01 O que é um motor de torque sem moldura?
Um motor de torque sem moldura é um tipo de motor elétrico altamente eficiente e que economiza energia. Sua característica mais marcante é a remoção de componentes encontrados nos motores tradicionais, como eixo, mancais, carcaça e tampas, mantendo apenas os dois componentes principais: o rotor e o estator.
Este projeto estrutural permite que o motor seja perfeitamente integrado à estrutura da máquina , utilizando os próprios rolamentos da máquina para apoiar o rotor, melhorando significativamente a integração e a compactação do sistema.
Os motores de torque sem moldura são medidos pelo seu torque de saída, ao contrário da potência nominal de saída comumente usada para servo motores. Isto lhes permite fornecer alto torque em baixas velocidades, adaptando-se perfeitamente aos requisitos de movimento das juntas robóticas.
02 Revelando o Princípio de Funcionamento
O princípio de funcionamento de um motor de torque sem moldura é baseado na lei da indução eletromagnética. Quando o driver do motor aplica energia, a eletricidade trifásica excita um campo eletromagnético rotativo nos enrolamentos do estator. Este campo eletromagnético interage com os ímãs permanentes do rotor, gerando torque que faz o rotor girar.
Todo o processo é controlado pelo driver, que molda o campo eletromagnético através da alimentação trifásica U/V/W. O rotor com ímãs permanentes gira sob a influência deste campo. Os motores de torque sem moldura podem usar elementos Hall para sinais de feedback ou utilizar sinais de um codificador adicional.
O driver compara o valor de feedback com o valor alvo para ajustar o ângulo de rotação do rotor , obtendo um controle servo preciso.
03 Diferenças dos Motores Tradicionais
Em comparação com os motores com estrutura tradicional, os motores de torque sem estrutura oferecem múltiplas vantagens: Melhoram o desempenho da máquina, permitindo acoplamento direto (sem folga) e maior largura de banda do sistema; a estrutura é mais compacta, resultando em uma área menor da máquina e maior torque por unidade de volume.
Eles também possuem alta rigidez e podem servir como fonte de energia de acionamento direto, acionando a carga diretamente, sem a necessidade de correias e polias, parafusos de avanço ou caixas de engrenagens; a operação é silenciosa, pois a integração direta na estrutura da máquina altera o método de transmissão, levando a uma redução significativa de ruído.
Além disso, reduzem as necessidades de manutenção devido ao menor número de peças mecânicas e à ausência de componentes sujeitos a desgaste ou que exijam manutenção regular.
04 O poder central dos robôs humanóides
Na era do rápido desenvolvimento da inteligência artificial e da tecnologia robótica, os robôs humanóides estão penetrando profundamente em vários campos, como indústria, serviços e saúde 4. Os motores de torque sem moldura tornaram-se os principais componentes de acionamento nas articulações dos robôs humanóides.
O Optimus da Tesla utiliza motores de torque sem moldura como fonte de energia em todas as 28 juntas. Essas juntas incluem 14 juntas rotativas e 14 juntas lineares, com cada atuador contendo um motor de torque sem moldura.
As juntas rotativas consistem em um motor de torque sem moldura, redutor de harmônicos, sensor de torque, sensor de posição, codificador, etc., distribuídos pelos ombros (6), pulsos (2), quadris (4) e tronco (2).
As juntas lineares consistem em um motor de torque sem moldura, parafuso de rolo planetário, sensor de torque, sensor de posição, etc., distribuídos pelos cotovelos (2), pulsos (4), quadris (2), joelhos (2) e tornozelos (4).
05 Três funções principais
Os motores de torque sem moldura desempenham três papéis principais na flexibilidade das articulações dos robôs humanóides:
Fornecendo saída de alto torque:
Durante a execução da tarefa, as juntas do robô geralmente precisam produzir alto torque em baixas velocidades para superar os efeitos da alavanca e a inércia da carga. Motores de torque sem moldura podem gerar saída de alto torque mesmo em velocidades relativamente baixas.
Permitindo controle preciso:
Eles são totalmente integrados a componentes como codificadores de alta precisão e sensores de torque para formar uma unidade de acionamento integrada de alto desempenho. O controlador pode ler informações de posição da junta do feedback do encoder em tempo real e, combinado com os dados de torque do sensor de torque, ajustar o torque e a velocidade do motor.
Melhorando a velocidade de resposta conjunta:
Com uma inércia do rotor extremamente baixa, o motor pode responder aos comandos de controle em
velocidades de milissegundos . Mesmo que o ambiente externo mude ou as ações sejam alteradas repentinamente, as articulações do robô podem ajustar rapidamente sua postura, garantindo a estabilidade e segurança do robô.
06 Amplos campos de aplicação
Os campos de aplicação dos motores de torque sem moldura são muito extensos. Eles são usados principalmente em juntas e braços de robôs para fornecer alto torque e controle de alta precisão.
Em equipamentos médicos, os motores de torque sem moldura são combinados com robôs cirúrgicos, sistemas de imagens médicas, etc., para obter um controle de movimento altamente preciso e suave. Eles podem ser usados em áreas médicas, como imagens médicas e robôs cirúrgicos, realizando operações com alta precisão em áreas muito menores do que a mão humana pode manipular.
No campo de máquinas-ferramentas CNC de última geração, motores de torque sem moldura podem ser usados em máquinas de cinco eixos de alta precisão para melhorar a precisão e a repetibilidade em processos como conformação, retificação e perfuração.
Além disso, também são utilizados em aplicações na área aeroespacial, como radares, sistemas de navegação inercial e plataformas giratórias.
07 Vastas perspectivas de mercado
As perspectivas de mercado para motores de torque sem moldura são muito amplas. O tamanho do mercado global de motores de torque sem moldura foi de 4,5 bilhões de CNY em 2022 e deverá atingir 22,4 bilhões de CNY até 2030, com o segmento de mercado de robôs humanóides respondendo por 16,3 bilhões de CNY.
De acordo com dados da Valuates Reports, o tamanho do mercado global de motores de torque sem moldura foi de US$ 670 milhões em 2022 e deverá crescer para US$ 1,17 bilhão até 2029, representando uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 8%. Prevê-se que, com o rápido crescimento dos robôs colaborativos e da demanda inteligente, o mercado de motores de torque sem moldura manterá o desenvolvimento em alta velocidade.
08 Desafios Técnicos e Tendências Futuras
Embora os motores de torque sem moldura apresentem grande potencial no campo dos robôs humanóides, ainda existem alguns desafios em sua tecnologia e produção.
Do ponto de vista técnico, aumentar ainda mais a densidade de torque dos motores de torque sem moldura, ao mesmo tempo que reduz o aumento de temperatura e diminui a lacuna entre a velocidade nominal e a velocidade máxima, impõe altas demandas ao projeto eletromagnético.
Em termos de custos, como um componente crítico dos robôs humanóides, o custo permanece elevado devido à taxa de produção doméstica actualmente baixa dos seus componentes principais na China.
As tendências de desenvolvimento futuro incluem: a melhoria contínua dos indicadores de desempenho para motores de torque sem moldura para atender aos requisitos mais elevados de flexibilidade e potência das articulações em robôs humanóides.
Simultaneamente, a otimização dos processos de produção e a redução dos custos de produção tornar-se-ão objetivos importantes para o desenvolvimento futuro.
À medida que os robôs humanóides passam de “demonstrações de laboratório” para “comercialização inicial em cenários específicos”, os motores de torque sem moldura, como sua principal fonte de energia, estão entrando em um período áureo de desenvolvimento.
2025 é visto como um ano crítico para a produção em massa de robôs humanóides. Os motores de torque sem moldura representam 16% do valor de um robô humanóide. Os preços atuais variam de algumas centenas de CNY a mais de mil CNY, dependendo da potência e do tamanho.
No futuro, com a expansão de escala e a inovação de processos, espera-se que os seus preços diminuam significativamente, promovendo ainda mais a adoção de robôs humanóides.
Esta tecnologia compacta mas poderosa, o motor de torque sem moldura, está se tornando o herói desconhecido por trás das articulações flexíveis dos robôs humanóides , apoiando silenciosamente o rápido desenvolvimento da indústria robótica.
