Holle kopmotor (Micro-kernloze motor) is een speciale DC-motor. Traditioneel DC-motor wordt veel gebruikt in de industriële productie, huishoudelijke apparaten, transport en andere velden, bestaande uit twee kerndelen van de stator en rotor, het stationaire deel van de DC-motor wordt de stator genoemd, de belangrijkste rol van de stator is het genereren van een magnetisch veld, bestaande uit het frame, de magnetische hoofdpool, de omkeerpool, de eindkap, het lager en het borstelapparaat. Veelgebruikte statormagneetmaterialen zijn Ndfeb, Samarium-kobalt, aluminium-nikkel-kobalt en ferriet. Het onderdeel dat tijdens bedrijf draait, wordt de rotor genoemd en zijn belangrijkste rol is het produceren van elektromagnetisch koppel en geïnduceerde elektromotorische kracht, wat de hub is van de gelijkstroommotor voor energieconversie. Daarom wordt het meestal het anker genoemd, dat is samengesteld uit een roterende as, ankerkern, ankerwikkeling, commutator en ventilator.
De holle kopmotor doorbreekt de structurele vorm van de traditionele gelijkstroommotor in structuur, met behulp van een rotor zonder kern, en de ankerwikkeling is een holle kopspoel, vergelijkbaar in vorm met een waterbeker, daarom wordt deze 'holle kopmotor' genoemd. Holle kopmotor behoort tot DC, permanente magneet, servo-micromotor. Deze nieuwe rotorstructuur zorgt ervoor dat de holle kopmotor de volgende uitstekende eigenschappen heeft: ① Energiebesparende eigenschappen: kernvrij ontwerp elimineert volledig het vermogensverlies veroorzaakt door de vorming van wervelstromen in de ijzeren kern, en de energieomzettingsefficiëntie is zeer hoog, de maximale efficiëntie is over het algemeen meer dan 70%, en sommige producten kunnen meer dan 90% bereiken (motoren met ijzeren kern zijn over het algemeen 70%); (2) Controlekarakteristieken: snel starten en remmen, snelle respons, mechanische tijdconstante van minder dan 28 milliseconden, sommige producten kunnen minder dan 10 milliseconden bereiken (kernmotoren zijn over het algemeen meer dan 100 milliseconden); De snelheid kan eenvoudig gevoelig worden aangepast onder de hoge snelheidsstatus in het aanbevolen werkgebied; (3) Sleepkarakteristieken: de werkingsstabiliteit is zeer betrouwbaar, de snelheidsfluctuatie is erg klein, als micromotor kan de snelheidsfluctuatie gemakkelijk binnen 2% worden geregeld; ④ Lichtgewicht kenmerken: vergeleken met dezelfde krachtkernmotor worden het gewicht en het volume met 1/3-1/2 verminderd en is de energiedichtheid aanzienlijk verbeterd. De kernindicator van de holle kopmotor is de vermogensdichtheid, dat wil zeggen de verhouding tussen het uitgangsvermogen en het gewicht of volume. De rotor zonder ijzeren kern elimineert wervelstroom- en hystereseverlies aan het moleculaire uiteinde en verbetert de energieomzettingsefficiëntie. Verminderd gewicht en volume aan het uiteinde van de noemer.
De borstel is een belangrijk onderdeel van de borstelmotor , verantwoordelijk voor het geleiden van de stroom tussen de roterende delen en de stationaire delen. Omdat het meer uit grafiet bestaat, wordt het ook wel koolborstel genoemd. Om de rotor draaiende te houden, moet bij de gewone gelijkstroommotor de stroomrichting van de rotor in realtime worden gewijzigd, dus moeten de commutator en de koolborstel worden gebruikt. De borstelloze motor annuleert de mechanische borstelcommutatiemodus, dus de rotorpositie moet worden gedetecteerd om de elektronische commutatie te voltooien. Er zijn twee gebruikelijke manieren om informatie over de rotorpositie te verkrijgen: (1) sensorloze regelmodus, wanneer de motor draait, wordt de rotorpositie bepaald door de meetbare variabele die door de motor wordt teruggekoppeld; In de positiesensorbesturingsmodus wordt de positie van de motorrotor direct gedetecteerd door de positiesensor in de motor. Veelgebruikte positiesensoren zijn Hall-sensoren, foto-elektrische encoders, roterende transformatoren enzovoort. De detectienauwkeurigheid van de Hall-sensor is niet hoog, maar de prijs is laag; De positiedetectie van de foto-elektrische encoder en roterende transformator is nauwkeurig en de fout is klein, en ze worden over het algemeen gebruikt voor krachtige besturingssystemen, zoals controle van de magnetische veldoriëntatie en directe koppelregeling.
De holle kopmotor kan volgens zijn structuur worden onderverdeeld in borstel- en borstelloze twee soorten. ① Geborstelde holle kopmotor (ook bekend als DC-geborstelde kernloze motor, rotor zonder ijzeren kern): het gebruik van een mechanische borstelcommutator, meestal door de schaal, binnenste stator van zacht magnetisch materiaal, permanente magneetstator, holle koprotorankersamenstelling. Wanneer de holle komborstelmotor wordt bekrachtigd, loopt er stroom door de wikkeling en wordt koppel gegenereerd, de rotor begint te draaien. Als de rotor naar een specifieke hoek draait, gebruikt de borstel de mechanische commutator om de richting van de stroom te veranderen, zodat de richting van het uitgangskoppel onveranderd blijft, de rotor blijft draaien. Omdat de holle komborstelmotor gebruik maakt van de borstelcommutatie, is er een bepaalde relatieve wrijving tijdens de werking van de motor, wat geluid en elektrische vonken zal veroorzaken en de levensduur van de motor zal verkorten. Over het algemeen verwijst de huishoudelijke 'holle kopmotor' over het algemeen naar een borstelmotor; ② borstelloze holle kopmotor (ook bekend als DC borstelloze gleufloze motor, stator zonder ijzeren kern): het gebruik van elektronische commutatie, meestal door de schaal, zachte magnetische materialen, isolatiematerialen en holle kopankers bestaande uit de stator en permanent magnetische stalen rotor. De borstelloze motor met holle kop verbindt verschillende wikkelingen met het circuit door het aan-uitschakelen van elektronische componenten te regelen om het effect van omkeren te bereiken. Deze commutatiemodus zorgt ervoor dat de borstelloze motor met holle kop de kenmerken heeft van hoog rendement, kleine koppelschommelingen, hoge levensduur, compacte structuur, eenvoudig onderhoud enzovoort.
1.2. Kernbarrière: wikkelproces
De processtroom van een holle kopmotor is complex en de verwerkingsmoeilijkheden zijn veel groter dan die van een gewone DC-sleufmotor. Als we de DC-slotloze motor van Dingzhi Technology (dat wil zeggen de holle kopmotorproducten) als voorbeeld nemen, van de voorste spoelwikkeling, het middelste lager, de doorn, de steunring en de installatie van andere kernonderdelen tot de installatie van de achterklep en de laslijn voor printplaten, enz., waarbij bijna 30 processen betrokken zijn, is de complexiteit veel groter dan die van gewone DC-sleufmotoren. De productie van spoelen moet het proces doorlopen van geëmailleerde draad - wikkelen - verhitten - strippen van de draad, aansluiten van de gemeenschappelijke draad - spoelinstallatie enzovoort.
Onder hen is de productie van spoelen een van de kernprocessen van holle kopmotoren. Kernloze zelfdragende wikkelingen zijn gemaakt van zogenaamd geëmailleerd draad, dit is een geïsoleerde koperdraad met een verflaag aan de buitenkant. Tijdens het productieproces wordt de verf van aangrenzende draden samengesmolten door druk en temperatuur uit te oefenen. Een goede verlijming (tape of glasvezel) kan de sterkte en vormstabiliteit van de wikkeling verder verbeteren, wat vooral belangrijk is bij hoge stroombelastingen.
De productietechnologie van motorspoelen met holle kop is hoofdzakelijk verdeeld in drie categorieën, afhankelijk van de vormmethode van de spoel: 1) handmatig opwinden. Via een reeks complexe processen, waaronder het inbrengen van pins, handmatig opwinden, handmatige bedrading en andere productiestappen. 2) Wikkelproductietechnologie. De wikkelproductietechnologie is een semi-automatische productie, de geëmailleerde draad wordt eerst opeenvolgend op de hoofdas gewikkeld met een ruitvormige dwarsdoorsnede, en wordt verwijderd nadat de vereiste lengte is bereikt, en vervolgens afgeplat tot een draadplaat, en ten slotte wordt de draadplaat tot een komvormige spoel gewikkeld. Als we als voorbeeld een holle wikkelkom nemen, kan het productieproces grofweg in de volgende stappen worden verdeeld: (1) Het wikkelen van een zeshoekige draadstaafspiraal: dit wordt uitgevoerd op de wikkelmachine met hellende wikkelgroep; ② De blanco spoel van de draad wordt geplakt met twee stukken gevormde drukgevoelige tape, die uit de vorm wordt gehaald om te worden afgeplat; ③ Afvlakking: de vormplaat wordt in de blanco draadspoel gestoken en de spoel wordt afgevlakt en vervolgens naar de afvlakmachine gestuurd om af te vlakken en een platte draadblanco te worden. Vorm met een bamboeschraper. Snijd de overtollige tape af en laat slechts één hapering over; de hapering moet aan de iets verhoogde kant van de platte streng blijven, zodat de haspel een rij kan vormen; ④ Spoel: de platte draadspatie wordt in de spoel van de holle koprolmachine gevoerd, zodat de draadspatie met het uiteinde wordt verbonden en de tape op het oppervlak van de draadspatiekop wordt geplakt om de holle koprol te worden; ⑤ Coating epoxy-vormgeving: plaats de epoxylijm na het coaten in de oven om uit te harden en vorm te geven. 3) Eén vormproductietechnologie. De wikkelmachine wikkelt een geëmailleerde draad volgens de wet op een spil via de automatiseringsapparatuur en haalt de spoel af nadat deze in een beker is gewikkeld, waarbij hij zich tegelijkertijd vormt, en vereist geen meerdere processen zoals rollen en afvlakken, met een hoge mate van automatisering.
Het overzeese wikkelproces is vroeg ontwikkeld, de mate van automatisering is hoger dan binnenlands. De binnenlandse productie neemt voornamelijk wikkelproductie over, het proces is ingewikkelder, de arbeidsintensiteit van de werknemers is groot, kan de spoel niet voltooien met een dikkere draaddiameter en het schrootpercentage is hoog. Het buitenland maakt voornamelijk gebruik van eenmalige wondproductietechnologie, hoge mate van automatisering, hoge productie-efficiëntie, spoeldiameterbereik, goede spoelkwaliteit, strakke opstelling, motortypes, goede prestaties. De holle kopmotor kan volgens de wikkelmethode worden onderverdeeld in recht gewikkeld, zadelvorm en schuin gewikkeld. In 1958 ontwikkelde Dr.FF Aulhaber (von Haber) uit Duitsland de technologie voor het opwikkelen van de hellende wikkelspiraal en verkreeg in 1965 de patenttechnologie van de hellende wikkeling van de rotorspoel van de holle kopmotor. Duitsland, Zwitserland, Japan en andere holle kopmotorontwikkeling eerder, in het wikkelproces heeft een rijke ervaring opgebouwd. Van de drie toonaangevende holle-kopmotoren ter wereld gebruikt het Zwitserse Maxon meestal een rechte wondvorm en een zadelvorm, terwijl de Duitse Faulhaber en het Zwitserse Portescap meestal een hellende wondvorm gebruiken. Het proces van rechtopgewikkelde wikkelingen is ingewikkelder en wordt meestal gebruikt voor lange wikkelconstructies, vaak gemaakt van meervoudige wikkelingen. De zadelvorm kan de spoeldikte verminderen, de magnetische luchtspleet effectief verminderen op een motor met een hoge vermogensdichtheid, de lengte van het snijmagneetveld vergroten en beter gebruik maken van statormagnetisme; Schuine wikkeling eerder ontwikkeld, relatief eenvoudige wikkeling, strakke bedrading, geschikt voor productie in grote series.
Wikkeling is de belangrijkste technische barrière van een holle kopmotor. ① Ontwerplink: de drie belangrijkste technologie overzee ontstond in de jaren zestig, de binnenlandse holle kopmotor begon laat, minder onderzoek, gebrek aan combinatie van materiaalonderverdelingskwaliteit, rotorkoptype om de motor te optimaliseren, gebrek aan systematisch voorwaarts ontwerp, gebrek aan aangepaste vereisten van systeemaandrijfschemaconfiguratie en productontwerpmogelijkheden; ② Verwerkingslink: Vergeleken met de traditionele borstelloze motor, borstelmotor, servomotor, behoort de structuur van de holle kopmotor tot de tandeloze groefstructuur, er is geen vaste groef, alle geëmailleerde draad is opgehangen, er is geen interne ondersteuning, het is erg moeilijk in het proces en de vroege opbrengst is laag. Wat de wikkelnauwkeurigheid betreft, zijn de precisie-eisen van holle kopmotoren hoger dan die van traditionele motoren. De holle kopmotor zelf is klein van formaat en de fouttolerantie is lager dan die van gewone permanente magneetmotoren en stappenmotoren, en de verwerkingsnauwkeurigheid heeft rechtstreeks invloed op de stabiliteit van het magnetische veld. Het verschil in draaddikte en windingen zorgt ervoor dat de waarde van de wikkelingsweerstand, de startstroom, de snelheidsconstante en andere motorparameters grote verschillen hebben. Daarom moeten binnenlandse fabrikanten de precisie, opbrengst en automatisering in de productie- en verwerkingslinks verbeteren. Vergeleken met het buitenland is China ook relatief zwak op het gebied van wikkelapparatuur. Wikkelapparatuur kan worden onderverdeeld in automatische en handmatige niet-automatische apparatuur. Vergeleken met het buitenland is de mate van automatisering van wikkelapparatuur in China relatief laag. 's Werelds toonaangevende fabrikanten van wikkelapparatuur zijn onder meer Meteor uit Zwitserland, Tanaka Seiki Co., Ltd. uit Japan en Hitote Mechanical Engineering Co., LTD. Binnenlandse bedrijven bevinden zich nog steeds in een relatief leegstaande staat wat betreft apparatuur, en ze kopen meer Japanse wikkelapparatuur, met prijzen die variëren van honderdduizenden tot miljoenen. De relatief representatieve bedrijven in China zijn onder meer Zhongspecial Technology, Dongguan Taili Electronic Machinery Co., LTD., Qinlian Technology, Kunshan Cook enzovoort.
1.3 Stroomafwaartse toepassingen: De kenmerken van de holle kopmotor bepalen het stroomafwaartse toepassingsscenario
De holle kopmotor behoort tot de micromotor en de stroomopwaartse grondstoffen zijn vergelijkbaar met de grondstoffen van de micromotor, waaronder koper, staal, magnetisch staal, lagers, kunststoffen, enz. De holle kopmotor werd oorspronkelijk gebruikt in de luchtvaart, ruimtevaart, militaire en andere geavanceerde industrieën. De toepassing ervan is de afgelopen jaren geleidelijk uitgebreid naar civiele industrieën, zoals medische apparaten, consumentenelektronica, elektrisch gereedschap, industriële automatisering en andere scenario's.
De verschillende prestaties van de holle kopmotor komen overeen met de toepassing ervan op verschillende gebieden: 1) de kenmerken van klein formaat, lichtgewicht en grote verhouding tussen vermogen en volume maken hem geschikt voor gebieden met hoge gewichtseisen, zoals verschillende soorten vliegtuigen, enz., die het gewicht van het vliegtuig kunnen minimaliseren; Het wordt ook veel gebruikt in verschillende consumentenelektronicaproducten, zoals elektrische tandenborstels en draagbare elektrische ventilatoren. 2) De kenmerken van snel starten en remmen en extreem snelle respons maken het geschikt voor gebieden die een snelle automatische besturing nodig hebben, zoals aanpassing van de raketrichting met hoge eisen aan de besturingsprestaties, snelle opvolging van optische aandrijvingen, zeer gevoelige apparatuur, industriële robots, enz. 3) De kenmerken van hoge energieconversie-efficiëntie en lange looptijd maken het geschikt voor allerlei soorten velden die energiebesparing en levensduur van de batterij vereisen, zoals draagbare instrumenten en veldwerkapparatuur.
Humanoïde robot opent een nieuwe blauwe oceaan van holle motortoepassingen. Volgens de nieuwste ontwikkeling van Optimus, een mensachtige robot uitgebracht door Tesla, bevat elke hand zes schijven en 11 vrijheidsgraden, twee schijven voor de duim en één schijf voor elk van de andere vier vingers, en kan de hand tot 20 pond dragen. De handgewrichtsmodule bestaat hoofdzakelijk uit een holle kopmotor, een nauwkeurig planetair verloopstuk, een kogelomloopspindel en een sensor. De holle kopmotor zorgt ervoor dat de vinger kan bewegen, de precisie planetaire versnellingsbak zorgt ervoor dat de manipulator nauwkeuriger kan positioneren en flexibeler kan gebruiken, de encoder biedt uiterst nauwkeurige positie- en snelheidsfeedback van de hand, en de sensor zorgt ervoor dat de robot een mensachtige perceptuele functie en reactievermogen heeft. Volgens Musk zal het aantal humanoïde robots in de toekomst groter zijn dan het aantal mensen, en zal dit naar verwachting op de lange termijn het niveau van 100 miljard eenheden bereiken. Holle kopmotor is de reguliere technische oplossing van robothand met hoge zekerheid. Humanoïde robots gebruiken 6 holle kopmotoren per hand. Gezien de eindsituatie wordt verwacht dat humanoïde robots het niveau van een miljard eenheden zullen bereiken, als de massaproductie van de landing van humanoïde robots de omzetgroei van holle motorgerelateerde bedrijven zal stimuleren.
