Робот хүрээгүй моментийн мотор: Гадаад ротор Vs. Дотоод ротор - Бүтцийн ялгаа ба хэрэглээний хувилбарууд

Танилцуулга

Хүн дүрстэй роботын хурдан эргэлт, нарийн атгах чадвар бүрийн ард чимээгүйхэн ажилладаг 'булчин' байдаг. хүрээгүй эргэлтийн мотор . Эдгээр моторууд нь уламжлалт моторын том орон сууцыг цутгаж, зөвхөн статор ба роторыг үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болгон хадгалдаг. Нүцгэн 'Үндсэн хөдөлгөгч'-ийн нэгэн адил тэд роботын үе мөчний бүтцэд шууд суулгагдсан бөгөөд мөр, ташаа, өвдөг зэрэг гол үеийг маш нягт, хэт өндөр моментийн нягтаар жолоодох чухал ажлуудыг гүйцэтгэдэг.

Гэсэн хэдий ч, хүрээгүй эргэлтийн мотор нь нэг төрлийн шийдэл биш юм. Ротор ба статорын харьцангуй байрлалаас хамааран тэдгээрийг  гаднах ротор  ба  дотоод роторын  загвар гэж хоёр том сургуульд хувааж болно. Энэ хоёр нь бүтцийн хувьд ялгаатай, тус бүр өөрийн гэсэн давуу талтай бөгөөд тэдгээр нь хэрэглээний хувьд хөдөлмөрийн тодорхой хуваарилалтыг харуулдаг. Теслагийн Optimus-ийн эргэдэг холбоосууд болон MIT Cheetah дөрвөн хөлт роботын проприоцептив идэвхжүүлэгчид хоёулаа эдгээр хоёр тохиргооны хооронд зориудаар сонголт хийдэг.

01 Үндсэн ойлголт: Хүрээгүй момент мотор гэж юу вэ?

Гаднах болон дотоод роторын ялгааг ойлгохын тулд эхлээд хүрээгүй моментийн моторын тухай үндсэн ойлголт хэрэгтэй.

Уламжлалт мотор нь иж бүрэн, савласан нэгж юм: энэ нь орон сууц, төгсгөлийн таг, холхивч, босоо амны хамт ирдэг - цахилгаанд холбогдсон үед эргэлддэг бие даасан тэжээлийн модуль. Хүрээгүй эргэлтийн мотор нь энэ үзэл баримтлалыг бүрэн үгүйсгэдэг:  энэ нь зөвхөн бие даасан хоёр бүрэлдэхүүн хэсэг болох статор ба ротороос бүрдэх бөгөөд ямар ч орон сууц, холхивчгүй, гаралтын босоо амгүй.

Энэхүү минималист загвар нь хүрээгүй эргэлтийн моторыг бие даасан төхөөрөмжөөс механик бүтцэд шууд нэгтгэх боломжтой 'цахилгаан үүр' болгон хувиргадаг. Инженерүүд статорыг роботын холболтын орон сууцанд бэхэлж, роторыг ачааны босоо ам руу шууд холбож, мотороос холболт руу хүчийг 'тэг дамжуулалтын гинж' шилжүүлэх боломжийг олгодог.

Энэхүү дизайны гол давуу тал нь асар их юм: энэ нь орон зайн ашиглалтыг эрс нэмэгдүүлдэг (эзэлхүүнийг 30% -иар бууруулж), дамжуулалтын хоцролтыг арилгаж, дамжуулалтын үр ашгийг 95% -иас дээш болгож, холболтын тодорхой хэмжээс, эргүүлэх моментийн шаардлагад үндэслэн өндөр түвшний тохируулга хийх боломжийг олгодог.

Эдгээр нь хоёулаа статор ба роторын хослол гэдгийг харгалзан үзвэл гаднах роторыг дотоод ротороос яг юугаараа ялгах вэ?

02 Бүтэц тайлагдсан: Ротор нь 'Дотор' ба 'Гадна талд' ялгаатай байх үед

Гаднах болон дотоод роторын моторын үндсэн ялгааг нэг үгээр дүгнэж болно:  ротор ба статорын хоорондын орон зайн харилцаа бүрэн урвуу байна..

Дотор  роторын  тохиргоо нь илүү 'уламжлалт' дизайны хандлагыг илэрхийлдэг. Дотор роторын хүрээгүй моторт ротор (байнгын соронз агуулсан) моторын төвд байрладаг бол статорын ороомог нь роторын гадна талыг хүрээлж, ороож байдаг. Ротор нь гаралтын босоо амаар ачаалалтай холбогдож, ерөнхий бүтэц нь нарийхан, сунасан хэлбэрийг өгдөг. Энэхүү тохиргоо нь инженерүүд дизайны гүн гүнзгий туршлагатай үйлдвэрлэлийн нийтлэг моторуудын удамшлыг дагадаг.

Гаднах  роторын  тохиргоо нь 'дотоод-гадаа' загвар юм. Гаднах роторын хүрээгүй моторын хувьд статорын ороомог нь төв сууринд бэхлэгдсэн байдаг бол хөндий аяга хэлбэртэй бүрхүүлтэй төстэй ротор нь статорыг бүхэлд нь гаднаас нь бүрхдэг. Роторын бүрхүүл нь өөрөө эргэдэг хэсэг бөгөөд тоног төхөөрөмжийн ачаалалд шууд холбогддог бөгөөд ингэснээр илүү хавтгай бүтэцтэй болно.

Энгийнээр хэлбэл: дотоод роторын моторыг аваад 'дотоод тийш' эргүүлж, анхны гаднах статорыг дотогшоо хөдөлгөж, анхны дотоод роторыг гадна тал руу нь эргүүлснээр та гаднах роторын мотортой болно. Энэхүү бүтцийн урвуу байдал нь гүйцэтгэлээс эхлээд хэрэглээ хүртэлх бүх зүйлд иж бүрэн ялгааг бий болгодог.

03 Гүйцэтгэлийн үзүүлбэр: Зургаан хэмжээст харьцуулалт

Бүтцийн 'хөрвүүлэлт' нь роторын гадна болон дотоод хөдөлгүүрүүдийн эрс ялгаатай гүйцэтгэлийн шинж чанарыг шууд тодорхойлдог. Энд зургаан үндсэн хэмжигдэхүүнийг нарийвчлан харьцуулсан болно.

1. Гаралтын момент: Гаднах роторын 'Геркулийн хүч'

Моментийн чадвар нь гаднах роторын моторын гүйцэтгэлийн хамгийн тод тэмдэг юм. Ижил эзэлхүүн ба гүйдлийг харгалзан гадна роторын хүрээгүй мотор нь дотоод ротортой харьцуулахад 30% -50% илүү эргэлтийн момент өгдөг. Шалтгаан нь энгийн: эргүүлэх момент = Хүч × Хөшүүргийн гар. Гаднах ротор нь илүү том эргэлтийн радиус, илүү урт хөшүүргийн гартай тул ижил цахилгаан соронзон хүчний хувьд илүү их эргэлтийг бий болгодог. Энэ давуу тал нь бага хурдтай, их ачаалалтай хувилбаруудад ялангуяа тод илэрдэг.

2. Хурд ба динамик хариу үйлдэл: Дотоод роторын 'Хурдан алхам'

Дотоод роторын моторын ротор нь төвд байрладаг тул эргэлтийн инерци бага байдаг. Энэ нь эхлэх, зогсоох, хурдасгах үед илүү уян хатан болгож, илүү хурдан динамик хариу үйлдэл үзүүлэх боломжийг олгодог. Нэмж дурдахад, дотоод роторын моторууд нь ихэвчлэн бага хос туйлтай, илүү өндөр хурдтай байдаг тул өндөр хурдтай ажиллах, байнга асаах, зогсоох шаардлагатай програмуудад тохиромжтой байдаг. Роторын том масс, өндөр инерцийн улмаас гаднах роторын мотор харьцангуй удаан динамик хариу үйлдэл үзүүлдэг боловч хурдны хэлбэлзэл багатай илүү жигд ажилладаг.

3. Дулаан ялгаруулалт: Гаднах роторын 'Баригдсан радиатор'

Гаднах роторын моторын роторын бүрхүүл нь агаартай шууд харьцаж, дулаан ялгаруулах том талбайг санал болгодог. Дулаан нь гадаад орчинд хурдан ялгарч, удаан хугацаагаар, өндөр хүчин чадалтай ажиллахад тохиромжтой. Дотор роторын моторт статорын ороомог нь гаднах ротороор хаалттай байдаг бөгөөд дулааныг дотор нь барьж, гадагшлуулахад хэцүү болгодог. Энэ нь дулааны удирдлагад моторын суурь эсвэл нэмэлт дулаан дамжуулагч байгууламжид найдах шаардлагатай. Энэ ялгаа нь тасралтгүй өндөр ачаалалтай нөхцөлд маш чухал болдог.

4. Хяналтын нарийвчлал: тус бүр өөрийн гэсэн давуу талтай

Байршлын нарийвчлалын тухайд энэ хоёр нь сонирхолтой нэмэлтийг харуулж байна. Хурдан динамик хариу үйлдэл бүхий дотоод роторын мотор нь байрлал тогтоох өндөр хурдыг шаарддаг програмуудад илүү тохиромжтой. Гаднах роторын мотор нь жигд ажиллагаатай, эргүүлэх момент багатай тул байршлын нарийн нарийвчлал, хөдөлгөөний жигд байдлыг шаарддаг хувилбаруудад илүү тохиромжтой.

5. Бүтцийн нарийн төвөгтэй байдал, суурилуулах хүндрэл

Гаднах роторын бүрхүүл нь соронзон урсгал дамжуулах, дулаан ялгаруулах, байнгын соронзыг даах зэрэг олон функцийг нэгэн зэрэг гүйцэтгэх ёстой. Энэ нь материал болон үйлдвэрлэлийн процесст өндөр шаардлага тавьж, харьцангуй өндөр зардалд хүргэдэг. Суурилуулалт нь статор ба роторын хоорондох агаарын завсарын жигд байдал, коаксиаль байдлыг нарийн хянах шаардлагатай бөгөөд энэ нь дотоод роторын мотороос илүү төвөгтэй болгодог. Дотоод роторын мотор нь харьцангуй энгийн бүтэцтэй, хямд өртөгтэй бөгөөд одоогоор хүн дүрст роботын салбарт гол сонголт болж байна.

6. Сансрын ашиглалт ба нэгтгэх арга

Дотор роторын мотор нь нягт, сунасан бүтэцтэй, нарийн үений зайд суулгахад тохиромжтой. Гаднах роторын мотор нь хавтгай, хуушуур шиг бүтэцтэй тул ачааны бул эсвэл фланц руу шууд холбогдоход хялбар болгож, зангилаа хөтчүүд, ороомгийн төхөөрөмж зэрэг хэрэглээнд өвөрмөц давуу талыг санал болгодог.

Зөн совинтой харьцуулахын тулд доорхи хураангуй хүснэгтийг харахад ойлгомжтой байна.

 

04 Хэрэглээний зураглал: Роботын үе дэх үүргийн хэлтэс

Хэрэв гүйцэтгэлийн ялгаа нь 'хатуу хүч' юм бол хэрэглээний хувилбаруудыг хуваах нь эдгээр ялгааг практикт тодорхой тусгадаг. Робот техникт дотоод болон гадна роторын мотор тус бүр өөр өөрийн үүргийг гүйцэтгэдэг.

Дотоод ротор: Agile Motion-д зориулсан 'Үндсэн хүч'

Хүн дүрст роботуудад бага инерцитэй, хурдан хариу үйлдэл үзүүлдэг дотоод роторын хүрээгүй эргүүлэх момент нь бэлхүүс, мөр зэрэг ойр ойрхон эхлэх, зогсох, байрлалыг хурдан тохируулах шаардлагатай үе мөчүүдэд илүүд үздэг. Тэд одоогоор эзэлж байна хүн дүрст роботуудын хүрээгүй моментийн моторын сонголтын 70 гаруй хувийг .

Tesla Optimus-ийн эргэлтэт холбоосууд нь гармоник бууруулагч, эргүүлэх момент мэдрэгчтэй хослуулсан дотоод роторын хүрээгүй момент моторуудыг өргөн ашигладаг бөгөөд энэ нь мөр, ташаа зэрэг том үений тэсрэх хүч, нарийвчлалыг хослуулсан цахилгаан гаралтыг хангадаг. Дөрвөн хөлт роботуудын ертөнцөд анхны MIT Cheetah нь проприоцептив идэвхжүүлэгчийн загварт зориулж дотоод роторын тохиргоог сонгосон.

Гаднах ротор: Ачаалал ба нөлөөллийн эсэргүүцлийн 'Цахилгаан станц'

Гаднах роторын моторын өндөр эргэлт, дээд зэргийн гөлгөр байдал нь тэдгээрийг хүнд даацын холболтод орлуулшгүй болгодог. Дотоодын компаниуд гаднах роторын хүрээгүй мотороор үйлдвэрлэлийн амжилтад хүрч, 285 Нм-ийн хамгийн их гаралтын эргэлтэнд хүрсэн (харьцуулбал, дотоод роторын үндсэн загварууд 50-150 Нм оргилд хүрдэг). Эдгээр мотор нь нэрлэсэн моментоос 5 дахин их цохилтын эсэргүүцлийн туршилтыг давж, үсрэх, даацын ачаалал гэх мэт өндөр эрчимтэй үйлдлүүдийг тайван зохицуулж чаддаг.

Аж үйлдвэрийн роботын салбарт гаднах роторын моторыг өндөр эргэлт, нарийвчлал шаарддаг бэлхүүс, бугуйны үеүүдэд өргөн ашигладаг. Дөрвөн хөлт роботуудын дунд MIT Cheetah Mini нь гадна талын роторын тохиргоог авч, авсаархан холболтын загвар гаргахын тулд хавтгай бүтэц, өндөр эргэлтийн давуу талыг бүрэн ашигласан.

Cross-Over Applications: Робот техникээс өргөн ертөнц рүү

Эдгээр хоёр төрлийн моторын хэрэглээний ландшафт нь роботын холболтоос хамаагүй илүү байдаг. Хавтгай бүтэцтэй, өндөр эргүүлэх моментийн шинж чанар бүхий гаднах роторын мотор нь төв хөтчүүд (цахим дугуй, цахим скутер), эмнэлгийн дүрслэлийн тоног төхөөрөмж (CT сканнерын эргэдэг бүрэлдэхүүн хэсгүүд), нарийн гимбалуудаараа давуу юм. Дотоод роторын мотор нь өндөр хурдтай хариу үйлдэл үзүүлэх давуу талыг ашиглан өндөр хурдны ээрэх (CNC машин, сийлбэрийн машин), нисгэгчгүй жолоодох систем, төрөл бүрийн жижиг серво системд өргөн хэрэглэгддэг. Хамтарсан роботууд болон гадна араг ясны хувьд хоёулаа өөрийн гэсэн давуу талтай байдаг - гадаад араг ясны хувилбарууд нь нэгдсэн гаригийн хурдны хайрцгаар гаднах роторын моторыг ашигладаг бол хамтран ажилладаг роботууд ихэвчлэн гармоник бууруулагчтай нэгтгэсэн хүрээгүй эргэлтийн мотор ашигладаг.

05 Технологийн чиг хандлага ба зах зээлийн төлөв байдал

Хүрээгүй момент хөдөлгүүрүүд хурдацтай хөгжлийн алтан эрин үед байна. QYResearch-ийн мэдээлснээр, 2025 онд хүрээгүй моментийн моторын дэлхийн борлуулалт 5.461 тэрбум юаньд (ойролцоогоор 803 сая ам. доллар) хүрч, 2032 он гэхэд 9.63 тэрбум юань (ойролцоогоор 1.416 тэрбум ам. доллар) болж өсөх төлөвтэй байгаа бөгөөд жилийн нийлмэл өсөлт нь 8.4% орчим байна.

Энэхүү өсөлтийн гол хөдөлгөгч хүчин зүйл нь хүн дүрст робот үйлдвэрлэлийн тэсрэлт юм. Нэгэн судалгаагаар 2030 он гэхэд хүн дүрст роботын моторын дэлхийн зах зээлийн хэмжээ 91.76 тэрбум юаньд хүрч, зөвхөн хүн дүрст роботуудын хүрээгүй эргэлтийн хөдөлгүүрийн сегмент 2.397 тэрбум ам.долларт хүрнэ гэж таамаглаж байна.

Технологийн хувьслын хувьд гадна болон дотоод роторууд нь тусдаа хөгжлийн замд явж байна: дотоод роторын моторууд нь илүү өндөр эрчим хүчний нягтрал, бага арааны эргэлтийн моментыг оновчтой болгож, хүн дүрст роботын холбоос дахь үндсэн байр сууриа нэгтгэсээр байна. Гаднах роторын моторууд нь илүү их эргэлтийн момент, илүү сайн дулааны дизайн руу шилжиж байна. Үүний зэрэгцээ үйлдвэрлэлийн үйл явц боловсрох тусам тэдний өртөг аажмаар буурч, илүү хүнд даацын холболт, үйлдвэрлэлийн хувилбарт уламжлалт шийдлүүдийг орлуулах амлалт өгч байна.

06 Дүгнэлт ба сонгон шалгаруулах зөвлөмж

Гаднах болон дотоод роторын хүрээгүй моментийн моторын хооронд үнэмлэхүй давуу тал байхгүй. Гол нь  'хөдөлгүүрийг холболтонд тохируулах явдал юм.'  Дараах сонголтын зарчмууд нь лавлагаа болж болно.

• Ачааллыг анхаарч үзээрэй:  Ачаалал ихтэй, бага хурдтай, өндөр эргэлттэй холболтын хувьд (таза, өвдөг гэх мэт) гаднах роторын моторыг чухалчлаарай. Хөнгөн ачаалалтай, өндөр хурдтай, байнга асаах/зогсоох (мөр, бугуй гэх мэт) холболтын хувьд дотоод роторын мотор илүү тохиромжтой.

•  Орон зайг анхаарч үзээрэй:  Тэнхлэгийн өргөн зайтай боловч радиаль зай багатай нарийхан холболтын хувьд дотоод роторын мотор сайн тохирно. Хавтгай загвар шаарддаг харьцангуй сул радиаль зайтай хувилбаруудын хувьд гадна талын роторын мотор нь тодорхой давуу талтай.

• Хөргөх нөхцөлийг анхаарч үзээрэй:  Хөргөлт нь байгалийн конвекц дээр тулгуурладаг урт хугацааны, хүнд ачаалалтай ажиллахад гаднах роторын мотор илүү найдвартай байдаг.

• Зардал, суурилуулалтыг анхаарч үзээрэй:  Хязгаарлагдмал төсөвтэй эсвэл хурдан нэгтгэх шаардлагатай үед дотоод роторын мотор нь илүү прагматик сонголт юм. Эргэх моментийн жигд байдал, нөлөөллийн эсэргүүцлийг маш их шаарддаг хэрэглээний хувьд гаднах роторын мотор нь хөрөнгө оруулалт хийхэд үнэ цэнэтэй юм.

• Нарийвчлалын шаардлагыг анхаарч үзээрэй:  Байршлыг хурдан тодорхойлохын тулд дотоод роторын моторыг сонгох; Хөдөлгөөний жигд байдал, байршлын нарийвчлалын хувьд гаднах роторын моторыг сонгох.

Хүн дүрст роботууд лабораториос бөөнөөр үйлдвэрлэл рүү шилжихийн хэрээр хүрээгүй эргэлтийн моторын технологийн давталт, үйлдвэржилт хурдацтай явагдаж байна. Гаднах болон дотоод роторын үндсэн ялгааг ойлгох нь инженерүүдэд янз бүрийн байрлал дахь үе мөчний зөв 'булчинг' сонгохтой адил нарийн төвөгтэй сонголтын оновчтой шийдлийг олоход тусална; тус бүр нь хүч хэрэглэх хамгийн тохиромжтой аргатай.