중공 컵 모터 (마이크로 코어리스 모터)는 특수 DC 모터입니다. 전통적인 DC 모터 는 산업 생산, 가전 제품, 운송 및 기타 분야에서 널리 사용되며 고정자와 회전자의 두 핵심 부분으로 구성되며 DC 모터의 고정 부분을 고정자라고 하며 고정자의 주요 역할은 프레임, 주 자극, 반전 극, 엔드 캡, 베어링 및 브러시 장치로 구성된 자기장을 생성하는 것입니다. 일반적으로 사용되는 고정자 자석 재료로는 Ndfeb, 사마륨 코발트, 알루미늄 니켈 코발트 및 페라이트가 있습니다. 작동 중에 회전하는 부분을 회전자(Rotor)라 하며 그 주된 역할은 전자기 토크와 유도 기전력을 발생시키는 역할을 하며 에너지 변환을 위한 DC 모터의 허브이므로 보통 전기자라 부르며 회전축, 전기자 코어, 전기자 권선, 정류자 및 팬으로 구성됩니다.
중공 컵 모터는 코어가 없는 회전자를 사용하여 구조적으로 기존 DC 모터의 구조적 형태를 깨고 전기자 권선은 중공 컵 코일로 모양이 물컵과 유사하므로 '중공 컵 모터'라고 합니다. 중공 컵 모터는 DC, 영구 자석, 서보 마이크로 모터에 속합니다. 이 새로운 로터 구조로 인해 중공 컵 모터는 다음과 같은 우수한 특성을 갖습니다. ① 에너지 절약 특성: 코어 없는 설계는 철심의 와전류 형성으로 인한 전력 손실을 완전히 제거하고 에너지 변환 효율이 매우 높으며 최대 효율은 일반적으로 70% 이상이며 일부 제품은 90% 이상에 도달할 수 있습니다(철심 모터는 일반적으로 70%). (2) 제어 특성: 빠른 시작 및 제동, 빠른 응답, 28밀리초 미만의 기계적 시간 상수, 일부 제품은 10밀리초 미만에 도달할 수 있습니다(코어 모터는 일반적으로 100밀리초 이상). 권장 작동 영역의 고속 작동 상태에서 속도를 민감하게 쉽게 조정할 수 있습니다. (3) 항력 특성: 작동 안정성이 매우 안정적이며 속도 변동이 매우 작습니다. 마이크로 모터로서 속도 변동을 2% 이내로 쉽게 제어할 수 있습니다. ④ 경량 특성: 동일한 파워 코어 모터에 비해 무게와 부피가 1/3-1/2로 줄어들고 에너지 밀도가 크게 향상됩니다. 중공 컵 모터의 핵심 지표는 출력 밀도, 즉 출력 전력 대 무게 또는 부피의 비율입니다. 철심이 없는 로터는 분자 말단의 와전류 및 히스테리시스 손실을 제거하고 에너지 변환 효율을 향상시킵니다. 분모 끝의 무게와 부피가 감소했습니다.
브러시는 중요한 구성 요소입니다. 브러시 모터 회전 부품과 고정 부품 사이의 전류 전도를 담당합니다. 흑연을 더 많이 사용하기 때문에 카본브러쉬라고도 불립니다. 일반 DC 모터에서는 회전자가 회전을 유지하기 위해서는 회전자 전류 방향을 실시간으로 변경해야 하므로 정류자와 카본 브러시를 사용해야 합니다. 브러시리스 모터는 기계식 브러시 정류 모드를 취소하므로 전자 정류를 완료하려면 로터 위치를 감지해야 합니다. 회전자 위치 정보를 얻는 일반적인 방법에는 두 가지가 있습니다. (1) 센서리스 제어 모드, 모터가 작동 중일 때 회전자 위치는 모터에서 피드백되는 측정 가능한 변수에 의해 결정됩니다. 위치 센서 제어 모드에서는 모터 회전자 위치가 모터 내부의 위치 센서에 의해 직접 감지됩니다. 일반적으로 사용되는 위치 센서로는 홀 센서, 광전 인코더, 회전식 변압기 등이 있습니다. 홀 센서 감지 정확도는 높지 않지만 가격이 저렴합니다. 광전 엔코더 및 회전식 변압기 위치 감지는 정확하고 오류가 작으며 일반적으로 자기장 방향 제어 및 직접 토크 제어와 같은 고성능 제어 시스템에 사용됩니다.
중공 컵 모터는 구조에 따라 브러시와 브러시리스 두 종류로 나눌 수 있습니다. ① 브러시형 중공 컵 모터(DC 브러시형 코어리스 모터, 철심이 없는 회전자라고도 함): 일반적으로 쉘, 연자성 재료 내부 고정자, 영구 자석 고정자, 중공 컵 회전자 전기자 구성에 의한 기계식 브러시 정류자를 사용합니다. 중공 컵 브러시 모터에 전원이 공급되면 권선에 전류가 흐르고 토크가 생성되고 로터가 회전하기 시작합니다. 로터가 특정 각도로 회전하면 브러시는 기계적 정류자를 사용하여 전류의 방향을 변경하여 출력 토크 방향이 변하지 않고 로터가 계속 회전합니다. 중공 컵 브러시 모터는 브러시 정류를 사용하기 때문에 모터 작동 중에 특정 상대 마찰이 발생하여 소음, 전기 스파크가 발생하고 모터 수명이 단축됩니다. 일반적으로 국내 '중공 컵 모터'는 일반적으로 브러시 모터를 나타냅니다. ② 무브러시 중공 컵 모터(DC 무브러시 무슬롯 모터, 철심 없는 고정자라고도 함): 일반적으로 쉘, 연자성 재료, 절연 재료 및 고정자와 영구 자석 강철 회전자로 구성된 중공 컵 전기자에 의한 전자 정류를 사용합니다. 중공 컵 브러시리스 모터는 전자 부품의 온-오프를 제어하여 반전 효과를 달성함으로써 다양한 권선을 회로에 연결합니다. 이 정류 모드는 중공 컵 브러시리스 모터가 고효율, 작은 토크 변동, 높은 서비스 수명, 컴팩트한 구조, 쉬운 유지 관리 등의 특성을 갖도록 만듭니다.
1.2. 코어 배리어: 와인딩 프로세스
중공 컵 모터의 공정 흐름은 복잡하며 가공 난이도는 일반 DC 슬롯 모터보다 훨씬 더 높습니다. Dingzhi Technology의 DC 슬롯리스 모터(즉, 중공 컵 모터 제품)를 예로 들면 전면 코일 권선, 중간 베어링, 맨드릴, 지지 링 및 기타 핵심 부품 설치부터 후면 덮개 설치 및 회로 기판 용접 라인 등에 이르기까지 거의 30개 공정이 필요하며 복잡성은 일반 DC 슬롯 모터보다 훨씬 더 복잡합니다. 코일 생산은 에나멜 와이어 - 권선 - 가열 성형 - 와이어 스트리핑, 공통 와이어 연결 - 코일 설치 등의 과정을 거쳐야 합니다.
그 중 코일 제조는 중공 컵 모터의 핵심 공정 중 하나입니다. 코어리스 자립형 권선은 소위 에나멜선으로 만들어지며, 이는 외부에 페인트 코팅이 된 절연 구리선입니다. 제조 과정에서 인접한 전선의 페인트는 압력과 온도를 가해 서로 융합됩니다. 적절한 접착(테이프 또는 유리 섬유)은 권선의 강도와 형태 안정성을 더욱 향상시킬 수 있으며 이는 높은 전류 부하에서 특히 중요합니다.
중공 컵 모터 코일의 생산 기술은 코일의 형성 방법에 따라 주로 세 가지 범주로 나뉩니다. 1) 수동 권선. 핀 삽입, 수동 권선, 수동 배선 및 기타 생산 단계를 포함한 일련의 복잡한 프로세스를 통해. 2) 권선 생산 기술. 권선 생산 기술은 반자동 생산으로, 먼저 에나멜 선을 다이아몬드 모양의 단면을 가진 주축에 순차적으로 감고, 필요한 길이에 도달한 후 제거한 다음 편평하게 펴서 선판으로 만들고, 마지막으로 선판을 컵 모양의 코일로 감습니다. 권선 중공 컵을 예로 들면 제조 공정은 대략 다음 단계로 나눌 수 있습니다. (1) 육각형 와이어 빌렛 코일 권선: 경사 권선 그룹 권선기에서 수행됩니다. ② 와이어 블랭크 코일을 두 개의 모양의 압력 감지 테이프로 붙여서 탈형하여 평평하게 만듭니다. ③ 편평화 : 형상판을 와이어 블랭크 코일에 삽입하고 코일을 편평화 한 다음 평탄화 기계로 보내 편평화하여 플랫 와이어 블랭크로 만듭니다. 대나무 긁는 도구로 모양을 잡아주세요. 여분의 테이프를 잘라내어 하나의 히치만 남겨두고 히치를 편평한 스트랜드의 약간 올라간 쪽에 남겨두어 릴이 한 줄을 형성할 수 있도록 해야 합니다. ④ 코일: 플랫 와이어 블랭크가 중공 컵 코일 기계의 코일에 공급되어 와이어 블랭크가 끝에 연결되고 테이프가 와이어 블랭크 헤드의 표면에 붙여져 중공 컵 코일이 됩니다. ⑤ 에폭시 성형 코팅 : 에폭시 접착제를 코팅한 후 오븐에 넣어 경화 및 성형합니다. 3) 하나의 성형 생산 기술. 권취기는 법에 따라 법선을 자동화 장비를 통해 스핀들에 감아 컵에 감은 후 코일을 떼어내 한번에 성형하는 기계로 압연, 평탄화 등의 여러 공정이 필요하지 않아 자동화 수준이 높다.
해외 와인딩 공정이 일찍 개발되어 자동화 정도가 국내보다 높습니다. 국내에서는 주로 권선 생산을 채택하고 있으며 공정이 더 복잡하고 작업자의 노동 강도가 크고 선경이 두꺼운 코일을 완성할 수 없으며 폐기율이 높습니다. 외국에서는 주로 일회성 상처 생산 기술, 높은 수준의 자동화, 높은 생산 효율성, 코일 직경 범위, 우수한 코일 품질, 긴밀한 배열, 모터 유형, 우수한 성능을 사용합니다. 중공 컵 모터는 권선 방법에 따라 직선 권선, 새들 모양 및 경사 권선으로 나눌 수 있습니다. 1958년 독일의 Dr.FF aulhaber(von Haber)가 경사 권선 코일 권선 기술을 개발했으며, 1965년 중공 컵 모터의 회전자 코일 경사 권선 특허 기술을 획득했습니다. 독일, 스위스, 일본 및 기타 중공 컵 모터 개발 초기에 권선 공정에서 풍부한 경험을 축적했습니다. 세계 3대 중공 컵 모터 중 스위스의 Maxon은 직선형 권선형과 새들형을 주로 사용하며, 독일의 Faulhaber 및 스위스 Portescap은 경사형 권선형을 주로 사용합니다. 직선으로 감는 과정은 더 복잡하며 주로 다중 권선으로 만들어진 긴 권선 구조에 사용됩니다. 안장 모양은 코일 두께를 줄이고, 고출력 밀도 모터에서 자기 에어 갭을 효과적으로 줄이고, 절단 자기장의 길이를 늘리고, 고정자 자기를 더 잘 활용할 수 있습니다. 이전에 개발된 경사 권선은 상대적으로 간단한 권선, 긴밀한 배선으로 대규모 배치 생산에 적합합니다.
권선은 중공 컵 모터의 핵심 기술 장벽입니다. ① 설계 링크: 1960년대에 시작된 해외 3대 주요 기술, 국내 중공 컵 모터가 늦게 시작되고 연구 부족, 재료 세분화 등급 조합 부족, 모터 최적화를 위한 로터 컵 유형 부족, 체계적인 전방 설계 부족, 시스템 구동 방식 구성 및 제품 설계 능력에 대한 맞춤형 요구 사항 부족; ② 가공 링크 : 전통적인 브러시리스 모터, 브러시 모터, 서보 모터와 비교할 때 중공 컵 모터의 구조는 이가없는 홈 구조에 속하며 고정 홈이 없으며 모든 에나멜 와이어가 매달린 권선이며 내부 지지대가 없으며 공정이 매우 어렵고 초기 수율이 낮습니다. 권선 정확도 측면에서 중공 컵 모터의 정밀도 요구 사항은 기존 모터의 정밀도 요구 사항보다 높습니다. 중공 컵 모터 자체는 크기가 작고 오류에 대한 허용 오차는 일반 영구 자석 모터 및 스테퍼 모터보다 낮으며 처리 정확도는 자기장의 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다. 와이어 두께와 권선 회전의 차이로 인해 권선 저항 값, 기동 전류, 속도 상수 및 기타 모터 매개변수가 큰 차이를 갖습니다. 이로 인해 국내 제조업체는 생산 및 가공 링크의 정밀도, 수율 및 자동화를 개선해야 합니다. 중국은 해외에 비해 권선장비 부문에서도 상대적으로 취약한 편이다. 권선 장비는 자동 및 수동 비자동 장비로 나눌 수 있습니다. 해외에 비해 중국의 권선설비 자동화 정도는 상대적으로 낮다. 세계 최고의 권선 장비 제조업체로는 스위스의 Meteor, 일본의 Tanaka Seiki Co., Ltd., Hitote Mechanical Engineering Co., LTD가 있습니다. 국내 기업은 여전히 장비 측면에서 상대적으로 빈 상태에 있으며 가격이 수십만에서 수백만에 이르는 일본 와인딩 장비를 더 많이 구매합니다. 중국의 비교적 대표적인 기업으로는 Zhongspecial Technology, Dongguan Taili Electronic Machinery Co., LTD., Qinlian Technology, Kunshan Cook 등이 있습니다.
1.3 다운스트림 애플리케이션: 중공 컵 모터의 특성에 따라 다운스트림 애플리케이션 시나리오가 결정됩니다.
중공 컵 모터는 마이크로 모터에 속하며 업스트림 원자재는 구리, 강철, 자성 강철, 베어링, 플라스틱 등을 포함하여 마이크로 모터의 원자재와 유사합니다. 중공 컵 모터는 원래 항공, 항공 우주, 군사 및 기타 첨단 산업에서 사용되었지만 최근에는 의료 기기, 가전 제품, 전동 공구, 산업 자동화 및 기타 시나리오와 같은 민간 산업으로 점차 적용 범위가 확대되었습니다.
중공 컵 모터의 다양한 성능은 다양한 분야에서의 적용에 해당합니다. 1) 작은 크기, 가벼운 무게 및 큰 출력 대 부피 비율의 특성으로 인해 다양한 유형의 항공기 등과 같이 중량 요구 사항이 높은 영역에 적합하며 항공기의 무게를 최소화할 수 있습니다. 또한 전동칫솔, 휴대용 선풍기 등 다양한 가전제품에도 널리 사용됩니다. 2) 빠른 시동 및 제동과 매우 빠른 응답 특성으로 제어 성능이 요구되는 미사일 방향 조정, 고속 광학 구동 추종, 고감도 장비, 산업용 로봇 등 빠른 자동 제어가 필요한 분야에 적합합니다. 3) 높은 에너지 변환 효율과 긴 작동 시간 특성으로 휴대용 계측기, 현장 작업 장비 등 에너지 절약과 배터리 수명이 요구되는 모든 분야에 적합합니다.
휴머노이드 로봇, 중공컵 모터 응용의 새로운 블루오션을 열어갑니다. 테슬라가 출시한 휴머노이드 로봇인 옵티머스(Optimus)의 최근 개발에 따르면, 각 손에는 6개의 드라이브와 11자유도가 있으며, 엄지용 드라이브 2개와 나머지 4개 손가락에 각각 1개의 드라이브가 있으며 손은 최대 20파운드를 운반할 수 있다. 핸드 조인트 모듈은 주로 중공 컵 모터, 정밀 유성 감속기, 볼 스크류 및 센서로 구성됩니다. 중공 컵 모터는 손가락이 움직일 수 있게 하고, 정밀 유성 기어박스는 조작기가 더 정확하게 위치하고 더 유연하게 사용할 수 있게 하며, 인코더는 손의 고정밀 위치 피드백과 속도 피드백을 제공하며, 센서는 로봇이 인간과 같은 지각 기능과 반응 능력을 가질 수 있게 해줍니다. 머스크에 따르면, 미래에는 휴머노이드 로봇의 수가 인간의 수를 넘어설 것이며 장기적으로는 1000억개 수준에 이를 것으로 예상된다. 중공 컵 모터는 확실성이 높은 로봇 손의 주류 기술 솔루션입니다. 휴머노이드 로봇은 손당 6개의 중공 컵 모터를 사용하며, 최종 상황을 고려하면 휴머노이드 로봇은 10억 대 수준에 도달할 것으로 예상되며, 휴머노이드 로봇이 대량 생산되면 중공 컵 모터 관련 기업의 매출 성장이 촉진될 것입니다.
