Motorul cu cupă goală (Micro motor fără miez) este un motor DC special. Tradiţional Motorul DC este utilizat pe scară largă în producția industrială, electrocasnice, transport și alte domenii, compus din două părți centrale ale statorului și rotorului, partea staționară a motorului DC se numește stator, rolul principal al statorului este de a genera un câmp magnetic, compus din cadru, pol magnetic principal, pol inversor, capac, rulment și dispozitiv de perie. Materialele utilizate în mod obișnuit pentru magnetul stator includ Ndfeb, cobalt de samariu, aluminiu, nichel cobalt și ferită. Piesa care se rotește în timpul funcționării se numește rotor, iar rolul său principal este de a produce cuplu electromagnetic și forță electromotoare indusă, care este centrul motorului de curent continuu pentru conversia energiei, deci este de obicei numită armătură, care este compusă din arbore rotativ, miez de armătură, înfășurare a armăturii, comutator și ventilator.
Motorul de cupă goală sparge forma structurală a motorului de curent continuu tradițional în structură, folosind un rotor fără miez, iar înfășurarea sa de armătură este o bobină de cupă goală, similară ca formă cu cea a unei cupe de apă, așa că este numit „motor cupa goală”. Motorul cu cupă goală aparține DC, magnet permanent, micromotor servo. Această structură nouă a rotorului face ca motorul cu cupă goală să aibă următoarele caracteristici excelente: ① Caracteristici de economisire a energiei: designul fără miez elimină complet pierderea de putere cauzată de formarea de curenți turbionari în miezul de fier, iar eficiența conversiei energiei este foarte mare, eficiența maximă este în general mai mare de 70%, iar unele produse pot ajunge la mai mult de 90% (în general, 70%) de motoare de fier; (2) Caracteristici de control: pornire și frânare rapidă, răspuns rapid, constantă de timp mecanică mai mică de 28 de milisecunde, unele produse pot ajunge la mai puțin de 10 milisecunde (motoarele de bază sunt în general mai mari de 100 de milisecunde); Viteza poate fi reglată cu ușurință cu sensibilitate în starea de rulare de mare viteză în zona de operare recomandată; (3) Caracteristici de tragere: stabilitatea funcționării este foarte fiabilă, fluctuația vitezei este foarte mică, ca micromotor, fluctuația sa de viteză poate fi controlată cu ușurință în termen de 2%; ④ Caracteristici ușoare: în comparație cu același motor cu miez de putere, greutatea și volumul acestuia sunt reduse cu 1/3-1/2, iar densitatea de energie este mult îmbunătățită. Indicatorul central al motorului cupei goale este densitatea puterii, adică raportul dintre puterea de ieșire și greutatea sau volumul. Rotorul fără miez de fier elimină curenții turbionari și pierderile de histerezis la capătul molecular și îmbunătățește eficiența conversiei energiei. Greutate și volum reduse la capătul numitorului.
Peria este o componentă importantă a motor cu perii , responsabil cu conducerea curentului între piesele rotative și părțile staționare. Pentru că este mai mult din grafit, se mai numește și perie de cărbune. În motorul curent continuu obișnuit, pentru a menține rotorul în rotație, direcția curentului rotorului trebuie schimbată în timp real, astfel încât trebuie să fie utilizate comutatorul și peria de cărbune. Motorul fără perii anulează modul de comutare a periei mecanice, astfel încât poziția rotorului trebuie detectată pentru a finaliza comutația electronică. Există două modalități comune de a obține informații despre poziția rotorului: (1) modul de control fără senzori, când motorul funcționează, poziția rotorului este determinată de variabila măsurabilă alimentată înapoi de motor; Modul de control al senzorului de poziție, poziția rotorului motorului este detectată direct de senzorul de poziție din interiorul motorului. Senzorii de poziție folosiți în mod obișnuit sunt senzorii Hall, codificatoarele fotoelectrice, transformatoarele rotative și așa mai departe. Precizia detectării senzorului Hall nu este mare, dar prețul este scăzut; Detectarea poziției encoderului fotoelectric și a transformatorului rotativ este precisă, iar eroarea este mică și sunt utilizate în general pentru sisteme de control de înaltă performanță, cum ar fi controlul orientării câmpului magnetic și controlul direct al cuplului.
Motorul cupa goală în funcție de structura sa poate fi împărțit în două tipuri cu perie și fără perii. ① Motor cu perie tubulară (cunoscut și sub denumirea de motor DC periat fără miez, rotor fără miez de fier): Utilizarea comutatorului cu perie mecanică, în general prin carcasă, stator interior din material magnetic moale, stator cu magnet permanent, compoziția armăturii rotorului cupa goală. Când motorul periei cu cupă goală este alimentat, înfășurarea trece curent, generând cuplu, rotorul începe să se rotească, dacă rotorul se întoarce la un anumit unghi, peria folosește comutatorul mecanic pentru a schimba direcția curentului, astfel încât direcția cuplului de ieșire să fie neschimbată, rotorul continuă să se rotească. Deoarece motorul periei cu cupă goală folosește comutația periei, există o anumită frecare relativă în timpul funcționării motorului, care va produce zgomot, scânteie electrică și va reduce durata de viață a motorului. În general, „motor cu cupă goală” se referă în general la motorul cu perie; ② Motor cu cupă goală fără perii (cunoscut și sub denumirea de motor fără perii fără fantă DC, stator fără miez de fier): Utilizarea comutației electronice, în general prin carcasă, materiale magnetice moi, materiale izolatoare și armătură de cupă goală compusă din stator și rotor din oțel magnetic permanent. Motorul fără perii cu cupă goală conectează diferite înfășurări la circuit controlând pornirea și oprirea componentelor electronice pentru a obține efectul de inversare. Acest mod de comutare face ca motorul fără perii cu cupă goală să aibă caracteristici de înaltă eficiență, fluctuație mică a cuplului, durată mare de viață, structură compactă, întreținere ușoară și așa mai departe.
1.2. Bariera miez: procesul de bobinare
Fluxul de proces al motorului cu cupă goală este complex, iar dificultatea de procesare este mult mai mare decât cea a motorului obișnuit cu fantă DC. Luând ca exemplu motorul fără fante de curent continuu al tehnologiei Dingzhi (adică produsele sale cu motor cu cupă goală) ca exemplu, de la înfășurarea bobinei frontale, rulmentul mijlociu, dornul, inelul de susținere și instalarea altor piese de bază, până la instalarea capacului din spate și linia de sudare a plăcilor de circuite etc., implicând aproape 30 de procese, complexitatea este mult mai mare decât motoarele cu fantă DC obișnuite. Producția bobinei trebuie să treacă prin procesul de sârmă emailată - înfășurare - modelare cu încălzire - deziparea sârmei, conectarea firului comun - instalarea bobinei și așa mai departe.
Printre acestea, fabricarea bobinei este unul dintre procesele de bază ale motorului cupa goală. Înfășurările autoportante fără miez sunt realizate din așa-numitul fir emailat, care este un fir de cupru izolat cu un strat de vopsea la exterior. În procesul de fabricație, vopseaua firelor adiacente este topită prin aplicarea presiunii și a temperaturii. Lipirea corectă (bandă sau fibră de sticlă) poate îmbunătăți și mai mult rezistența și stabilitatea formei înfășurării, ceea ce este deosebit de important la sarcini de curent ridicate.
Tehnologia de producție a bobinei cu motor cu cupă goală este împărțită în principal în trei categorii în funcție de metoda de formare a bobinei: 1) înfășurare manuală. Printr-o serie de procese complexe, inclusiv inserarea pinului, înfășurarea manuală, cablarea manuală și alți pași de producție. 2) Tehnologia de producție a bobinării. Tehnologia de producție a înfășurării este producția semi-automată, firul emailat este mai întâi înfășurat succesiv pe arborele principal cu o secțiune transversală în formă de diamant și este îndepărtat după ce atinge lungimea necesară, apoi aplatizat într-o placă de sârmă, iar în cele din urmă placa de sârmă este înfășurată într-o bobină în formă de cupă. Luând ca exemplu o cupă goală de înfășurare, procesul de fabricație poate fi împărțit aproximativ în următoarele etape: (1) Înfășurarea bobinei de țagle de sârmă hexagonală: se realizează pe mașina de înfășurare cu grup de înfășurare înclinat; ② Bobina goală de sârmă este lipită cu două bucăți de bandă sensibilă la presiune, deformată pentru a fi aplatizată; ③ Aplatizare: placa de formă este introdusă în bobina goală de sârmă, iar bobina este aplatizată și apoi trimisă la mașina de aplatizare pentru a aplatiza și a deveni un semifabricat plat. Modelați cu o racletă din bambus. Tăiați banda în exces, lăsând doar un cârlig, cârligul trebuie lăsat pe partea ușor ridicată a șuviței plate, astfel încât bobina să poată forma un rând; ④ Bobină: semifabricatul de sârmă plat este introdus în bobina mașinii cu bobine goale, astfel încât semifabricatul de sârmă este conectat la capăt, iar banda este lipită pe suprafața capului de sârmă goală pentru a deveni bobina cupa goală; ⑤ Acoperirea modelării epoxidice: După acoperirea adezivului epoxidic, puneți-l în cuptor pentru întărire și modelare. 3) O tehnologie de producție de turnare. Mașina de bobinat înfășoară o sârmă emailată la un ax conform legii prin echipamentul de automatizare, și scoate bobina după înfășurare într-o cupă, formându-se la un moment dat, și nu necesită procese multiple precum rularea și aplatizarea, cu un grad ridicat de automatizare.
Procesul de înfășurare de peste mări dezvoltat devreme, gradul de automatizare este mai mare decât cel intern. Internul adoptă în principal producția de bobinaj, procesul este mai complicat, intensitatea muncii lucrătorilor este mare, nu poate completa bobina cu un diametru mai gros de sârmă, iar rata deșeurilor este mare. Țările străine folosesc în principal tehnologia de producție a plăgilor unice, grad înalt de automatizare, eficiență ridicată a producției, gamă de diametre a bobinei, calitate bună a bobinei, aranjare strânsă, tipuri de motoare, performanță bună. Motorul cupei goale poate fi împărțit în înfășurare dreaptă, formă de șa și înfășurare înclinată conform metodei de înfășurare. În 1958, Dr.FF aulhaber (von Haber) din Germania a dezvoltat tehnologia de înfășurare a bobinei de înfășurare înclinată și a obținut tehnologia patentată a înfășurării înclinate a bobinei rotorului a motorului de cupă goală în 1965. Germania, Elveția, Japonia și alte dezvoltări de motor cu cupă goală mai devreme, în procesul de înfășurare a acumulat o experiență bogată. Printre cele trei motoare cu cupă tubulară de top din lume, elvețianul Maxon folosește în mare parte forma plăgii drepte și forma șai, iar Faulhaber german și Portescap elvețian folosesc în principal forma plăgii înclinate. Procesul de înfășurare dreptă este mai complicat și este folosit mai ales pentru structurile lungi de înfășurare, adesea realizate din înfășurare multiplă. Forma șeii poate reduce grosimea bobinei, reduce în mod eficient decalajul de aer magnetic pe motorul cu densitate mare de putere, poate crește lungimea câmpului magnetic de tăiere și poate folosi mai bine magnetismul statorului; Înfășurare oblică dezvoltată mai devreme, înfășurare relativ simplă, cablare strânsă, potrivită pentru producția de loturi mari.
Înfășurarea este bariera tehnică de bază a motorului cu cupă goală. ① Legătura de proiectare: în străinătate trei tehnologii principale au apărut în anii 1960, motorul intern cu cupă goală a început târziu, mai puțină cercetare, lipsa combinației de grad de subdiviziune a materialului, tipul de cupă rotorului pentru a optimiza motorul, lipsa unui proiect sistematic înainte, lipsa cerințelor personalizate de configurație a schemei de acționare a sistemului și capabilități de proiectare a produsului; ② Legătura de procesare: În comparație cu motorul tradițional fără perii, motorul cu perie, servomotor, structura motorului cupa goală aparține structurii canelurii fără dinți, nu există nicio canelură fixă, toate sârmele emailate sunt înfășurate suspendate, nu există suport intern, este foarte dificil în proces, iar randamentul timpuriu este scăzut. În ceea ce privește precizia înfășurării, cerințele de precizie ale motoarelor cu cupă goală sunt mai mari decât cele ale motoarelor tradiționale. Motorul cupa goală în sine este de dimensiuni mici, iar toleranța la eroare este mai mică decât cea a motoarelor obișnuite cu magnet permanenți și a motoarelor pas cu pas, iar precizia procesării afectează direct stabilitatea câmpului magnetic. Diferența de grosime a firului și spirele înfășurării face ca valoarea rezistenței înfășurării, curentul de pornire, constanta de viteză și alți parametri ai motorului să aibă diferențe mari. Din acest motiv, producătorii autohtoni trebuie să îmbunătățească precizia, randamentul și automatizarea legăturilor de producție și procesare. În comparație cu peste mări, China este, de asemenea, relativ slabă în ceea ce privește echipamentele de bobinare. Echipamentele de bobinare pot fi împărțite în echipamente automate și manuale neautomate. În comparație cu peste mări, gradul de automatizare a echipamentelor de bobinare în China este relativ scăzut. Principalii producători de echipamente de bobinare din lume includ Meteor din Elveția, Tanaka Seiki Co., Ltd. din Japonia și Hitote Mechanical Engineering Co., LTD. Întreprinderile autohtone sunt încă într-o stare relativ liberă în ceea ce privește echipamentele și achiziționează mai multe echipamente de bobinare japoneze, cu prețuri variind de la sute de mii la milioane. Companiile relativ reprezentative din China includ Zhongspecial Technology, Dongguan Taili Electronic Machinery Co., LTD., Qinlian Technology, Kunshan Cook și așa mai departe.
1.3 Aplicații în aval: Caracteristicile motorului cupa tubulară determină scenariul de aplicare în aval
Motorul cu cupă goală aparține micromotorului, iar materiile prime din amonte sunt similare cu materiile prime ale micromotorului, inclusiv cupru, oțel, oțel magnetic, rulmenți, materiale plastice etc. Motorul cupa goală a fost folosit inițial în aviație, aerospațială, militară și alte industrii de ultimă oră, în ultimii ani, aplicația sa s-a extins treptat în industria de dispozitive electronice, automatizări industriale, automate industriale, instrumente de consum electric si alte scenarii.
Performanța diferită a motorului cu cupă goală corespunde aplicării sale în diferite domenii: 1) caracteristicile de dimensiune mică, greutate redusă și raport mare putere/volum îl fac potrivit pentru zone cu cerințe mari de greutate, cum ar fi diferite tipuri de aeronave, etc., care pot minimiza greutatea aeronavei; De asemenea, este utilizat pe scară largă în diverse produse electronice de larg consum, cum ar fi periuțele de dinți electrice și ventilatoarele electrice portabile. 2) Caracteristicile pornirii și frânării rapide și a răspunsului extrem de rapid îl fac potrivit pentru zonele care trebuie să obțină un control automat rapid, cum ar fi reglarea direcției rachetelor cu cerințe de performanță de control ridicate, urmărire a unității optice de mare viteză, echipamente foarte sensibile, roboți industriali etc.
Robotul umanoid deschide un nou ocean albastru de aplicații cu motor cu ceașcă goală. Conform ultimei dezvoltări a Optimus, un robot umanoid lansat de Tesla, fiecare mână include șase unități și 11 grade de libertate, două unități pentru degetul mare și o unitate pentru fiecare dintre celelalte patru degete, iar mâna poate transporta până la 20 de lire sterline. Modulul de articulație manuală este compus în principal din motor cu cupă goală, reductor planetar de precizie, șurub cu bile și senzor. Motorul cupa goală permite degetului să aibă capacitatea de a se mișca, cutia de viteze planetară de precizie permite manipulatorului să se poziționeze mai precis și să utilizeze mai flexibil, encoderul oferă feedback de poziție de înaltă precizie și feedback de viteză a mâinii, iar senzorul permite robotului să aibă o funcție de percepție și o capacitate de reacție asemănătoare omului. Potrivit lui Musk, numărul de roboți umanoizi în viitor va depăși numărul de oameni și este de așteptat să atingă nivelul de 100 de miliarde de unități pe termen lung. Motorul cu cupă goală este soluția tehnică principală a mâinii robotului cu înaltă siguranță. Roboții umanoizi folosesc 6 motoare de cupă goală pe mână, având în vedere situația finală, roboții umanoizi sunt de așteptat să atingă nivelul de un miliard de unități, dacă producția de masă de roboți umanoizi aterizează, va trage creșterea veniturilor întreprinderilor legate de motorul cupa goală.
