Humanoidrobotar har blivit en lysande pärla inom området konstgjord intelligens.
Under de senaste åren har humanoidrobotar blivit en lysande pärla inom området konstgjord intelligens med sin breda tillämpning inom många områden som medicinsk vård och tjänst. För att ytterligare främja branschens utveckling har lokala myndigheter infört politik för att öka stödet för humanoidrobotar och deras viktigaste komponenter. I den humanoidrobotindustrikedjan spelar den ihåliga koppmotorn en viktig roll i rörelsekontrollsystemet för humanoidroboten, såsom kärnkomponenten i Tesla Humanoid Robot Dexterous Hand är den ihåliga koppmotorn, en enda robotmontering 12 (6 varje höger hand). Denna artikel syftar till att diskutera de tekniska egenskaperna, marknadsstatusen och framtidsutsikterna för Hollow Cup Motor genom forskningen.
Vad är ihålig koppmotor
1. Koncept och klassificering av motor
En elmotor är en anordning som omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi. Den använder en energisk spole (det vill säga statorlindningen) för att generera ett roterande magnetfält och används för rotorn (såsom en ekorre-bur stängd aluminiumram) för att bilda ett magnetoelektriskt rotationsmoment, som är att omvandla kraften som genereras av strömflödet i magnetfältet till en roterande verkan. Principen är att använda magnetfältet för att tvinga strömmen att få motorn att rotera.
Den grundläggande principen för motorns rotation: Runt den permanenta magneten med en roterande axel roterar 1 magneten (så att det roterande magnetfältet genereras), 2 Enligt principen för N -polen och S -pol -heteropolattraktionen kommer samma polavvisande, 3 magneten med en roterande axel att rotera.
I en motor är det faktiskt strömmen som strömmar genom tråden som skapar ett roterande magnetfält (magnetisk kraft) runt den som får magneten att rotera. När tråden lindas in i en spole syntetiseras magnetkraften för att bilda ett stort magnetfältflöde (magnetflöde), vilket resulterar i N- och S -polerna. Genom att sätta in en järnkärna i en trådspole blir magnetfältlinjerna enklare att passera genom och kan producera en starkare magnetisk kraft.
Motorns struktur består huvudsakligen av två delar: stator och rotor.
STATOR: Den stationära delen av motorn, vars huvudstruktur inkluderar magnetstången, lindningen och konsolen. Magnetstången är den del av motorn som genererar magnetfältet, som vanligtvis består av en järnkärna och spolar. Lindningen är spolen i statorn, vanligtvis sammansatt av ledare och isolering, vars roll är att generera ett magnetfält när en elektrisk ström passerar genom den. Konsolen är stödstrukturen för statorn, vanligtvis gjord av aluminiumlegering och andra material, med god korrosionsbeständighet och styrka.
Rotor: Den roterande delen av en motor, vars huvudstruktur inkluderar ankar, lager och ändkåpor. Armaturen är spolen i rotorn, vanligtvis sammansatt av ledare och isolering, vars roll är att generera ett magnetfält när en elektrisk ström passerar genom den. Lager är stödstrukturen för rotorn, vanligtvis gjorda av stål eller keramik, med god slitage och korrosionsbeständighet. Sluthöljet är ändstrukturen på motorn, vanligtvis gjord av aluminiumlegering och andra material, med god tätning och styrka.
2, Hollow Cup Motor Definition and Classification
1958 utvecklade Dr.ff Aulhaber den lutande lindande spoltekniken och erhöll det relevanta patentet för den ihåliga koppmotorn 1965, vilket markerar tillkomsten av den ihåliga koppmotorn, och dess kreativa strukturella design kan motorn vara både mindre storlek och större effektivitet. Den ihåliga koppmotorn tillhör DC Permanent Magnet Servomotor, motorstrukturen visas i följande figur, främst bestående av stator och rotor. Statorn består av kiselstålark och spollindning, och kiselstålarket utan tandspårstruktur kan undvika tandspåreffekten och minska järnförlusten och virvelströmförlusten. Rotorn består av en permanent magnet, en roterande axel och dess fasta delar, och motorn använder en ring permanent magnet, som är lätt att bearbeta och installera.
Jämfört med vanliga motorer är rotorns största egenskap att den bryter genom rotorns struktur hos den traditionella motorn i strukturen och använder en no-core rotor, även känd som en ihålig kopprotor. Rotorn är en ihålig koppformad struktur omgiven av lindningar och magneter. I vanliga motorer är järnkärnans roll huvudsakligen: 1) koncentrat och styr magnetfältet: järnkärnan är gjord av ett material med hög magnetisk permeabilitet (såsom kiselstålplåt), som kan koncentrera och vägleda magnetflödet och därmed förbättra magnetfältstyrkan och effektiviteten i motoren; 2) Supportlindning: Järnkärnan ger en stark stödstruktur för lindningen, vilket säkerställer att lindningen upprätthåller en stabil form och position under motorns drift. I den ihåliga koppmotorn används den tunnväggiga ihåliga cylindern som rotor, och den ihåliga cylindern lindas direkt inuti lindningen utan ytterligare kärnstöd. Fördelar med korelös design: 1) Eliminering av virvelström och hysteresförluster: Järnkärnan i en gemensam motor kommer att producera virvelström och hysteresförluster i ett växlande magnetfält, vilket kommer att minska motorns effektivitet. Den ihåliga koppmotorn använder en korelös rotor, som helt eliminerar dessa förluster och därigenom förbättrar motorens energikonvertering. 2) Minska tröghetens vikt och moment: Den kärnfria designen minskar rotorns vikt avsevärt, vilket gör hela motorens lättare. Samtidigt tillåter minskningen av tröghetsmomentet motorn att ha en snabbare svarshastighet och högre acceleration, vilket är mycket fördelaktigt för applikationsscenarier som kräver snabb start och stopp.
Samtidigt kan precisionsdesignen för den ihåliga cylinderstrukturen och lindningslayouten optimera magnetfältfördelningen inuti den ihåliga koppmotorn, minska magnetläckaget och energiförlusten och ytterligare förbättra motorens effektivitet och prestanda.
Den ihåliga koppmotorn kan delas upp i två slag enligt dess kommutationsläge: en är Hollow Cup Brush Motor, som antar det mekaniska kolborstningsläget; Den andra är den ihåliga koppens borstlösa motor, som ersätter borstpendlingen med elektronisk pendling, undviker den elektriska gnist- och tonerpartiklarna som genereras under drift av borstmotorn, minskar bruset och ökar motorens livslängd. Från jämförelsen av olika produkter från Mingzhi elektriska apparater i följande figur kan man se att det inte finns något behov av en borste i den borstlösa ihåliga koppmotorn, men hallensorn upptäcker den hålsmagnetiska fältsignalen, förvandlar den mekaniska vändningen till en elektronisk signalomvändning och förenklar ytterligare den fysiska strukturen för den ihåliga koppmotorn.
3, ihålig koppmotorfördelar
Den ihåliga koppmotorn bryter genom rotorns struktur i den traditionella motorn i strukturen, minskar kraftförlusten orsakad av bildningen av virvelströmmen i järnkärnan, och dess massa och tröghetsmoment minskas kraftigt, vilket minskar den mekaniska energiförlusten av själva rotorn. Sammanfattningsvis har den ihåliga koppmotorn fördelarna med hög effektdensitet, lång livslängd, snabbt svar, högt toppmoment, god värmeavledning och så vidare.
Hög effektdensitet: Kraftdensiteten för den ihåliga koppmotorn är förhållandet mellan utgångseffekten och vikten eller volymen. När det gäller vikt är den icke-kärnrotorn lättare än den vanliga kärnrotorn; När det gäller effektivitet eliminerar Coreless Rotor virvelström och hysteresförlust som genereras av den korelösa rotorn, förbättrar mikromotorns effektivitet och säkerställer hög utgångsmoment och utgångseffekt. Den maximala effektiviteten för de flesta ihåliga koppmotorer är mer än 80%, medan den maximala effektiviteten för de flesta borst DC -motorer i allmänhet är cirka 50%. Lägre vikt och högre effektivitet gör det möjligt för ihåliga koppmotorer att uppnå högre effektdensitet. Därför är den ihåliga koppmotorn särskilt lämplig för batteridrivna applikationer som kräver långa driftsperioder, såsom bärbara luftprovtagningspumpar, humanoidrobotar, bioniska händer, handhållna elverktyg och andra applikationer.
Hög vridmomentdensitet: Den korrigerande konstruktionen minskar rotorns vikt och tröghetsmomentet, och det låga tröghetsmomentet innebär att motorn kan accelerera och bromsa snabbare och därmed kunna generera mer vridmoment på kort tid; Samtidigt gör frånvaron av en järnkärna den ihåliga koppmotorn mer kompakt, mindre och kan ge högre vridmomentutgång i ett begränsat utrymme.
Långt livslängd: Antalet vändande bitar av den ihåliga koppmotorn gör den nuvarande fluktuationen och induktansen hos motorn mindre när man vänder, vilket kraftigt minskar den elektriska korrosionen av omvändningssystemet under omvändningsprocessen, för att ha en längre livslängd. Enligt uppgifterna i 'Application Research of Customized Management of Hollow Cup Motors ' är livet för borstade DC -motorer i allmänhet bara några hundra timmar, och livslängden för Hollow Cup Motors är vanligtvis mellan 1000 och 3000 timmar, vilket kan ge längre tillförlitlig drift.
Snabb svarshastighet: Den traditionella motorn har ett relativt stort tröghetsmoment på grund av järnkärnan, medan den ihåliga koppmotorn är kompakt, och rotorn är en kopp-formad självförsörjande spole, så vikten är lättare, och dess mindre tröghetsmoment gör också den ihåliga koppen att ha känslig startstoppjusteringsegenskaper. Enligt 'forskningens framsteg för Hollow Cup -mikromotor och spole ' är den mekaniska tidskonstanten för den allmänna kärnmotorn cirka 100 ms, medan den mekaniska tidskonstanten för den ihåliga koppmotorn är mindre än 28 ms, och vissa produkter är ännu mindre än 10 ms.
Högt toppmoment: Förhållandet mellan toppmomentet och kontinuerligt vridmoment i den ihåliga koppmotorn är mycket stor, eftersom processen för den ström som stiger till toppmomentkonstanten är oförändrad, och det linjära förhållandet mellan strömmen och vridmomentet kan göra att mikromotoren producerar ett stort toppmoment. När den vanliga kärnmotorn har nått mättnad, oavsett strömmen ökas, kommer inte vridmomentet för DC -motorn att öka.
God värmeavledning: Ytan på den ihåliga kopprotorn har luftflöde, bättre än värmeavledningsprestanda för kärnrotorn, den emaljerade tråden hos kärnrotorn är inbäddad i kiselstålplåten, spolytets luftflöde är mindre, temperaturökningen är större, under samma kraftutmatningsförhållanden, temperaturökningen av den ihåliga koppen är mindre.
4, den tekniska vägen för ihålig koppmotor
Det viktigaste steget i produktionen av ihålig koppmotor är produktionen av spole, så spoldesign och lindningsprocess blir dess kärnbarriärer. Diametern, antalet varv och linearitet på tråden påverkar direkt motorns kärnparametrar. Kärnbarriären för spollindning återspeglas direkt i spoldesign, eftersom olika lindningstyper har skillnader i automatiseringshastighet och kopparkonsumtion. Å andra sidan återspeglas det också i lindningsutrustningen och lindningsmetoden, och fyllningshastigheten för det ihåliga koppspåret av olika lindningsmaskiner är annorlunda, vilket leder till olika glesa, som direkt påverkar motorförlusten, värmeavledningen, kraften och så vidare.
Spoldesignvinkel: Den lindande designen av ihålig koppmotor kan delas upp i rak lindningstyp, sned lindningstyp och sadeltyp.
Rak lindning: Spolens tråd är parallell med motorens axel och bildar en koncentrerad lindningsstruktur. Designidén med den rakbundna spolen är att först linda den vanliga cirkulära emaljtråden på lindningen matris enligt kravet på antalet varv och sedan ansluta lindningen på trådens kärnaxel och sedan använda bindemedlet i båda ändarna för att bota och form. Relativt sett producerar slutet på den raka lindningen inget vridmoment och ökar ankarvikten och ankarmotståndet.
Oblique lindning: Även känd som honungskaklindning används honungskaklindningsmetoden, vilket lämnar kranar i mitten för att kontinuerligt kunna linda, är det nödvändigt att göra den effektiva sidan av elementet och armaturen till en viss lutningsvinkel. Slutstorleken på denna lindningsmetod är liten, men eftersom den sneda lindningen kontinuerlig lindning kräver en viss linjevinkel överlappar den emaljerade tråden och spårfyllningshastigheten är låg. Jämfört med den raka sårtypen har den lutande slingrande ankaren ingen slutlindning, minskar ankarvikten och har fördelarna med små tröghetsmoment, liten tidskonstant, goda dragegenskaper och stort utgångsmoment. Faulhaber i Tyskland och Portescap i Schweiz använder mestadels lutande lindning.
Sadeltyp: Även känd som koncentrisk eller romboidlindning, metoden för att lindas en formad spole och sedan används ledningar, det vill säga den självhäftande emaljerade tråden lindas på en speciell bildningslindning och ankarkoppen är gjord av flera formningsarrangemang. Vid lindning är de två skikten av spolar ordnade snyggt och formade, vilket är bekvämt att kontrollera storleken på ankarkoppen efter omformning och förbättra spårfyllningshastigheten. Samtidigt har denna metod hög produktionseffektivitet och är lämplig för massproduktion. Sadellindande armaturänden har färre överlappande lager, små luftgap och hög användning av permanent magnet, vilket förbättrar motorens effektdensitet. Vissa produkter av Maxon i Schweiz använder lindning av sadel.
Lindningsprocessens synvinkel: Ur produktionsteknologi synvinkel är enligt spolens formningsmetod huvudsakligen uppdelad i tre kategorier: manuell lindning, lindning och engångsformning.
1) Manuell lindning. Genom en serie komplexa processer, inklusive stiftinsättning, manuell lindning, manuella ledningar och andra steg att producera. Det är lämpligt för produkter som kräver en hög grad av anpassning, men produktionseffektivitet och produktstabilitet är begränsad.
2) Lindningsproduktionsteknologi. Den lindande produktionstekniken är halvautomatisk produktion, den emaljerade tråden lindas först i följd på huvudaxeln med ett diamantformat tvärsnitt, och den tas bort efter att ha nått den nödvändiga längden och plattas sedan in i en trådplatta, och slutligen lindas trådplattan i en koppformad spole. Enligt 'Winding Hollow Cup Armature-produktionsprocessen och utrustningen ' Lindningsprocess kan nästa lindningsmaskin konfigureras med 4 arbetare för att uppnå en årlig produktion på 30 000 enheter, men begränsningen av lindning är att den är mer lämplig för 20-30 mm ihålig koppdiameter, det är svårt att vind mindre spolar med kranen som är mindre än 7mm, det är, det är, det är, det är, det är, det är, det är, det är, det är, det är, det är, det är, det är, det är, det är, det är svårt att vind. Sammantaget är produktionseffektiviteten för lindningsprocessen relativt hög och den kan uppfylla kraven i medelstor produktion. Emellertid leder dess höga manuella deltagandehastighet till konsistensen i den färdiga produkten kanske inte är lika bra som automatiserad produktion, och det är svårt att möta den mindre storleken på den ihåliga koppspolslindningen.
3) En formning av produktionsteknik. Lindningsmaskin genom automatiseringsutrustning kommer att vara en emaljerad tråd enligt regeln för en spindel, spol som lindas i en kopp efter borttagning, en gjutning, inget behov av att rulla och platta flera processer, hög grad av automatisering, så produktionseffektiviteten och den färdiga produktkonsistensen är bättre; Men motsvarande investeringar i utrustning kommer att vara högre.
Utländsk lindningsprocess utvecklades tidigt, graden av automatisering är högre än inhemsk. De inhemska antar huvudsakligen lindningsproduktion, processen är mer komplicerad, arbetarnas arbetsintensitet är stor, kan inte slutföra spolen med tjockare tråddiameter och skrothastigheten är hög. Utländska länder använder huvudsakligen engångssårproduktionsteknologi, hög grad av automatisering, hög produktionseffektivitet, spoldiameterområde, bra spolkvalitet, snäva arrangemang, motortyper, bra prestanda.
Industrikedjelänkar och nedströmsapplikationer
Uppströms av den ihåliga koppmotorn är råvaror och delar, råvaror inkluderar koppar, stål, magnetiskt stål, plast, etc., delar inkluderar lager, borstar, kommutatorer, etc. Mitten i industrikedjan är motortillverkare. Nedströmningen av den industriella kedjan är applikationens slut, och den ihåliga koppmotorn har egenskaperna för hög känslighet, stabil drift och stark kontroll, som uppfyller de strikta kraven inom avancerade fält för elektrisk drivkraft, så den används främst inom flyg-, medicinsk utrustning, industriell automatisering och robotik och andra avancerade fält. Samtidigt appliceras också den ihåliga koppmotorn i det civila fältet, såsom kontorsautomation, elverktyg och så vidare.
En lovande ihålig koppmotor
Hollow Cup Motor med sin unika design utan järnkärna, som visar hög hastighet, hög effektivitet, hög dynamisk respons och andra betydande fördelar, allmänt används inom flyg-, medicinsk utrustning och andra områden, inom humanoidrobothandflexibiliteten har också en betydande inverkan. Även om utländska företag som Maxon och Faulhaber har den första flyttfördelen för närvarande, med den kontinuerliga förbättringen av den tekniska nivån för inhemska tillverkare och den snabba utvecklingen av humanoidrobotmarknaden, kommer inhemska Hollow Cup-motorer att inleda nya utvecklingsmöjligheter.
