Humanoïde robots zijn een stralende parel geworden op het gebied van kunstmatige intelligentie.
In de afgelopen jaren zijn humanoïde robots een stralende parel geworden op het gebied van kunstmatige intelligentie met hun brede toepassing op veel gebieden zoals medische zorg en service. Om de ontwikkeling van de industrie verder te bevorderen, hebben lokale overheden het beleid geïntroduceerd om de steun voor humanoïde robots en hun belangrijkste componenten te vergroten. In de Humanoid Robot -industriële keten speelt de Hollow Cup -motor een belangrijke rol in het bewegingscontrolesysteem van de humanoïde robot, zoals de kerncomponent van de Tesla Humanoid Robot Dexterous Hand is de Hollow Cup Motor, een enkele robotassemblage 12 (6 elke rechterhand). Dit artikel heeft als doel de technische kenmerken, marktstatus en toekomstperspectieven van Hollow Cup Motor te bespreken via het onderzoek.
Wat is holle cupmotor
1. Concept en classificatie van de motor
Een elektromotor is een apparaat dat elektrische energie omzet in mechanische energie. Het maakt gebruik van een bekrachtigde spoel (dat wil zeggen de statorwikkeling) om een roterend magnetisch veld te genereren en wordt gebruikt voor de rotor (zoals een gesloten aluminium frame van de eekhoornkooi) om een magneto-elektrisch rotatiekoppel te vormen, dat is om de kracht te converteren die wordt gegenereerd door de stroom in het magnetische veld in een roterende werking. Het principe is om het magnetische veld te gebruiken om de stroom te dwingen om de motor te laten roteren.
Het basisprincipe van de rotatie van de motor: rond de permanente magneet met een roterende as, 1 roteer de magneet (zodat het roterende magnetische veld wordt gegenereerd), 2 volgens het principe van de N -pool en de S -pool heteropool -aantrekkingskracht, dezelfde pols, 3 De magnet met een roterende as zal roteren.
In een motor is het eigenlijk de stroom die door de draad stroomt die een roterend magnetisch veld (magnetische kracht) eromheen creëert waardoor de magneet roteert. Wanneer de draad in een spoel wordt gewikkeld, wordt de magnetische kracht gesynthetiseerd om een grote magnetische veldflux (magnetische flux) te vormen, wat resulteert in de N- en S -polen. Door een ijzeren kern in een draadspoel in te voegen, worden de magnetische veldlijnen gemakkelijker te passeren en kunnen ze een sterkere magnetische kracht produceren.
De structuur van de motor bestaat voornamelijk uit twee delen: stator en rotor.
Stator: het stationaire deel van de motor, waarvan de hoofdstructuur de magnetische paal, wikkeling en beugel omvat. De magnetische pool is het deel van de motor dat het magnetische veld genereert, dat meestal is samengesteld uit een ijzeren kern en spoelen. De wikkeling is de spoel in de stator, meestal samengesteld uit geleiders en isolatie, waarvan de rol is om een magnetisch veld te genereren wanneer een elektrische stroom erdoorheen gaat. De beugel is de ondersteuningsstructuur van de stator, meestal gemaakt van aluminiumlegering en andere materialen, met goede corrosieweerstand en sterkte.
Rotor: het roterende deel van een motor, waarvan de hoofdstructuur omvat anker, lagers en eindkappen. Het anker is de spoel in de rotor, meestal samengesteld uit geleiders en isolatie, waarvan de rol is om een magnetisch veld te genereren wanneer een elektrische stroom erdoorheen gaat. Lagers zijn de ondersteuningsstructuur van de rotor, meestal gemaakt van staal of keramiek, met goede slijtage en corrosieweerstand. De eindbedekking is de eindstructuur van de motor, meestal gemaakt van aluminiumlegering en andere materialen, met goede afdichting en sterkte.
2, Hollow Cup Motor Definitie en classificatie
In 1958 ontwikkelde Dr.FFF Aulhaber de hellende wikkelingspoiltechnologie en verkreeg het relevante patent voor de Hollow Cup -motor in 1965, waardoor de komst van de Hollow Cup -motor wordt gemarkeerd, en het creatieve structurele ontwerp van het creatieve structuur kan de motor zowel kleinere en grotere efficiëntie zijn. De Hollow Cup -motor behoort tot de DC permanente magneet servomotor, de motorstructuur wordt weergegeven in de volgende figuur, voornamelijk samengesteld uit stator en rotor. De stator is samengesteld uit siliciumstalen plaat en spoelwikkeling, en de stalen siliciumstaalplaat zonder tandgroefstructuur kan het tandengroefeffect voorkomen en het verlies van ijzerverlies en wervelstroom verminderen. De rotor is samengesteld uit een permanente magneet, een roterende as en zijn vaste delen, en de motor gebruikt een permanente magneet van een ring, die gemakkelijk te verwerken en te installeren is.
In vergelijking met gewone motoren is het grootste kenmerk van de rotor dat deze door de rotorstructuur van de traditionele motor in structuur doorbreekt en een no-core rotor gebruikt, ook bekend als een holle bekerrotor. De rotor is een holle bekervormige structuur omgeven door wikkelingen en magneten. In gewone motoren is de rol van de ijzeren kern voornamelijk: 1) concentreer en leid het magnetische veld: de ijzeren kern is gemaakt van een materiaal met een hoge magnetische permeabiliteit (zoals siliciumstaalplaat), die de magnetische flux kunnen concentreren en leiden, waardoor de magnetische veldsterkte en efficiëntie van de motor wordt verbeterd; 2) Ondersteuning van de wikkeling: de ijzeren kern biedt een sterke ondersteuningsstructuur voor de wikkeling, zodat de wikkeling een stabiele vorm en positie behoudt tijdens de werking van de motor. In de holle cupmotor wordt de holle holle cilinder van dunwand gebruikt als de rotor en wordt de holle cilinder zonder extra kernondersteuning direct in de wikkeling gewikkeld. Voordelen van coreless -ontwerp: 1) Eliminatie van wervelstroom en hysteresisverliezen: de ijzeren kern in een gemeenschappelijke motor zal wervelstroom en hystereseverliezen produceren in een afwisselend magnetisch veld, wat de efficiëntie van de motor zal verminderen. De Hollow Cup -motor gebruikt een korselloze rotor, die deze verliezen volledig elimineert, waardoor de energie -conversie -efficiëntie van de motor wordt verbeterd. 2) Verminder het gewicht en het traagheidsmoment: het kernvrije ontwerp vermindert het gewicht van de rotor aanzienlijk, waardoor de hele motor lichter wordt. Tegelijkertijd stelt de vermindering van de traagheidsmoment de motor in staat om een snellere responssnelheid en hogere versnelling te hebben, wat zeer gunstig is voor toepassingsscenario's die snel start en stop vereisen.
Tegelijkertijd kan het precisieontwerp van de holle cilinderstructuur en de wikkellay -out de magnetische veldverdeling in de holle bekermotor optimaliseren, de magnetische lekkage en energieverlies verminderen en de efficiëntie en prestaties van de motor verder verbeteren.
De Hollow Cup -motor kan worden onderverdeeld in twee soorten volgens de commutatiemodus: één is de Hollow Cup -borstelmotor, die de mechanische koolborstelcommutatiemodus aanneemt; De andere is de Hollow Cup -borstelloze motor, die de borstelcommutatie vervangt door elektronische commutatie, waarbij de elektrische vonk- en toondeeltjes worden vermeden die tijdens de werking van de borstelmotor worden gegenereerd, het geluid vermindert en de levensduur van de motor wordt vergroot. Uit de vergelijking van verschillende producten van Mingzhi -elektrische apparaten in de volgende figuur is te zien dat er geen borstel in de borstelloze holle bekermotor nodig is, maar de Hall -sensor detecteert het magnetische veldsignaal van de rotor, verandert de mechanische omkering in een elektronische signaalomkering en vereenvoudigt de fysieke structuur van de Hollow Cup -motor.
3, Hollow Cup Motor Voordelen
De holle cupmotor breekt door de rotorstructuur van de traditionele motor in structuur, vermindert het vermogensverlies veroorzaakt door de vorming van wervelstroom in de ijzeren kern en de massa en het traagheidsmoment worden sterk verminderd, waardoor het mechanische energieverlies van de rotor zelf wordt verminderd. Samenvattend heeft de Hollow Cup -motor de voordelen van hoge vermogensdichtheid, lange levensduur, snelle respons, hoog piekkoppel, goede warmte -dissipatie enzovoort.
Hoge vermogensdichtheid: de vermogensdichtheid van de Hollow Cup -motor is de verhouding van het uitgangsvermogen tot het gewicht of het volume. In termen van gewicht is de niet-kernrotor lichter dan de gewone kernrotor; Wat de efficiëntie betreft, elimineert de korselloze rotor wervelstroom en hysteresisverlies die wordt gegenereerd door de coreloze rotor, verbetert de efficiëntie van de micromotor en zorgt voor een hoog uitgangskoppel en uitgangsvermogen. De maximale efficiëntie van de meeste holle bekermotoren is meer dan 80%, terwijl de maximale efficiëntie van de meeste borstel DC -motoren over het algemeen ongeveer 50%is. Lager gewicht en hogere efficiëntie laten holle bekermotoren toe om een hogere vermogensdichtheid te bereiken. Daarom is de Hollow Cup-motor met name geschikt voor toepassingen met batterijen die lange perioden van werking vereisen, zoals draagbare luchtbemonsteringspompen, humanoïde robots, bionische handen, handgereedschap en andere toepassingen.
Hoge koppeldichtheid: het coreless -ontwerp vermindert het gewicht van de rotor en het traagheidsmoment, en het lage traagheidsmoment betekent dat de motor kan versnellen en sneller kunnen vertragen, waardoor in staat is om in korte tijd meer koppel te genereren; Tegelijkertijd maakt de afwezigheid van een ijzeren kern de Hollow Cup -motor compacter, kleiner en in staat om hogere koppeluitgang in een beperkte ruimte te bieden.
Lange levensduur: het aantal omkeerstukken van de Hollow Cup -motor maakt de huidige fluctuatie en de inductantie van de motor kleiner bij het omkeren, waardoor de elektrische corrosie van het omkeersysteem tijdens het omkeerproces aanzienlijk wordt verminderd, om een langere levensduur te hebben. Volgens de gegevens in het 'Application Research van Aangepast beheer van Hollow Cup -motoren ', is de levensduur van geborsteld DC -motoren over het algemeen slechts een paar honderd uur, en de levensverwachting van Hollow Cup -motoren is meestal tussen 1000 en 3000 uur, wat een langere betrouwbare werking kan bieden.
Snelle responssnelheid: de traditionele motor heeft een relatief groot traagheidsmoment vanwege het bestaan van de ijzeren kern, terwijl de Hollow Cup-motor compact is, en de rotor is een kopvormige zelfvoorzienende spoel, dus het gewicht is lichter, en het kleinere traagheidsmoment maakt ook de Hollow Cup Motor een gevoelige start-stop-stop-aanpassingskenmerken. Volgens de 'onderzoek voortgang van de Hollow Cup Micro Motor and Coil ', is de mechanische tijdconstante van de algemene kernmotor ongeveer 100 ms, terwijl de mechanische tijdconstante van de Hollow Cup -motor minder is dan 28 ms, en sommige producten zijn zelfs minder dan 10 ms.
Hoog piekkoppel: de verhouding van het piekkoppel en het continu koppel van de holle bekermotor is erg groot, omdat het proces van de stroom die naar de piekkoppelconstante stijgt, ongewijzigd is en de lineaire relatie tussen het stroom en het koppel de micromotor een groot piekkoppel kan laten produceren. Nadat de gewone kern -DC -motor verzadiging bereikt, ongeacht de stroom wordt verhoogd, zal het koppel van de DC -motor niet toenemen.
Goede warmte -dissipatie: het oppervlak van de Hollow Cup -rotor heeft een luchtstroom, beter dan de warmtedissipatieprestaties van de kernrotor, de geëmailleerde draad van de kernrotor is ingebed in de Silicon Steel Sheet -groef, de luchtstroom van het spoeloppervlak is minder, de temperatuurstijging is groter, onder dezelfde vermogensomstandigheden, de temperatuurstijging van de Hollow Cup DC -motor is kleiner.
4, het technische pad van Hollow Cup Motor
De belangrijkste stap in de productie van Hollow Cup Motor is de productie van spoel, dus het spoelontwerp- en wikkelingsproces worden de kernbarrières. De diameter, het aantal bochten en lineariteit van de draad beïnvloeden direct de kernparameters van de motor. De kernbarrière van spoelwikkeling wordt rechtstreeks weerspiegeld in het spoelontwerp, omdat verschillende wikkelingstypen verschillen hebben in automatiseringssnelheid en koperen consumptie. Aan de andere kant wordt het ook weerspiegeld in de wikkelapparatuur en de wikkelmethode, en de vulsnelheid van de holle bekergroefwond door verschillende wikkelmachines is anders, wat leidt tot verschillende schaars, die direct het motorverlies, warmteafwijking, vermogen, vermogen enzovoort beïnvloeden.
Spoelontwerphoek: het kronkelende ontwerp van de holle bekermotor kan worden onderverdeeld in het rechte kronkelend type, schuine wikkelingstype en zadeltype.
Rechte wikkeling: de draad van de spoel is parallel aan de as van de motor en vormt een geconcentreerde wikkelstructuur. Het ontwerpidee van de recht-wond spoel is om eerst de gewone cirkelvormige geëmailleerde draad op de wikkelingsstoot te wikkelen volgens de vereiste van het aantal bochten, en vervolgens de wikkeling op de kernas van de draad aan te sluiten en vervolgens het binder aan beide uiteinden te gebruiken om te genezen en te vormen. Relatief gezien produceert het uiteinde van de rechte wikkeling geen koppel en verhoogt het ankergewicht en de resistentie van het armatuur.
Schuine wikkeling: ook bekend als honingraatwikkeling, de honingraatwikkelmethode wordt gebruikt, waardoor kranen in het midden achterblijven, om continu te kunnen wikkelen, is het noodzakelijk om de effectieve kant van het element en de ankeras in een bepaalde kantelhoek te maken. De eindgrootte van deze wikkelmethode is klein, maar omdat de schuine wikkeling continue wikkeling een bepaalde lijnhoek vereist, overlapt de geëmailleerde draad en de sleufvulsnelheid laag. Vergeleken met het rechte wondtype, heeft het hellende wikkelingsanker geen eindwikkeling, waardoor het armatuurgewicht wordt verminderd en de voordelen heeft van een klein moment van traagheid, kleine tijdconstante, goede sleepkarakteristieken en groot uitgangskoppel. Faulhaber in Duitsland en Portescap in Zwitserland gebruiken meestal de slingerende wikkeling.
Het zadeltype: ook bekend als concentrische of rhomboidwikkeling, de methode om een gevormde spoel te wikkelen en vervolgens wordt bedrading gebruikt, dat wil zeggen dat de zelfklevende geëmailleerde draad wordt gewikkeld op een speciale vormende kronkelende dobbelsteen, en de ankerbeker is gemaakt van meerdere vormregelingen. Bij het wikkelen zijn de twee lagen spoelen netjes gerangschikt en gevormd, wat handig is om de grootte van de ankerbeker te regelen na het hervormen en het verbeteren van de vulsnelheid van het slot. Tegelijkertijd heeft deze methode een hoge productie -efficiëntie en is hij geschikt voor massaproductie. Het zadelwikkel anker -uiteinde heeft minder overlappende lagen, kleine luchtspleet en een hoog gebruik van permanente magneet, wat de vermogensdichtheid van de motor verbetert. Sommige producten van Maxon in Zwitserland gebruiken wikkeling van het zadeltype.
Wikkelingsprocesperspectief: vanuit het oogpunt van productietechnologie is volgens de vormmethode van de spoel voornamelijk verdeeld in drie categorieën: handmatige wikkeling, wikkeling en eenmalige vorming van productie.
1) Handmatige wikkeling. Via een reeks complexe processen, waaronder het invoegen van pin, handmatige wikkeling, handmatige bedrading en andere stappen om te produceren. Het is geschikt voor producten die een hoge mate van aanpassing vereisen, maar de productie -efficiëntie en productstabiliteit zijn beperkt.
2) Wikkelende productietechnologie. De kronkelende productietechnologie is semi-automatische productie, de geëmailleerde draad wordt eerst opeenvolgend op de hoofdas gewond met een diamantvormige dwarsdoorsnede, en deze wordt verwijderd na het bereiken van de vereiste lengte, en vervolgens afgevlakt in een draadplaat, en ten slotte wordt de draadplaat in een bekervormige spoel gewikkeld. Volgens het 'Wikkelende Hollow Cup-ankerproductieproces en apparatuur ' Wikkelproces, kan de volgende wikkelmachine worden geconfigureerd met 4 werknemers om een jaarlijkse output van 30.000 eenheden te bereiken, maar de beperking van de wikkeling is dat het meer geschikt is voor 20-30 mm holle cupdiameter, het is moeilijk om kleinere coils met tap-spacing minder dan 7mm, te lager zijn dan 7mm, met een diameter van de diameter met een diameter van minder dan 10 ~ 12mm. Over het algemeen is de productie-efficiëntie van het wikkelingsproces relatief hoog en kan het voldoen aan de vereisten van middelgrote productie. De hoge handmatige participatiegraad leidt echter tot de consistentie van het eindproduct is mogelijk niet zo goed als geautomatiseerde productie, en het is moeilijk om te voldoen aan de kleinere grootte van de Hollow Cup -spoelwikkeling.
3) Eén vorming van productietechnologie. Wikkelmachine door automatiseringsapparatuur zal een geëmailleerde draad zijn volgens de regel van een spil, spoel die na verwijdering in een beker went, één vorm, geen nodig om meerdere processen te rollen en plat te maken, hoge mate van automatisering, dus de productie -efficiëntie en consistentie van eindproduct zijn beter; Maar de overeenkomstige investering van de apparatuur zal hoger zijn.
Overzeese wikkelingsproces die vroeg is ontwikkeld, is de mate van automatisering hoger dan binnenlands. De binnenlandse wikkelproductie heeft voornamelijk aangenomen, het proces is ingewikkelder, de arbeidsintensiteit van werknemers is groot, kan de spoel niet voltooien met een dikkere draaddiameter en de schroot is hoog. Buitenlandse landen gebruiken voornamelijk eenmalige wondproductietechnologie, hoge mate van automatisering, hoge productie-efficiëntie, spoeldiameterbereik, goede spoelkwaliteit, strakke opstelling, motortypes, goede prestaties.
Industriële kettingverbindingen en stroomafwaartse toepassingen
De stroomopwaartse van de holle bekermotor is grondstoffen en onderdelen, grondstoffen omvatten koper, staal, magnetisch staal, plastic, enz., Onderdelen omvatten lagers, borstels, commutators, enz. De middelste uithoeken van de industriële ketting zijn motorfabrikanten. De stroomafwaartse van de industriële keten is het einde van de toepassing en de Hollow Cup-motor heeft de kenmerken van hoge gevoeligheid, stabiele werking en sterke controle, die voldoet aan de strikte vereisten van het hoogwaardige veld van elektrische drive, dus wordt het voornamelijk gebruikt in ruimtevaart, medische apparatuur, industriële automatisering en robotica en andere high-end velden. Tegelijkertijd wordt de Hollow Cup -motor ook geleidelijk toegepast in het civiele veld, zoals kantoorautomatisering, elektrische gereedschappen enzovoort.
Een veelbelovende holle bekermotor
Hollow cupmotor met zijn unieke ontwerp zonder ijzeren kern, met hoge snelheid, hoge efficiëntie, hoge dynamische respons en andere significante voordelen, veel gebruikt in ruimtevaart, medische apparatuur en andere velden, in de handflexibiliteit van de humanoïde robot heeft ook een aanzienlijke impact. Hoewel overzeese ondernemingen zoals Maxon en Faulhaber op dit moment het first-mover-voordeel hebben, met de voortdurende verbetering van het technische niveau van binnenlandse fabrikanten en de snelle ontwikkeling van de Humanoid Robot-markt, zullen binnenlandse Hollow Cup-motoren nieuwe ontwikkelingsmogelijkheden inluiden.
