O motor de copo oco (motor Micro coreless) é um motor DC especial. Tradicional O motor DC é amplamente utilizado na produção industrial, eletrodomésticos, transporte e outros campos, composto por duas partes principais do estator e do rotor, a parte estacionária do motor DC é chamada de estator, a função principal do estator é gerar um campo magnético, composto pela estrutura, pólo magnético principal, pólo reverso, tampa final, rolamento e dispositivo de escova. Os materiais magnéticos do estator comumente usados incluem Ndfeb, cobalto de samário, alumínio, níquel, cobalto e ferrita. A parte que gira durante a operação é chamada de rotor, e sua principal função é produzir torque eletromagnético e força eletromotriz induzida, que é o centro do motor DC para conversão de energia, por isso é geralmente chamada de armadura, que é composta por rotação eixo, núcleo da armadura, enrolamento da armadura, comutador e ventilador.
O motor de copo oco rompe a forma estrutural do motor DC tradicional em estrutura, usando um rotor sem núcleo, e seu enrolamento de armadura é uma bobina de copo oco, semelhante em formato a um copo de água, por isso é chamado de 'motor de copo oco'. O motor de copo oco pertence a DC, ímã permanente, servo micro motor. Esta nova estrutura do rotor faz com que o motor de copo oco tenha as seguintes características excelentes: ① Características de economia de energia: o design sem núcleo elimina completamente a perda de energia causada pela formação de correntes parasitas no núcleo de ferro, e a eficiência de conversão de energia é muito alta, a eficiência máxima é geralmente superior a 70%, e alguns produtos podem atingir mais de 90% (os motores com núcleo de ferro são geralmente 70%); (2) Características de controle: partida e frenagem rápidas, resposta rápida, constante de tempo mecânico inferior a 28 milissegundos, alguns produtos podem atingir menos de 10 milissegundos (os motores principais geralmente têm mais de 100 milissegundos); A velocidade pode ser facilmente ajustada de forma sensível sob o estado de funcionamento de alta velocidade na área operacional recomendada; (3) Características de arrasto: A estabilidade da operação é muito confiável, a flutuação da velocidade é muito pequena, como um micro motor, sua flutuação de velocidade pode ser facilmente controlada dentro de 2%; ④ Características leves: em comparação com o mesmo motor central de potência, seu peso e volume são reduzidos em 1/3-1/2 e a densidade de energia é bastante melhorada. O principal indicador do motor de copo oco é a densidade de potência, ou seja, a relação entre a potência de saída e o peso ou volume. O rotor sem núcleo de ferro elimina correntes parasitas e perda de histerese na extremidade molecular e melhora a eficiência de conversão de energia. Peso e volume reduzidos na extremidade do denominador.
O pincel é um componente importante do motor escovado , responsável por conduzir a corrente entre as partes rotativas e as partes estacionárias. Por ser mais feita de grafite, também é chamada de escova de carvão. No motor DC comum, para manter o rotor girando, a direção da corrente do rotor precisa ser alterada em tempo real, portanto, o comutador e a escova de carvão precisam ser usados. O motor sem escova cancela o modo de comutação mecânica da escova, portanto a posição do rotor precisa ser detectada para completar a comutação eletrônica. Existem duas maneiras comuns de obter informações de posição do rotor: (1) modo de controle sem sensor, quando o motor está funcionando, a posição do rotor é determinada pela variável mensurável realimentada pelo motor; No modo de controle do sensor de posição, a posição do rotor do motor é detectada diretamente pelo sensor de posição dentro do motor. Sensores de posição comumente usados são sensores Hall, codificadores fotoelétricos, transformadores rotativos e assim por diante. A precisão da detecção do sensor Hall não é alta, mas o preço é baixo; A detecção da posição do codificador fotoelétrico e do transformador rotativo é precisa e o erro é pequeno, e geralmente são usados para sistemas de controle de alto desempenho, como controle de orientação de campo magnético e controle direto de torque.
O motor de copo oco de acordo com sua estrutura pode ser dividido em dois tipos com escova e sem escova. ① Motor de copo oco escovado (também conhecido como motor sem núcleo escovado DC, rotor sem núcleo de ferro): O uso de comutador de escova mecânica, geralmente pela carcaça, estator interno de material magnético macio, estator de ímã permanente, composição de armadura de rotor de copo oco. Quando o motor da escova copo oco é energizado, o enrolamento passa corrente, gerando torque, o rotor começa a girar, se o rotor girar para um ângulo específico, a escova usa o comutador mecânico para mudar a direção da corrente, de modo que a direção do torque de saída permanece inalterada, o rotor continua a girar. Como o motor da escova copo oco utiliza a comutação da escova, há um certo atrito relativo durante a operação do motor, o que produzirá ruído, faísca elétrica e reduzirá a vida útil do motor. Geralmente doméstico 'motor de copo oco' geralmente se refere ao motor de escova; ② motor de copo oco sem escova (também conhecido como motor DC sem escova, estator sem núcleo de ferro): O uso de comutação eletrônica, geralmente pelo casco, materiais magnéticos macios, materiais isolantes e armadura de copo oco composta pelo estator e rotor de aço magnético permanente. O motor sem escova de copo oco conecta diferentes enrolamentos ao circuito, controlando o liga-desliga dos componentes eletrônicos para obter o efeito de reversão. Este modo de comutação faz com que o motor sem escova de copo oco tenha as características de alta eficiência, pequena flutuação de torque, alta vida útil, estrutura compacta, fácil manutenção e assim por diante.
1.2. Barreira central: processo de enrolamento
O fluxo do processo do motor de copo oco é complexo e a dificuldade de processamento é muito maior do que a do motor CC comum com fenda. Tomando o motor DC sem fenda da Dingzhi Technology (ou seja, seus produtos de motor de copo oco) como exemplo, desde o enrolamento da bobina frontal, rolamento intermediário, mandril, anel de suporte e instalação de outras peças principais, até a instalação da tampa traseira e linha de soldagem da placa de circuito, etc., envolvendo quase 30 processos, a complexidade é muito maior do que os motores CC com fenda comuns. A produção de bobinas precisa passar pelo processo de fio esmaltado - enrolamento - modelagem de aquecimento - decapagem de fio, conexão do fio comum - instalação de bobina e assim por diante.
Entre eles, a fabricação de bobinas é um dos principais processos do motor de copo oco. Os enrolamentos autoportantes sem núcleo são feitos do chamado fio esmaltado, que é um fio de cobre isolado com uma camada de tinta na parte externa. No processo de fabricação, a tinta dos fios adjacentes é fundida pela aplicação de pressão e temperatura. A colagem adequada (fita ou fibra de vidro) pode melhorar ainda mais a resistência e a estabilidade da forma do enrolamento, o que é especialmente importante sob altas cargas de corrente.
A tecnologia de produção da bobina do motor de copo oco é dividida principalmente em três categorias de acordo com o método de formação da bobina: 1) enrolamento manual. Através de uma série de processos complexos, incluindo inserção de pinos, enrolamento manual, fiação manual e outras etapas de produção. 2) Tecnologia de produção de enrolamento. A tecnologia de produção de enrolamento é a produção semiautomática, o fio esmaltado é primeiro enrolado sequencialmente no eixo principal com uma seção transversal em forma de diamante e é removido após atingir o comprimento necessário e, em seguida, achatado em uma placa de arame e, finalmente, a placa de arame é enrolada em uma bobina em forma de copo. Tomando como exemplo um copo oco enrolado, o processo de fabricação pode ser dividido aproximadamente nas seguintes etapas: (1) Enrolamento da bobina de tarugo de fio hexagonal: é realizado na bobinadeira de grupo de enrolamento inclinado; ② A bobina vazia do fio é colada com dois pedaços de fita sensível à pressão moldada, desmoldada para ser achatada; ③ Achatamento: a placa moldada é inserida na bobina em branco do fio, e a bobina é achatada e, em seguida, enviada para a máquina de achatamento para achatar e se tornar um fio em bruto plano. Modele com um raspador de bambu. Corte o excesso de fita, deixando apenas um engate, o engate deve ser deixado no lado levemente levantado do fio liso, para que o carretel possa formar uma fileira; ④ Bobina: o fio plano em branco é alimentado na bobina da máquina de bobina de copo oco, de modo que o fio em branco seja conectado à extremidade e a fita seja colada na superfície da cabeça do fio em branco para se tornar a bobina de copo oco; ⑤ Revestimento com modelagem epóxi: Após revestir o adesivo epóxi, leve ao forno para curar e modelar. 3) Uma tecnologia de produção de moldagem. A bobinadeira enrola um fio esmaltado em um fuso de acordo com a lei através do equipamento de automação, e retira a bobina após enrolar em um copo, formando por vez, e não requer múltiplos processos como laminação e achatamento, com alto grau de automação.
O processo de enrolamento no exterior foi desenvolvido cedo, o grau de automação é maior do que o doméstico. O mercado doméstico adota principalmente a produção de enrolamento, o processo é mais complicado, a intensidade de trabalho dos trabalhadores é grande, não é possível completar a bobina com diâmetro de fio mais grosso e a taxa de sucata é alta. Os países estrangeiros usam principalmente 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 motor, bom desempenho. O motor de copo oco pode ser dividido em enrolamento reto, formato de sela e enrolamento inclinado de acordo com o método de enrolamento. Em 1958, Dr.FF aulhaber (von Haber) da Alemanha desenvolveu a tecnologia de enrolamento de bobina inclinada e obteve a tecnologia patenteada do enrolamento inclinado da bobina do rotor do motor de copo oco em 1965. Alemanha, Suíça, Japão e outros desenvolvimentos de motores de copo oco anteriormente, no processo de enrolamento acumularam uma rica experiência. Entre os três principais motores de copo oco do mundo, o Swiss Maxon usa principalmente formato de enrolamento reto e formato de sela, e o alemão Faulhaber e o Swiss Portescap usam principalmente formato de enrolamento inclinado. O processo de enrolamento reto é mais complicado e é usado principalmente para estruturas de enrolamento longo, geralmente feitas de enrolamento múltiplo. O formato da sela pode reduzir a espessura da bobina, reduzir efetivamente o entreferro magnético em motores de alta densidade de potência, aumentar o comprimento do campo magnético de corte e fazer melhor uso do magnetismo do estator; Enrolamento oblíquo desenvolvido anteriormente, enrolamento relativamente simples, fiação apertada, adequado para produção em grandes lotes.
O enrolamento é a principal barreira técnica do motor de copo oco. ① Link de design: três tecnologias principais no exterior originadas na década de 1960, o motor de copo oco doméstico começou tarde, menos pesquisas, falta de combinação de grau de subdivisão de material, tipo de copo de rotor para otimizar o motor, falta de design sistemático, falta de requisitos personalizados de configuração do esquema de acionamento do sistema e capacidades de design de produto; ② Link de processamento: Comparado com o motor sem escova tradicional, motor de escova, servo motor, a estrutura do motor de copo oco pertence à estrutura de ranhura desdentada, não há ranhura fixa, todo o fio esmaltado é enrolado suspenso, não há suporte interno, é muito difícil no processo e o rendimento inicial é baixo. Em termos de precisão do enrolamento, os requisitos de precisão dos motores de copo oco são superiores aos dos motores tradicionais. O motor de copo oco em si é pequeno e a tolerância a erros é menor do que a dos motores de ímã permanente e motores de passo comuns, e a precisão do processamento afeta diretamente a estabilidade do campo magnético. A diferença na espessura do fio e nas voltas do enrolamento faz com que o valor da resistência do enrolamento, a corrente de partida, a constante de velocidade e outros parâmetros do motor tenham grandes diferenças. Por conta disso, os fabricantes nacionais precisam melhorar a precisão, o rendimento e a automação nas ligações de produção e processamento. Em comparação com o exterior, a China também é relativamente fraca em termos de equipamentos de bobinagem. Os equipamentos de enrolamento podem ser divididos em equipamentos automáticos e manuais não automáticos. Comparado com o exterior, o grau de automação dos equipamentos de bobinagem na China é relativamente baixo. Os principais fabricantes mundiais de equipamentos de enrolamento incluem Meteor da Suíça, Tanaka Seiki Co., Ltd. do Japão e Hitote Mechanical Engineering Co., LTD. As empresas nacionais ainda estão relativamente vazias em termos de equipamentos e compram mais equipamentos de bobinagem japoneses, com preços que variam de centenas de milhares a milhões. As empresas relativamente representativas na China incluem Zhongspecial Technology, Dongguan Taili Electronic Machinery Co., LTD., Qinlian Technology, Kunshan Cook e assim por diante.
1.3 Aplicações a jusante: As características do motor de copo oco determinam o cenário de aplicação a jusante
O motor de copo oco pertence ao micro motor, e as matérias-primas a montante são semelhantes às matérias-primas do micro motor, incluindo cobre, aço, aço magnético, rolamentos, plásticos, etc. O motor de copo oco foi originalmente usado na aviação, aeroespacial, militar e outras indústrias de ponta, nos últimos anos, sua aplicação gradualmente se expandiu para indústrias civis, como dispositivos médicos, eletrônicos de consumo, ferramentas elétricas, automação industrial e outros cenários.
Os diferentes desempenhos do motor de copo oco correspondem à sua aplicação em diferentes campos: 1) as características de tamanho pequeno, peso leve e grande relação potência/volume o tornam adequado para áreas com requisitos de alto peso, como vários tipos de aeronaves, etc., o que pode minimizar o peso da aeronave; Também é amplamente utilizado em diversos produtos eletrônicos de consumo, como escovas de dente elétricas e ventiladores elétricos portáteis. 2) As características de partida e frenagem rápidas e resposta extremamente rápida o tornam adequado para áreas que precisam obter controle automático rápido, como ajuste de direção de mísseis com altos requisitos de desempenho de controle, acompanhamento de unidade óptica de alta taxa, equipamentos altamente sensíveis, robôs industriais, etc.
Robô humanóide abre um novo oceano azul de aplicações de motores de copo oco. De acordo com o mais recente desenvolvimento do Optimus, um robô humanóide lançado pela Tesla, cada mão inclui seis drives e 11 graus de liberdade, dois drives para o polegar e um drive para cada um dos outros quatro dedos, e a mão pode carregar até 20 libras. O módulo de junta manual é composto principalmente por motor de copo oco, redutor planetário de precisão, parafuso esférico e sensor. O motor de copo oco permite que o dedo tenha a capacidade de se mover, a caixa de engrenagens planetárias de precisão permite que o manipulador se posicione com mais precisão e use de forma mais flexível, o codificador fornece feedback de posição de alta precisão e feedback de velocidade da mão, e o sensor permite que o robô tenha função perceptual e capacidade de reação semelhantes às humanas. Segundo Musk, o número de robôs humanóides no futuro ultrapassará o número de humanos e espera-se que atinja o nível de 100 bilhões de unidades no longo prazo. O motor de copo oco é a solução técnica convencional de mão robótica com alta certeza. Os robôs humanóides usam 6 motores de copo oco por mão, considerando a situação final, espera-se que os robôs humanóides atinjam o nível de um bilhão de unidades, se a produção em massa de robôs humanóides pousarem, puxará o crescimento da receita das empresas relacionadas a motores de copo oco.
