Roboții umanoizi au devenit o perlă strălucitoare în domeniul inteligenței artificiale.
În ultimii ani, roboții umanoizi au devenit o perlă strălucitoare în domeniul inteligenței artificiale, cu aplicarea lor largă în multe domenii, cum ar fi îngrijiri medicale și servicii. Pentru a promova în continuare dezvoltarea industriei, guvernele locale au introdus politici pentru a crește sprijinul pentru roboții umanoizi și componentele lor cheie. În lanțul industriei robotului umanoid, motorul Cupei Hollow joacă un rol important în sistemul de control al mișcării robotului umanoid, cum ar fi componenta de bază a robotului umanoid Tesla Mâna dexterică este motorul Cupa goală, un singur ansamblu robot 12 (6 fiecare mână dreaptă). Acest articol își propune să discute caracteristicile tehnice, statutul pieței și perspectivele viitoare ale motorului Cup Hollow prin cercetare.
Ce este motor cupa goală
1. Conceptul și clasificarea motorului
Un motor electric este un dispozitiv care transformă energia electrică în energie mecanică. Folosește o bobină energizată (adică înfășurarea statorului) pentru a genera un câmp magnetic rotativ și este utilizat pentru rotor (cum ar fi un cadru de aluminiu închis cu cușcă de veveriță) pentru a forma un cuplu de rotație magnetoelectrică, care este de a transforma forța generată de fluxul curent în câmpul magnetic într-o acțiune rotativă. Principiul este de a utiliza câmpul magnetic pentru a forța curentul pentru a face motorul să se rotească.
Principiul de bază al rotației motorului: în jurul magnetului permanent cu o axă rotativă, 1 rotiți magnetul (astfel încât câmpul magnetic rotativ este generat), 2 conform principiului polului N și al atracției heteropolelor S, se va roti, aceeași repulsie pol, 3 magnetul cu o axă rotativă se va roti.
Într -un motor, este de fapt curentul care curge prin firul care creează un câmp magnetic rotativ (forță magnetică) în jurul său, care determină rotirea magnetului. Când firul este înfășurat într -o bobină, forța magnetică este sintetizată pentru a forma un flux mare de câmp magnetic (flux magnetic), rezultând poli N și S. Prin introducerea unui miez de fier într -o bobină de sârmă, liniile de câmp magnetic devin mai ușor de trecut și pot produce o forță magnetică mai puternică.
Structura motorului este compusă în principal din două părți: stator și rotor.
Stator: partea staționară a motorului, a cărei structură principală include polul magnetic, înfășurarea și suportul. Polul magnetic este partea motorului care generează câmpul magnetic, care este de obicei compus dintr -un miez de fier și bobine. Înfășurarea este bobina din stator, de obicei compusă din conductoare și izolație, al cărui rol este de a genera un câmp magnetic atunci când un curent electric trece prin el. Suportul este structura de susținere a statorului, de obicei din aliaj de aluminiu și alte materiale, cu o bună rezistență și rezistență la coroziune.
Rotor: partea rotativă a unui motor, a cărei structură principală include armătură, rulmenți și capace de capăt. Armatura este bobina din rotor, de obicei compusă din conductoare și izolație, al cărei rol este de a genera un câmp magnetic atunci când un curent electric trece prin el. Rulmenții sunt structura de susținere a rotorului, de obicei din oțel sau ceramică, cu o rezistență bună la uzură și la coroziune. Capacul final este structura finală a motorului, de obicei din aliaj de aluminiu și alte materiale, cu etanșare și rezistență bună.
2, definiția și clasificarea motorului Cup Hollow
În 1958, Dr.ff Aulhaber a dezvoltat tehnologia înclinată a bobinei de înfășurare și a obținut brevetul relevant pentru motorul Cupei Hollow în 1965, marcând apariția motorului Cup Hollow, iar designul său structural creativ permite ca motorul să fie atât de dimensiuni mai mici, cât și de o eficiență mai mare. Motorul cupei goale aparține motorului servomobil al magnetului permanent DC, structura motorului este prezentată în figura următoare, compusă în principal din stator și rotor. Statorul este compus din foaie de oțel din siliciu și înfășurare a bobinei, iar foaia de oțel din siliciu fără structura canelurii dinților poate evita efectul canelurii dinților și poate reduce pierderea de fier și pierderea curentului. Rotorul este compus dintr -un magnet permanent, un arbore rotativ și părți fixe, iar motorul folosește un magnet permanent inel, care este ușor de procesat și instalat.
În comparație cu motoarele obișnuite, cea mai mare caracteristică a rotorului este aceea că se rupe prin structura rotorului motorului tradițional în structură și folosește un rotor fără nucleu, cunoscut și sub numele de rotor cu ceașcă goală. Rotorul este o structură scobită în formă de ceașcă, înconjurată de înfășurări și magneți. În motoarele obișnuite, rolul miezului de fier este în principal: 1) Concentrat și ghid câmpul magnetic: miezul de fier este confecționat dintr -un material cu permeabilitate magnetică ridicată (cum ar fi foaia de oțel din siliciu), care poate concentra și ghida fluxul magnetic, îmbunătățind astfel rezistența câmpului magnetic și eficiența motorului; 2) Înfășurarea de susținere: miezul de fier oferă o structură puternică de sprijin pentru înfășurare, asigurându -se că înfășurarea menține o formă și o poziție stabilă în timpul funcționării motorului. În motorul cupei goale, cilindrul gol cu pereți subțiri este utilizat ca rotor, iar cilindrul gol este înfășurat direct în înfășurare fără sprijin suplimentar de miez. Avantajele proiectării fără core: 1) Eliminarea pierderilor de curent și histereză: Nucleul de fier dintr -un motor comun va produce pierderi de curent și histereză într -un câmp magnetic alternativ, care va reduce eficiența motorului. Motorul Cupei Hollow folosește un rotor fără core, care elimină complet aceste pierderi, îmbunătățind astfel eficiența de conversie a energiei motorului. 2) Reduceți greutatea și momentul de inerție: designul fără miez reduce semnificativ greutatea rotorului, ceea ce face ca întregul motor să fie mai ușor. În același timp, reducerea momentului de inerție permite motorului să aibă o viteză de răspuns mai rapidă și o accelerație mai mare, ceea ce este foarte benefic pentru scenariile de aplicare care necesită pornire și oprire rapidă.
În același timp, proiectarea de precizie a structurii cilindrilor goale și a aspectului înfășurării poate optimiza distribuția câmpului magnetic în interiorul motorului cupei goale, poate reduce scurgerea magnetică și pierderea de energie și îmbunătăți în continuare eficiența și performanța motorului.
Motorul cupei goale poate fi împărțit în două tipuri în funcție de modul său de comutare: unul este motorul cu perie goală, care adoptă modul mecanic de comutare a periei de carbon; Cealaltă este motorul fără perie, care înlocuiește comutarea periei cu comutarea electronică, evitând particulele de scânteie electrică și toner generate în timpul funcționării motorului periei, reducând zgomotul și crescând durata de viață a motorului. Din compararea diferitelor produse ale aparatelor electrice Mingzhi din figura următoare, se poate observa că nu este nevoie de o perie în motorul cupei goale fără perie, dar senzorul Hall detectează semnalul de câmp magnetic rotor, transformă inversarea mecanică într -o inversare a semnalului electronic și simplifică în continuare structura fizică a motorului cupei goale.
3, Avantaje motoare ale cupei goale
Motorul cupei goale se rupe prin structura rotorului motorului tradițional în structură, reduce pierderea de energie cauzată de formarea curentului de eddy în miezul de fier, iar masa și momentul său de inerție sunt mult reduse, reducând astfel pierderea mecanică de energie a rotorului în sine. În rezumat, motorul Cupei goale are avantajele densității de mare putere, a duratei de viață lungi, a răspunsului rapid, a cuplului de vârf ridicat, a disipației de căldură bună și așa mai departe.
Densitate mare de putere: densitatea de putere a motorului cupei goale este raportul dintre puterea de ieșire și volumul. În ceea ce privește greutatea, rotorul non-core este mai ușor decât rotorul de miez obișnuit; În ceea ce privește eficiența, rotorul coreless elimină pierderea de curent și histereză generată de rotorul fără core, îmbunătățește eficiența micromotorului și asigură un cuplu de ieșire ridicat și o putere de ieșire. Eficiența maximă a majorității motoarelor cu cupă goală este mai mare de 80%, în timp ce eficiența maximă a majorității motoarelor DC cu perie este în general în jur de 50%. Greutatea mai mică și eficiența mai mare permit motoarele cu cupă goală să obțină o densitate de putere mai mare. Prin urmare, motorul cupei goale este deosebit de potrivit pentru aplicațiile alimentate cu baterii care necesită perioade lungi de funcționare, cum ar fi pompe portabile de eșantionare a aerului, roboți umanoizi, mâini bionice, unelte electrice de mână și alte aplicații.
Densitate ridicată a cuplului: designul fără core reduce greutatea rotorului și momentul de inerție, iar momentul scăzut de inerție înseamnă că motorul poate accelera și decelera mai repede, fiind astfel capabil să genereze mai mult cuplu într -un timp scurt; În același timp, absența unui miez de fier face ca motorul cupei goale să fie mai compact, mai mic și capabil să ofere o putere de cuplu mai mare într -un spațiu limitat.
Durata de viață lungă: numărul de bucăți de inversare a motorului cupei goale face ca fluctuația actuală și inductanța motorului mai mică la inversare, reducând foarte mult coroziunea electrică a sistemului de inversare în timpul procesului de inversare, pentru a avea o viață mai lungă. Conform datelor din „Cercetarea aplicației privind gestionarea personalizată a motoarelor Cup Hollow ”, durata de viață a motoarelor DC periate este, în general, doar câteva sute de ore, iar speranța de viață a motoarelor Cup Hollow este de obicei între 1000 și 3000 de ore, ceea ce poate oferi o funcționare fiabilă mai lungă.
Viteza rapidă de răspuns: motorul tradițional are un moment relativ mare de inerție datorită existenței miezului de fier, în timp ce motorul cupei goale este compact, iar rotorul este o bobină auto-susținută în formă de cupă, astfel încât greutatea este mai ușoară, iar momentul său mai mic de inerție face ca motorul gol să aibă caracteristici sensibile de ajustare a opririi. Conform 'Progresul cercetării micro -motorului și al bobinei ', constanta de timp mecanică a motorului de miez general este de aproximativ 100ms, în timp ce constanta de timp mecanică a motorului cupei goale este mai mică de 28ms, iar unele produse sunt chiar mai mici de 10ms.
Cuplul de vârf ridicat: raportul dintre cuplul de vârf și cuplul continuu al motorului cupei goale este foarte mare, deoarece procesul curentului care se ridică la constanta de cuplu maxim este neschimbat, iar relația liniară dintre curent și cuplu poate face ca micromotorul să producă un cuplu de vârf mare. După ce motorul DC de miez obișnuit ajunge la saturație, indiferent că curentul este crescut, cuplul motorului DC nu va crește.
O disipare bună a căldurii: suprafața rotorului cu cupă goală are un flux de aer, mai bun decât performanța de disipare a căldurii a rotorului de miez, firul emailat al rotorului de miez este încorporat în canelura foii de oțel din siliciu, fluxul de aer de suprafață al bobinei este mai mic, creșterea temperaturii este mai mică, în aceleași condiții de ieșire a puterii, creșterea temperaturii a motorului cu cupă goală este mai mică.
4, Calea tehnică a motorului Cupei goale
Pasul cheie în producerea motorului Cup Hollow este producția de bobină, astfel încât proiectarea bobinei și procesul de înfășurare devin barierele sale de bază. Diametrul, numărul de rotații și liniaritatea firului afectează direct parametrii de miez ai motorului. Bariera de bază a înfășurării bobinei se reflectă direct în proiectarea bobinei, deoarece diferite tipuri de înfășurare au diferențe în ceea ce privește rata de automatizare și consumul de cupru. Pe de altă parte, se reflectă și în echipamentul de înfășurare și în metoda de înfășurare, iar rata de umplere a canelurii de cupă goală, de către diferite utilaje de înfășurare, este diferită, ceea ce duce la diferite rare, afectând direct pierderea motorului, disiparea căldurii, puterea și așa mai departe.
Unghiul de proiectare a bobinei: designul de înfășurare a motorului cu ceașcă goală poate fi împărțit în tipul de înfășurare dreaptă, tipul de înfășurare oblică și tipul de șa.
Înfășurare dreaptă: firul bobinei este paralel cu axa motorului, formând o structură de înfășurare concentrată. Ideea de design a bobinei cu rătăcire dreaptă este de a vâna mai întâi firul emailat circular obișnuit pe matrița înfășurării în funcție de cerința numărului de viraje, apoi conectați înfășurarea pe arborele de miez al firului, apoi folosiți liantul la ambele capete pentru a vindeca și forma. Relativ vorbind, capătul înfășurării drepte nu produce cuplu și crește greutatea armăturii și rezistența la armătură.
Înfășurare oblică: cunoscută și sub denumirea de înfășurare a fagurelor, se folosește metoda de înfășurare a fagurilor, lăsând robinete la mijloc, pentru a putea vânt continuu, este necesar să se facă partea eficientă a elementului și axa armăturii într -un anumit unghi de înclinare. Mărimea finală a acestei metode de înfășurare este mică, dar deoarece înfășurarea continuă a înfășurării oblice necesită un anumit unghi de linie, firul emailat se suprapune, iar rata de umplere a slotului este scăzută. În comparație cu tipul de rană dreaptă, armatura de înfășurare înclinată nu are o înfășurare la capăt, reducând greutatea armăturii și are avantajele unui moment mic de inerție, constant de timp mic, caracteristici de tracțiune bune și cuplu de ieșire mare. Faulhaber în Germania și Portescap din Elveția folosesc în mare parte înfășurarea înclinată.
Tip de șa: cunoscută și sub denumirea de înfășurare concentrică sau romboidă, metoda de înfășurare a unei bobine în formă și apoi se folosește cablarea, adică firul emailat auto-adeziv este înfășurat pe o matriță de înfășurare specială, iar ceașca de armătură este realizată din mai multe aranjamente de model. Atunci când se înfășoară, cele două straturi de bobine sunt aranjate perfect și în formă, ceea ce este convenabil pentru a controla dimensiunea cupei de armătură după remodelare și pentru a îmbunătăți rata de umplere a slotului. În același timp, această metodă are o eficiență ridicată a producției și este potrivită pentru producția în masă. Capătul de armături de înfășurare a șei are mai puține straturi suprapuse, decalaj de aer mic și o rată ridicată de utilizare a magnetului permanent, ceea ce îmbunătățește densitatea de putere a motorului. Unele produse ale lui Maxon din Elveția folosesc înfășurare de tip șa.
Punctul de vedere al procesului de înfășurare: Din punct de vedere al tehnologiei de producție, conform metodei de formare a bobinei este împărțită în principal în trei categorii: înfășurare manuală, înfășurare și producție de formare unică.
1) înfășurare manuală. Printr -o serie de procese complexe, inclusiv inserarea pinului, înfășurarea manuală, cablarea manuală și alte pași de produs. Este potrivit pentru produsele care necesită un grad ridicat de personalizare, dar eficiența producției și stabilitatea produsului sunt limitate.
2) Tehnologia de producție de înfășurare. Tehnologia de producție de înfășurare este o producție semi-automată, firul emailat este mai întâi rănit secvențial la arborele principal cu o secțiune transversală în formă de diamant și este îndepărtată după atingerea lungimii necesare, apoi aplatizată într-o placă de sârmă, iar în sfârșit, placa de sârmă este înfășurată într-o bobină în formă de cană. Conform procesului de producție și echipamente de producție de armături de cupă goală șerpuirea, următoarea mașină de înfășurare poate fi configurată cu 4 lucrători pentru a obține o producție anuală de 30.000 de unități, dar limitarea înfășurării este că este mai potrivită pentru diametrul cupei goale de 20-30 mm, adică este dificil de vânat mai puțin de 10 ~ 12mm. În general, eficiența de producție a procesului de înfășurare este relativ ridicată și poate satisface cerințele producției la scară medie. Cu toate acestea, rata sa de participare manuală ridicată duce la consistența produsului finit poate să nu fie la fel de bună ca producția automată și este dificil să îndeplinești dimensiunea mai mică a înfășurării bobinei de cupă goală.
3) O tehnologie de producție de modelare. Mașina de înfășurare prin echipamentele de automatizare va fi un fir emailat în conformitate cu regula unui fus, înfășurarea bobinei într -o cană după îndepărtare, o modelare, nu este nevoie să rulați și să aplatizați mai multe procese, un grad ridicat de automatizare, astfel încât eficiența producției și consistența produsului finit sunt mai bune; Dar investiția corespunzătoare a echipamentelor în avans va fi mai mare.
Procesul de înfășurare de peste mări s -a dezvoltat timpuriu, gradul de automatizare este mai mare decât intern. Internația adoptă în principal producția de înfășurare, procesul este mai complicat, intensitatea forței de muncă a lucrătorilor este mare, nu poate completa bobina cu un diametru de sârmă mai gros, iar rata de resturi este mare. Țările străine folosesc în principal tehnologie de producție a rănilor, un grad ridicat de automatizare, eficiență ridicată a producției, gamă cu diametrul bobinei, o calitate bună a bobinei, aranjament strâns, tipuri de motoare, performanțe bune.
Legături de lanț industrial și aplicații din aval
În amonte de motorul cupei goale este materiile prime și piesele, materiile prime includ cupru, oțel, oțel magnetic, plastic, etc., părțile includ rulmenți, perii, comutatori, etc. În aval al lanțului industrial este capătul aplicației, iar motorul Cupei goale are caracteristicile de sensibilitate ridicată, funcționare stabilă și control puternic, care îndeplinește cerințele stricte ale câmpului de înaltă performanță al unității electrice, astfel încât este utilizat în principal în aerospațială, echipamente medicale, automatizare industrială și robotică și alte câmpuri de înaltă calitate. În același timp, motorul Cupei goale este aplicat treptat în câmpul civil, cum ar fi automatizarea birourilor, uneltele electrice și așa mai departe.
Un motor promițător de cupe goale
Motorul Cup Hollow cu designul său unic, fără miez de fier, care prezintă o viteză mare, eficiență ridicată, răspuns dinamic ridicat și alte avantaje semnificative, utilizate pe scară largă în aerospațială, echipamente medicale și alte câmpuri, în flexibilitatea mâinilor robotului umanoid are, de asemenea, un impact semnificativ. Deși întreprinderile de peste mări precum Maxon și Faulhaber au în prezent primul avantaj, cu îmbunătățirea continuă a nivelului tehnic al producătorilor autohtoni și dezvoltarea rapidă a pieței robotului umanoid, motoarele interne Cup Hollow vor face față în noile oportunități de dezvoltare.
