Os robôs humanóides tornaram -se uma pérola brilhante no campo da inteligência artificial.
Nos últimos anos, os robôs humanóides se tornaram uma pérola brilhante no campo da inteligência artificial, com sua ampla aplicação em muitos campos, como assistência médica e serviço. Para promover ainda mais o desenvolvimento da indústria, os governos locais introduziram políticas para aumentar o apoio a robôs humanóides e seus principais componentes. Na cadeia da indústria de robôs humanóides, o motor da Copa Hollow desempenha um papel importante no sistema de controle de movimento do robô humanóide, como o componente central do robô Humanóide Tesla é o motor de copo oco, um único conjunto de robôs 12 (6 cada mão direita). Este artigo tem como objetivo discutir as características técnicas, o status de mercado e as perspectivas futuras do motor da Copa Hollow através da pesquisa.
O que é Motor de copo oco
1. Conceito e classificação do motor
Um motor elétrico é um dispositivo que converte energia elétrica em energia mecânica. Ele usa uma bobina energizada (ou seja, o enrolamento do estator) para gerar um campo magnético rotativo e é usado para o rotor (como uma estrutura de alumínio fechada da gaiola de esquilo) para formar um torque rotacional magnetoelétrico, que é converter a força gerada pelo fluxo de corrente no campo magnético em uma ação rotativa. O princípio é usar o campo magnético para forçar a corrente para fazer o motor girar.
O princípio básico da rotação do motor: ao redor do ímã permanente com um eixo rotativo, 1 gire o ímã (para que o campo magnético rotativo seja gerado), 2 De acordo com o princípio do polo n e a atração de heteropólios do pólo S, a mesma repulsão do pólo, 3 o magnata com um eixo rotativo girará.
Em um motor, na verdade é a corrente que flui através do fio que cria um campo magnético rotativo (força magnética) ao redor que faz com que o ímã gire. Quando o fio é enrolado em uma bobina, a força magnética é sintetizada para formar um grande fluxo de campo magnético (fluxo magnético), resultando nos pólos N e S. Ao inserir um núcleo de ferro em uma bobina de fio, as linhas de campo magnéticas ficam mais fáceis de passar e podem produzir uma força magnética mais forte.
A estrutura do motor é composta principalmente de duas partes: estator e rotor.
STATOR: A parte estacionária do motor, cuja estrutura principal inclui o poste magnético, enrolamento e suporte. O pólo magnético é a parte do motor que gera o campo magnético, que geralmente é composto por um núcleo de ferro e bobinas. O enrolamento é a bobina no estator, geralmente composta por condutores e isolamento, cujo papel é gerar um campo magnético quando uma corrente elétrica passa por ele. O suporte é a estrutura de suporte do estator, geralmente feita de liga de alumínio e outros materiais, com boa resistência e força de corrosão.
Rotor: a parte rotativa de um motor, cuja estrutura principal inclui armadura, rolamentos e tampas finais. A armadura é a bobina no rotor, geralmente composta por condutores e isolamento, cujo papel é gerar um campo magnético quando uma corrente elétrica passa por ele. Os rolamentos são a estrutura de suporte do rotor, geralmente feita de aço ou cerâmica, com bom desgaste e resistência à corrosão. A cobertura final é a estrutura final do motor, geralmente feita de liga de alumínio e outros materiais, com boa vedação e força.
2, definição e classificação do motor de copo oco e classificação
Em 1958, o Dr.FF Aulhaber desenvolveu a tecnologia de bobina de enrolamento inclinada e obteve a patente relevante para o motor da Copa Hollow em 1965, marcando o advento do motor de copo oco, e seu design estrutural criativo permite que o motor tenha tamanho menor e maior eficiência. O motor de copo oco pertence ao motor servo de ímã permanente DC, a estrutura do motor é mostrada na figura a seguir, composta principalmente por estator e rotor. O estator é composto de folha de aço de silício e enrolamento da bobina, e a folha de aço de silício sem estrutura de sulco de dente pode evitar o efeito da ranhura de dente e reduzir a perda de ferro e a perda de corrente de Foucault. O rotor é composto por um ímã permanente, um eixo rotativo e suas peças fixas, e o motor usa um ímã permanente de anel, que é fácil de processar e instalar.
Comparado aos motores comuns, a maior característica do rotor é que ele rompe a estrutura do rotor do motor tradicional em estrutura e usa um rotor sem núcleo, também conhecido como rotor de copo oco. O rotor é uma estrutura oca em forma de copo cercada por enrolamentos e ímãs. Nos motores comuns, o papel do núcleo de ferro é principalmente: 1) concentra e guiar o campo magnético: o núcleo de ferro é feito de um material com alta permeabilidade magnética (como a lençol de aço de silício), que pode concentrar e guiar o fluxo magnético, melhorando assim a força do campo magnético e a eficiência do motor; 2) enrolamento de suporte: O núcleo de ferro fornece uma forte estrutura de suporte para o enrolamento, garantindo que o enrolamento mantenha uma forma e posição estáveis durante a operação do motor. No motor do copo oco, o cilindro oco de paredes finas é usado como rotor e o cilindro oco é enrolado diretamente dentro do enrolamento sem suporte adicional no núcleo. Vantagens do projeto sem coroa: 1) Eliminação das perdas de corrente de Foucault e Histrese: O núcleo de ferro em um motor comum produzirá as perdas de corrente de Foucault e Histrese em um campo magnético alternado, o que reduzirá a eficiência do motor. O motor de copo oco usa um rotor sem cor, que elimina completamente essas perdas, melhorando assim a eficiência de conversão de energia do motor. 2) Reduza o peso e o momento da inércia: o design livre de núcleo reduz significativamente o peso do rotor, tornando o motor inteiro mais leve. Ao mesmo tempo, a redução do momento de inércia permite que o motor tenha uma velocidade de resposta mais rápida e uma aceleração mais alta, o que é muito benéfico para cenários de aplicação que requerem início e parada rápidos.
Ao mesmo tempo, o projeto de precisão da estrutura do cilindro oco e do layout de enrolamento podem otimizar a distribuição do campo magnético dentro do motor do copo oco, reduzir o vazamento magnético e a perda de energia e melhorar ainda mais a eficiência e o desempenho do motor.
O motor de copo oco pode ser dividido em dois tipos de acordo com o modo de comutação: um é o motor de escova de copo oco, que adota o modo de comutação de escova de carbono mecânica; O outro é o motor sem escova de copo oco, que substitui a comutação da escova pela comutação eletrônica, evitando as partículas de faísca elétrica e toner geradas durante a operação do motor da escova, reduzindo o ruído e aumentando a vida útil do motor. A partir da comparação de diferentes produtos de aparelhos elétricos de Mingzhi na figura a seguir, pode -se observar que não há necessidade de uma escova no motor de copo oco sem pincel, mas o sensor do salão detecta o sinal de campo magnético do rotor, transforma a reversão mecânica em uma reversão do sinal eletrônico e simplifica ainda mais a estrutura física do motor do copo oco.
3, vantagens de motor de copo oco
O motor do copo oco rompe a estrutura do rotor do motor tradicional em estrutura, reduz a perda de energia causada pela formação de corrente de Foucault no núcleo de ferro, e sua massa e momento de inércia são bastante reduzidos, reduzindo assim a perda de energia mecânica do próprio rotor. Em resumo, o motor do copo oco tem as vantagens de alta densidade de potência, vida útil longa, resposta rápida, torque de pico alto, boa dissipação de calor e assim por diante.
Densidade de alta potência: a densidade de potência do motor do copo oco é a proporção da potência de saída e o peso ou o volume. Em termos de peso, o rotor não essencial é mais leve que o rotor do núcleo comum; Em termos de eficiência, o rotor sem cors elimina a corrente de Foucault e a perda de histerese gerada pelo rotor sem cor, melhora a eficiência do micromotor e garante alta potência de torque e saída. A eficiência máxima da maioria dos motores de copo oco é superior a 80%, enquanto a eficiência máxima da maioria dos motores CC da escova geralmente é de cerca de 50%. Menor peso e maior eficiência permitem que os motores de copo oco obtenham maior densidade de potência. Portanto, o motor de copo oco é particularmente adequado para aplicações movidas a bateria que requerem longos períodos de operação, como bombas de amostragem de ar portátil, robôs humanóides, mãos biônicas, ferramentas elétricas manuais e outras aplicações.
Alta densidade de torque: o design sem cor reduz o peso do rotor e o momento da inércia, e o baixo momento de inércia significa que o motor pode acelerar e desacelerar mais rapidamente, sendo capaz de gerar mais torque em pouco tempo; Ao mesmo tempo, a ausência de um núcleo de ferro torna o motor de copo oco mais compacto, menor e capaz de fornecer maior saída de torque em um espaço limitado.
Vida de serviço longo: o número de peças reversa do motor de copo oco torna a flutuação da corrente e a indutância do motor menor ao reverter, reduzindo bastante a corrosão elétrica do sistema de reversão durante o processo de reversão, para ter uma vida útil mais longa. De acordo com os dados na 'pesquisa de aplicação de gerenciamento personalizado de motores de copa oca' ', a vida dos motores DC escovados geralmente é de apenas algumas centenas de horas, e a expectativa de vida dos motores de copo oco é geralmente entre 1000 e 3000 horas, o que pode fornecer uma operação mais confiável.
Velocidade de resposta rápida: o motor tradicional tem um momento relativamente grande de inércia devido à existência do núcleo de ferro, enquanto o motor de copo oco é compacto e o rotor é uma bobina auto-sustentável em forma de copo, de modo que o peso é mais leve e seu momento menor de inércia também faz com que o motor de copo oco tenha características sensíveis ao ajuste inicial. De acordo com o 'progresso da pesquisa do micro motor e bobina', a constante de tempo mecânico do motor do núcleo geral é de cerca de 100ms, enquanto a constante de tempo mecânica do motor do copo oco é inferior a 28ms e alguns produtos são menos de 10ms.
Torque de pico alto: a proporção de torque de pico e torque contínuo do motor de copo oco é muito grande, porque o processo da corrente que aumenta para a constante de torque de pico é inalterado, e a relação linear entre a corrente e o torque pode fazer com que o micromotor produza um grande torque de pico. Depois que o motor do núcleo comum atinge a saturação, não importa a corrente aumentada, o torque do motor CC não aumentará.
Boa dissipação de calor: a superfície do rotor de copo oco tem fluxo de ar, melhor que o desempenho de dissipação de calor do rotor do núcleo, o fio esmaltado do rotor do núcleo é incorporado na ranhura da folha de aço de silício, o fluxo de ar da superfície da bobina é menor, o aumento da temperatura é maior, sob as mesmas condições de produção de potência, o aumento do motor de cupd de temperatura do copo de cupc DC DC é menor.
4, o caminho técnico do motor de copo oco
A principal etapa na produção do motor Hollow Cup é a produção de bobina, portanto, o projeto de bobina e o processo de enrolamento se torna suas barreiras principais. O diâmetro, o número de voltas e a linearidade do fio afetam diretamente os parâmetros do núcleo do motor. A barreira central do enrolamento da bobina é refletida diretamente no projeto da bobina, porque diferentes tipos de enrolamento têm diferenças na taxa de automação e no consumo de cobre. Por outro lado, também se reflete no equipamento de enrolamento e no método de enrolamento, e a taxa de enchimento da ranhura do copo oca por diferentes máquinas de enrolamento é diferente, o que leva a diferentes escassas, afetando diretamente a perda do motor, a dissipação de calor, a potência e assim por diante.
Ângulo de design da bobina: o design do enrolamento do motor de copo oco pode ser dividido em tipo de enrolamento reto, tipo de enrolamento oblíquo e tipo de sela.
Enrolamento reto: o fio da bobina é paralelo ao eixo do motor, formando uma estrutura de enrolamento concentrada. A idéia de design da bobina de enrolamento reto é primeiro vento, o fio esmaltado circular comum na morte do enrolamento de acordo com o requisito do número de voltas e, em seguida, conecte o enrolamento no eixo do fio do fio e, em seguida, use o fichário nas duas extremidades para curar e formar. Relativamente falando, o fim do enrolamento reto não produz torque e aumenta o peso da armadura e a resistência à armadura.
Enrolamento oblíquo: Também conhecido como enrolamento de favo de mel, o método de enrolamento de favo de mel é usado, deixando torneiras no meio, para poder ser capaz de servir continuamente, é necessário fazer do lado efetivo do elemento e do eixo da armadura em um certo ângulo de inclinação. O tamanho final desse método de enrolamento é pequeno, mas como o enrolamento oblíquo do enrolamento contínuo requer um determinado ângulo de linha, o fio esmaltado se sobrepõe e a taxa de enchimento do slot é baixa. Comparado com o tipo de ferida reta, a armadura de enrolamento inclinada não tem enrolamento final, reduzindo o peso da armadura e as vantagens de um pequeno momento de inércia, constante de tempo pequeno, boas características de arrasto e grande torque de saída. Faulhaber, na Alemanha, e o Portescap, na Suíça, usam principalmente o enrolamento inclinado.
Tipo de sela: também conhecido como enrolamento concêntrico ou romboidal, o método de enrolamento de uma bobina em forma e, em seguida, a fiação é usada, ou seja, o fio esmaltado auto-adesivo é enrolado em uma matriz de enrolamento especial de formação, e o copo de armadura é feito de vários arranjos de modelagem. Quando o enrolamento, as duas camadas de bobinas são organizadas de maneira perfeita e moldada, o que é conveniente para controlar o tamanho do copo de armadura após a reformulação e melhorar a taxa de enchimento do slot. Ao mesmo tempo, esse método tem alta eficiência de produção e é adequado para a produção em massa. A extremidade da armadura enrolada por sela possui menos camadas sobrepostas, pequenas lacunas de ar e alta taxa de utilização do ímã permanente, o que melhora a densidade de potência do motor. Alguns produtos de Maxon na Suíça usam enrolamento do tipo sela.
Ponto de vista do processo de enrolamento: Do ponto de vista da tecnologia de produção, de acordo com o método de formação da bobina é dividido principalmente em três categorias: enrolamento manual, enrolamento e produção única de formação.
1) enrolamento manual. Através de uma série de processos complexos, incluindo inserção de pinos, enrolamento manual, fiação manual e outras etapas a serem produzidas. É adequado para produtos que requerem um alto grau de personalização, mas a eficiência da produção e a estabilidade do produto são limitadas.
2) Tecnologia de produção enrolada. A tecnologia de produção enrolada é a produção semi-automática, o fio esmaltado é primeiro enrolado sequencialmente no eixo principal com uma seção transversal em forma de diamante e é removida após atingir o comprimento necessário e depois achatado em uma placa de arame, e finalmente a placa de arame é enrolada em uma bobina em forma de xícara. According to the 'winding hollow cup armature production process and equipment' winding process, the next winding machine can be configured with 4 workers to achieve an annual output of 30,000 units, but the limitation of winding is that it is more suitable for 20-30mm hollow cup diameter, it is difficult to wind smaller coils with tap spacing less than 7mm, that is, products with a diameter of less than 10~12mm. No geral, a eficiência de produção do processo de enrolamento é relativamente alta e pode atender aos requisitos da produção de escala média. No entanto, sua alta taxa de participação manual leva à consistência do produto acabado pode não ser tão bom quanto a produção automatizada, e é difícil atender ao tamanho menor do enrolamento da bobina de copo oco.
3) Uma tecnologia de produção de moldagem. A máquina de enrolamento através do equipamento de automação será um fio esmaltado de acordo com a regra de um eixo, enrolando -se em um copo após a remoção, uma moldagem, sem necessidade de rolar e achatar vários processos, alto grau de automação, de modo que a eficiência da produção e a consistência do produto acabado são melhores; Mas o correspondente investimento de equipamento inicial será maior.
Processo de enrolamento no exterior desenvolvido cedo, o grau de automação é maior que o doméstico. O doméstico adota principalmente a produção sinuosa, o processo é mais complicado, a intensidade do trabalho dos trabalhadores é grande, não pode completar a bobina com diâmetro mais espesso do fio e a taxa de sucata é alta. Os países estrangeiros usam principalmente a tecnologia de produção de feridas únicas, alto grau de automação, alta eficiência de produção, faixa de diâmetro da bobina, boa qualidade da bobina, arranjo apertado, tipos de motores, bom desempenho.
Links da cadeia industrial e aplicações a jusante
O upstream do motor de copo oco é matérias -primas e peças, matérias -primas incluem cobre, aço, aço magnético, plástico, etc., peças incluem rolamentos, escovas, comutadores, etc. Os alcances do meio da cadeia industrial são fabricantes de motores. A a jusante da cadeia industrial é a extremidade da aplicação e o motor do copo oco tem as características de alta sensibilidade, operação estável e controle forte, que atende aos requisitos rígidos do campo de alta qualidade de acionamento elétrico, por isso é usado principalmente em equipamentos aeroespaciais, equipamentos médicos, automação industrial e robótica e outros campos de ponta. Ao mesmo tempo, o motor de copo oco também é aplicado gradualmente no campo civil, como automação de escritórios, ferramentas elétricas e assim por diante.
Um motor de copo oco promissor
Motor de copo oco com seu design exclusivo sem núcleo de ferro, mostrando alta velocidade, alta eficiência, alta resposta dinâmica e outras vantagens significativas, amplamente utilizadas em aeroespacial, equipamentos médicos e outros campos, na flexibilidade da mão do robô humanóide também tem um impacto significativo. Embora empresas estrangeiras, como Maxon e Faulhaber, tenham a vantagem do primeiro lugar no momento, com a melhoria contínua do nível técnico dos fabricantes domésticos e o rápido desenvolvimento do mercado de robôs humanóides, os motores domésticos da Copa Hollow inaugurarão novas oportunidades de desenvolvimento.
