Robotët humanoidë janë bërë një perlë e shndritshme në fushën e inteligjencës artificiale.
Vitet e fundit, robotët humanoidë janë bërë një perlë e shndritshme në fushën e inteligjencës artificiale me aplikimin e tyre të gjerë në shumë fusha si kujdesi mjekësor dhe shërbimi. Për të nxitur më tej zhvillimin e industrisë, qeveritë vendore kanë prezantuar politika për të rritur mbështetjen për robotët humanoidë dhe komponentët e tyre kyç. Në zinxhirin e industrisë së robotëve humanoidë, motori i kupës së zbrazët luan një rol të rëndësishëm në sistemin e kontrollit të lëvizjes së robotit humanoid, siç është komponenti kryesor i dorës së shkathët të robotit humanoid Tesla është motori i kupës së zbrazët, një montim i vetëm roboti 12 (6 secila dorë e djathtë). Ky punim synon të diskutojë karakteristikat teknike, statusin e tregut dhe perspektivat e ardhshme të motorit të filxhanit të zbrazët përmes hulumtimit.
Çfarë është motori i filxhanit të zbrazët
1. Koncepti dhe klasifikimi i motorit
Një motor elektrik është një pajisje që konverton energjinë elektrike në energji mekanike. Ai përdor një spirale me energji (d.m.th., mbështjelljen e statorit) për të gjeneruar një fushë magnetike rrotulluese dhe përdoret për rotorin (siç është një kornizë alumini e mbyllur me kafaz ketri) për të formuar një rrotullim rrotullues magnetoelektrik, i cili do të konvertojë forcën e krijuar nga rrjedha e rrymës në fushën magnetike në një veprim rrotullues. Parimi është përdorimi i fushës magnetike për të detyruar rrymën që të bëjë motorin të rrotullohet.
Parimi themelor i rrotullimit të motorit: rreth magnetit të përhershëm me një bosht rrotullues, 1 rrotullohet magneti (në mënyrë që të gjenerohet fusha magnetike rrotulluese), 2 sipas parimit të polit N dhe tërheqjes heteropole të polit S, i njëjti sprapsje pol, 3 magneti me një bosht rrotullues do të rrotullohet.
Në një motor, është në të vërtetë rryma që rrjedh nëpër tela që krijon një fushë magnetike rrotulluese (forcë magnetike) rreth tij që bën që magneti të rrotullohet. Kur teli mbështillet në një spirale, forca magnetike sintetizohet për të formuar një fluks të madh të fushës magnetike (fluks magnetik), duke rezultuar në polet N dhe S. Duke futur një bërthamë hekuri në një spirale teli, linjat e fushës magnetike bëhen më të lehta për t'u kaluar dhe mund të prodhojnë një forcë magnetike më të fortë.
Struktura e motorit përbëhet kryesisht nga dy pjesë: statori dhe rotori.
Stator: pjesa e palëvizshme e motorit, struktura kryesore e të cilit përfshin polin magnetik, dredha-dredha dhe kllapa. Poli magnetik është pjesa e motorit që gjeneron fushën magnetike, e cila zakonisht përbëhet nga një bërthamë hekuri dhe mbështjellje. Dredha-dredha është spiralja në stator, zakonisht e përbërë nga përçues dhe izolim, roli i së cilës është të gjenerojë një fushë magnetike kur një rrymë elektrike kalon nëpër të. Kllapa është struktura mbështetëse e statorit, zakonisht e bërë nga aliazh alumini dhe materiale të tjera, me rezistencë dhe forcë të mirë korrozioni.
Rotori: Pjesa rrotulluese e një motori, struktura kryesore e të cilit përfshin armaturën, kushinetat dhe kapakët fundorë. Armatura është spiralja në rotor, zakonisht e përbërë nga përçues dhe izolim, roli i së cilës është të gjenerojë një fushë magnetike kur një rrymë elektrike kalon nëpër të. Kushinetat janë struktura mbështetëse e rotorit, zakonisht prej çeliku ose qeramike, me rezistencë të mirë ndaj konsumit dhe korrozionit. Mbulesa fundore është struktura fundore e motorit, zakonisht e bërë nga aliazh alumini dhe materiale të tjera, me vulosje dhe forcë të mirë.
2, përkufizimi dhe klasifikimi i motorit të filxhanit të uritur
Në vitin 1958, Dr.FF aulhaber zhvilloi teknologjinë e mbështjelljes së pjerrët dhe mori patentën përkatëse për motorin e filxhanit të zbrazët në vitin 1965, duke shënuar ardhjen e motorit të filxhanit të zbrazët dhe dizajni i tij strukturor krijues lejon që motori të jetë edhe përmasa më të vogla dhe efikasitet më të madh. Motori i kupës së zbrazët i përket servo motorit me magnet të përhershëm DC, struktura e motorit është paraqitur në figurën e mëposhtme, kryesisht i përbërë nga statori dhe rotori. Statori përbëhet nga fletë çeliku silikoni dhe mbështjellje spirale, dhe fleta e çelikut silikoni pa strukturë të brazdës së dhëmbit mund të shmangë efektin e brazdës së dhëmbit dhe të zvogëlojë humbjen e hekurit dhe humbjen e rrymës vorbull. Rotori përbëhet nga një magnet i përhershëm, një bosht rrotullues dhe pjesët e tij fikse, dhe motori përdor një magnet të përhershëm unazor, i cili është i lehtë për t'u përpunuar dhe instaluar.
Krahasuar me motorët e zakonshëm, tipari më i madh i rotorit është se ai depërton në strukturën e rotorit të motorit tradicional në strukturë dhe përdor një rotor pa bërthama, i njohur gjithashtu si një rotor i kupës së zbrazët. Rotori është një strukturë e zbrazët në formë kupe e rrethuar nga mbështjellje dhe magnet. Në motorët e zakonshëm, roli i bërthamës së hekurit është kryesisht: 1) përqendrimi dhe drejtimi i fushës magnetike: bërthama e hekurit është bërë nga një material me përshkueshmëri të lartë magnetike (si p.sh. fletë çeliku silikoni), i cili mund të përqendrojë dhe drejtojë fluksin magnetik, duke përmirësuar kështu forcën e fushës magnetike dhe efikasitetin e motorit; 2) Mbështjellja mbështetëse: Bërthama e hekurit siguron një strukturë të fortë mbështetëse për mbështjelljen, duke siguruar që mbështjellja të mbajë një formë dhe pozicion të qëndrueshëm gjatë funksionimit të motorit. Në motorin e kupës së zbrazët, cilindri i zbrazët me mure të hollë përdoret si rotor, dhe cilindri i uritur mbështillet drejtpërdrejt brenda dredha-dredha pa mbështetje shtesë të bërthamës. Avantazhet e dizajnit pa bërthamë: 1) Eliminimi i humbjeve të rrymës vorbull dhe histerezës: Bërthama e hekurit në një motor të përbashkët do të prodhojë humbje të rrymës vorbull dhe histerezë në një fushë magnetike alternative, e cila do të zvogëlojë efikasitetin e motorit. Motori i kupës së zbrazët përdor një rotor pa bërthamë, i cili eliminon plotësisht këto humbje, duke përmirësuar kështu efikasitetin e konvertimit të energjisë të motorit. 2) Zvogëloni peshën dhe momentin e inercisë: dizajni pa bërthamë redukton ndjeshëm peshën e rotorit, duke e bërë të gjithë motorin më të lehtë. Në të njëjtën kohë, reduktimi i momentit të inercisë lejon që motori të ketë një shpejtësi më të shpejtë reagimi dhe përshpejtim më të lartë, gjë që është shumë e dobishme për skenarët e aplikimit që kërkojnë fillim dhe ndalim të shpejtë.
Në të njëjtën kohë, dizajni i saktë i strukturës së cilindrit të zbrazët dhe faqosja e mbështjelljes mund të optimizojë shpërndarjen e fushës magnetike brenda motorit të kupës së zbrazët, të zvogëlojë rrjedhjen magnetike dhe humbjen e energjisë dhe të përmirësojë më tej efikasitetin dhe performancën e motorit.
Motori i kupës së zbrazët mund të ndahet në dy lloje sipas mënyrës së tij të komutimit: njëri është motori i furçës së filxhanit të zbrazët, i cili miraton mënyrën e komutimit të furçës mekanike të karbonit; Tjetri është motori pa furçë me filxhan të zbrazët, i cili zëvendëson komutimin e furçës me komutim elektronik, duke shmangur shkëndijën elektrike dhe grimcat e tonerit të krijuara gjatë funksionimit të motorit të furçës, duke zvogëluar zhurmën dhe duke rritur jetëgjatësinë e motorit. Nga krahasimi i produkteve të ndryshme të pajisjeve elektrike Mingzhi në figurën e mëposhtme, mund të shihet se nuk ka nevojë për furçë në motorin e kupës së zbrazët pa furça, por sensori Hall zbulon sinjalin e fushës magnetike të rotorit, e kthen kthimin mekanik në një kthesë të sinjalit elektronik dhe thjeshton më tej strukturën fizike të motorit të kupës së zbrazët.
3, avantazhet motorike filxhan i uritur
Motori i kupës së zbrazët depërton në strukturën e rotorit të motorit tradicional në strukturë, zvogëlon humbjen e fuqisë të shkaktuar nga formimi i rrymës vorbull në bërthamën e hekurit dhe masa dhe momenti i tij i inercisë zvogëlohen shumë, duke reduktuar kështu humbjen mekanike të energjisë të vetë rotorit. Si përmbledhje, motori i filxhanit të zbrazët ka avantazhet e densitetit të lartë të fuqisë, jetëgjatësisë së shërbimit, përgjigjes së shpejtë, çift rrotullues të lartë të pikut, shpërndarjes së mirë të nxehtësisë etj.
Dendësia e lartë e fuqisë: Dendësia e fuqisë së motorit të kupës së zbrazët është raporti i fuqisë së daljes me peshën ose vëllimin. Për sa i përket peshës, rotori jo-bërthamë është më i lehtë se rotori i zakonshëm me bërthamë; Për sa i përket efikasitetit, rotori pa bërthamë eliminon humbjen e rrymës vorbull dhe histerezën e krijuar nga rotori pa bërthamë, përmirëson efikasitetin e mikromotorit dhe siguron çift rrotullues të lartë dhe fuqi dalëse. Efikasiteti maksimal i shumicës së motorëve të kupave të zbrazët është më shumë se 80%, ndërsa efikasiteti maksimal i shumicës së motorëve DC me furça është përgjithësisht rreth 50%. Pesha më e ulët dhe efikasiteti më i lartë i lejojnë motorët e kupave të zbrazëta të arrijnë densitet më të lartë të fuqisë. Prandaj, motori i kupës së zbrazët është veçanërisht i përshtatshëm për aplikacione me bateri që kërkojnë periudha të gjata funksionimi, si pompat portative të marrjes së mostrave të ajrit, robotët humanoidë, duart bionike, mjetet elektrike me dorë dhe aplikacione të tjera.
Dendësia e lartë e çift rrotullues: dizajni pa bërthamë zvogëlon peshën e rotorit dhe momentin e inercisë, dhe momenti i ulët i inercisë do të thotë që motori mund të përshpejtohet dhe ngadalësohet më shpejt, duke qenë në gjendje të gjenerojë më shumë çift rrotullues në një kohë të shkurtër; Në të njëjtën kohë, mungesa e një bërthame hekuri e bën motorin e kupës së zbrazët më kompakt, më të vogël dhe të aftë të sigurojë fuqi më të lartë çift rrotullues në një hapësirë të kufizuar.
Jetë e gjatë shërbimi: Numri i pjesëve mbrapsht të motorit të kupës së zbrazët e bën luhatjen e rrymës dhe induktivitetin e motorit më të vogël gjatë kthimit mbrapa, duke reduktuar në masë të madhe korrozionin elektrik të sistemit të kthimit gjatë procesit të kthimit, në mënyrë që të ketë një jetë më të gjatë. Sipas të dhënave në 'Kërkimet e Aplikimit të Menaxhimit të Personalizuar të motorëve të kupave të zgavra', jeta e motorëve DC të krehur është përgjithësisht vetëm disa qindra orë dhe jetëgjatësia e motorëve të kupave të zbrazët është zakonisht midis 1000 dhe 3000 orë, gjë që mund të sigurojë funksionim më të besueshëm.
Shpejtësia e shpejtë e reagimit: motori tradicional ka një moment inercie relativisht të madhe për shkak të ekzistencës së bërthamës së hekurit, ndërsa motori i kupës së zbrazët është kompakt, dhe rotori është një spirale vetë-mbështetëse në formë filxhani, kështu që pesha është më e lehtë, dhe momenti i tij më i vogël i inercisë gjithashtu bën që motori i filxhanit të zbrazët të ketë karakteristika të ndjeshme rregullimi start-stop. Sipas 'Progresi i kërkimit të mikro motorit dhe bobinës së kupës së zbrazët', konstanta mekanike e kohës së motorit të bërthamës së përgjithshme është rreth 100 ms, ndërsa konstanta e kohës mekanike e motorit të kupës së zbrazët është më pak se 28 ms, dhe disa produkte janë edhe më pak se 10 ms.
Çift rrotullues i lartë i pikut: Raporti i çift rrotullues maksimal dhe çift rrotullues i vazhdueshëm i motorit të kupës së zbrazët është shumë i madh, sepse procesi i rritjes së rrymës në konstantën e çift rrotullues maksimal është i pandryshuar dhe marrëdhënia lineare midis rrymës dhe çift rrotullues mund të bëjë që mikromotori të prodhojë një çift rrotullues të madh të pikut. Pasi motori i zakonshëm i bërthamës DC të arrijë ngopjen, pavarësisht se rryma rritet, çift rrotullimi i motorit DC nuk do të rritet.
Shpërndarja e mirë e nxehtësisë: sipërfaqja e rotorit të kupës së zbrazët ka fluks ajri, më mirë se performanca e shpërndarjes së nxehtësisë së rotorit bërthamë, teli i emaluar i rotorit bërthamë është i ngulitur në brazdë të fletës së çelikut të silikonit, rrjedha e ajrit në sipërfaqen e spirales është më e vogël, rritja e temperaturës është më e madhe, në të njëjtat kushte të prodhimit të fuqisë, rritja më e vogël e temperaturës DC e motorit është e ulët DC.
4, rruga teknike e motorit të filxhanit të uritur
Hapi kryesor në prodhimin e motorit të filxhanit të zbrazët është prodhimi i spirales, kështu që dizajni i spirales dhe procesi i dredha-dredha bëhen barrierat kryesore të tij. Diametri, numri i kthesave dhe lineariteti i telit ndikojnë drejtpërdrejt në parametrat thelbësorë të motorit. Pengesa thelbësore e mbështjelljes së spirales reflektohet drejtpërdrejt në dizajnin e mbështjelljes, sepse lloje të ndryshme të mbështjelljes kanë dallime në shkallën e automatizimit dhe konsumin e bakrit. Nga ana tjetër, ajo reflektohet edhe në pajisjet e dredha-dredha dhe metodën e dredha-dredha, dhe shkalla e mbushjes së brazdës së filxhanit të uritur nga makineri të ndryshme dredha-dredha është e ndryshme, gjë që çon në rrallime të ndryshme, duke ndikuar drejtpërdrejt në humbjen e motorit, shpërndarjen e nxehtësisë, fuqinë etj.
Dizajni i mbështjelljes Këndi: Dizajni i mbështjelljes së motorit të kupës së zbrazët mund të ndahet në llojin e dredha-dredha të drejtë, llojin e dredha-dredha të zhdrejtë dhe llojin e shalës.
Dredha-dredha e drejtë: Teli i spirales është paralel me boshtin e motorit, duke formuar një strukturë dredha-dredha të përqendruar. Ideja e projektimit të spirales me mbështjellje të drejtë është që së pari të mbështillet tela e zakonshme rrethore e emaluar në mbështjellësin e mbështjelljes sipas kërkesës së numrit të rrotullimeve, dhe më pas të lidhet mbështjellja në boshtin e bërthamës së telit dhe më pas të përdoret lidhësi në të dy skajet për t'u kuruar dhe formuar. Duke folur relativisht, fundi i mbështjelljes së drejtë nuk prodhon çift rrotullues dhe rrit peshën e armaturës dhe rezistencën e armaturës.
Mbështjellja e zhdrejtë: e njohur edhe si mbështjellja e huallit, përdoret metoda e mbështjelljes me huall mjalti, duke lënë çezmat në mes, në mënyrë që të mund të mbështillet vazhdimisht, është e nevojshme të bëhet ana efektive e elementit dhe boshti i armaturës në një kënd të caktuar animi. Madhësia fundore e kësaj metode mbështjelljeje është e vogël, por për shkak se mbështjellja e vazhdueshme e dredha-dredha kërkon një kënd të caktuar të vijës, teli i emaluar mbivendoset dhe shkalla e mbushjes së folesë është e ulët. Krahasuar me llojin e plagës së drejtë, armatura e dredha-dredha e prirur nuk ka mbështjellje fundore, duke zvogëluar peshën e armaturës dhe ka avantazhet e momentit të vogël të inercisë, konstantes së vogël kohore, karakteristikave të mira të tërheqjes dhe çift rrotullues të madh dalës. Faulhaber në Gjermani dhe Portescap në Zvicër përdorin kryesisht dredha-dredha të pjerrëta.
Lloji i shalës: i njohur edhe si mbështjellje koncentrike ose romboide, përdoret metoda e mbështjelljes së një mbështjelljeje në formë dhe më pas instalime elektrike, domethënë, teli i emaluar vetëngjitshëm mbështillet në një mbështjellje të veçantë formuese dhe kupa e armaturës është bërë me rregullime të shumta formësuese. Gjatë mbështjelljes, dy shtresat e mbështjelljeve janë të rregulluara mirë dhe me formë, gjë që është e përshtatshme për të kontrolluar madhësinë e kupës së armaturës pas riformimit dhe për të përmirësuar shkallën e mbushjes së folesë. Në të njëjtën kohë, kjo metodë ka efikasitet të lartë të prodhimit dhe është e përshtatshme për prodhim masiv. Fundi i armaturës së mbështjelljes së shalës ka më pak shtresa të mbivendosura, hendek të vogël ajri dhe shkallë të lartë të përdorimit të magnetit të përhershëm, gjë që përmirëson densitetin e fuqisë së motorit. Disa produkte të Maxon në Zvicër përdorin dredha-dredha të tipit shalë.
Pikëpamja e procesit të dredha-dredha: Nga pikëpamja e teknologjisë së prodhimit, sipas metodës së formimit, mbështjellja ndahet kryesisht në tre kategori: dredha-dredha manuale, dredha-dredha dhe prodhimi i formimit një herë.
1) Dredha-dredha manuale. Nëpërmjet një sërë procesesh komplekse, duke përfshirë futjen e kunjave, dredha-dredha manuale, instalime elektrike manuale dhe hapa të tjerë për të prodhuar. Është i përshtatshëm për produkte që kërkojnë një shkallë të lartë personalizimi, por efikasiteti i prodhimit dhe stabiliteti i produktit janë të kufizuara.
2) Teknologjia e prodhimit të dredha-dredha. Teknologjia e prodhimit të dredha-dredha është prodhim gjysmë automatik, teli i emaluar fillimisht mbështillet në mënyrë sekuenciale në boshtin kryesor me një seksion kryq në formë diamanti dhe ai hiqet pasi të arrijë gjatësinë e kërkuar, dhe më pas rrafshohet në një pllakë teli dhe në fund pllaka e telit mbështillet në një spirale në formë filxhani. Sipas procesit të mbështjelljes së 'procesit të prodhimit të armaturës së kupës së zbrazët dhe pajisjes', makina e ardhshme e mbështjelljes mund të konfigurohet me 4 punëtorë për të arritur një prodhim vjetor prej 30,000 njësive, por kufizimi i mbështjelljes është se është më i përshtatshëm për diametrin e kupës së zbrazët 20-30 mm, është e vështirë të mbështjellni mbështjellje më të vogla me një diametër më të vogël se 7 mm, me diametër më të vogël se 7 mm. 10-12 mm. Në përgjithësi, efikasiteti i prodhimit të procesit të dredha-dredha është relativisht i lartë dhe mund të plotësojë kërkesat e prodhimit në shkallë të mesme. Megjithatë, shkalla e tij e lartë e pjesëmarrjes manuale çon në konsistencën e produktit të përfunduar mund të mos jetë aq i mirë sa prodhimi i automatizuar dhe është e vështirë të plotësohet madhësia më e vogël e mbështjelljes së mbështjelljes së kupës së zbrazët.
3) Një teknologji e prodhimit të derdhur. Makina dredha-dredha përmes pajisjeve të automatizimit do të jetë një tel i emaluar sipas rregullit të një boshti, mbështjellja e mbështjelljes në një filxhan pas heqjes, një formim, nuk ka nevojë të rrotullohen dhe rrafshohen procese të shumta, shkallë e lartë e automatizimit, kështu që efikasiteti i prodhimit dhe konsistenca e produktit të përfunduar janë më të mira; Por investimi përkatës i pajisjeve paraprake do të jetë më i lartë.
Procesi i dredha-dredha jashtë shtetit u zhvillua herët, shkalla e automatizimit është më e lartë se e brendshme. Vendi kryesisht miraton prodhimin e dredha-dredha, procesi është më i ndërlikuar, intensiteti i punës së punëtorëve është i madh, nuk mund të përfundojë spiralen me diametër teli më të trashë dhe shkalla e skrapit është e lartë. Vendet e huaja përdorin kryesisht teknologjinë e prodhimit të plagëve një herë, shkallën e lartë të automatizimit, efikasitetin e lartë të prodhimit, gamën e diametrit të spirales, cilësinë e mirë të spirales, rregullimin e ngushtë, llojet e motorëve, performancën e mirë.
Lidhjet e zinxhirit industrial dhe aplikacionet në rrjedhën e poshtme
Në rrjedhën e sipërme të motorit të filxhanit të zbrazët janë lëndët e para dhe pjesët, lëndët e para përfshijnë bakrin, çelikun, çelikun magnetik, plastikën, etj., pjesët përfshijnë kushinetat, furçat, komutatorët, etj. Rritjet e mesme të zinxhirit industrial janë prodhuesit e motorëve. Në rrjedhën e poshtme të zinxhirit industrial është fundi i aplikimit, dhe motori i kupës së zbrazët ka karakteristikat e ndjeshmërisë së lartë, funksionimit të qëndrueshëm dhe kontrollit të fortë, i cili plotëson kërkesat strikte të fushës së nivelit të lartë të makinës elektrike, kështu që përdoret kryesisht në hapësirën ajrore, pajisjet mjekësore, automatizimin industrial dhe robotikën dhe fusha të tjera të nivelit të lartë. Në të njëjtën kohë, motori i filxhanit të zbrazët aplikohet gradualisht edhe në fushën civile, si automatizimi i zyrës, veglat elektrike etj.
Një motor premtues i kupës së zbrazët
Motori i kupës së zbrazët me dizajnin e tij unik pa bërthamë hekuri, që tregon shpejtësi të lartë, efikasitet të lartë, përgjigje të lartë dinamike dhe avantazhe të tjera domethënëse, i përdorur gjerësisht në hapësirën ajrore, pajisjet mjekësore dhe fusha të tjera, në fleksibilitetin e dorës së robotit humanoid gjithashtu ka një ndikim të rëndësishëm. Megjithëse ndërmarrjet e huaja si Maxon dhe Faulhaber kanë avantazhin e lëvizjes së parë aktualisht, me përmirësimin e vazhdueshëm të nivelit teknik të prodhuesve vendas dhe zhvillimin e shpejtë të tregut të robotëve humanoid, motorët vendas të kupave të zbrazët do të sjellin mundësi të reja zhvillimi.
