Hålkoppsmotor (Micro coreless motor) är en speciell DC-motor. Traditionell DC-motor används ofta i industriell produktion, hushållsapparater, transport och andra områden, sammansatt av två kärndelar av statorn och rotorn, den stationära delen av DC-motorn kallas statorn, statorns huvudroll är att generera ett magnetfält, som består av ramen, huvudmagnetisk pol, vändpol, ändlock, lager och borstanordning. Vanligt använda statormagnetmaterial inkluderar Ndfeb, Samariumkobolt, aluminiumnickelkobolt och ferrit. Den del som roterar under drift kallas rotorn, och dess huvudsakliga roll är att producera elektromagnetiskt vridmoment och inducerad elektromotorisk kraft, som är navet i DC-motorn för energiomvandling, så det kallas vanligtvis ankaret, som består av roterande axel, ankarkärna, ankarlindning, kommutator och fläkt.
Den ihåliga koppmotorn bryter igenom den strukturella formen av den traditionella likströmsmotorn i strukturen, med hjälp av en rotor utan kärna, och dess ankarlindning är en ihålig koppspole, liknande formen som en vattenkopp, så den kallas 'hålkoppsmotor'. Hålkoppsmotor tillhör DC, permanentmagnet, servomikromotor. Denna nya rotorstruktur gör att den ihåliga koppmotorn har följande utmärkta egenskaper: ① Energibesparande egenskaper: kärnfri design eliminerar helt effektförlusten som orsakas av bildandet av virvelströmmar i järnkärnan, och energiomvandlingseffektiviteten är mycket hög, den maximala verkningsgraden är i allmänhet mer än 70%, och vissa produkter kan i allmänhet nå mer än 90% motorer (iron); (2) Kontrollegenskaper: snabb start och bromsning, snabb respons, mekanisk tidskonstant mindre än 28 millisekunder, vissa produkter kan nå mindre än 10 millisekunder (kärnmotorer är i allmänhet mer än 100 millisekunder); Hastigheten kan enkelt justeras känsligt under höghastighetskörningstillståndet i det rekommenderade arbetsområdet; (3) Dragegenskaper: Driftstabiliteten är mycket tillförlitlig, hastighetsfluktuationen är mycket liten, som en mikromotor kan dess hastighetsfluktuation lätt kontrolleras inom 2%; ④ Lättviktsegenskaper: jämfört med samma kraftkärnmotor minskas dess vikt och volym med 1/3-1/2, och energitätheten är avsevärt förbättrad. Kärnindikatorn för den ihåliga koppmotorn är effekttätheten, det vill säga förhållandet mellan uteffekten och vikten eller volymen. Rotorn utan järnkärna eliminerar virvelströms- och hysteresförluster vid den molekylära änden och förbättrar energiomvandlingseffektiviteten. Minskad vikt och volym i nämnaränden.
Borsten är en viktig komponent i borstad motor , ansvarig för att leda strömmen mellan de roterande delarna och de stationära delarna. Eftersom den är mer gjord av grafit kallas den också för kolborste. I den vanliga DC-motorn, för att hålla rotorn roterande, måste rotorströmriktningen ändras i realtid, så kommutatorn och kolborsten måste användas. Den borstlösa motorn avbryter det mekaniska borstkommuteringsläget, så rotorns position måste detekteras för att slutföra den elektroniska kommuteringen. Det finns två vanliga sätt att erhålla rotorpositionsinformation: (1) sensorlöst styrläge, när motorn är igång bestäms rotorns position av den mätbara variabeln som återkopplas av motorn; Lägessensorns kontrollläge, motorrotorns position detekteras direkt av positionssensorn inuti motorn. Vanligt använda positionssensorer är Hall-sensorer, fotoelektriska omkodare, roterande transformatorer och så vidare. Hallsensordetekteringsnoggrannheten är inte hög, men priset är lågt; Den fotoelektriska kodaren och den roterande transformatorns positionsdetektering är korrekt och felet är litet, och de används vanligtvis för högpresterande styrsystem, såsom magnetfältsorienteringskontroll och direkt vridmomentkontroll.
Motor ihålig kopp enligt dess struktur kan delas upp i två typer av borstar och borstlösa. ① Borstad ihålig koppmotor (även känd som DC-borstad kärnlös motor, rötor utan järnkärna): Användning av mekanisk borstkommutator, vanligtvis av skalet, mjukmagnetiskt material inre stator, permanentmagnetstator, ihålig cuprotor-armaturkomposition. När den ihåliga kopparborstens motor är aktiverad, har lindningen ström genom, vilket genererar vridmoment, rotorn börjar rotera, om rotorn vänder sig till en specifik vinkel, använder borsten den mekaniska kommutatorn för att ändra riktningen på strömmen, så att utgående vridmomentriktning är oförändrad, rotorn fortsätter att rotera. Eftersom borstmotorn med ihåliga koppar använder borstkommuteringen, finns det en viss relativ friktion under motorns drift, vilket kommer att producera brus, elektrisk gnista och minska motorns livslängd. Generellt inhemsk 'hålkoppsmotor' hänvisar i allmänhet till borstmotor; ② borstlös ihålig koppmotor (även känd som DC borstlös slitslös motor, stator utan järnkärna): Användning av elektronisk kommutering, vanligtvis av skalet, mjuka magnetiska material, isoleringsmaterial och ihålig kopparmatur som består av statorn och den permanentmagnetiska stålrotorn. Den borstlösa motorn för ihåliga koppar kopplar olika lindningar till kretsen genom att styra på- och avstängning av elektroniska komponenter för att uppnå effekten av reversering. Detta kommuteringsläge gör att den borstlösa motorn med ihåliga koppar har egenskaperna hög effektivitet, små vridmomentfluktuationer, hög livslängd, kompakt struktur, enkelt underhåll och så vidare.
1.2. Kärnbarriär: lindningsprocess
Processflödet för ihåliga kopparmotorer är komplext, och bearbetningssvårigheten är mycket mer än för en vanlig DC-slitsmotor. Om man tar den slitslösa DC-motorn från Dingzhi Technology (det vill säga dess ihåliga cup-motorprodukter) som ett exempel, från frontspolens lindning, mittlager, dorn, stödring och installation av andra kärndelar, till installationen av den bakre kåpan och kretskortets svetslinje, etc., som involverar nästan 30 processer, är komplexiteten mycket mer än vanliga DC-slitsmotorer. Spoleproduktion måste gå igenom processen med emaljerad tråd - lindning - värmeformning - trådstrippning, anslutning av den gemensamma tråden - spolinstallation och så vidare.
Bland dem är spoltillverkning en av kärnprocesserna för ihåliga kopparmotorer. Kärnlösa självbärande lindningar är gjorda av så kallad emaljerad tråd, som är en isolerad koppartråd med ett lager färg på utsidan. I tillverkningsprocessen smälts färgen på intilliggande trådar samman genom att applicera tryck och temperatur. Korrekt limning (tejp eller glasfiber) kan ytterligare förbättra styrkan och formstabiliteten hos lindningen, vilket är särskilt viktigt under höga strömbelastningar.
Produktionstekniken för hålkoppsmotorspole är huvudsakligen indelad i tre kategorier enligt formningsmetoden för spolen: 1) manuell lindning. Genom en rad komplexa processer, inklusive stiftinsättning, manuell lindning, manuell ledningsdragning och andra steg att producera. 2) Lindningsteknik. Lindningsproduktionstekniken är halvautomatisk produktion, den emaljerade tråden lindas först sekventiellt till huvudaxeln med en diamantformad tvärsektion, och den tas bort efter att ha uppnått önskad längd och plattas sedan till en trådplatta, och slutligen lindas trådplattan till en skålformad spole. Om man tar en ihålig lindningskopp som ett exempel, kan tillverkningsprocessen grovt delas in i följande steg: (1) Lindning av hexagonal trådämnespole: den utförs på den lutande lindningsgruppens lindningsmaskin; ② Trådblankspolen är klistrad med två stycken formad tryckkänslig tejp som tas ur formen för att plattas ut; ③ Tillplattning: formplattan sätts in i trådämnespolen, och spolen plattas till och skickas sedan till tillplattningsmaskinen för att platta till och bli ett platt trådämne. Forma med en bambuskrapa. Klipp av överflödig tejp, lämna bara en krok, kroken bör lämnas på den något upphöjda sidan av den platta strängen, så att rullen kan bilda en rad; ④ Spole: det platta trådämnet matas in i spolen på spolmaskinen med ihåliga koppar, så att trådämnet är anslutet till änden och tejpen klistras på ytan av trådämnets huvud för att bli den ihåliga koppspolen; ⑤ Beläggning av epoxiformning: Efter beläggning av epoxilim, sätt in den i ugnen för härdning och formning. 3) En gjutningsteknik. Lindningsmaskinen lindar en emaljerad tråd till en spindel enligt lagen genom automationsutrustningen, och tar av spolen efter att ha lindats till en kopp, formas åt gången, och kräver inte flera processer som rullning och plattning, med en hög grad av automatisering.
Utomlands lindningsprocessen utvecklades tidigt, graden av automatisering är högre än inhemsk. Den inhemska antar huvudsakligen lindningsproduktion, processen är mer komplicerad, arbetsintensiteten för arbetare är stor, kan inte komplettera spolen med tjockare tråddiameter och skrothastigheten är hög. Utländska länder använder främst teknik för engångslindning, hög grad av automatisering, hög produktionseffektivitet, spoldiameterintervall, bra spolkvalitet, tätt arrangemang, motortyper, bra prestanda. Hålkoppsmotorn kan delas in i rakt lindad, sadelform och lutande lindning enligt lindningsmetoden. 1958, Dr.FF aulhaber (von Haber) i Tyskland utvecklade lutande lindningsspolens lindningsteknik och erhöll patenttekniken för den lutande lindningen av rotorspolen av den ihåliga koppmotorn 1965. Tyskland, Schweiz, Japan och andra ihåliga kopparmotorutvecklingen tidigare, i lindningsprocessen har ackumulerat rik erfarenhet. Bland de tre ledande ihåliga motorerna i världen använder schweiziska Maxon mestadels rak lindad form och sadelform, och tyska Faulhaber och schweiziska Portescap använder mestadels lutande sårform. Processen med raklindad lindning är mer komplicerad, och den används mest för långa lindningsstrukturer, ofta gjorda av flera lindningar. Sadelformen kan minska spolens tjocklek, minska det magnetiska luftgapet effektivt på motorer med hög effekttäthet, öka längden på det skärande magnetfältet och utnyttja statormagnetismen bättre; Snedlindning utvecklad tidigare, relativt enkel lindning, tät ledning, lämplig för stor serieproduktion.
Lindning är kärnan i den tekniska barriären för ihåliga kopparmotorer. ① Designlänk: utomeuropeiska tre huvudteknologier har sitt ursprung på 1960-talet, den inhemska ihåliga koppmotorn startade sent, mindre forskning, avsaknad av kombination av materialuppdelningsklass, rotorkoppstyp för att optimera motorn, avsaknad av systematisk framåtriktad design, avsaknad av skräddarsydda krav på systemdriftschemakonfiguration och produktdesignkapacitet; ② Bearbetningslänk: Jämfört med den traditionella borstlösa motorn, borstmotorn, servomotorn, tillhör den ihåliga koppmotorns struktur den tandlösa spårstrukturen, det finns inget fast spår, all emaljerad tråd är upphängd lindning, det finns inget internt stöd, det är mycket svårt i processen, och det tidiga utbytet är lågt. När det gäller lindningsnoggrannhet är precisionskraven för hålkoppsmotorer högre än för traditionella motorer. Den ihåliga koppmotorn i sig är liten i storlek och toleransen för fel är lägre än den för vanliga permanentmagnetmotorer och stegmotorer, och bearbetningsnoggrannheten påverkar direkt magnetfältets stabilitet. Skillnaden mellan trådtjocklek och lindningsvarv gör att lindningsresistansvärdet, startström, hastighetskonstant och andra motorparametrar har stora skillnader. På grund av detta måste inhemska tillverkare förbättra precisionen, utbytet och automatiseringen i produktions- och bearbetningslänkarna. Jämfört med utlandet är Kina också relativt svagt när det gäller lindningsutrustning. Lindningsutrustning kan delas in i automatisk och manuell icke-automatisk utrustning. Jämfört med utomlands är graden av automatisering av lindningsutrustning i Kina relativt låg. Världens ledande tillverkare av lindningsutrustning inkluderar Meteor från Schweiz, Tanaka Seiki Co., Ltd. i Japan och Hitote Mechanical Engineering Co., LTD. Inhemska företag är fortfarande i ett relativt vakant tillstånd vad gäller utrustning, och de köper mer japansk lindningsutrustning, med priser som sträcker sig från hundratusentals till miljoner. De relativt representativa företagen i Kina inkluderar Zhongspecial Technology, Dongguan Taili Electronic Machinery Co., LTD., Qinlian Technology, Kunshan Cook och så vidare.
1.3 Nedströmsapplikationer: Karakteristiken hos motorn med ihålig kopp bestämmer nedströmsapplikationsscenariot
Den ihåliga koppmotorn tillhör mikromotorn, och uppströmsråvarorna liknar mikromotorns råvaror, inklusive koppar, stål, magnetiskt stål, lager, plast, etc. Motorn med ihålig kopp användes ursprungligen inom flyg-, rymd-, militär- och andra banbrytande industrier, under de senaste åren har dess tillämpning gradvis utökats till civila, medicinska apparater och industriverktyg, t. scenarier.
Motorns olika prestanda motsvarar dess tillämpning inom olika områden: 1) egenskaperna för liten storlek, låg vikt och stort effekt/volymförhållande gör den lämplig för områden med höga viktkrav, såsom olika typer av flygplan, etc., vilket kan minimera flygplanets vikt; Det används också i stor utsträckning i olika konsumentelektronikprodukter, såsom elektriska tandborstar och bärbara elektriska fläktar. 2) Egenskaperna för snabb start och bromsning och extremt snabb respons gör den lämplig för områden som behöver uppnå snabb automatisk styrning, såsom missilriktningsjustering med höga krav på styrprestanda, höghastighetsuppföljning av optisk drivning, högkänslig utrustning, industrirobotar, etc. 3) Egenskaperna för hög energiomvandlingseffektivitet och lång drifttid gör den lämplig för alla typer av fält och batterilivslängd, t.ex.
Humanoid-robot öppnar en ny blå ocean av applikationer för ihåliga kopparmotorer. Enligt den senaste utvecklingen av Optimus, en humanoid robot släppt av Tesla, innehåller varje hand sex drivningar och 11 frihetsgrader, två drivningar för tummen och en drivning för var och en av de andra fyra fingrarna, och handen kan bära upp till 20 pund. Handledsmodulen består huvudsakligen av ihålig koppmotor, precisionsplanetreducerare, kulskruv och sensor. Den ihåliga koppmotorn gör att fingret har förmågan att röra sig, precisionsplanetväxellådan gör att manipulatorn kan positionera mer exakt och använda mer flexibel, kodaren ger högprecisionspositionsåterkoppling och hastighetsåterkoppling av handen, och sensorn gör det möjligt för roboten att ha människoliknande perceptuell funktion och reaktionsförmåga. Enligt Musk kommer antalet humanoida robotar i framtiden att överstiga antalet människor, och det förväntas nå nivån på 100 miljarder enheter på lång sikt. Hollow cup-motor är den vanliga tekniska lösningen för robothand med hög säkerhet. Humanoida robotar använder 6 ihåliga kopparmotorer per hand, med tanke på slutsituationen, förväntas humanoida robotar nå nivån på en miljard enheter, om massproduktionen av humanoida robotar landar, kommer att dra ihåliga kopparmotorrelaterade företags intäkter.
