Humanoide roboter har blitt en skinnende perle innen kunstig intelligens.
De siste årene har humanoide roboter blitt en skinnende perle innen kunstig intelligens med sin brede anvendelse på mange felt som medisinsk behandling og service. For ytterligere å fremme utviklingen av industrien, har lokale myndigheter innført politikk for å øke støtten til humanoide roboter og deres viktige komponenter. I Humanoid Robot Industry -kjeden spiller Hollow Cup -motoren en viktig rolle i bevegelseskontrollsystemet til humanoidroboten, for eksempel kjernekomponenten i Tesla Humanoid Robot Dexterous Hand er Hollow Cup Motor, en enkelt robotenhet 12 (6 hver høyre hånd). Denne artikkelen tar sikte på å diskutere de tekniske egenskapene, markedsstatusen og fremtidsutsiktene til Hollow Cup -motoren gjennom forskningen.
Hva er Hul koppmotor
1. Konsept og klassifisering av motor
En elektrisk motor er en enhet som konverterer elektrisk energi til mekanisk energi. Den bruker en energisk spole (det vil si statorviklingen) for å generere et roterende magnetfelt og brukes til rotoren (for eksempel et ekornbur lukket aluminiumsramme) for å danne en magnetoelektrisk rotasjonsmoment, som er for å konvertere kraften som genereres av den nåværende strømmen i magnetfeltet til en roterende handling. Prinsippet er å bruke magnetfeltet for å tvinge strømmen til å få motoren til å rotere.
Det grunnleggende prinsippet for rotasjonen av motoren: rundt den permanente magneten med en roterende akse, 1 roter magneten (slik at det roterende magnetfeltet genereres), 2 I henhold til prinsippet til N -polet og S -pol -heteropolattraksjonen, vil den samme pol -frastøtningen, 3 magneten med en roterende akse rotere.
I en motor er det faktisk strømmen som strømmer gjennom ledningen som skaper et roterende magnetfelt (magnetisk kraft) rundt den som får magneten til å rotere. Når ledningen blir viklet inn i en spole, syntetiseres magnetkraften for å danne en stor magnetisk feltfluks (magnetisk fluks), noe som resulterer i N- og S -polene. Ved å sette inn en jernkjerne i en spole med ledning, blir magnetfeltlinjene lettere å passere gjennom og kan produsere en sterkere magnetisk kraft.
Strukturen til motoren er hovedsakelig sammensatt av to deler: stator og rotor.
Stator: Den stasjonære delen av motoren, hvis hovedstruktur inkluderer magnetstang, vikling og brakett. Magnetstangen er den delen av motoren som genererer magnetfeltet, som vanligvis er sammensatt av en jernkjerne og spoler. Viklingen er spolen i statoren, vanligvis sammensatt av ledere og isolasjon, hvis rolle er å generere et magnetfelt når en elektrisk strøm går gjennom den. Festeren er støttestrukturen til statoren, vanligvis laget av aluminiumslegering og andre materialer, med god korrosjonsmotstand og styrke.
Rotor: Den roterende delen av en motor, hvor hovedstrukturen inkluderer anker, lagre og endehetter. Armaturen er spolen i rotoren, vanligvis sammensatt av ledere og isolasjon, hvis rolle er å generere et magnetfelt når en elektrisk strøm går gjennom den. Lagre er støttestrukturen til rotoren, vanligvis laget av stål eller keramikk, med god slitasje og korrosjonsmotstand. Endedekselet er endestrukturen til motoren, vanligvis laget av aluminiumslegering og andre materialer, med god tetning og styrke.
2, Hollow Cup Motor Definition and Classification
I 1958 utviklet Dr.FF Aulhaber den skrå viklingsspoleteknologien og oppnådde det aktuelle patentet for Hollow Cup -motoren i 1965, og markerte fremkomsten av Hollow Cup -motoren, og dens kreative strukturelle design gjør at motoren kan være både mindre størrelse og større effektivitet. Den hule koppmotoren tilhører DC permanent magnet -servomotor, motorstrukturen er vist i den følgende figuren, hovedsakelig sammensatt av stator og rotor. Statoren er sammensatt av silisiumstålark og spiralvikling, og silisiumstålplaten uten tannsporstruktur kan unngå tannspor -effekten og redusere jerntapet og virvelstrømstapet. Rotoren er sammensatt av en permanent magnet, en roterende aksel og dens faste deler, og motoren bruker en permanent magnet, som er enkel å behandle og installere.
Sammenlignet med vanlige motorer, er den største egenskapen til rotoren at den bryter gjennom rotorstrukturen til den tradisjonelle motoren i struktur, og bruker en ikke-kjernerotor, også kjent som en hul kopprotor. Rotoren er en hul koppformet struktur omgitt av viklinger og magneter. I vanlige motorer er jernkjernes rolle hovedsakelig: 1) Konsentrer og veileder magnetfeltet: Jernkjernen er laget av et materiale med høy magnetisk permeabilitet (for eksempel silisiumstålplate), som kan konsentrere og veilede magnetisk fluks, og dermed forbedre magnetfeltstyrken og effektiviteten til motoren; 2) Støtte vikling: Jernkjernen gir en sterk støttestruktur for viklingen, og sikrer at viklingen opprettholder en stabil form og posisjon under driften av motoren. I den hule koppmotoren brukes den tynnveggede hule sylinderen som rotoren, og den hule sylinderen blir såret rett inne i viklingen uten ekstra kjernestøtte. Fordeler med korløs design: 1) Eliminering av virvelstrøm og hysterese -tap: Jernkjernen i en vanlig motor vil gi virvelstrøm og hysterese -tap i et vekslende magnetfelt, noe som vil redusere effektiviteten til motoren. Den hule koppmotoren bruker en korløs rotor, som eliminerer disse tapene fullstendig, og dermed forbedrer motorens konverteringseffektivitet. 2) Reduser treghetens vekt og treghetsmoment: Den kjernefrie designen reduserer rotorenes vekt betydelig, noe som gjør hele motoren lettere. Samtidig lar reduksjonen av treghetsøyeblikket motoren få en raskere responshastighet og høyere akselerasjon, noe som er veldig gunstig for applikasjonsscenarier som krever rask start og stopp.
Samtidig kan presisjonsdesignet av den hule sylinderstrukturen og viklingsoppsettet optimalisere magnetfeltfordelingen inne i den hule koppmotoren, redusere magnetisk lekkasje og energitap og forbedre motorens effektivitet og ytelse ytterligere.
Den hule koppmotoren kan deles inn i to typer i henhold til pendlingsmodus: en er den hule koppbørste motoren, som vedtar den mekaniske karbonbørstependelmodus; Den andre er den hule koppens børsteløse motoren, som erstatter børstependlingen med elektronisk pendling, og unngår den elektriske gnisten og tonerpartiklene som genereres under driften av børstemotoren, reduserer støyen og øker levetiden til motoren. Fra sammenligning av forskjellige produkter fra Mingzhi elektriske apparater i den følgende figuren, kan det sees at det ikke er behov for en børste i den børsteløse hule koppmotoren, men Hall -sensoren oppdager rotor magnetfeltsignalet, gjør den mekaniske reversering til en elektronisk signal reversering, og ytterligere forenkler den fysiske strukturen til den hul koppen.
3, Hul kopp motoriske fordeler
Den hule koppmotoren bryter gjennom rotorstrukturen til den tradisjonelle motoren i struktur, reduserer strømtapet forårsaket av dannelsen av virvelstrøm i jernkjernen, og dens masse og treghetsmoment reduseres kraftig, og reduserer dermed det mekaniske energitapet til rotoren. Oppsummert har den hule koppmotoren fordelene med høy krafttetthet, lang levetid, rask respons, høyt toppmoment, god varmeavledning og så videre.
Høy effekttetthet: Strømstettheten til den hule koppmotoren er forholdet mellom utgangseffekten og vekten eller volumet. Når det gjelder vekt, er den ikke-kjernerotoren lettere enn den vanlige kjernrotoren; Når det gjelder effektivitet, eliminerer den koreløse rotoren virvelstrøm og hysterese -tap generert av korløs rotor, forbedrer effektiviteten til mikromotoren og sikrer høy utgangsmoment og utgangseffekt. Den maksimale effektiviteten til de fleste hule koppmotorer er mer enn 80%, mens den maksimale effektiviteten til de fleste pensel DC -motorer generelt er rundt 50%. Lavere vekt og høyere effektivitet gjør at hule koppmotorer kan oppnå høyere effekttetthet. Derfor er den hule koppmotoren spesielt egnet for batteridrevne applikasjoner som krever lange driftsperioder, for eksempel bærbare luftprøvetakingspumper, humanoide roboter, bioniske hender, håndholdte elektroverktøy og andre applikasjoner.
Høy dreiemomenttetthet: Korløs design reduserer rotoren og treghetsmomentet, og det lave treghetsmomentet betyr at motoren kan akselerere og redusere raskere, og dermed være i stand til å generere mer dreiemoment på kort tid; Samtidig gjør fraværet av en jernkjerne den hule koppmotoren mer kompakt, mindre og i stand til å gi høyere dreiemomentutgang i et begrenset rom.
Lang levetid: Antall reverserende deler av den hule koppmotoren gjør strømmen og induktansen til motoren mindre når du reverserer, og reduserer den elektriske korrosjonen av det reverserende systemet under den reverseringsprosessen, for å ha lengre levetid. I henhold til dataene i 'applikasjonsforskning av tilpasset styring av hule koppmotorer ', er levetiden til børstede DC -motorer vanligvis bare noen hundre timer, og forventet levealder for hule koppmotorer er vanligvis mellom 1000 og 3000 timer, noe som kan gi lengre pålitelig drift.
Rask responshastighet: Den tradisjonelle motoren har et relativt stort treghetsmoment på grunn av eksistensen av jernkjernen, mens den hule koppmotoren er kompakt, og rotoren er en koppformet selvstøttende spole, så vekten er lettere, og den mindre treghetsmomentet gjør også at den hule koppmotoren har sensitive startstoppjusteringskarakteristikker. I henhold til 'forskningsfremdriften for hul kopp mikromotor og spole ' er den mekaniske tidskonstanten til den generelle kjernemotoren omtrent 100 ms, mens den mekaniske tidskonstanten til den hule koppmotoren er mindre enn 28 ms, og noen produkter er enda mindre enn 10 ms.
Høyt toppmoment: Forholdet mellom toppmoment og kontinuerlig dreiemoment på den hule koppmotoren er veldig stort, fordi prosessen med strømmen som stiger til toppmomentkonstanten er uendret, og det lineære forholdet mellom strømmen og dreiemomentet kan få mikromotoren til å produsere et stort toppmoment. Etter at den vanlige kjernen DC -motoren når metning, uansett at strømmen er økt, vil ikke dreiemomentet til DC -motoren øke.
God varmedissipasjon: Overflaten på den hule kopprotoren har luftstrøm, bedre enn varmedissipasjonsytelsen til kjernrotoren, den emaljerte ledningen til kjernrotoren er innebygd i silisiumstålplaten, spolen overflaten luftstrømmen er mindre, temperaturstigningen er større, under samme effektforhold, temperaturstigningen av hulen kopp dc motoren er større, under den samme effektforholdet, temperaturstigningen.
4, den tekniske banen til hul koppmotor
Det viktigste trinnet i produksjonen av hul koppmotor er produksjonen av spole, så spoleutforming og viklingsprosess blir kjernebarrierer. Diameteren, antall svinger og lineariteten til ledningen påvirker direkte kjerneparametrene til motoren. Kjernebarrieren for spiralvikling gjenspeiles direkte i spolesign, fordi forskjellige viklingstyper har forskjeller i automatiseringshastighet og kobberforbruk. På den annen side gjenspeiles det også i viklingsutstyret og viklingsmetoden, og fyllingshastigheten til det hule koppsporsåret av forskjellige viklingsmaskiner er annerledes, noe som fører til forskjellige sparsomme, og direkte påvirker motorens tap, varmeavvisning, kraft og så videre.
Spoleutformingsvinkel: Den svingete utformingen av hul koppmotor kan deles inn i rett svingete type, skrå svingete type og sadeltype.
Rett vikling: ledningen til spolen er parallell med motorens akse, og danner en konsentrert svingete struktur. Designideen til den rette sårspolen er å først vikle den vanlige sirkulære emaljerte ledningen på den svingete døren i henhold til kravet til antall svinger, og deretter koble viklingen på ledningens kjerneaksel, og deretter bruke bindemidlet i begge ender for å kurere og form. Relativt sett gir slutten av den rette svingete ikke noe dreiemoment, og øker ankervekten og ankermotstanden.
Skruvlet vikling: Også kjent som Honeycomb -vikling, honningkake -viklingsmetoden brukes, og etterlater kraner i midten, for å kunne kontinuerlig vind, er det nødvendig å gjøre den effektive siden av elementet og ankeraksen i en viss vippevinkel. Sluttstørrelsen på denne svingete metoden er liten, men fordi den skrå svingete kontinuerlige viklingen krever en viss linjevinkel, den emaljerte ledningen overlapper, og spalteoppfyllingshastigheten er lav. Sammenlignet med den rette sårtypen, har den skrå viklingsarmatur ingen ende vikling, noe som reduserer ankervekten, og har fordelene med lite treghetsmoment, liten tidskonstant, gode dragegenskaper og stort utgangsmoment. Faulhaber i Tyskland og Portescap i Sveits bruker for det meste skrå vikling.
Saddype: Også kjent som konsentrisk eller rhomboid vikling, brukes metoden for å vikle en formet spole og deretter kabling, det vil si den selvklebende emaljerte ledningen er såret på en spesiell formende svingete die, og ankerkoppen er laget av flere formingsarrangementer. Når de vikler, er de to lagene med spoler ordnet pent og formet, noe som er praktisk for å kontrollere størrelsen på ankerkoppen etter omforming og forbedre spalteoppfyllingshastigheten. Samtidig har denne metoden høy produksjonseffektivitet og er egnet for masseproduksjon. Saddle svingete ankerenden har færre overlappende lag, lite luftgap og høy utnyttelseshastighet for permanent magnet, noe som forbedrer motorens strømtetthet. Noen produkter av Maxon i Sveits bruker slynging av sadel-type.
Viklingsprosessens synspunkt: Fra produksjonsteknologien er synspunktet, i henhold til dannelsesmetoden til spolen hovedsakelig delt inn i tre kategorier: manuell vikling, vikling og engangsdannende produksjon.
1) Manuell vikling. Gjennom en serie komplekse prosesser, inkludert innsetting av pin, manuell vikling, manuelle ledninger og andre trinn å produsere. Det er egnet for produkter som krever høy grad av tilpasning, men produksjonseffektivitet og produktstabilitet er begrenset.
2) Vikling av produksjonsteknologi. Den svingete produksjonsteknologien er halvautomatisk produksjon, den emaljerte ledningen blir først sekvensielt såret til hovedakselen med et diamantformet tverrsnitt, og den fjernes etter å ha nådd den nødvendige lengden, og deretter flatet inn i en ledningsplate, og til slutt blir ledningsplaten viklet inn i en koppformet spole. I henhold til den 'svingete produksjonsprosessen og utstyret' Vikling av hul kopp kan den neste svingete maskinen konfigureres med 4 arbeidere for å oppnå en årlig produksjon på 30 000 enheter, men begrensningen av vikling er at den er mer egnet for 20-30 mm hul koppdiameter, det er vanskelig å vikle en diameter med mindre 12 mm. Totalt sett er produksjonseffektiviteten til viklingsprosessen relativt høy, og den kan oppfylle kravene til middels skalaproduksjon. Imidlertid fører den høye manuelle deltakelsesgraden til konsistensen av det ferdige produktet kanskje ikke så bra som automatisert produksjon, og det er vanskelig å oppfylle den mindre størrelsen på den hule koppspolens vikling.
3) Én støping av produksjonsteknologi. Viklingsmaskin gjennom automatiseringsutstyr vil være en emaljert ledning i henhold til regelen om en spindel, spiralvikling i en kopp etter fjerning, en støping, ingen grunn til å rulle og flate flere prosesser, høy grad av automatisering, så produksjonseffektiviteten og ferdig produktkonsistens er bedre; Men den tilsvarende investeringen på forhånd vil være høyere.
Oversjøisk viklingsprosess utviklet seg tidlig, automatiseringsgraden er høyere enn innenlandsk. Den innenlandske vedtar hovedsakelig svingete produksjon, prosessen er mer komplisert, arbeidsintensiteten til arbeidere er stor, kan ikke fullføre spolen med tykkere tråddiameter, og skrotfrekvensen er høy. Utlandet bruker hovedsakelig engangs sårproduksjonsteknologi, høy grad av automatisering, høy produksjonseffektivitet, spiraldiameterområde, god spolekvalitet, stram arrangement, motoriske typer, god ytelse.
Industrikjeden og nedstrøms applikasjoner
Oppstrøms for den hule koppmotoren er råvarer og deler, råvarer inkluderer kobber, stål, magnetstål, plast osv. Nedstrøms for industrikjeden er applikasjonsenden, og den hule koppmotoren har egenskapene til høy følsomhet, stabil drift og sterk kontroll, som oppfyller de strenge kravene til high-end-feltet med elektrisk drivkraft, så det er hovedsakelig brukt innen luftfart, medisinsk utstyr, industriell automatisering og robotikk og andre avanserte felt. Samtidig brukes også den hule koppmotoren gradvis på det sivile feltet, for eksempel kontorautomatisering, elektroverktøy og så videre.
En lovende hul koppmotor
Hul koppmotor med sin unike design uten jernkjerne, som viser høy hastighet, høy effektivitet, høy dynamisk respons og andre betydelige fordeler, mye brukt i romfart, medisinsk utstyr og andre felt, i Humanoid Robot Hand -fleksibiliteten har også en betydelig innvirkning. Selv om utenlandske foretak som Maxon og Faulhaber har den første mover-fordelen for tiden, med den kontinuerlige forbedringen av det tekniske nivået til innenlandske produsenter og den raske utviklingen av humanoid robotmarkedet, vil innenlandske hule cupmotorer innlede nye utviklingsmuligheter.
