01 Vad är en ramlös vridmomentmotor?
En ramlös vridmomentmotor är en mycket effektiv och energibesparande typ av elmotor. Dess mest utmärkande särdrag är borttagningen av komponenter som finns i traditionella motorer, såsom axeln, lagren, huset och ändlocken, och behåller endast de två kärnkomponenterna: rotorn och statorn.
Denna strukturella design gör att motorn kan integreras sömlöst i maskinstrukturen , genom att använda maskinens egna lager för att stödja rotorn, vilket avsevärt förbättrar systemintegration och kompakthet.
Ramlösa vridmomentmotorer mäts genom deras utgående vridmoment, till skillnad från den uteffekt som vanligtvis används för servomotorer. Detta gör det möjligt för dem att leverera högt vridmoment vid låga hastigheter, perfekt anpassade till rörelsekraven hos robotleder.
02 Avslöja arbetsprincipen
Arbetsprincipen för en ramlös vridmomentmotor är baserad på lagen om elektromagnetisk induktion. När motorns drivenhet tillför ström, exciterar trefaselektricitet ett roterande elektromagnetiskt fält i statorlindningarna. Detta elektromagnetiska fält samverkar med de permanenta magneterna i rotorn och genererar vridmoment som får rotorn att rotera.
Hela processen styrs av föraren, som formar det elektromagnetiska fältet via U/V/W trefaseffekten. Rotorn med permanentmagneter roterar under påverkan av detta fält. Ramlösa vridmomentmotorer kan använda Hall-element för återkopplingssignaler eller använda signaler från en extra givare.
Föraren jämför återkopplingsvärdet med målvärdet för att justera rotorns rotationsvinkel och uppnå exakt servokontroll.
03 Skillnader från traditionella motorer
Jämfört med traditionella inramade motorer erbjuder ramlösa vridmomentmotorer flera fördelar: De förbättrar maskinens prestanda, möjliggör direkt koppling (ingen glapp) och högre systembandbredd; strukturen är mer kompakt, vilket resulterar i ett mindre maskinfotavtryck och högre vridmoment per volymenhet.
De har också hög styvhet och kan fungera som en direktdriven kraftkälla, driva lasten direkt utan behov av remmar och remskivor, blyskruvar eller växellådor; driften är tyst, eftersom direkt integrering i maskinens struktur förändrar överföringsmetoden, vilket leder till betydande brusreducering.
Dessutom minskar de underhållsbehovet på grund av färre mekaniska delar och inga komponenter som är benägna att slitas eller kräver regelbundet underhåll.
04 Kärnkraften hos humanoida robotar
I en tid präglad av snabb utveckling inom artificiell intelligens och robotteknik, penetrerar humanoida robotar djupt många områden som industri, tjänster och hälsovård 4. Ramlösa vridmomentmotorer har blivit de vanliga drivande komponenterna i lederna på humanoida robotar.
Teslas Optimus använder ramlösa vridmomentmotorer som kraftkälla i alla sina 28 leder. Dessa leder inkluderar 14 roterande leder och 14 linjära leder, där varje ställdon innehåller en ramlös vridmomentmotor.
De roterande lederna består av en ramlös vridmomentmotor, harmonisk reducering, vridmomentsensor, positionssensor, kodare, etc., fördelade över axlarna (6), handlederna (2), höfterna (4) och bålen (2).
De linjära lederna består av en ramlös momentmotor, planetrullskruv, vridmomentsensor, positionssensor etc., fördelade över armbågar (2), handleder (4), höfter (2), knän (2) och anklar (4).
05 Tre nyckelroller
Ramlösa vridmomentmotorer spelar tre nyckelroller i flexibiliteten hos humanoida robotleder:
Tillhandahåller högt vridmoment:
Under utförandet av en uppgift behöver robotleder ofta avge högt vridmoment vid låga hastigheter för att övervinna spakeffekter och belastningströghet. Ramlösa vridmomentmotorer kan generera högt vridmoment även vid relativt låga varvtal.
Möjliggör exakt kontroll:
De är tätt integrerade med komponenter som högprecisionsgivare och vridmomentsensorer för att bilda en högpresterande integrerad drivenhet. Styrenheten kan läsa ledpositionsinformation från pulsgivarfeedbacken i realtid och, i kombination med momentdata från momentsensorn, finjustera motorns vridmoment och varvtal.
Förbättring av ledresponshastighet:
Med extremt låg rotortröghet kan motorn reagera på kontrollkommandon vid
millisekundhastigheter . Även om den yttre miljön förändras eller handlingar plötsligt förändras, kan robotlederna snabbt justera sin hållning, vilket säkerställer robotens stabilitet och säkerhet.
06 Breda tillämpningsfält
Användningsområdena för ramlösa momentmotorer är mycket omfattande. De används främst i robotleder och armar för att ge högt vridmoment och högprecisionskontroll.
I medicinsk utrustning matchas ramlösa vridmomentmotorer med kirurgiska robotar, medicinska bildsystem etc. för att uppnå mycket exakt och jämn rörelsekontroll. De kan användas inom medicinska områden som medicinsk bildbehandling och kirurgiska robotar, och utför operationer med hög precision i områden som är mycket mindre än vad den mänskliga handen kan hantera.
Inom området avancerade CNC-verktygsmaskiner kan ramlösa vridmomentmotorer användas i femaxliga maskiner med hög precision för att förbättra noggrannheten och repeterbarheten i processer som formning, slipning och borrning.
Dessutom används de även i applikationer inom flyg- och rymdområdet, såsom radar, tröghetsnavigeringssystem och skivspelare.
07 Stora marknadsutsikter
Marknadsutsikterna för ramlösa momentmotorer är mycket breda. Den globala marknaden för ramlösa vridmomentmotorer var 4,5 miljarder CNY 2022 och förväntas nå 22,4 miljarder CNY år 2030, med det humanoida robotmarknadssegmentet som står för 16,3 miljarder CNY.
Enligt data från Valuates Reports var den globala marknaden för ramlösa vridmomentmotorer 670 miljoner USD 2022 och förväntas växa till 1,17 miljarder USD 2029, vilket motsvarar en sammansatt årlig tillväxttakt (CAGR) på 8 %. Det förväntas att med den snabba tillväxten av kollaborativa robotar och intelligent efterfrågan kommer marknaden för ramlösa vridmomentmotorer att upprätthålla en höghastighetsutveckling.
08 Tekniska utmaningar och framtida trender
Även om ramlösa vridmomentmotorer visar stor potential inom området för humanoida robotar, finns det fortfarande vissa utmaningar i deras teknik och produktion.
Ur ett tekniskt perspektiv ställer en ytterligare ökning av vridmomentdensiteten hos ramlösa vridmomentmotorer samtidigt som de minskar deras temperaturökning och minskar gapet mellan nominell hastighet och maximal hastighet höga krav på elektromagnetisk design.
Kostnadsmässigt, som en kritisk komponent i humanoida robotar, är kostnaden fortfarande hög på grund av den för närvarande låga inhemska produktionstakten av dess kärnkomponenter i Kina.
Framtida utvecklingstrender inkluderar: kontinuerlig förbättring av prestandaindikatorer för ramlösa vridmomentmotorer för att möta de högre kraven på ledflexibilitet och kraft i humanoida robotar.
Samtidigt kommer optimering av produktionsprocesser och sänkta produktionskostnader att bli viktiga mål för framtida utveckling.
När humanoida robotar går från 'labbdemonstrationer' till 'inledande kommersialisering i specifika scenarier' går ramlösa vridmomentmotorer, som deras kärnkraftkälla, in i en gyllene utvecklingsperiod.
2025 ses som ett kritiskt år för massproduktion av humanoida robotar. Ramlösa vridmomentmotorer står för 16 % av värdet på en humanoid robot. Nuvarande priser sträcker sig från några hundra CNY till över tusen CNY, beroende på effekt och storlek.
I framtiden, med skalexpansion och processinnovation, förväntas deras priser minska avsevärt, vilket ytterligare främjar adoptionen av humanoida robotar.
Denna kompakta men kraftfulla teknik, den ramlösa vridmomentmotorn, håller på att bli den obesjungna hjälten bakom de flexibla lederna hos humanoida robotar , och stöder tyst den snabba utvecklingen av robotindustrin.
