Motor s dutým pohárom (Micro coreless motor) je špeciálny jednosmerný motor. Tradičné Jednosmerný motor je široko používaný v priemyselnej výrobe, domácich spotrebičoch, doprave a iných oblastiach, zložený z dvoch hlavných častí statora a rotora, stacionárna časť jednosmerného motora sa nazýva stator, hlavnou úlohou statora je generovať magnetické pole zložené z rámu, hlavného magnetického pólu, reverzného pólu, koncovky, ložiska a kefového zariadenia. Bežne používané materiály statorových magnetov zahŕňajú Ndfeb, Samarium kobalt, hliník, nikel, kobalt a ferit. Časť, ktorá sa počas prevádzky otáča, sa nazýva rotor a jej hlavnou úlohou je produkovať elektromagnetický krútiaci moment a indukovanú elektromotorickú silu, ktorá je nábojom jednosmerného motora na premenu energie, preto sa zvyčajne nazýva kotva, ktorá sa skladá z rotujúceho hriadeľa, jadra kotvy, vinutia kotvy, komutátora a ventilátora.
Motor s dutou miskou preráža štrukturálnu formu tradičného jednosmerného motora v konštrukcii pomocou rotora bez jadra a jeho vinutie kotvy je cievka s dutou miskou, ktorá má podobný tvar ako vodná miska, preto sa nazýva 'motor s dutou miskou'. Motor dutého pohára patrí k DC, permanentný magnet, servo mikro motor. Vďaka tejto novej štruktúre rotora má motor s dutým pohárom nasledujúce vynikajúce vlastnosti: ① Energeticky úsporné vlastnosti: konštrukcia bez jadra úplne eliminuje stratu výkonu spôsobenú tvorbou vírivých prúdov v železnom jadre a účinnosť premeny energie je veľmi vysoká, maximálna účinnosť je vo všeobecnosti viac ako 70 % a niektoré produkty môžu dosiahnuť viac ako 90 % (motory so železným jadrom sú vo všeobecnosti 70 %); (2) Riadiace charakteristiky: rýchle spustenie a brzdenie, rýchla odozva, mechanická časová konštanta menej ako 28 milisekúnd, niektoré produkty môžu dosiahnuť menej ako 10 milisekúnd (jadrové motory sú vo všeobecnosti viac ako 100 milisekúnd); Rýchlosť sa dá ľahko citlivo nastaviť pri vysokorýchlostnom chode v odporúčanej prevádzkovej oblasti; (3) Charakteristiky odporu: Stabilita prevádzky je veľmi spoľahlivá, kolísanie rýchlosti je veľmi malé, ako mikromotor je možné jeho kolísanie rýchlosti ľahko ovládať do 2%; ④ Ľahké vlastnosti: v porovnaní s rovnakým motorom s výkonným jadrom sa jeho hmotnosť a objem znížia o 1/3-1/2 a hustota energie sa výrazne zlepší. Hlavným ukazovateľom motora s dutými pohármi je hustota výkonu, to znamená pomer výstupného výkonu k hmotnosti alebo objemu. Rotor bez železného jadra eliminuje vírivý prúd a stratu hysterézy na molekulárnom konci a zlepšuje účinnosť premeny energie. Znížená hmotnosť a objem na konci menovateľa.
Kefa je dôležitou súčasťou kartáčovaný motor , zodpovedný za vedenie prúdu medzi rotujúcimi časťami a stacionárnymi časťami. Pretože je viac vyrobený z grafitu, nazýva sa aj uhlíková kefa. V bežnom jednosmernom motore, aby sa rotor stále otáčal, je potrebné zmeniť smer prúdu rotora v reálnom čase, takže je potrebné použiť komutátor a uhlíkovú kefku. Bezuhlíkový motor ruší režim mechanickej komutácie kefy, takže na dokončenie elektronickej komutácie je potrebné zistiť polohu rotora. Existujú dva bežné spôsoby získania informácií o polohe rotora: (1) režim bezsenzorového riadenia, keď motor beží, poloha rotora je určená merateľnou premennou privádzanou späť do motora; Režim riadenia snímača polohy, poloha rotora motora je priamo detekovaná snímačom polohy vo vnútri motora. Bežne používané snímače polohy sú Hallove snímače, fotoelektrické snímače, rotačné transformátory atď. Presnosť detekcie Hallovho senzora nie je vysoká, ale cena je nízka; Detekcia polohy fotoelektrického kódovača a rotačného transformátora je presná a chyba je malá a vo všeobecnosti sa používajú pre vysokovýkonné riadiace systémy, ako je riadenie orientácie magnetického poľa a priame riadenie krútiaceho momentu.
Motor dutého pohára podľa jeho štruktúry možno rozdeliť na dva druhy kefy a bezkartáčové. ① Brúsený motor s dutou miskou (tiež známy ako jednosmerný česaný motor bez jadra, rotor bez železného jadra): Použitie mechanického komutátora kefky, zvyčajne plášťa, vnútorného statora z mäkkého magnetického materiálu, statora s permanentným magnetom, zloženia kotvy rotora s dutou miskou. Keď je motor s dutou miskou kefy pod napätím, vinutie prechádza prúdom, generuje krútiaci moment, rotor sa začne otáčať, ak sa rotor otočí do určitého uhla, kefa použije mechanický komutátor na zmenu smeru prúdu, takže smer výstupného krútiaceho momentu sa nezmení, rotor sa ďalej otáča. Pretože motor s dutou miskou kefy využíva komutáciu kefy, počas prevádzky motora dochádza k určitému relatívnemu treniu, ktoré spôsobí hluk, elektrickú iskru a zníži životnosť motora. Vo všeobecnosti domáci 'motor s dutým pohárom' všeobecne označuje motor kefy; ② bezkomutátorový dutý hrncový motor (tiež známy ako jednosmerný bezkartáčový štrbinový motor, stator bez železného jadra): Použitie elektronickej komutácie, vo všeobecnosti plášťom, mäkkými magnetickými materiálmi, izolačnými materiálmi a dutou miskou kotvou zloženou zo statora a permanentného magnetického oceľového rotora. Bezkomutátorový motor s dutou miskou spája rôzne vinutia s obvodom ovládaním zapínania a vypínania elektronických komponentov, aby sa dosiahol efekt spätného chodu. Tento režim komutácie spôsobuje, že bezkomutátorový motor s dutým pohárom má vlastnosti vysokej účinnosti, malého kolísania krútiaceho momentu, vysokej životnosti, kompaktnej konštrukcie, ľahkej údržby atď.
1.2. Bariéra jadra: proces navíjania
Procesný tok motora s dutou miskou je zložitý a obtiažnosť spracovania je oveľa väčšia ako pri bežnom DC štrbinovom motore. Ak vezmeme za príklad bezštrbinový jednosmerný motor Dingzhi Technology (to znamená jeho produkty s dutými miskovými motormi), od vinutia prednej cievky, stredného ložiska, tŕňa, oporného krúžku a ďalších častí jadra, po inštaláciu zadného krytu a zváraciu linku dosky plošných spojov, atď., ktoré zahŕňajú takmer 30 procesov, zložitosť je oveľa väčšia ako pri bežných jednosmerných štrbinových motoroch. Výroba cievok musí prejsť procesom smaltovaný drôt - navíjanie - tvarovanie ohrevom - odizolovanie drôtu, pripojenie spoločného drôtu - inštalácia cievky atď.
Medzi nimi je výroba cievok jedným z hlavných procesov motora s dutou miskou. Bezjadrové samonosné vinutia sú vyrobené z takzvaného smaltovaného drôtu, čo je izolovaný medený drôt s vonkajším náterom. Vo výrobnom procese sa farba susedných drôtov spája pôsobením tlaku a teploty. Správne lepenie (páska alebo sklolaminát) môže ešte zlepšiť pevnosť a tvarovú stálosť vinutia, čo je dôležité najmä pri vysokom prúdovom zaťažení.
Technológia výroby dutej pohárovej motorovej cievky je rozdelená hlavne do troch kategórií podľa spôsobu tvarovania cievky: 1) ručné navíjanie. Prostredníctvom série zložitých procesov, vrátane vkladania kolíkov, ručného navíjania, ručného zapojenia a ďalších krokov na výrobu. 2) Technológia výroby vinutia. Technológia výroby vinutia je poloautomatická výroba, smaltovaný drôt sa najskôr postupne navíja na hlavný hriadeľ s kosoštvorcovým prierezom a po dosiahnutí potrebnej dĺžky sa stiahne a následne sploští do drôtenej dosky a nakoniec sa drôtová doska navinie do miskovitého zvitku. Ak vezmeme ako príklad navíjaciu dutú misku, môže byť výrobný proces zhruba rozdelený do nasledujúcich krokov: (1) Navíjanie šesťhrannej drôtenej cievky sochoru: vykonáva sa na navíjacom stroji so šikmým vinutím; ② Prázdna cievka drôtu je prilepená dvoma kusmi tvarovanej pásky citlivej na tlak, ktorá sa vyberie z formy, aby sa sploštila; ③ Sploštenie: tvarová doska sa vloží do cievky polotovaru drôtu a cievka sa sploští a potom sa odošle do sploštovacieho stroja, aby sa sploštil a stal sa polotovarom plochého drôtu. Vytvarujte pomocou bambusovej škrabky. Odstrihnite prebytočnú pásku a ponechajte iba jeden záves, záves by mal byť ponechaný na mierne zvýšenej strane plochého vlákna, aby kotúč mohol tvoriť rad; ④ Cievka: plochý drôtený polotovar sa privádza do cievky stroja s dutou miskou, takže polotovar drôtu je pripojený ku koncu a páska je prilepená na povrch hlavy polotovaru drôtu, aby sa stala dutou miskou; ⑤ Tvarovanie epoxidového náteru: Po nanesení epoxidového lepidla ho vložte do rúry na vytvrdnutie a tvarovanie. 3) Jedna technológia výroby formovania. Navíjací stroj navíja smaltovaný drôt na vreteno podľa zákona prostredníctvom automatizačného zariadenia a po navinutí do pohára odoberá cievku, pričom sa formuje naraz a nevyžaduje viac procesov, ako je valcovanie a sploštenie, s vysokým stupňom automatizácie.
Proces navíjania v zámorí sa vyvinul skoro, stupeň automatizácie je vyšší ako domáci. Domáci prijímajú hlavne výrobu vinutia, proces je komplikovanejší, pracovná náročnosť pracovníkov je veľká, nemôže dokončiť cievku s hrubším priemerom drôtu a miera šrotu je vysoká. Zahraničie používa hlavne jednorazovú technológiu výroby rán, vysoký stupeň automatizácie, vysokú efektivitu výroby, rozsah priemerov cievok, dobrú kvalitu cievok, tesné usporiadanie, typy motorov, dobrý výkon. Motor s dutým hrncom možno rozdeliť na rovný vinutý, sedlový tvar a šikmý vinutie podľa spôsobu navíjania. V roku 1958 Dr.FF aulhaber (von Haber) z Nemecka vyvinul technológiu navíjania cievky so šikmým vinutím a získal patentovú technológiu šikmého vinutia rotorovej cievky motora s dutou miskou v roku 1965. Nemecko, Švajčiarsko, Japonsko a ďalší vývoj motora s dutou miskou skôr, v procese navíjania nazhromaždil bohaté skúsenosti. Spomedzi troch popredných motorov s dutou miskou na svete švajčiarsky Maxon väčšinou používa tvar s priamym vinutím a tvar sedla a nemecký Faulhaber a švajčiarsky Portescap väčšinou používajú tvar so sklonom. Proces navíjania s priamym vinutím je komplikovanejší a väčšinou sa používa pri dlhých navíjacích konštrukciách, často vyrobených z viacnásobného vinutia. Tvar sedla môže znížiť hrúbku cievky, efektívne znížiť magnetickú vzduchovú medzeru na motore s vysokou hustotou výkonu, zvýšiť dĺžku rezného magnetického poľa a lepšie využiť magnetizmus statora; Šikmé vinutie vyvinuté skôr, relatívne jednoduché vinutie, tesné vedenie, vhodné pre veľkosériovú výrobu.
Vinutie je hlavnou technickou bariérou motora s dutým pohárom. ① Prepojenie s dizajnom: tri hlavné technológie v zámorí vznikli v 60-tych rokoch minulého storočia, domáci motor s dutou miskou sa začal neskoro, menej výskumu, nedostatok kombinácie triedy rozdelenia materiálu, typ misky rotora na optimalizáciu motora, nedostatok systematického dopredného dizajnu, nedostatok prispôsobených požiadaviek na konfiguráciu schémy pohonu systému a možnosti návrhu produktu; ② Prepojenie na spracovanie: V porovnaní s tradičným bezkomutátorovým motorom, kefovým motorom, servomotorom patrí štruktúra dutého pohárového motora k štruktúre bezzubej drážky, neexistuje žiadna pevná drážka, všetok smaltovaný drôt je zavesený vinutie, neexistuje žiadna vnútorná podpora, proces je veľmi náročný a skorý výnos je nízky. Pokiaľ ide o presnosť navíjania, požiadavky na presnosť motorov s dutou miskou sú vyššie ako požiadavky tradičných motorov. Samotný motor s dutým pohárom má malú veľkosť a tolerancia chyby je nižšia ako u bežných motorov s permanentným magnetom a krokových motorov a presnosť spracovania priamo ovplyvňuje stabilitu magnetického poľa. Rozdiel medzi hrúbkou drôtu a závitmi vinutia spôsobuje, že hodnota odporu vinutia, štartovací prúd, konštantná rýchlosť a ďalšie parametre motora majú veľké rozdiely. Z tohto dôvodu domáci výrobcovia potrebujú zlepšiť presnosť, výťažnosť a automatizáciu vo výrobe a spracovaní. V porovnaní so zámorím je Čína relatívne slabá aj z hľadiska navíjacích zariadení. Navíjacie zariadenia možno rozdeliť na automatické a manuálne neautomatické zariadenia. V porovnaní so zámorím je stupeň automatizácie navíjacích zariadení v Číne relatívne nízky. Medzi popredných svetových výrobcov navíjacích zariadení patria Meteor zo Švajčiarska, Tanaka Seiki Co., Ltd. z Japonska a Hitote Mechanical Engineering Co., LTD. Domáce podniky sú z hľadiska vybavenia stále v relatívne prázdnom stave a nakupujú ďalšie japonské navíjacie zariadenia v cenách od stoviek tisíc až po milióny. Medzi relatívne reprezentatívne spoločnosti v Číne patria Zhongspecial Technology, Dongguan Taili Electronic Machinery Co., LTD., Qinlian Technology, Kunshan Cook atď.
1.3 Následné aplikácie: Charakteristiky motora s dutou miskou určujú scenár následnej aplikácie
Motor s dutým pohárom patrí k mikromotoru a vstupné suroviny sú podobné surovinám mikromotora, vrátane medi, ocele, magnetickej ocele, ložísk, plastov atď. Motor s dutým pohárom sa pôvodne používal v letectve, kozmickom a kozmickom priemysle, vo vojenskom a inom špičkovom priemysle, v posledných rokoch sa jeho aplikácia postupne rozšírila aj do civilných odvetví, ako sú lekárske prístroje, spotrebná elektronika a iné elektrické nástroje, priemyselná automatizácia.
Rôzny výkon motora s dutým pohárom zodpovedá jeho použitiu v rôznych oblastiach: 1) charakteristiky malej veľkosti, nízkej hmotnosti a veľkého pomeru výkonu k objemu ho robia vhodným pre oblasti s vysokými požiadavkami na hmotnosť, ako sú rôzne typy lietadiel atď., Ktoré môžu minimalizovať hmotnosť lietadla; Je tiež široko používaný v rôznych produktoch spotrebnej elektroniky, ako sú elektrické zubné kefky a prenosné elektrické ventilátory. 2) Charakteristiky rýchleho štartovania a brzdenia a extrémne rýchlej odozvy ho robia vhodným pre oblasti, ktoré potrebujú dosiahnuť rýchle automatické ovládanie, ako je nastavenie smeru strely s vysokými požiadavkami na výkon riadenia, vysokorýchlostné optické riadenie, vysoko citlivé zariadenia, priemyselné roboty atď.
Humanoidný robot otvára nový modrý oceán aplikácií s dutými pohármi. Podľa najnovšieho vývoja Optimus, humanoidného robota vydaného spoločnosťou Tesla, každá ruka obsahuje šesť pohonov a 11 stupňov voľnosti, dva pohony pre palec a jeden pohon pre každý z ostatných štyroch prstov a ruka unesie až 20 libier. Modul ručného kĺbu sa skladá hlavne z dutého pohárového motora, presného planétového reduktora, guľôčkovej skrutky a snímača. Motor s dutou miskou umožňuje pohyb prsta, presná planétová prevodovka umožňuje manipulátorovi polohovať presnejšie a flexibilnejšie, kodér poskytuje vysoko presnú spätnú väzbu polohy a rýchlosti ruky a snímač umožňuje robotovi mať percepčnú funkciu a reakčnú schopnosť ako u ľudí. Podľa Muska počet humanoidných robotov v budúcnosti prevýši počet ľudí a očakáva sa, že v dlhodobom horizonte dosiahne úroveň 100 miliárd jednotiek. Motor s dutým pohárom je hlavným technickým riešením robotickej ruky s vysokou istotou. Humanoidné roboty používajú 6 motorov s dutými pohármi na ruku, vzhľadom na konečnú situáciu sa očakáva, že humanoidné roboty dosiahnu úroveň jednej miliardy jednotiek, ak hromadná výroba humanoidných robotov pristane, potiahne rast príjmov podnikov súvisiacich s motormi s dutými pohármi.
