01 Kaj je momentni motor brez okvirja?
Momentni motor brez okvirja je zelo učinkovit in energetsko varčen tip električnega motorja. Njegova najbolj značilna značilnost je odstranitev sestavnih delov, ki jih najdemo v tradicionalnih motorjih, kot so gred, ležaji, ohišje in končni pokrovi, pri čemer se ohranita samo dve glavni komponenti: rotor in stator.
Ta konstrukcijska zasnova omogoča, da se motor neopazno integrira v strukturo stroja z uporabo lastnih ležajev stroja za podporo rotorja, kar bistveno izboljša integracijo sistema in kompaktnost.
Navor motorjev brez okvirja se meri z njihovim izhodnim navorom, za razliko od nazivne izhodne moči, ki se običajno uporablja za servo motorje. To jim omogoča zagotavljanje visokega navora pri nizkih vrtljajih, ki se popolnoma prilagajajo zahtevam gibanja robotskih sklepov.
02 Razkritje principa delovanja
Načelo delovanja momentnega motorja brez okvirja temelji na zakonu elektromagnetne indukcije. Ko gonilnik motorja napaja, trifazna elektrika vzbuja vrtljivo elektromagnetno polje v navitjih statorja. To elektromagnetno polje deluje s trajnimi magneti v rotorju in ustvarja navor, ki povzroči vrtenje rotorja.
Celoten proces krmili gonilnik, ki preko U/V/W trifaznega napajanja oblikuje elektromagnetno polje. Rotor s trajnimi magneti se vrti pod vplivom tega polja. Momentni motorji brez okvirja lahko uporabljajo Hallove elemente za povratne signale ali uporabljajo signale iz dodanega kodirnika.
Voznik primerja povratno vrednost s ciljno vrednostjo, da prilagodi kot vrtenja rotorja in tako doseže natančen servo nadzor.
03 Razlike od tradicionalnih motorjev
V primerjavi s tradicionalnimi motorji z okvirjem ponujajo momentni motorji brez okvirja številne prednosti: izboljšajo zmogljivost stroja, omogočajo neposredno sklopitev (brez zračnosti) in večjo pasovno širino sistema; struktura je bolj kompaktna, kar ima za posledico manjši odtis stroja in večji navor na enoto prostornine.
Imajo tudi visoko togost in lahko služijo kot neposredni pogonski vir energije, ki poganja breme neposredno brez potrebe po jermenih in jermenicah, vodilnih vijakih ali menjalnikih; delovanje je tiho, saj neposredna integracija v strukturo stroja spremeni način prenosa, kar povzroči znatno zmanjšanje hrupa.
Poleg tega zmanjšajo potrebe po vzdrževanju zaradi manjšega števila mehanskih delov in brez sestavnih delov, ki bi bili nagnjeni k obrabi ali zahtevajo redno vzdrževanje.
04 Osnovna moč humanoidnih robotov
V dobi hitrega razvoja umetne inteligence in tehnologije robotike humanoidni roboti globoko prodirajo na številna področja, kot so industrija, storitve in zdravstvo 4. Momentni motorji brez okvirja so postali glavne pogonske komponente v sklepih humanoidnih robotov.
Teslin Optimus uporablja momentne motorje brez okvirja kot vir energije v vseh svojih 28 sklepih. Ti sklepi vključujejo 14 rotacijskih sklepov in 14 linearnih sklepov, pri čemer vsak aktuator vsebuje momentni motor brez okvirja.
Rotacijski sklepi so sestavljeni iz vrtilnega motorja brez okvirja, harmoničnega reduktorja, senzorja vrtilnega momenta, senzorja položaja, kodirnika itd., porazdeljenih po ramenih (6), zapestjih (2), bokih (4) in trupu (2).
Linearni sklepi so sestavljeni iz vrtilnega motorja brez okvirja, planetnega valjčnega vijaka, senzorja vrtilnega momenta, senzorja položaja itd., porazdeljenih po komolcih (2), zapestjih (4), bokih (2), kolenih (2) in gležnjih (4).
05 Tri ključne vloge
Navorni motorji brez okvirja igrajo tri ključne vloge pri prožnosti sklepov humanoidnih robotov:
Zagotavljanje visokega izhodnega navora:
med izvajanjem nalog morajo robotski spoji pogosto oddajati visok navor pri nizkih hitrostih, da premagajo učinke vzvoda in vztrajnost obremenitve. Momentni motorji brez okvirja lahko ustvarijo visok navor tudi pri relativno nizkih vrtljajih.
Omogočanje natančnega nadzora:
Tesno so integrirani s komponentami, kot so visoko natančni dajalniki in senzorji navora, da tvorijo visoko zmogljivo integrirano pogonsko enoto. Krmilnik lahko prebere informacije o položaju spoja iz povratnih informacij kodirnika v realnem času in v kombinaciji s podatki o navoru iz senzorja navora natančno nastavi navor in hitrost motorja.
Izboljšanje skupne odzivne hitrosti:
z izjemno nizko vztrajnostjo rotorja se lahko motor odziva na krmilne ukaze pri
milisekundnih hitrostih . Tudi če se zunanje okolje spremeni ali se dejanja nenadoma spremenijo, lahko robotski sklepi hitro prilagodijo svojo držo, kar zagotavlja stabilnost in varnost robota.
06 Široka področja uporabe
Področja uporabe momentnih motorjev brez okvirja so zelo obsežna. Uporabljajo se predvsem v robotskih sklepih in rokah za zagotavljanje visokega navora in visoko natančnega nadzora.
V medicinski opremi se momentni motorji brez okvirja ujemajo s kirurškimi roboti, sistemi za medicinsko slikanje itd., da se doseže zelo natančen in gladek nadzor gibanja. Uporabljajo se lahko na medicinskih področjih, kot so medicinsko slikanje in kirurški roboti, ki izvajajo operacije z visoko natančnostjo na območjih, ki so veliko manjša od tistih, ki jih lahko obvlada človeška roka.
Na področju vrhunskih CNC obdelovalnih strojev se lahko vrtilni motorji brez okvirja uporabljajo v visoko natančnih petosnih strojih za izboljšanje natančnosti in ponovljivosti v procesih, kot so oblikovanje, brušenje in vrtanje.
Poleg tega se uporabljajo tudi v aplikacijah na vesoljskem področju, kot so radarji, inercialni navigacijski sistemi in gramofoni.
07 Veliki tržni obeti
Tržne možnosti za momentne motorje brez okvirja so zelo široke. Velikost svetovnega trga navornih motorjev brez okvirja je leta 2022 znašala 4,5 milijarde CNY in naj bi do leta 2030 dosegla 22,4 milijarde CNY , pri čemer tržni segment humanoidnih robotov predstavlja 16,3 milijarde CNY.
Po podatkih Valuates Reports je obseg svetovnega trga navornih motorjev brez okvirja leta 2022 znašal 670 milijonov USD in naj bi do leta 2029 narasel na 1,17 milijarde USD, kar predstavlja skupno letno stopnjo rasti (CAGR) 8 %. Pričakuje se, da bo s hitro rastjo sodelujočih robotov in inteligentnega povpraševanja trg motorjev z navorom brez okvirja ohranil hiter razvoj.
08 Tehnični izzivi in prihodnji trendi
Čeprav navorni motorji brez okvirja kažejo velik potencial na področju humanoidnih robotov, je v njihovi tehnologiji in proizvodnji še nekaj izzivov.
S tehničnega vidika nadaljnje povečanje gostote navora momentnih motorjev brez okvirja ob hkratnem zmanjševanju dviga njihove temperature in zmanjševanju vrzeli med nazivno hitrostjo in največjo hitrostjo postavlja visoke zahteve za elektromagnetno zasnovo.
Stroškovno gledano, kot kritična komponenta humanoidnih robotov, stroški ostajajo visoki zaradi trenutno nizke domače proizvodnje njegovih ključnih komponent na Kitajskem.
Prihodnji razvojni trendi vključujejo: nenehno izboljševanje kazalnikov zmogljivosti za momentne motorje brez okvirja, da bi izpolnili višje zahteve glede prožnosti sklepov in moči pri humanoidnih robotih.
Hkrati bosta optimizacija proizvodnih procesov in zniževanje proizvodnih stroškov postala pomembna cilja prihodnjega razvoja.
Medtem ko se humanoidni roboti premikajo od 'laboratorijskih demonstracij' do 'začetne komercializacije v posebnih scenarijih', vstopajo motorji brez okvirja kot njihov glavni vir energije v zlato obdobje razvoja.
Leto 2025 velja za kritično za množično proizvodnjo humanoidnih robotov. Navorni motorji brez okvirja predstavljajo 16 % vrednosti humanoidnega robota. Trenutne cene se gibljejo od nekaj sto CNY do več kot tisoč CNY, odvisno od moči in velikosti.
V prihodnosti naj bi se s širitvijo obsega in inovacijami procesov njihove cene občutno znižale, kar bo dodatno spodbudilo sprejetje humanoidnih robotov.
Ta kompaktna, a zmogljiva tehnologija, momentni motor brez okvirja, postaja nesojeni junak za gibljivimi sklepi humanoidnih robotov , ki tiho podpira hiter razvoj robotske industrije.
