İnsansı robotlar yapay zeka alanında parlayan bir inci haline geldi.
Son yıllarda insansı robotlar, tıbbi bakım ve hizmet gibi birçok alanda yaygın uygulamalarıyla yapay zeka alanında parlayan bir inci haline geldi. Endüstrinin gelişimini daha da teşvik etmek amacıyla yerel yönetimler, insansı robotlara ve bunların temel bileşenlerine verilen desteği artırmaya yönelik politikalar uygulamaya koydu. İnsansı robot endüstri zincirinde, içi boş kap motoru, insansı robotun hareket kontrol sisteminde önemli bir rol oynar; örneğin Tesla insansı robotun hünerli elinin temel bileşeni, tek bir robot düzeneği 12 (her biri 6 sağ el) olan içi boş kap motorudur. Bu makale, araştırma yoluyla içi boş fincan motorunun teknik özelliklerini, pazar durumunu ve gelecekteki beklentilerini tartışmayı amaçlamaktadır.
Nedir içi boş fincan motoru
1. Motor kavramı ve sınıflandırılması
Elektrik motoru, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren bir cihazdır. Dönen bir manyetik alan oluşturmak için enerji verilmiş bir bobin (yani stator sargısı) kullanır ve rotorun (sincap kafesli kapalı bir alüminyum çerçeve gibi) manyetik alandaki akım akışı tarafından üretilen kuvveti bir dönme hareketine dönüştürmek üzere bir manyetoelektrik dönme torku oluşturması için kullanılır. Prensip, motorun dönmesini sağlamak amacıyla akımı zorlamak için manyetik alanı kullanmaktır.
Motorun dönüşünün temel prensibi: Dönen eksene sahip sabit mıknatısın etrafında, 1 mıknatısı döndürün (böylece dönen manyetik alan oluşturulur), 2 N kutbu ve S kutbunun heteropol çekimi prensibine göre, aynı kutup itişi, 3 dönen eksene sahip mıknatıs dönecektir.
Bir motorda, mıknatısın dönmesine neden olan, etrafında dönen bir manyetik alan (manyetik kuvvet) oluşturan, aslında telin içinden akan akımdır. Tel bir bobine sarıldığında, manyetik kuvvet büyük bir manyetik alan akışı (manyetik akı) oluşturacak şekilde sentezlenir ve sonuçta N ve S kutupları oluşur. Bir tel bobinine bir demir çekirdek yerleştirildiğinde, manyetik alan çizgilerinin geçmesi daha kolay hale gelir ve daha güçlü bir manyetik kuvvet üretilebilir.
Motorun yapısı esas olarak iki parçadan oluşur: stator ve rotor.
Stator: Ana yapısı manyetik kutup, sargı ve braketten oluşan motorun sabit kısmı. Manyetik kutup, motorun genellikle demir çekirdek ve bobinlerden oluşan, manyetik alanı oluşturan kısmıdır. Sargı, statordaki, genellikle iletkenlerden ve izolasyondan oluşan, görevi içinden bir elektrik akımı geçtiğinde manyetik alan oluşturmak olan bobindir. Braket, genellikle alüminyum alaşımından ve diğer malzemelerden yapılmış, iyi korozyon direnci ve mukavemete sahip statorun destek yapısıdır.
Rotor: Ana yapısı armatür, yataklar ve uç kapaklarından oluşan, motorun dönen kısmı. Armatür, rotordaki, genellikle iletkenlerden ve izolasyondan oluşan, görevi içinden bir elektrik akımı geçtiğinde manyetik alan oluşturmak olan bobindir. Rulmanlar, iyi aşınma ve korozyon direncine sahip, genellikle çelik veya seramikten yapılmış, rotorun destek yapısıdır. Uç kapağı, motorun, genellikle alüminyum alaşımından ve diğer malzemelerden yapılmış, iyi sızdırmazlık ve mukavemete sahip uç yapısıdır.
2, içi boş fincan motor tanımı ve sınıflandırılması
1958'de Dr.FF aulhaber eğimli sarma bobini teknolojisini geliştirdi ve 1965'te içi boş kap motoru için ilgili patenti aldı; bu, içi boş kap motorunun ortaya çıkışına işaret ediyordu ve yaratıcı yapısal tasarımı, motorun hem daha küçük boyutlu hem de daha yüksek verimli olmasını sağlıyor. İçi boş fincan motoru, DC sabit mıknatıslı servo motora aittir, motor yapısı, esas olarak stator ve rotordan oluşan aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Stator, silikon çelik sac ve bobin sarımından oluşur ve diş oluğu yapısı olmayan silikon çelik sac, diş oluğu etkisini önleyebilir ve demir kaybını ve girdap akımı kaybını azaltabilir. Rotor, kalıcı bir mıknatıs, dönen bir şaft ve sabit parçalarından oluşur ve motor, işlenmesi ve kurulumu kolay bir halka kalıcı mıknatıs kullanır.
Sıradan motorlarla karşılaştırıldığında rotorun en büyük özelliği, yapı olarak geleneksel motorun rotor yapısını kırması ve içi boş çanak rotor olarak da bilinen çekirdeksiz bir rotor kullanmasıdır. Rotor, sargılar ve mıknatıslarla çevrelenmiş içi boş, fincan şeklinde bir yapıdır. Sıradan motorlarda, demir çekirdeğin rolü esas olarak: 1) manyetik alanı yoğunlaştırmak ve yönlendirmek: demir çekirdek, manyetik akıyı yoğunlaştırabilen ve yönlendirebilen, böylece motorun manyetik alan gücünü ve verimliliğini artıran, yüksek manyetik geçirgenliğe sahip bir malzemeden (silikon çelik levha gibi) yapılmıştır; 2) Destek sarımı: Demir çekirdek, sarım için güçlü bir destek yapısı sağlayarak, motorun çalışması sırasında sarımın sabit bir şekil ve konumda kalmasını sağlar. İçi boş kap motorda, rotor olarak ince duvarlı içi boş silindir kullanılır ve içi boş silindir, ek çekirdek desteği olmadan doğrudan sargının içine sarılır. Çekirdeksiz tasarımın avantajları: 1) Girdap akımı ve histerezis kayıplarının ortadan kaldırılması: Ortak bir motordaki demir çekirdek, alternatif bir manyetik alanda girdap akımı ve histerezis kayıpları üretecek ve bu da motorun verimliliğini azaltacaktır. İçi boş fincan motoru, bu kayıpları tamamen ortadan kaldıran ve böylece motorun enerji dönüşüm verimliliğini artıran çekirdeksiz bir rotor kullanır. 2) Ağırlığı ve atalet momentini azaltın: çekirdeksiz tasarım, rotorun ağırlığını önemli ölçüde azaltarak tüm motoru daha hafif hale getirir. Aynı zamanda atalet momentinin azaltılması, motorun daha hızlı tepki hızına ve daha yüksek hızlanmaya sahip olmasını sağlar; bu da hızlı başlatma ve durdurma gerektiren uygulama senaryoları için çok faydalıdır.
Aynı zamanda, içi boş silindir yapısının ve sarım düzeninin hassas tasarımı, içi boş kap motor içindeki manyetik alan dağılımını optimize edebilir, manyetik sızıntıyı ve enerji kaybını azaltabilir ve motorun verimliliğini ve performansını daha da artırabilir.
İçi boş fincan motoru, değiştirme moduna göre iki türe ayrılabilir: biri, mekanik karbon fırça değiştirme modunu benimseyen içi boş fincan fırça motorudur; Diğeri ise, fırça motorunun çalışması sırasında oluşan elektrik kıvılcımını ve toner parçacıklarını önleyen, gürültüyü azaltan ve motorun servis ömrünü uzatan, fırça komütasyonunun yerini elektronik komütasyonla değiştiren içi boş kap fırçasız motordur. Aşağıdaki şekilde Mingzhi elektrikli cihazların farklı ürünlerinin karşılaştırılmasından, fırçasız içi boş fincan motorunda bir fırçaya ihtiyaç olmadığı görülebilir, ancak Hall sensörü rotor manyetik alan sinyalini algılar, mekanik ters çevirmeyi elektronik sinyal tersine çevirmeye dönüştürür ve içi boş fincan motorunun fiziksel yapısını daha da basitleştirir.
3, içi boş fincan motor avantajları
İçi boş kap motoru, yapı olarak geleneksel motorun rotor yapısını kırar, demir çekirdekte girdap akımı oluşumunun neden olduğu güç kaybını azaltır ve kütlesi ve atalet momenti büyük ölçüde azalır, böylece rotorun mekanik enerji kaybı azalır. Özetle, içi boş kap motor, yüksek güç yoğunluğu, uzun servis ömrü, hızlı yanıt, yüksek tepe torku, iyi ısı dağılımı vb. avantajlara sahiptir.
Yüksek güç yoğunluğu: İçi boş fincan motorunun güç yoğunluğu, çıkış gücünün ağırlığa veya hacme oranıdır. Ağırlık açısından çekirdek olmayan rotor, sıradan çekirdek rotordan daha hafiftir; Verimlilik açısından çekirdeksiz rotor, çekirdeksiz rotor tarafından üretilen girdap akımını ve histerezis kaybını ortadan kaldırır, mikromotorun verimliliğini artırır ve yüksek çıkış torku ve çıkış gücü sağlar. Çoğu içi boş fincan motorunun maksimum verimliliği %80'den fazladır, fırçalı DC motorların çoğunun maksimum verimliliği ise genellikle %50 civarındadır. Daha düşük ağırlık ve daha yüksek verimlilik, içi boş fincan motorlarının daha yüksek güç yoğunluğu elde etmesini sağlar. Bu nedenle içi boş kap motoru, taşınabilir hava örnekleme pompaları, insansı robotlar, biyonik eller, elde taşınan elektrikli aletler ve diğer uygulamalar gibi uzun süreli çalışma gerektiren pille çalışan uygulamalar için özellikle uygundur.
Yüksek tork yoğunluğu: Çekirdeksiz tasarım, rotorun ağırlığını ve atalet momentini azaltır ve düşük atalet momenti, motorun daha hızlı hızlanıp yavaşlayabileceği ve böylece kısa sürede daha fazla tork üretebileceği anlamına gelir; Aynı zamanda demir çekirdeğin bulunmaması, içi boş fincan motorunu daha kompakt, daha küçük hale getirir ve sınırlı bir alanda daha yüksek tork çıkışı sağlayabilir.
Uzun servis ömrü: İçi boş fincan motorunun ters çevirme parçalarının sayısı, geri dönüş sırasında akım dalgalanmasını ve motorun endüktansını daha küçük hale getirir ve ters çevirme işlemi sırasında ters çevirme sisteminin elektriksel korozyonunu büyük ölçüde azaltarak daha uzun bir ömre sahip olur. 'İçi Boş Kaplı Motorların Özelleştirilmiş Yönetimi Uygulama Araştırması'ndaki verilere göre, fırçalı DC motorların ömrü genellikle sadece birkaç yüz saattir ve içi boş kaplı motorların ortalama ömrü genellikle 1000 ila 3000 saat arasındadır ve bu da daha uzun güvenilir çalışma sağlayabilir.
Hızlı tepki hızı: geleneksel motor, demir çekirdeğin varlığından dolayı nispeten büyük bir atalet momentine sahiptir, içi boş fincan motoru kompakttır ve rotor, fincan şeklinde kendi kendini destekleyen bir bobindir, bu nedenle ağırlık daha hafiftir ve daha küçük atalet momenti, içi boş fincan motorunun hassas start-stop ayar özelliklerine sahip olmasını da sağlar. 'İçi boş kap mikro motor ve bobinin Araştırma İlerlemesine' göre, genel çekirdek motorun mekanik zaman sabiti yaklaşık 100 ms'dir, içi boş kap motorun mekanik zaman sabiti 28 ms'den azdır ve bazı ürünler 10 ms'den bile azdır.
Yüksek tepe torku: İçi boş fincan motorunun tepe torku ve sürekli tork oranı çok büyüktür, çünkü akımın tepe tork sabitine yükselme süreci değişmez ve akım ile tork arasındaki doğrusal ilişki, mikromotorun büyük bir tepe torku üretmesini sağlayabilir. Sıradan çekirdek DC motor doyuma ulaştıktan sonra akım ne kadar artarsa artsın DC motorun torku artmayacaktır.
İyi ısı dağılımı: içi boş fincan rotorunun yüzeyi, çekirdek rotorun ısı dağıtma performansından daha iyi bir hava akışına sahiptir, çekirdek rotorun emaye teli silikon çelik sac oluğa gömülüdür, bobin yüzeyindeki hava akışı daha azdır, sıcaklık artışı daha büyüktür, aynı güç çıkış koşulları altında, içi boş fincan DC motorun sıcaklık artışı daha küçüktür.
4, içi boş fincan motorunun teknik yolu
İçi boş fincan motor üretimindeki en önemli adım bobin üretimidir, dolayısıyla bobin tasarımı ve sarma işlemi onun temel engelleri haline gelir. Telin çapı, dönüş sayısı ve doğrusallığı motorun çekirdek parametrelerini doğrudan etkiler. Bobin sarımının çekirdek bariyeri doğrudan bobin tasarımına yansır çünkü farklı sarım türlerinin otomasyon oranı ve bakır tüketiminde farklılıklar vardır. Öte yandan, bu aynı zamanda sarma ekipmanına ve sarma yöntemine de yansır ve farklı sarma makineleri tarafından sarılmış içi boş fincan oluğunun doldurma oranı farklıdır, bu da farklı seyrekliğe neden olur ve motor kaybını, ısı dağılımını, gücü vb. doğrudan etkiler.
Bobin tasarım açısı: İçi boş fincan motorunun sarım tasarımı düz sarım tipine, eğik sarım tipine ve eyer tipine ayrılabilir.
Düz sarım: Bobinin teli, motor eksenine paralel olup, konsantre bir sarım yapısı oluşturur. Düz sarımlı bobinin tasarım fikri, ilk önce sıradan dairesel emaye teli, sarım kalıbının üzerine dönüş sayısının gereksinimine göre sarmak ve ardından sarımı telin çekirdek şaftına bağlamak ve ardından kürlemek ve şekillendirmek için her iki uçtaki bağlayıcıyı kullanmaktır. Nispeten konuşursak, düz sarımın ucu tork üretmez ve armatür ağırlığını ve armatür direncini arttırır.
Eğik sarım: Petek sarım olarak da bilinen petek sarım yöntemi kullanılır, musluklar ortada bırakılarak sürekli sarım yapılabilmesi için elemanın etkin tarafının ve armatür ekseninin belirli bir eğim açısına getirilmesi gerekir. Bu sarma yönteminin uç boyutu küçüktür, ancak eğik sarımlı sürekli sarım belirli bir çizgi Açısı gerektirdiğinden, emaye tel üst üste biner ve yuva doldurma oranı düşüktür. Düz yara tipiyle karşılaştırıldığında, eğimli sarım armatürünün uç sarımı yoktur, bu da armatür ağırlığını azaltır ve küçük atalet momenti, küçük zaman sabiti, iyi sürükleme özellikleri ve büyük çıkış torku avantajlarına sahiptir. Almanya'daki Faulhaber ve İsviçre'deki Portescap çoğunlukla eğimli sarım kullanıyor.
Eyer tipi: eşmerkezli veya eşkenar dörtgen sarım olarak da bilinir, şekillendirilmiş bir bobini sarma ve ardından kablolama yöntemi kullanılır, yani kendinden yapışkanlı emaye tel özel bir şekillendirme sarma kalıbı üzerine sarılır ve armatür kabı çoklu şekillendirme düzenlemelerinden yapılır. Sararken, iki bobin katmanı düzgün bir şekilde düzenlenir ve şekillendirilir; bu, yeniden şekillendirmeden sonra armatür kabının boyutunu kontrol etmek ve yuva doldurma oranını iyileştirmek için uygundur. Aynı zamanda bu yöntem üretim verimliliği yüksek olup seri üretime uygundur. Eyer sarma armatürü ucunda daha az üst üste binen katman, küçük hava boşluğu ve yüksek kalıcı mıknatıs kullanım oranı bulunur; bu da motorun güç yoğunluğunu artırır. Maxon'un İsviçre'deki bazı ürünleri eyer tipi sarım kullanıyor.
Sarma işlemi bakış açısı: Üretim teknolojisi açısından bakıldığında, bobinin şekillendirme yöntemine göre esas olarak üç kategoriye ayrılır: manuel sarma, sarma ve tek seferlik şekillendirme üretimi.
1) Manuel sarma. Pim yerleştirme, manuel sarma, manuel kablolama ve üretime yönelik diğer adımlar da dahil olmak üzere bir dizi karmaşık işlemden geçerek. Yüksek derecede kişiselleştirme gerektiren ürünler için uygundur ancak üretim verimliliği ve ürün stabilitesi sınırlıdır.
2) Sargı üretim teknolojisi. Sargı üretim teknolojisi yarı otomatik üretim olup, emaye tel önce elmas şeklinde bir kesitle ana şafta sırayla sarılır ve gerekli uzunluğa ulaştıktan sonra çıkarılır, ardından tel plaka halinde düzleştirilir ve son olarak tel plaka fincan şeklinde bir bobine sarılır. 'Sargı içi boş kap armatür üretim süreci ve ekipmanı' sarma işlemine göre, bir sonraki sarma makinesi, yıllık 30.000 birim üretim elde etmek için 4 işçi ile yapılandırılabilir, ancak sarmanın sınırlaması, 20-30 mm içi boş kap çapı için daha uygun olmasıdır, 7 mm'den az musluk aralığına sahip daha küçük bobinleri, yani çapı 10 ~ 12 mm'den az olan ürünleri sarmak zordur. Genel olarak sarma işleminin üretim verimliliği nispeten yüksektir ve orta ölçekli üretimin gereksinimlerini karşılayabilir. Bununla birlikte, yüksek manuel katılım oranı, bitmiş ürünün tutarlılığının otomatik üretim kadar iyi olmayabileceğine ve içi boş kap bobin sarımının daha küçük boyutunu karşılamanın zor olmasına neden olur.
3) Bir kalıplama üretim teknolojisi. Otomasyon ekipmanı aracılığıyla sarma makinesi, bir mil kuralına göre emaye bir tel olacak, çıkarıldıktan sonra bir bardağa bobin sarılacak, bir kalıplama, birden fazla işlemi yuvarlamaya ve düzleştirmeye gerek kalmayacak, yüksek derecede otomasyon olacak, bu nedenle üretim verimliliği ve bitmiş ürün tutarlılığı daha iyi; Ancak buna karşılık gelen ön ekipman yatırımı daha yüksek olacaktır.
Yurtdışı sarım prosesi erken gelişmiştir, otomasyon derecesi yurtiçinden daha yüksektir. Yurt içi ağırlıklı olarak sarma üretimini benimser, süreç daha karmaşıktır, işçilerin emek yoğunluğu büyüktür, daha kalın tel çapına sahip bobini tamamlayamaz ve hurda oranı yüksektir. Yabancı ülkeler çoğunlukla tek seferlik yara üretim teknolojisini, yüksek derecede otomasyonu, yüksek üretim verimliliğini, bobin çapı aralığını, iyi bobin kalitesini, sıkı düzenlemeyi, motor tiplerini, iyi performansı kullanır.
Endüstriyel zincir bağlantıları ve alt uygulamalar
İçi boş fincan motorunun üst akışında ham maddeler ve parçalar bulunur; ham maddeler arasında bakır, çelik, manyetik çelik, plastik vb. yer alır; parçalar arasında rulmanlar, fırçalar, komütatörler vb. yer alır. Endüstriyel zincirin orta kesimleri motor üreticileridir. Endüstriyel zincirin alt kısmı uygulama ucudur ve içi boş kap motoru, yüksek hassasiyet, kararlı çalışma ve güçlü kontrol özelliklerine sahiptir; bu, elektrikli tahrikin üst düzey alanının katı gereksinimlerini karşılar, bu nedenle esas olarak havacılık, tıbbi ekipman, endüstriyel otomasyon ve robotik ve diğer üst düzey alanlarda kullanılır. Aynı zamanda içi boş fincan motoru, ofis otomasyonu, elektrikli el aletleri vb. gibi sivil alanda da kademeli olarak uygulanmaktadır.
Gelecek vaat eden içi boş kap motoru
Havacılık, tıbbi ekipman ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılan, yüksek hız, yüksek verimlilik, yüksek dinamik tepki ve diğer önemli avantajlar gösteren, demir çekirdeksiz benzersiz tasarımıyla içi boş fincan motoru, insansı robot el esnekliğinde de önemli bir etkiye sahiptir. Her ne kadar Maxon ve Faulhaber gibi denizaşırı şirketler şu anda ilk hamle avantajına sahip olsa da, yerli üreticilerin teknik seviyesinin sürekli iyileştirilmesi ve insansı robot pazarının hızla gelişmesiyle birlikte, yerli içi boş kap motorlar yeni gelişme fırsatlarının önünü açacak.
