Мотор са шупљом чашом (микро мотор без језгра) је посебан ДЦ мотор. Традиционална ДЦ мотор се широко користи у индустријској производњи, кућним апаратима, транспорту и другим пољима, састављен од два језгра статора и ротора, стационарни део ДЦ мотора се назива статор, главна улога статора је да генерише магнетно поље, састављено од оквира, главног магнетног пола, обртног пола, завршног поклопца, лежаја и четке. Обично коришћени материјали за магнет статора укључују Ндфеб, Самаријум кобалт, алуминијум никл кобалт и ферит. Део који се окреће током рада назива се ротор, а његова главна улога је да производи електромагнетни обртни момент и индуковану електромоторну силу, која је чвориште ДЦ мотора за конверзију енергије, па се обично назива арматуром, која се састоји од ротирајућег вратила, језгра арматуре, намотаја арматуре, комутатора и вентилатора.
Мотор са шупљом чашом пробија структурни облик традиционалног ДЦ мотора у структури, користећи ротор без језгра, а његов арматурни намотај је шупљи калем, сличан по облику чаши за воду, па се назива 'мотор са шупљом чашом'. Мотор са шупљом чашом припада ДЦ, перманентном магнету, серво микро мотору. Ова нова структура ротора чини да мотор са шупљом чашом има следеће одличне карактеристике: ① Карактеристике за уштеду енергије: дизајн без језгра у потпуности елиминише губитак снаге узрокован стварањем вртложних струја у гвозденом језгру, а ефикасност конверзије енергије је веома висока, максимална ефикасност је генерално више од 70%, а неки производи могу достићи више од 90% (углавном мотори са гвозденим језгром 70%); (2) Контролне карактеристике: брзо покретање и кочење, брз одзив, механичка временска константа мања од 28 милисекунди, неки производи могу достићи мање од 10 милисекунди (мотори језгра су углавном више од 100 милисекунди); Брзина се може лако осетљиво подесити у стању рада велике брзине у препорученом радном подручју; (3) Карактеристике отпора: стабилност рада је веома поуздана, флуктуација брзине је веома мала, као микро мотор, њена флуктуација брзине се може лако контролисати у року од 2%; ④ Лагане карактеристике: у поређењу са истим мотором са језгром снаге, његова тежина и запремина су смањени за 1/3-1/2, а густина енергије је знатно побољшана. Основни индикатор мотора са шупљом чашом је густина снаге, односно однос излазне снаге према тежини или запремини. Ротор без гвозденог језгра елиминише вртложне струје и губитак хистерезе на молекуларном крају и побољшава ефикасност конверзије енергије. Смањена тежина и запремина на крају имениоца.
Четкица је важна компонента брушени мотор , одговоран за провођење струје између ротирајућих делова и непокретних делова. Пошто је више направљен од графита, назива се и карбонска четка. У обичном ДЦ мотору, да би се ротор одржао у ротацији, смер струје ротора треба да се промени у реалном времену, тако да се морају користити комутатор и угљенична четкица. Мотор без четкица поништава режим механичке комутације четкице, тако да је потребно детектовати положај ротора да би се завршила електронска комутација. Постоје два уобичајена начина за добијање информација о положају ротора: (1) режим контроле без сензора, када мотор ради, положај ротора је одређен мерљивом променљивом коју враћа мотор; Контролни режим сензора положаја, положај ротора мотора директно детектује сензор положаја унутар мотора. Обично коришћени сензори положаја су Холови сензори, фотоелектрични енкодери, ротациони трансформатори и тако даље. Прецизност детекције Холовог сензора није висока, али је цена ниска; Фотоелектрични енкодер и детекција положаја ротационог трансформатора су тачни и грешка је мала, и генерално се користе за системе контроле високих перформанси, као што су контрола оријентације магнетног поља и директна контрола обртног момента.
Мотор са шупљом чашом према својој структури може се поделити на две врсте са четкицом и без четкица. ① Мотор са брушеном шупљом чашом (такође познат као ДЦ мотор без језгра са брушеним језгром, ротор без гвозденог језгра): Употреба механичког комутатора четкице, углавном од стране шкољке, унутрашњег статора од меког магнетног материјала, статора са сталним магнетом, састава арматуре ротора шупље чаше. Када је мотор четкице са шупљом чашом под напоном, намотај пролази кроз струју, стварајући обртни момент, ротор почиње да се ротира, ако се ротор окреће до одређеног угла, четкица користи механички комутатор да промени смер струје, тако да је смер излазног обртног момента непромењен, ротор наставља да се ротира. Пошто мотор са шупљом чашом користи комутацију четкице, постоји одређено релативно трење током рада мотора, што ће произвести буку, електричну искру и смањити радни век мотора. Генерално домаћи „мотор са шупљом чашом“ се углавном односи на мотор са четком; ② мотор са шупљом чашом без четкица (такође познат као ДЦ мотор без четкица без прореза, статор без гвозденог језгра): Употреба електронске комутације, углавном помоћу шкољке, меких магнетних материјала, изолационих материјала и шупље чаше арматуре која се састоји од статора и ротора од трајног магнетног челика. Мотор без четкица са шупљом чашом повезује различите намотаје у коло контролисањем укључивања-искључивања електронских компоненти како би се постигао ефекат кретања уназад. Овај режим комутације чини да мотор без четкица са шупљом чашом има карактеристике високе ефикасности, мале флуктуације обртног момента, дугог века трајања, компактне структуре, лаког одржавања и тако даље.
1.2. Језгра баријера: процес намотавања
Процесни ток мотора са шупљом чашом је сложен, а тешкоћа обраде је далеко већа од оне код обичног ДЦ мотора са прорезима. Узимајући ДЦ мотор без утора компаније Дингзхи Тецхнологи (то јест, његове производе са шупљим чашама) као пример, од предњег намотаја намотаја, средњег лежаја, трна, потпорног прстена и других делова језгра, до инсталације задњег поклопца и линије за заваривање штампаних плоча, итд., укључујући скоро 30 процеса, сложеност је далеко већа од обичног ДЦ мотора. Производња намотаја треба да прође кроз процес емајлиране жице - намотавање - обликовање загревања - скидање жице, спајање заједничке жице - уградња намотаја и тако даље.
Међу њима, производња намотаја је један од основних процеса мотора са шупљом чашом. Самоносећи намотаји без језгра су направљени од такозване емајлиране жице, која је изолована бакарна жица са спољним слојем боје. У процесу производње, боја суседних жица се спаја заједно применом притиска и температуре. Правилно везивање (трака или фиберглас) може додатно побољшати снагу и стабилност облика намотаја, што је посебно важно при великим струјним оптерећењима.
Технологија производње завојнице мотора шупље чаше углавном је подељена у три категорије према начину формирања завојнице: 1) ручно намотавање. Кроз низ сложених процеса, укључујући уметање пинова, ручно намотавање, ручно ожичење и друге кораке за производњу. 2) Технологија производње намотаја. Технологија производње намотаја је полуаутоматска производња, емајлирана жица се прво секвенцијално намота на главно вратило са попречним пресеком у облику дијаманта, а након достизања потребне дужине уклања се, а затим се спљошти у жичану плочу, а на крају се жичана плоча намота у калем у облику чаше. Узимајући за пример шупљу чашу за намотавање, процес производње се може грубо поделити на следеће кораке: (1) Намотавање намотаја шестоугаоне жице: врши се на машини за намотавање групе са косим намотајем; ② Празан калем жице се залепи са два комада обликоване траке осетљиве на притисак, извађена да би се изравнала; ③ Спљоштење: плоча облика се убацује у празну калем жице, а калем се спљошти, а затим шаље у машину за равнање да се изравна и постане празна жица. Обликујте бамбусовим стругачем. Одрежите вишак траке, остављајући само једну куку, куку треба оставити на благо подигнутој страни равног прамена, тако да калем може да формира ред; ④ Намотај: равна жица се убацује у намотај машине за намотавање шупље чаше, тако да је жица спојена на крај, а трака се залепи на површину празне главе жице како би постала шупља завојница; ⑤ Облагање епоксидним обликовањем: Након премазивања епоксидног лепка, ставите га у рерну да се очврсне и обликује. 3) Једна технологија производње калупа. Машина за намотавање намотава емајлирану жицу на вретено у складу са законом кроз опрему за аутоматизацију, и скида завојницу након намотавања у чашу, формирајући се истовремено, и не захтева више процеса као што су ваљање и равнање, са високим степеном аутоматизације.
Процес намотавања у иностранству развијен је рано, степен аутоматизације је већи од домаћег. Домаћа углавном усваја производњу намотаја, процес је компликованији, радни интензитет радника је велики, не може да заврши калем са дебљим пречником жице, а стопа отпада је висока. Стране земље углавном користе технологију производње једнократне ране, висок степен аутоматизације, високу ефикасност производње, опсег пречника завојнице, добар квалитет завојнице, чврст распоред, типове мотора, добре перформансе. Мотор са шупљом чашом може се поделити на равну рану, облик седла и нагнуту рану према методи намотавања. Године 1958. др. ФФ аулхабер (вон Хабер) из Немачке развио је технологију намотаја намотаја са косим намотајем и добио патентирану технологију косог намотаја роторског намотаја мотора са шупљом чашом 1965. Немачка, Швајцарска, Јапан и други развој мотора са шупљим чашама је раније, у процесу намотавања, акумулиран. Међу три водећа мотора са шупљим чашама у свету, швајцарски Макон углавном користи равну рану и облик седла, а немачки Фаулхабер и швајцарски Портесцап углавном користе коси облик ране. Процес равно намотаног намотаја је компликованији и углавном се користи за дугачке структуре намотаја, често направљене од више намотаја. Облик седла може смањити дебљину намотаја, ефикасно смањити магнетни ваздушни јаз на мотору велике густине снаге, повећати дужину магнетног поља резања и боље искористити магнетизам статора; Раније развијено косо намотавање, релативно једноставно намотавање, чврсто ожичење, погодно за производњу великих серија.
Намотај је основна техничка препрека мотора са шупљом чашом. ① Веза за дизајн: прекоморске три главне технологије настале су 1960-их, домаћи мотор са шупљом чашом је почео касно, мање истраживања, недостатак комбинације степена поделе материјала, тип чашице ротора за оптимизацију мотора, недостатак систематског дизајна унапред, недостатак прилагођених захтева конфигурације системске шеме погона и могућности дизајна производа; ② Веза за обраду: У поређењу са традиционалним мотором без четкица, мотором са четкицом, серво мотором, структура мотора са шупљом чашом припада структури жљебова без зуба, нема фиксног жлеба, сва емајлирана жица је суспендована, нема унутрашње подршке, веома је тешко у процесу, а рани принос је низак. У погледу тачности намотаја, захтеви за прецизношћу мотора са шупљим чашама су већи од оних код традиционалних мотора. Сам мотор са шупљом чашом је мале величине, а толеранција грешке је нижа од обичних мотора са трајним магнетом и корачних мотора, а тачност обраде директно утиче на стабилност магнетног поља. Разлика у дебљини жице и завојима намотаја чини вредност отпора намотаја, почетну струју, константу брзине и други параметри мотора велике разлике. Због тога домаћи произвођачи треба да унапреде прецизност, принос и аутоматизацију у производним и прерађивачким везама. У поређењу са иностранством, Кина је такође релативно слаба у погледу опреме за намотавање. Опрема за намотавање се може поделити на аутоматску и ручну неаутоматску опрему. У поређењу са иностранством, степен аутоматизације опреме за намотавање у Кини је релативно низак. Водећи светски произвођачи опреме за намотавање су Метеор из Швајцарске, Танака Сеики Цо., Лтд. из Јапана и Хитоте Мецханицал Енгинееринг Цо., ЛТД. Домаћа предузећа су још увек у релативно празном стању у погледу опреме и купују више јапанске опреме за намотавање, чија се цена креће од стотина хиљада до милиона. Релативно репрезентативне компаније у Кини укључују Зхонгспециал Тецхнологи, Донггуан Таили Елецтрониц Мацхинери Цо., ЛТД., Кинлиан Тецхнологи, Кунсхан Цоок и тако даље.
1.3 Низводне примене: Карактеристике мотора са шупљом чашом одређују сценарио даље примене
Мотор са шупљом чашом припада микромотору, а узводне сировине су сличне сировинама микромотора, укључујући бакар, челик, магнетни челик, лежајеве, пластику итд. Мотор са шупљом чашом је првобитно коришћен у ваздухопловству, ваздухопловству, војној и другим најсавременијим индустријама, последњих година његова примена се постепено проширила на цивилне електричне уређаје, електронску индустрију и друге индустријске алате.
Различите перформансе мотора са шупљом чашом одговарају његовој примени у различитим областима: 1) карактеристике мале величине, мале тежине и великог односа снаге и запремине чине га погодним за подручја са високим захтевима за тежином, као што су различити типови авиона, итд., Што може да минимизира тежину авиона; Такође се широко користи у разним потрошачким електронским производима, као што су електричне четкице за зубе и преносиви електрични вентилатори. 2) Карактеристике брзог покретања и кочења и изузетно брзог одговора чине га погодним за области које треба да постигну брзу аутоматску контролу, као што је прилагођавање правца ракете са високим захтевима за перформансе контроле, праћење оптичког погона велике брзине, високо осетљива опрема, индустријски роботи, итд. 3) Карактеристике високе ефикасности конверзије енергије и дугог времена рада чине га погодним за све врсте поља која захтевају радни век батерије и опрему за рад на пољу као што су опрема за уштеду енергије.
Хуманоидни робот отвара нови плави океан апликација мотора са шупљим чашама. Према најновијем развоју Оптимуса, хуманоидног робота који је објавио Тесла, свака рука укључује шест погона и 11 степени слободе, два погона за палац и један погон за сваки од остала четири прста, а рука може носити до 20 фунти. Модул за ручни зглоб се углавном састоји од мотора шупље чаше, прецизног планетарног редуктора, кугличног вијка и сензора. Мотор са шупљом чашом омогућава прсту да има могућност да се креће, прецизни планетарни мењач омогућава манипулатору да се прецизније позиционира и користи флексибилније, енкодер пружа прецизну повратну информацију о положају и брзини руке, а сензор омогућава роботу да има перцептивну функцију и способност реакције налик човеку. Према Муску, број хуманоидних робота у будућности ће премашити број људи, а очекује се да ће дугорочно достићи ниво од 100 милијарди јединица. Мотор са шупљом чашом је главно техничко решење роботске руке са великом сигурношћу. Хуманоидни роботи користе 6 мотора са шупљим чашама по руци, с обзиром на крајњу ситуацију, очекује се да ће хуманоидни роботи достићи ниво од милијарду јединица, ако ће масовна производња хуманоидних робота слетети, повући раст прихода предузећа повезаних са мотором са шупљом чашом.
