มอเตอร์ไร้กรอบสำหรับมือที่คล่องแคล่วของหุ่นยนต์: คู่มือการออกแบบแม่เหล็กและการเคลือบ

การแนะนำ

มือที่คล่องแคล่วของหุ่นยนต์จำเป็นต้องจำลองแรง ความเร็ว และความแม่นยำของนิ้วมือมนุษย์ในบรรจุภัณฑ์ที่เล็กพอที่จะใส่ในกรงขนาดเท่าฝ่ามือได้ มอเตอร์ที่ขับเคลื่อนข้อต่อแต่ละนิ้วเป็นปัจจัยจำกัดที่สำคัญ และสำหรับการออกแบบมือที่คล่องแคล่วที่สุด คำตอบก็คือมอเตอร์ไร้แปรงถ่านไร้กรอบ: ชุดสเตเตอร์และโรเตอร์ที่ไม่มีตัวเรือน แบริ่ง หรือเพลา ติดตั้งเข้ากับโครงสร้างนิ้วโดยตรง

คู่มือนี้ครอบคลุมถึงสิ่งที่ทำให้มอเตอร์ไร้กรอบเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานด้วยมือที่คล่องแคล่ว วิธีเลือกเกรดแม่เหล็ก NdFeB และการเคลือบเหล็กซิลิคอนสำหรับรอบการทำงานเฉพาะนี้ และสิ่งที่วิศวกรต้องระบุเมื่อจัดหาส่วนประกอบเหล่านี้

1. เหตุใดมอเตอร์ไร้กรอบจึงเป็นมาตรฐานสำหรับการสั่งงานด้วยมือที่คล่องแคล่ว

มอเตอร์แบบธรรมดา - แม้แต่มอเตอร์ขนาดเล็ก - นำมาซึ่งปัญหาสามประการในการออกแบบมือที่คล่องแคล่ว:

• การลงโทษปริมาณ: ตัวเรือน ฝาปิดปลาย และเพลาเอาท์พุตเพิ่มความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางที่ไม่สามารถคืนสภาพได้ มอเตอร์ที่ติดตั้งขนาด 28 มม. อาจต้องใช้พื้นที่ข้อต่อนิ้ว 45 มม. สเตเตอร์แบบไร้กรอบที่เทียบเท่าจะพอดีกับความลึกตามแนวแกน 12 มม.
• การสูญเสียการส่ง: เอาต์พุตผ่านเพลาต้องใช้กระปุกเกียร์หรือการส่งผ่านสายเคเบิล ซึ่งแต่ละรายการจะเพิ่มฟันเฟือง การเสียดสี และความสอดคล้องซึ่งจะลดความแม่นยำของตำแหน่งของนิ้ว
• การแยกความร้อน: ตัวเครื่องทำหน้าที่เป็นแผงกั้นความร้อน ความร้อนที่เกิดขึ้นในขดลวดจะต้องเดินทางผ่านตัวเครื่องเพื่อไปถึงโครงสร้าง ทำให้อุณหภูมิของขดลวดเพิ่มขึ้นและลดแรงบิดอย่างต่อเนื่อง

A ชุดมอเตอร์ไร้กรอบกำจัดทั้งสาม สเตเตอร์เป็นแบบกดพอดีหรือติดด้วยกาวเข้ากับโครงสร้างข้อนิ้วโดยตรง โรเตอร์ติดตั้งอยู่บนแบริ่งข้อต่อ ความร้อนนำโดยตรงจากขดลวดไปยังโครงสร้างอลูมิเนียม ไม่มีเพลา ไม่มีกระปุกเกียร์ และไม่มีปริมาตรตัวเรือนที่ต้องคำนึงถึง

ผลลัพธ์: ความหนาแน่นของแรงบิดสูงกว่ามอเตอร์ที่เทียบเท่ากันในซองข้อต่อเดียวกัน 2–3 เท่า โดยมีระยะฟันเฟืองที่ต่ำกว่าและการจัดการความร้อนที่ดีขึ้น

2. พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญสำหรับมอเตอร์ไร้กรอบมือที่คล่องแคล่ว

รอบการทำงานของมือที่คล่องแคล่วนั้นผิดปกติเมื่อเทียบกับการใช้งานเซอร์โวมาตรฐาน มอเตอร์จะต้องส่งมอบ:

การผสมผสานระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กและความเร็วต่ำช่วยผลักดันการออกแบบจำนวนเสาสูง- โดยทั่วไปจะมี 12 ถึง 20 ขั้ว (6 ถึง 10 คู่ขั้ว) - เพื่อเพิ่มแรงบิดสูงสุดต่อแอมแปร์ โดยไม่เพิ่มกระแสขดลวดเกินความสามารถของผู้ขับขี่

3. การเลือกแม่เหล็ก NdFeB สำหรับมอเตอร์มือที่กระฉับกระเฉงไร้กรอบ

โรเตอร์ของมอเตอร์มือคล่องแคล่วไร้กรอบมีแม่เหล็ก NdFeB ส่วนโค้งหรือแผ่นกระเบื้องติดอยู่กับวงแหวนเหล็กด้านหลังที่เป็นเหล็กบาง การเลือกแม่เหล็กเกี่ยวข้องกับการตัดสินใจสี่ประการ:

3.1 เกรดและผลิตภัณฑ์พลังงาน

สำหรับการใช้งานมือที่คล่องแคล่วที่สุด อุณหภูมิในการทำงานที่พื้นผิวแม่เหล็กจะอยู่ที่ต่ำกว่า 80 องศาภายใต้รอบการทำงานปกติ ซึ่งช่วยให้สามารถใช้เกรดมาตรฐานหรือเกรดต่อท้าย M ได้โดยไม่ต้องบังคับบังคับสูง:

• N42 ถึง N48: ตัวเลือกมาตรฐานสำหรับมอเตอร์มือที่คล่องแคล่วซึ่งทำงานต่ำกว่าอุณหภูมิแม่เหล็ก 80 องศา ผลิตภัณฑ์พลังงานสูงสุด 42–48 MGOe คุ้มค่าคุ้มราคา มีจำหน่ายทั่วไปในส่วนโค้งบาง
• N42H ถึง N45H: ระบุเมื่อมอเตอร์ทำงานใกล้แหล่งความร้อนหรือเมื่อการวิเคราะห์เชิงความร้อนแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิแม่เหล็กอาจเข้าใกล้ 100 องศา
• N42SH: สำหรับหุ่นยนต์ควบคุมอุตสาหกรรมรอบสูงที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่อบอุ่น แรงบีบบังคับเพียงพอสำหรับอุณหภูมิแม่เหล็ก 150 องศาที่ยั่งยืน

3.2 เรขาคณิตส่วนโค้งและทิศทางการสะกดจิต

การใช้โรเตอร์มอเตอร์แบบไร้กรอบการทำให้เป็นแม่เหล็กในแนวรัศมีเป็นมาตรฐานสำหรับการออกแบบมือที่คล่องแคล่วที่สุด ส่วนโค้งแต่ละส่วนจะถูกแม่เหล็กในแนวรัศมีออกไปด้านนอกหรือด้านใน โดยมีอัตราส่วนส่วนโค้งของขั้วอยู่ที่ 0.80–0.95 การทำแม่เหล็กแบบขนานที่ได้รับอิทธิพลจาก Halbach ใช้ในการออกแบบที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อรวมฟลักซ์ที่ช่องว่างอากาศ และลดความหนาของเหล็กด้านหลัง ลดความเฉื่อยของโรเตอร์ด้วยต้นทุนของข้อกำหนดการผลิตที่เข้มงวดมากขึ้น

3.3 ความหนาและการยึดเกาะ

โดยทั่วไปแล้วแม่เหล็กส่วนโค้งในมอเตอร์มือที่กระฉับกระเฉงไร้กรอบนั้นหนา 2–4 มมเรดิอ การติดจะใช้อีพอกซีโครงสร้างที่มีส่วนที่ยึดติดระหว่างการแข็งตัวเพื่อรักษาตำแหน่งเชิงมุมภายใน ±0.1 องศา ต้องตรวจสอบความร่วมศูนย์ของเหล็กแบบเซกเมนต์ถึงด้านหลังก่อนการพันเพื่อหลีกเลี่ยงการไหลของช่องว่างอากาศที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งสร้างแรงบิดฟันเฟืองและข้อผิดพลาดของตำแหน่งที่ข้อต่อนิ้ว

4. การเลือกการเคลือบเหล็กซิลิคอนสำหรับแกนสเตเตอร์

มอเตอร์ไร้กรอบมือที่คล่องแคล่วทำงานที่ความถี่ไฟฟ้าของ270–1,000 เฮิรตซ์. ที่ความถี่เหล่านี้ ความหนาของการเคลือบเป็นตัวแปรหลักในการสูญเสียเหล็กของสเตเตอร์ และตัวเลือกที่ถูกต้องก็ไม่คลุมเครือ:

• ความหนา : 0.20 มม- ลดการสูญเสียกระแสไหลวนลง ~67% เทียบกับ 0.35 มม. บังคับสำหรับความถี่ไฟฟ้าที่สูงกว่า 400 Hz
• เกรด: 20W1200H หรือ 20W1500H- เกรนไม่เน้น, ซิลิคอนสูงสำหรับการสูญเสียฮิสเทรีซีสต่ำที่ความถี่สูง
• ปัจจัยการซ้อน: มากกว่าหรือเท่ากับ 0.97- ตรวจสอบด้วยการวัดสแต็กที่ถูกบีบอัดในบทความแรก
• ความคลาดเคลื่อนของรูปทรงของช่อง: ±0.03 มม- จำเป็นต้องรักษาปัจจัยการเติมของขดลวดที่สอดคล้องกันในสเตเตอร์สแต็คแบบบาง
• ความเรียบของการเคลือบ: น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.05 มม. ต่อแผ่น- สำคัญอย่างยิ่งในการเรียงซ้อนตามแนวแกนสั้น ซึ่งข้อผิดพลาดสะสมส่งผลต่อความสม่ำเสมอของช่องว่างอากาศ

5. ข้อได้เปรียบด้านการจัดหาแบบรวม

ประสิทธิภาพของมอเตอร์มือที่กระฉับกระเฉงไร้กรอบนั้นพิจารณาจากการทำงานร่วมกันระหว่างการเคลือบสเตเตอร์และแม่เหล็กของโรเตอร์ ส่วนประกอบทั้งสองนี้ไม่ได้แยกจากกัน การจัดหาแยกกันโดยไม่มีการตรวจสอบการออกแบบร่วมกันเป็นหนึ่งในสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของประสิทธิภาพการทำงานต่ำในการพัฒนามอเตอร์แบบกำหนดเอง

ความไม่ตรงกันที่พบบ่อยเมื่อแม่เหล็กและการเคลือบมาจากซัพพลายเออร์ที่แตกต่างกัน:

• การคงสภาพของแม่เหล็กระบุไว้ที่ 20 องศา แต่การสูญเสียเหล็กของสเตเตอร์ทำให้แม่เหล็กทำงานที่ 95 องศา - Br จริงลดลง ~4% ลดค่าคงที่ของแรงบิดด้วยจำนวนเท่ากัน
• รูปทรงของช่องสเตเตอร์ได้รับการออกแบบสำหรับการเคลือบ 0.35 มม. แต่เปลี่ยนไปเป็น 0.20 มม. ในการจัดซื้อ - ปัจจัยการเรียงซ้อนที่แตกต่างกันจะเปลี่ยนความยาวของปึกที่มีประสิทธิภาพและเปลี่ยนแปลง Ke
• อัตราส่วนส่วนโค้งของขั้วปรับให้เหมาะสมสำหรับเส้นโค้งการซึมผ่านของการเคลือบหนึ่งเส้น ทำให้เกิดแรงบิดฟันเฟืองส่วนเกินเมื่อมีการเปลี่ยนเกรดอื่น

HIMAGNET จัดหาชั้นการเคลือบสเตเตอร์และชุดแม่เหล็กโรเตอร์ที่เข้ากันสำหรับมอเตอร์มือที่คล่องแคล่วไร้กรอบ ซึ่งผลิตจากเหล็กซิลิคอนและวัสดุ NdFeB ไปจนถึงข้อกำหนดวงจรแม่เหล็กเดียวกัน การสนับสนุนทางวิศวกรรมครอบคลุมการคำนวณฟลักซ์ช่องว่างอากาศ การสร้างแบบจำลองความร้อน และการตรวจสอบบทความแรก ตั้งแต่แอคทูเอเตอร์ข้อต่อนิ้ว 20 มม. ไปจนถึงมอเตอร์แรงบิดข้อมือ 80 มม.

6. รายการตรวจสอบการจัดซื้อจัดจ้าง

• ☐ ยืนยันข้อจำกัดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความยาวแกนจาก CAD ข้อต่อนิ้ว
• ☐ ระบุแรงบิดสูงสุด แรงบิดต่อเนื่อง และความเร็วข้อต่อสูงสุด
• ☐ ยืนยันแรงดันบัสของคนขับและกระแสเฟสสูงสุดเพื่อกำหนดเป้าหมาย Ke
• ☐ ระบุเกรดแม่เหล็ก: มาตรฐาน N42–N48; N42H–N45H สำหรับอุณหภูมิสูง
• ☐ ระบุความหนาของการเคลือบ: 0.20 มม. สำหรับความถี่ไฟฟ้าที่สูงกว่า 400 Hz
• ☐ ขอรายงานปัจจัยการซ้อนและตรวจสอบความเรียบของปึกการเคลือบบทความแรก
• ☐ ยืนยันวิธีการติดส่วนโค้งและพิกัดความเผื่อของตำแหน่ง (โดยทั่วไป ±0.1 องศา)
• ☐ ขอแพ็คเกจแม่เหล็ก + การเคลือบที่ตรงกันพร้อมการคำนวณฟลักซ์ช่องว่างอากาศ

ติดต่อทีมวิศวกรของ HIMAGNETเพื่อหารือเกี่ยวกับข้อมูลจำเพาะของมอเตอร์ไร้กรอบของคุณ - ตั้งแต่ต้นแบบไปจนถึงการผลิต