01 Čo je to bezrámový momentový motor?
Bezrámový momentový motor je vysoko účinný a energeticky úsporný typ elektromotora. Jeho najvýraznejšou črtou je odstránenie komponentov, ktoré sa nachádzajú v tradičných motoroch, ako je hriadeľ, ložiská, kryt a koncové uzávery, pričom sa ponechajú iba dve základné komponenty: rotor a stator.
Tento konštrukčný dizajn umožňuje bezproblémovú integráciu motora do konštrukcie stroja , pričom sa využívajú vlastné ložiská stroja na podopretie rotora, čím sa výrazne zvyšuje integrácia systému a kompaktnosť.
Bezrámové momentové motory sa merajú podľa ich výstupného krútiaceho momentu, na rozdiel od menovitého výstupného výkonu bežne používaného pre servomotory. To im umožňuje dodávať vysoký krútiaci moment pri nízkych rýchlostiach a dokonale sa tak prispôsobiť pohybovým požiadavkám robotických kĺbov.
02 Odhalenie princípu práce
Princíp činnosti bezrámového momentového motora je založený na zákone elektromagnetickej indukcie. Keď pohon motora použije energiu, trojfázová elektrina vybudí rotujúce elektromagnetické pole vo vinutí statora. Toto elektromagnetické pole interaguje s permanentnými magnetmi v rotore a vytvára krútiaci moment, ktorý spôsobuje otáčanie rotora.
Celý proces je riadený driverom, ktorý formuje elektromagnetické pole prostredníctvom U/V/W trojfázového napájania. Rotor s permanentnými magnetmi sa pod vplyvom tohto poľa otáča. Bezrámové momentové motory môžu využívať Hallove prvky pre signály spätnej väzby alebo využívať signály z pridaného kódovača.
Vodič porovnáva hodnotu spätnej väzby s cieľovou hodnotou, aby upravil uhol natočenia rotora , čím sa dosiahne presné ovládanie servomotora.
03 Rozdiely od tradičných motorov
V porovnaní s tradičnými rámovými motormi ponúkajú bezrámové momentové motory viaceré výhody: Zlepšujú výkon stroja, umožňujú priame spojenie (bez vôle) a väčšiu šírku pásma systému; konštrukcia je kompaktnejšia, výsledkom čoho je menšia stopa stroja a vyšší krútiaci moment na jednotku objemu.
Majú tiež vysokú tuhosť a môžu slúžiť ako zdroj energie s priamym pohonom, ktorý poháňa náklad priamo bez potreby remeňov a kladiek, vodiacich skrutiek alebo prevodoviek; prevádzka je tichá, pretože priama integrácia do konštrukcie stroja mení spôsob prenosu, čo vedie k výraznému zníženiu hluku.
Okrem toho znižujú potrebu údržby vďaka menšiemu počtu mechanických dielov a žiadnym komponentom náchylným na opotrebovanie alebo vyžadujúcim pravidelnú údržbu.
04 Hlavná sila humanoidných robotov
V ére rýchleho rozvoja umelej inteligencie a robotických technológií prenikajú humanoidné roboty hlboko do mnohých oblastí, ako je priemysel, služby a zdravotníctvo 4. Bezrámové momentové motory sa stali hlavným prúdom hnacích komponentov v kĺboch humanoidných robotov.
Optimus od Tesly využíva bezrámové momentové motory ako zdroj energie vo všetkých 28 kĺboch. Tieto spoje zahŕňajú 14 rotačných kĺbov a 14 lineárnych kĺbov, pričom každý pohon obsahuje bezrámový momentový motor.
Otočné kĺby pozostávajú z bezrámového motora krútiaceho momentu, harmonického reduktora, snímača krútiaceho momentu, snímača polohy, kódovača atď., ktoré sú rozdelené na ramená (6), zápästia (2), boky (4) a trup (2).
Lineárne kĺby pozostávajú z bezrámového momentového motora, planétovej valcovej skrutky, snímača krútiaceho momentu, snímača polohy atď., ktoré sú rozmiestnené na lakťoch (2), zápästiach (4), bedrách (2), kolenách (2) a členkoch (4).
05 Tri kľúčové úlohy
Bezrámové momentové motory hrajú tri kľúčové úlohy vo flexibilite kĺbov humanoidných robotov:
Poskytovanie vysokého krútiaceho momentu:
Počas vykonávania úlohy musia kĺby robota často poskytovať vysoký krútiaci moment pri nízkych rýchlostiach, aby sa prekonali pákové efekty a zotrvačnosť zaťaženia. Bezrámové momentové motory môžu generovať vysoký krútiaci moment aj pri relatívne nízkych otáčkach.
Umožnenie presného riadenia:
Sú tesne integrované s komponentmi, ako sú vysoko presné snímače a snímače krútiaceho momentu, aby vytvorili vysoko výkonnú integrovanú pohonnú jednotku. Riadiaca jednotka môže čítať informácie o polohe spoja zo spätnej väzby kódovača v reálnom čase a v kombinácii s údajmi krútiaceho momentu zo snímača krútiaceho momentu jemne doladiť krútiaci moment a otáčky motora.
Zlepšenie rýchlosti odozvy kĺbov:
S extrémne nízkou zotrvačnosťou rotora môže motor reagovať na riadiace príkazy
rýchlosťou milisekundy . Aj keď sa vonkajšie prostredie zmení alebo sa náhle zmenia akcie, kĺby robota dokážu rýchlo upraviť svoju polohu, čím zaistia stabilitu a bezpečnosť robota.
06 Široké oblasti použitia
Oblasti použitia bezrámových momentových motorov sú veľmi rozsiahle. Používajú sa predovšetkým v kĺboch a ramenách robotov, aby poskytovali vysoký krútiaci moment a vysoko presné ovládanie.
V lekárskych zariadeniach sú bezrámové momentové motory zladené s chirurgickými robotmi, lekárskymi zobrazovacími systémami atď., aby sa dosiahlo vysoko presné a plynulé ovládanie pohybu. Môžu byť použité v lekárskych oblastiach, ako je lekárske zobrazovanie a chirurgické roboty, vykonávajúce operácie s vysokou presnosťou v oblastiach oveľa menších, než aké dokáže zvládnuť ľudská ruka.
V oblasti špičkových CNC obrábacích strojov možno bezrámové momentové motory použiť vo vysoko presných päťosových strojoch na zlepšenie presnosti a opakovateľnosti v procesoch, ako je tvarovanie, brúsenie a vŕtanie.
Okrem toho sa používajú aj v aplikáciách v oblasti letectva, ako sú radary, inerciálne navigačné systémy a gramofóny.
07 Obrovské vyhliadky na trhu
Trhové vyhliadky bezrámových momentových motorov sú veľmi široké. Globálny trh s bezrámovými momentovými motormi bol v roku 2022 4,5 miliardy CNY a očakáva sa, že do roku 2030 dosiahne 22,4 miliardy CNY , pričom segment trhu s humanoidnými robotmi bude predstavovať 16,3 miliardy CNY.
Podľa údajov Valuates Reports bola veľkosť globálneho trhu s bezrámovými momentovými motormi v roku 2022 670 miliónov USD a očakáva sa, že do roku 2029 vzrastie na 1,17 miliardy USD, čo predstavuje zloženú ročnú mieru rastu (CAGR) 8 %. Očakáva sa, že s rýchlym rastom kolaboratívnych robotov a inteligentným dopytom si trh s bezrámovými momentovými motormi zachová vysokorýchlostný vývoj.
08 Technické výzvy a budúce trendy
Aj keď bezrámové momentové motory vykazujú veľký potenciál v oblasti humanoidných robotov, stále existujú určité výzvy v ich technológii a výrobe.
Z technického hľadiska ďalšie zvyšovanie hustoty krútiaceho momentu bezrámových momentových motorov pri súčasnom znižovaní ich nárastu teploty a zužovaní rozdielu medzi menovitými otáčkami a maximálnymi otáčkami kladie vysoké nároky na elektromagnetickú konštrukciu.
Pokiaľ ide o náklady, ako kritická súčasť humanoidných robotov, náklady zostávajú vysoké kvôli v súčasnosti nízkej domácej produkcii základných komponentov v Číne.
Trendy budúceho vývoja zahŕňajú: neustále zlepšovanie výkonnostných ukazovateľov pre bezrámové momentové motory, aby spĺňali vyššie požiadavky na flexibilitu kĺbov a výkon u humanoidných robotov.
Zároveň sa optimalizácia výrobných procesov a znižovanie výrobných nákladov stanú dôležitými cieľmi budúceho vývoja.
Zatiaľ čo humanoidné roboty prechádzajú od 'laboratórnych demonštrácií' k 'počiatočnej komercializácii v špecifických scenároch', vstupujú bezrámové momentové motory, ako ich hlavný zdroj energie, do zlatého obdobia vývoja.
Rok 2025 sa považuje za kritický pre masovú výrobu humanoidných robotov. Bezrámové momentové motory tvoria 16 % hodnoty humanoidného robota. Aktuálne ceny sa pohybujú od niekoľkých stoviek CNY do viac ako tisíc CNY, v závislosti od výkonu a veľkosti.
Očakáva sa, že v budúcnosti, s rozšírením rozsahu a inováciou procesov, sa ich ceny výrazne znížia, čo ďalej podporí prijatie humanoidných robotov.
Táto kompaktná, no výkonná technológia, bezrámový momentový motor, sa stáva neospevovaným hrdinom flexibilných kĺbov humanoidných robotov , ktorý v tichosti podporuje rýchly rozvoj robotického priemyslu.
