할 수 있습니다. 동시에, 철 코어가 없으면 중공 컵 모터가 더 작고 작으며 제한된 공간에서 더 높은 토크 출력을 제공 할 수 있습니다.
긴 서비스 수명 : 중공 컵 모터의 역전 조각의 수는 역전시 전류 변동과 모터의 인덕턴스를 더 작게 만들어 역전 과정에서 역전 시스템의 전기 부식을 크게 줄여서 더 긴 수명을 갖습니다. 'Hollow Cup Motors 의 맞춤형 관리에 대한 응용 연구 연구에 따르면, 브러시 DC 모터의 수명은 일반적으로 수백 시간에 불과하며, Hollow Cup 모터의 기대 수명은 일반적으로 1000 ~ 3000 시간이며, 이는 더 긴 신뢰할 수있는 작동을 제공 할 수 있습니다.
빠른 응답 속도 : 전통적인 모터는 철 코어의 존재로 인해 비교적 많은 관성 모멘트를 가지고 있으며, 중공 컵 모터는 작고, 로터는 컵 모양의 자체 지원 코일이기 때문에 무게가 더 가볍고 관성의 작은 모멘트는 중공 컵 모터가 민감한 스타트 탑 조정 특성을 갖습니다. Hollow Cup Micro Motor and Coil 의 연구 진행 상황에 따르면, 일반적인 코어 모터의 기계적 시간 상수는 약 100ms이며, 중공 컵 모터의 기계적 시간 상수는 28ms 미만이며 일부 제품은 10ms 미만입니다.
높은 피크 토크 : 중공 컵 모터의 피크 토크와 연속 토크의 비율은 매우 크다. 왜냐하면 피크 토크 상수로의 전류 상승 과정은 변하지 않기 때문이다. 일반적인 코어 DC 모터가 포화에 도달하면 전류가 증가하더라도 DC 모터의 토크는 증가하지 않습니다.
우수한 열 소산 : 중공 컵 로터의 표면은 공기 흐름을 가지고 있으며, 코어 로터의 열 소산 성능보다 우수하며, 코어 로터의 에나멜 와이어는 실리콘 스틸 시트 그루브에 내장되어 있으며, 코일 표면 공기 흐름은 더 적고, 온도 상승은 동일한 전력 출력 조건에서 더 큽니다.
4, 중공 컵 모터의 기술 경로
중공 컵 모터 생산의 핵심 단계는 코일의 생산이므로 코일 설계 및 와인딩 프로세스는 핵심 장벽이됩니다. 와이어의 직경, 회전 수 및 선형성은 모터의 코어 매개 변수에 직접적인 영향을 미칩니다. 코일 와인딩의 핵심 장벽은 코일 설계에 직접 반사됩니다. 다른 권선 유형은 자동화 속도와 구리 소비의 차이가 있기 때문입니다. 다른 한편으로, 와인딩 장비 및 와인딩 방법에도 반영되며, 다른 와인딩 기계에 의한 중공 컵 그루브 상처의 충전 속도는 다르므로 다른 희소로 이어지고 운동 손실, 열 소비, 전력 등에 직접 영향을 미칩니다.
코일 설계 각도 : 중공 컵 모터의 와인딩 설계는 직선 와인딩 타입, 비스듬한 와인딩 유형 및 안장 유형으로 나눌 수 있습니다.
직선 와인딩 : 코일의 와이어는 모터의 축과 평행하여 농축 된 와인딩 구조를 형성합니다. 직선 코일의 디자인 아이디어는 먼저 회전 수의 요구 사항에 따라 와인딩 다이의 일반 원형 에나멜 와이어를 먼저 바람에 닿은 다음 와이어의 코어 샤프트의 권선을 연결 한 다음 양쪽 끝의 바인더를 사용하여 경화 및 형태를 사용하는 것입니다. 비교적 말하면, 직선 와인딩의 끝은 토크를 생성하지 않으며 전기자 중량 및 전기자 저항을 증가시킵니다.
비스듬한 와인딩 : 벌집 와인딩으로도 알려진 벌집 와인딩 방법이 사용되어 중간에 탭을 남겨두고 연속적으로 바람을 피하기 위해 요소의 효과적인 측면과 전기자 축을 특정 기울기 각도로 만들어야합니다. 이 와인딩 방법의 최종 크기는 작지만 비스듬한 와인딩 연속 권선에는 특정 라인 각도가 필요하기 때문에 에나멜 과이어가 겹치며 슬롯 충전 속도가 낮기 때문입니다. 직선 상처 유형과 비교할 때 경사 와인딩 전기자는 종말 권선이없고, 전기자 중량을 줄이고, 작은 관성 모멘트, 작은 시간 상수, 우수한 항력 특성 및 큰 출력 토크의 장점이 있습니다. 독일의 Faulhaber와 스위스의 Portescap은 대부분 경사 와인딩을 사용합니다.
안장 유형 : 동심원 또는 롬보이드 와인딩으로도 알려진 형태의 코일을 강화한 다음 배선이 사용됩니다. 즉, 자체 접착 에나 멜로 된 와이어는 특수 형성 권선 다이에 상처를 입히고 전기자 컵은 다중 형성 배열로 만들어집니다. 와인딩 할 때, 코일의 두 층이 깔끔하게 배열되고 형성되며, 이는 슬롯 충전 속도를 재구성하고 개선 한 후 전기자 컵의 크기를 제어하는 데 편리합니다. 동시에이 방법은 생산 효율이 높고 대량 생산에 적합합니다. 안장 와인딩 전기자 끝에는 중첩 층이 줄어들고, 소형 공기 갭 및 영구 자석의 높은 이용률이 높아 모터의 전력 밀도를 향상시킵니다. 스위스의 일부 Maxon 제품은 안장형 와인딩을 사용합니다.
와인딩 프로세스 관점 : 생산 기술 관점에서 코일의 형성 방법에 따라 코일의 형성 방법은 주로 수동 권선, 권선 및 일회성 형성 생산의 세 가지 범주로 나뉩니다.
1) 수동 권선. 핀 삽입, 수동 권선, 수동 배선 및 생산 단계를 포함한 일련의 복잡한 프로세스를 통해. 높은 수준의 사용자 정의가 필요한 제품에 적합하지만 생산 효율성 및 제품 안정성은 제한적입니다.
2) 와인딩 생산 기술. 와인딩 생산 기술은 반자동 생산이며, 에나멜 와이어는 먼저 다이아몬드 모양의 단면으로 메인 샤프트에 순차적으로 상처를 입히고, 필요한 길이에 도달 한 후 제거 된 다음 와이어 플레이트에 평평하게 처리 한 후 마지막으로 와이어 플레이트가 컵 모양의 코일에 감겨 있습니다. '와인딩 할로우 컵 전기 생산 공정 및 장비'권선 공정에 따르면, 다음 권선 장비는 4 명의 작업자와 연간 30,000 단위의 출력을 달성하기 위해 구성 할 수 있지만, 와인딩의 제한은 20-30mm 중공 컵 직경에 더 적합하다는 것입니다. 탭 간식을 가진 작은 코일을 7mm 미만으로 강화하기가 어렵다는 것입니다. 전반적으로, 와인딩 공정의 생산 효율은 상대적으로 높으며 중간 규모 생산의 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다. 그러나 수동 참여율이 높으면 완제품의 일관성이 자동화 된 생산만큼 좋지 않을 수 있으며 중공 컵 코일 와인딩의 작은 크기를 충족하기가 어렵습니다.
3) 하나의 성형 생산 기술. 자동화 장비를 통한 와인딩 머신은 스핀들의 규칙에 따라 에나멜 와이어가 될 것입니다. 제거 후 컵에 코일 권선, 하나의 성형, 여러 프로세스를 롤 및 평평하게 할 필요가 없으므로 생산 효율성과 완제품 일관성이 더 좋습니다. 그러나 해당 선불 장비 투자가 더 높아질 것입니다.
해외 와인딩 프로세스 초기에 개발 된 자동화 정도는 국내보다 높습니다. 국내는 주로 와인딩 생산을 채택하고, 공정은 더 복잡하고, 근로자의 노동 강도가 크고, 더 두꺼운 와이어 직경으로 코일을 완성 할 수 없으며 스크랩 속도가 높을 수 있습니다. 외국은 주로 일회성 상처 생산 기술, 높은 자동화, 높은 생산 효율, 코일 지름 범위, 우수한 코일 품질, 타이트한 배열, 모터 유형, 우수한 성능을 사용합니다.
산업 체인 링크 및 다운 스트림 응용 프로그램
중공 컵 모터의 상류는 원료 및 부품이며, 원료에는 구리, 강철, 자기 강, 플라스틱 등이 포함됩니다. 부품에는 베어링, 브러시, 정류자 등이 포함됩니다. 산업 체인의 중간 범위는 모터 제조업체입니다. 산업 체인의 다운 스트림은 응용 프로그램이며, 중공 컵 모터는 고감도, 안정적인 작동 및 강력한 제어 특성을 가지므로 전기 구동의 고급 필드의 엄격한 요구 사항을 충족하므로 주로 항공 우주, 의료 장비, 산업용 자동화 및 로봇 공학 및 기타 고급 분야에서 사용됩니다. 동시에, 중공 컵 모터는 사무실 자동화, 전동 공구 등과 같은 토목장에 점차적으로 적용됩니다.
유망한 중공 컵 모터
철 코어가없는 고유 한 디자인을 갖춘 중공 컵 모터, 고속, 고효율, 높은 동적 응답 및 기타 중요한 장점을 보여주는 항공 우주, 의료 장비 및 기타 필드에서 널리 사용되는 인간화 로봇 손 유연성도 상당한 영향을 미칩니다. Maxon 및 Faulhaber와 같은 해외 기업은 현재 국내 제조업체의 기술적 수준의 지속적인 개선과 Humanoid Robot Market의 빠른 개발과 함께 첫 번째 이점을 가지고 있지만 국내 할로우 컵 모터는 새로운 개발 기회를 강요 할 것입니다.
