Hollow cup motor (Micro coreless motor) je poseben enosmerni motor. Tradicionalno DC motor se pogosto uporablja v industrijski proizvodnji, gospodinjskih aparatih, transportu in drugih področjih, sestavljen iz dveh jedrnih delov statorja in rotorja, stacionarni del DC motorja se imenuje stator, glavna vloga statorja je ustvarjanje magnetnega polja, sestavljenega iz okvirja, glavnega magnetnega pola, vzvratnega pola, končne kapice, ležaja in krtačne naprave. Običajno uporabljeni materiali statorskih magnetov vključujejo Ndfeb, samarijev kobalt, aluminijev nikelj, kobalt in ferit. Del, ki se vrti med delovanjem, se imenuje rotor, njegova glavna vloga pa je ustvarjanje elektromagnetnega navora in inducirane elektromotorne sile, ki je središče enosmernega motorja za pretvorbo energije, zato se običajno imenuje armatura, ki je sestavljena iz vrtljive gredi, jedra armature, navitja armature, komutatorja in ventilatorja.
Motor z votlo skodelico prebija strukturno obliko tradicionalnega motorja na enosmerni tok v strukturi z uporabo rotorja brez jedra, njegovo armaturno navitje pa je votla tuljava s skodelico, ki je po obliki podobna vodni skodelici, zato se imenuje 'motor z votlo skodelico'. Motor z votlo skodelico pripada DC, trajnim magnetom, servo mikro motorjem. Zaradi te nove strukture rotorja ima motor z votlo skodelico naslednje odlične lastnosti: ① Značilnosti varčevanja z energijo: zasnova brez jedra popolnoma odpravlja izgubo moči, ki jo povzroča nastajanje vrtinčnih tokov v železnem jedru, učinkovitost pretvorbe energije pa je zelo visoka, največji izkoristek je na splošno več kot 70 %, nekateri izdelki pa lahko dosežejo več kot 90 % (motorji z železnim jedrom so na splošno 70 %); (2) Krmilne značilnosti: hiter zagon in zaviranje, hiter odziv, mehanska časovna konstanta manj kot 28 milisekund, nekateri izdelki lahko dosežejo manj kot 10 milisekund (jedrni motorji so na splošno več kot 100 milisekund); Hitrost je mogoče enostavno občutljivo prilagoditi v stanju visoke hitrosti v priporočenem območju delovanja; (3) Značilnosti upora: Stabilnost delovanja je zelo zanesljiva, nihanje hitrosti je zelo majhno, kot mikro motor, je njegovo nihanje hitrosti mogoče enostavno nadzorovati v 2 %; ④ Značilnosti lahke teže: v primerjavi z motorjem z enakim močnim jedrom se njegova teža in prostornina zmanjšata za 1/3-1/2, gostota energije pa se močno izboljša. Glavni indikator motorja z votlo skodelico je gostota moči, to je razmerje med izhodno močjo in težo ali prostornino. Rotor brez železnega jedra odpravlja vrtinčne tokove in izgubo histereze na molekularnem koncu ter izboljša učinkovitost pretvorbe energije. Zmanjšana teža in prostornina na koncu imenovalca.
Čopič je pomemben sestavni del brušeni motor , odgovoren za vodenje toka med vrtečimi se deli in mirujočimi deli. Ker je bolj iz grafita, se imenuje tudi karbonska ščetka. Pri običajnem motorju na enosmerni tok je treba smer rotorskega toka spreminjati v realnem času, da bi se rotor še naprej vrtel, zato je treba uporabiti komutator in ogljikove ščetke. Brezkrtačni motor prekliče mehanski način komutacije ščetk, zato je treba za dokončanje elektronske komutacije zaznati položaj rotorja. Obstajata dva pogosta načina za pridobitev informacij o položaju rotorja: (1) način krmiljenja brez senzorja, ko motor deluje, je položaj rotorja določen z merljivo spremenljivko, ki jo vrne motor; Način krmiljenja senzorja položaja, položaj rotorja motorja neposredno zazna senzor položaja v motorju. Pogosto uporabljeni senzorji položaja so Hallovi senzorji, fotoelektrični dajalniki, rotacijski transformatorji itd. Natančnost zaznavanja Hallovega senzorja ni visoka, vendar je cena nizka; Fotoelektrični kodirnik in zaznavanje položaja rotacijskega transformatorja sta natančna in napaka je majhna ter se običajno uporabljata za visoko zmogljive krmilne sisteme, kot sta krmiljenje orientacije magnetnega polja in neposredno krmiljenje navora.
Motor z votlo skodelico glede na njegovo strukturo lahko razdelimo na dve vrsti krtačnih in brezkrtačnih. ① Brušeni votli motor (znan tudi kot enosmerni brušeni motor brez jedra, rotor brez železnega jedra): uporaba mehanskega krtačnega komutatorja, običajno z ohišjem, notranji stator iz mehkega magnetnega materiala, stator s trajnim magnetom, sestava armature votlega rotorja. Ko je motor z votlo krtačo pod napetostjo, skozi navitje teče tok, ki ustvarja navor, se rotor začne vrteti, če se rotor obrne na določen kot, krtača uporabi mehanski komutator za spremembo smeri toka, tako da je smer izhodnega navora nespremenjena, rotor se še naprej vrti. Ker motor s krtačo z votlo skodelico uporablja komutacijo krtač, med delovanjem motorja obstaja določeno relativno trenje, ki bo povzročilo hrup, električno iskro in zmanjšalo življenjsko dobo motorja. Na splošno domači 'motor z votlo skodelico' se na splošno nanaša na motor s krtačo; ② brezkrtačni motor z votlo skodelico (znan tudi kot enosmerni brezkrtačni brezrežni motor, stator brez železnega jedra): uporaba elektronske komutacije, običajno z lupino, mehkimi magnetnimi materiali, izolacijskimi materiali in armaturo votle skodelice, sestavljeno iz statorja in trajnega magnetnega jeklenega rotorja. Brezkrtačni motor z votlo skodelico povezuje različna navitja v vezje tako, da nadzoruje vklop in izklop elektronskih komponent, da doseže učinek vzvratne vožnje. Zaradi tega načina komutacije ima brezkrtačni motor z votlo skodelico značilnosti visoke učinkovitosti, majhnega nihanja navora, visoke življenjske dobe, kompaktne strukture, enostavnega vzdrževanja itd.
1.2. Jedrna pregrada: postopek navijanja
Procesni tok motorja z votlo skodelico je zapleten in težava obdelave je veliko večja kot pri običajnem motorju z režo na enosmerni tok. Če za primer vzamemo enosmerni brezrežni motor Dingzhi Technology (to je njegove izdelke za motorje z votlo skodelico), od navitja sprednje tuljave, srednjega ležaja, trna, podpornega obroča in drugih namestitve jedrnih delov do namestitve zadnjega pokrova in linije za varjenje tiskanega vezja itd., ki vključuje skoraj 30 procesov, je zapletenost veliko večja kot pri običajnih motorjih z režami na enosmerni tok. Proizvodnja tuljav mora iti skozi postopek emajlirane žice - navijanje - oblikovanje ogrevanja - odstranjevanje žice, povezovanje skupne žice - namestitev tuljave itd.
Med njimi je proizvodnja tuljav eden od temeljnih procesov motorja z votlo skodelico. Brezjedrna samonosilna navitja so izdelana iz tako imenovane emajlirane žice, ki je izolirana bakrena žica z zunanjim slojem barve. V procesu izdelave se barva sosednjih žic zlije skupaj s pritiskom in temperaturo. S pravilnim lepljenjem (trak ali steklena vlakna) lahko dodatno izboljšamo trdnost in stabilnost oblike navitja, kar je še posebej pomembno pri velikih tokovnih obremenitvah.
Tehnologija proizvodnje motornih tuljav z votle skodelice je v glavnem razdeljena v tri kategorije glede na način oblikovanja tuljav: 1) ročno navijanje. Skozi vrsto kompleksnih procesov, vključno z vstavljanjem zatičev, ročnim navijanjem, ročnim ožičenjem in drugimi koraki za proizvodnjo. 2) Proizvodna tehnologija navijanja. Tehnologija proizvodnje navijanja je polavtomatska proizvodnja, emajlirana žica se najprej zaporedno navije na glavno gred s prečnim prerezom v obliki diamanta in se odstrani, ko doseže zahtevano dolžino, nato pa se splošči v žično ploščo in na koncu se žična plošča navije v skodelico v obliki tuljave. Če za primer vzamemo navijalno votlo skodelico, lahko proizvodni proces grobo razdelimo na naslednje korake: (1) Navijanje tuljave šesterokotne žične gredice: izvaja se na navijalnem stroju skupine nagnjenih navitij; ② Žična prazna tuljava je prilepljena z dvema kosoma oblikovanega traku, občutljivega na pritisk, ki ga je treba odstraniti iz kalupa in ga sploščiti; ③ Sploščenje: oblikovno ploščo vstavimo v tuljavo surovca žice, tuljavo sploščimo in nato pošljemo v stroj za sploščenje, da se splošči in postane surovec ploščate žice. Oblikujte z bambusovim strgalom. Odrežite odvečni trak in pustite samo eno zategovanje, zateg naj bo na rahlo dvignjeni strani ravnega pramena, da lahko kolut tvori vrsto; ④ Tuljava: surovec ploščate žice se dovaja v tuljavo stroja za navijanje votle skodelice, tako da je surovec žice povezan s koncem, trak pa se prilepi na površino glave surovca žice, da postane tuljava votle skodelice; ⑤ Oblikovanje epoksidnega premaza: Po nanosu epoksidnega lepila ga dajte v pečico za strjevanje in oblikovanje. 3) Ena proizvodna tehnologija oblikovanja. Stroj za navijanje navija emajlirano žico na vreteno v skladu z zakonom prek opreme za avtomatizacijo in sname tuljavo po navijanju v skodelico, oblikuje naenkrat in ne zahteva več postopkov, kot sta valjanje in ploskanje, z visoko stopnjo avtomatizacije.
Postopek navijanja v tujini se je razvil zgodaj, stopnja avtomatizacije je višja od domače. Domače večinoma uporabljajo proizvodnjo navijanja, postopek je bolj zapleten, delovna intenzivnost delavcev je velika, ne more dokončati tuljave z debelejšim premerom žice in stopnja odpadkov je visoka. Tuje države večinoma uporabljajo tehnologijo proizvodnje enkratnih navitij, visoko stopnjo avtomatizacije, visoko učinkovitost proizvodnje, razpon premera tuljave, dobro kakovost tuljave, tesno razporeditev, tipe motorjev, dobro delovanje. Motor z votlo skodelico lahko glede na način navijanja razdelimo na ravne, sedlaste in nagnjene. Leta 1958 je dr.FF aulhaber (von Haber) iz Nemčije razvil tehnologijo navijanja tuljave s poševnim navijanjem in leta 1965 pridobil patentno tehnologijo poševnega navijanja tuljave rotorja motorja z votlo skodelico. Nemčija, Švica, Japonska in drugi razvoj motorja z votlo skodelico prej, v procesu navijanja so nabrali bogate izkušnje. Med tremi vodilnimi motorji z votlo skodelico na svetu švicarski Maxon večinoma uporablja ravno navito obliko in obliko sedla, nemški Faulhaber in švicarski Portescap pa večinoma uporabljata nagnjeno navito obliko. Postopek ravnega navitja je bolj zapleten in se večinoma uporablja za dolge navitne strukture, pogosto izdelane iz več navitij. Oblika sedla lahko zmanjša debelino tuljave, učinkovito zmanjša magnetno zračno režo pri motorju z visoko gostoto moči, poveča dolžino rezalnega magnetnega polja in bolje izkoristi magnetizem statorja; Poševno navijanje, razvito prej, relativno preprosto navijanje, tesno ožičenje, primerno za velikoserijsko proizvodnjo.
Navijanje je glavna tehnična ovira motorja z votlo skodelico. ① Oblikovalska povezava: čezmorske tri glavne tehnologije izvirajo iz šestdesetih let 20. stoletja, domači motor z votlo skodelico se je začel pozno, manj raziskav, pomanjkanje kombinacije stopnje delitve materiala, vrste skodelice rotorja za optimizacijo motorja, pomanjkanje sistematične zasnove naprej, pomanjkanje prilagojenih zahtev glede konfiguracije sistemske pogonske sheme in zmogljivosti oblikovanja izdelka; ② Povezava za obdelavo: v primerjavi s tradicionalnim brezkrtačnim motorjem, motorjem s krtačkami, servo motorjem struktura motorja z votle skodelice spada v strukturo brezzobih utorov, ni fiksnega utora, vsa emajlirana žica je navita, ni notranje podpore, je zelo težko v procesu in zgodnji izkoristek je nizek. Kar zadeva natančnost navijanja, so zahteve glede natančnosti motorjev z votlo skodelico višje kot pri tradicionalnih motorjih. Sam motor z votlo skodelico je majhen in toleranca za napake je nižja kot pri običajnih motorjih s trajnimi magneti in koračnih motorjih, natančnost obdelave pa neposredno vpliva na stabilnost magnetnega polja. Zaradi razlike v debelini žice in zavojih navitja se vrednost upora navitja, začetni tok, konstanta hitrosti in drugi parametri motorja močno razlikujejo. Zaradi tega morajo domači proizvajalci izboljšati natančnost, izkoristek in avtomatizacijo proizvodnih in predelovalnih povezav. V primerjavi s tujino je Kitajska razmeroma šibka tudi glede opreme za navijanje. Navijalno opremo lahko razdelimo na avtomatsko in ročno neavtomatsko opremo. V primerjavi s tujino je stopnja avtomatizacije opreme za navijanje na Kitajskem relativno nizka. Med vodilnimi svetovnimi proizvajalci opreme za navijanje so Meteor iz Švice, Tanaka Seiki Co., Ltd. iz Japonske in Hitote Mechanical Engineering Co., LTD. Domača podjetja so glede opreme še vedno relativno nezasedena in kupujejo več japonske opreme za navijanje, cene pa se gibljejo od sto tisoč do milijonov. Relativno reprezentativna podjetja na Kitajskem vključujejo Zhongspecial Technology, Dongguan Taili Electronic Machinery Co., LTD., Qinlian Technology, Kunshan Cook in tako naprej.
1.3 Nadaljnje aplikacije: Značilnosti motorja z votlo skodelico določajo scenarij uporabe na nižji stopnji
Motor z votlo skodelico pripada mikromotorju, surovine navzgor pa so podobne surovinam mikro motorja, vključno z bakrom, jeklom, magnetnim jeklom, ležaji, plastiko itd. Motor z votlo skodelico se je prvotno uporabljal v letalstvu, vesolju, vojski in drugih vrhunskih industrijah, v zadnjih letih pa se je njegova uporaba postopoma razširila na civilne industrije, kot so medicinske naprave, potrošniška elektronika, električna orodja, industrijska avtomatizacija in drugi scenariji.
Različna zmogljivost motorja z votlo skodelico ustreza njegovi uporabi na različnih področjih: 1) zaradi značilnosti majhne velikosti, majhne teže in velikega razmerja med močjo in prostornino je primeren za področja z velikimi zahtevami glede teže, kot so različne vrste letal itd., kar lahko zmanjša težo letala; Veliko se uporablja tudi v različnih potrošniških elektronskih izdelkih, kot so električne zobne ščetke in prenosni električni ventilatorji. 2) Zaradi lastnosti hitrega zagona in zaviranja ter izjemno hitrega odziva je primeren za področja, kjer je treba doseči hitro samodejno krmiljenje, kot je prilagoditev smeri izstrelka z visokimi zahtevami glede učinkovitosti nadzora, spremljanje visoke stopnje optičnega pogona, zelo občutljiva oprema, industrijski roboti itd. 3) Zaradi značilnosti visoke učinkovitosti pretvorbe energije in dolgega časa delovanja je primeren za vse vrste področij, ki zahtevajo varčevanje z energijo in življenjsko dobo baterije, kot so prenosni instrumenti in oprema za terensko delo.
Humanoidni robot odpira nov modri ocean aplikacij za motorje votlih skodelic. Glede na najnovejši razvoj Optimusa, humanoidnega robota, ki ga je izdal Tesla, ima vsaka roka šest pogonov in 11 stopenj svobode, dva pogona za palec in en pogon za vsakega od ostalih štirih prstov, roka pa lahko nosi do 20 funtov. Modul ročnega zgloba je v glavnem sestavljen iz motorja z votlo skodelico, natančnega planetarnega reduktorja, krogličnega vretena in senzorja. Motor z votlo skodelico omogoča premikanje prsta, natančen planetarni menjalnik omogoča manipulatorju natančnejšo pozicioniranje in bolj prilagodljivo uporabo, kodirnik zagotavlja zelo natančne povratne informacije o položaju in hitrosti roke, senzor pa omogoča robotu, da ima človeško podobno zaznavno funkcijo in reakcijsko sposobnost. Po Muskovih besedah bo število humanoidnih robotov v prihodnosti preseglo število ljudi, dolgoročno pa naj bi doseglo raven 100 milijard enot. Motor z votlo skodelico je glavna tehnična rešitev robotske roke z visoko zanesljivostjo. Humanoidni roboti uporabljajo 6 motorjev z votlo skodelico na roko, glede na končno situacijo naj bi humanoidni roboti dosegli raven ene milijarde enot, če bo množična proizvodnja humanoidnih robotov pristala, bo potegnila rast prihodkov podjetij, povezanih z motorjem z votlo skodelico.
