فناوری سیاه کم ارزش: چه چیزی موتور بدون هسته را برای ربات های انسان نما بسیار چابک می کند؟

وقتی به موتورها فکر می کنید، اکثر مردم یک توده سنگین از سیم مسی و آهن را تصور می کنند. امروز، ما نه تنها در مورد "موتور بی‌هسته"، بلکه در مورد روح ضروری روبات‌های انسان‌نما صحبت می‌کنیم.

چرا اینقدر توجه وبلاگ نویسان فناوری و مدیران محصول را به خود جلب کرده است؟ بیایید نگاه دقیق تری بیندازیم.

I. دقیقاً چیست؟ بیایید با "بدون هسته آهنی" شروع کنیم

از نظر ساختاری، یک موتور DC معمولی دارای یک هسته آهنی ضخیم در داخل روتور خود است که به طور متراکم با سیم پیچ های مسی پیچیده شده و ظاهری محکم به آن می دهد. با این حال، موتور بدون هسته، هسته آهنی را کاملا رها می کند. روتور آن از سیم ساخته شده است که مستقیماً به یک سیم پیچ استوانه ای توخالی-دیواره نازک، شبیه لیوان آب، پیچیده شده است.

این تفاوت ساختاری ساده باعث جهش انقلابی در عملکرد می شود.

از آنجایی که هسته آهنی حذف شده است، دردسرسازترین "اتلاف آهن" در موتورهای سنتی-اتلاف انرژی ناشی از جریان گردابی و اثرات پسماند-به طور کامل از بین رفته است. این مانند حذف سنگین ترین جزء موتور اتومبیل، چرخ طیار است. قاب سبک تر می چرخد، مقاومت را کاهش می دهد و به طور طبیعی کارایی را افزایش می دهد.

II. پنج مزیت اصلی که از موتورهای سنتی بهتر است

با درک اصل، بیایید به مزایای آن نگاه کنیم. در زمینه انتقال دقیق، موتورهای بدون هسته، با چگالی توان بالا، پاسخ سریع و راندمان برتر، به طور فزاینده ای به انتخاب قدرت اصلی برای کاربردهای پیشرفته تبدیل می شوند. به طور خاص، مزایای آن عمدتاً در پنج نکته زیر متمرکز است:

1. صرفه جویی در انرژی و صرفه جویی در مصرف انرژی بسیار کارآمد و قابل مشاهده

بدون اتلاف آهن، همراه با طراحی مدار مغناطیسی فشرده، راندمان تبدیل انرژی می تواند به 70٪ تا 90٪ برسد، در حالی که موتورهای هسته آهن سنتی معمولاً فقط حدود 70٪ را به دست می آورند. برای دستگاه های قابل حمل و هواپیماهایی که به انرژی باتری متکی هستند، همین منبع تغذیه می تواند زمان پرواز را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

2. پاسخ در سطح میلی‌ثانیه{1}، آنقدر سریع که هنوز نمی‌توانید واکنش نشان دهید

سرعت پاسخگویی برجسته ترین ویژگی موتور بدون هسته است. از آنجایی که روتور عملاً بی وزن است و گشتاور اینرسی بسیار پایینی دارد، ثابت زمانی مکانیکی آن معمولاً کمتر از 28 میلی ثانیه است، با برخی از محصولات سطح بالا حتی کمتر از 10 میلی ثانیه می رسد. در مقابل، موتورهای هسته آهنی سنتی اغلب به بیش از 100 میلی ثانیه نیاز دارند. این بدان معنی است که می تواند فوراً شروع و متوقف شود، مانند یک اتومبیل مسابقه ای F1، که برای سناریوهایی که نیاز به واکنش فوری دارند، مانند تنظیم بال موشک و فوکوس خودکار دوربین، اهمیت زیادی دارد.

3. چگالی توان بالا، انرژی بزرگ در اندازه کوچک

به دلیل طراحی کم‌تر-هسته- یک موتور بدون هسته، حجم و وزن موتور بدون هسته را می‌توان برای همان توان خروجی تقریباً 1/3 تا 1/2 کاهش داد. برای دستگاه هایی با فضای بسیار محدود، این دقیقا همان هسته قدرتی است که آنها رویای آن را داشتند.

4. عملیات صاف و صاف، تقریبا بدون حرکت تند

موتورهای هسته آهنی سنتی اغلب در سرعت های پایین به دلیل جاذبه مغناطیسی به هسته آهنی (اثر گیره) تکان و احساس خشن را تجربه می کنند. موتورهای بدون هسته از نظر فیزیکی این اثر چسبندگی را از بین می برند و در نتیجه عملکرد بسیار نرم، نویز کمتر و تداخل الکترومغناطیسی کمتری دارند.

5. کنترل دقیق، اجرای هدفمند

نوسان سرعت آن را می توان به راحتی تا 2% کنترل کرد و در ترکیب با یک رمزگذار با وضوح بالا- می توان موقعیت و کنترل سرعت بسیار دقیق را به دست آورد. این امر به ویژه در دستگاه هایی با الزامات کنترل دقیق، مانند ربات های جراحی و پروتزهای بیونیک اهمیت دارد.

III. Brushed در مقابل Brushless: کدام را انتخاب کنیم؟

در حالی که موتورهای بدون هسته هسته آهنی را دور می زنند، همچنان در دسته بندی های "برس دار" و "بدون براش" قرار می گیرند که از نظر ساختار و تجربه کاربری تفاوت های قابل توجهی دارند.

روتور یک موتور بدون هسته برس خورده به سادگی یک سیم پیچ بدون هسته است که از برس های فیزیکی و یک کموتاتور برای تغییر جهت جریان استفاده می کند. از مزایای آن می توان به کنترل ساده، قیمت نسبتا پایین و هزینه کمتر اشاره کرد. با این حال، تخفیف‌ها عبارتند از: اصطکاک تولید جرقه‌های الکتریکی و سایش، طول عمر کوتاه‌تر (تقریباً 1000 تا 3000 ساعت)، و احتمال تداخل جرقه‌های الکتریکی با تجهیزات الکترونیکی دقیق اطراف. برای دستگاه‌های حساس به هزینه با فرکانس کاری کم یا استفاده کوتاه مدت مناسب‌تر است.

موتور بدون برس بدون هسته برعکس است- سیم پیچ ثابت است و آهنربای دائمی به عنوان روتور چرخان عمل می کند. با استفاده از حسگرهای جلوه هال موقعیت را تشخیص می دهد و با یک کنترل کننده الکترونیکی کموتاسیون را کامل می کند و اصطکاک فیزیکی را کاملاً از بین می برد. این به طور قابل توجهی طول عمر آن را به بیش از 10000 ساعت افزایش می دهد، حداکثر سرعت آن را (حدود 15000 دور در دقیقه بدون بار-) افزایش می دهد و منجر به عملکرد آرام تر و تداخل الکترومغناطیسی کمتر می شود. نقطه ضعف ساختار پیچیده آن است که به یک موتور موتور اختصاصی نیاز دارد که هزینه آن را افزایش می دهد. این یک عملکرد طولانی‌مدت در تجهیزات پیشرفته-، مناسب برای برنامه‌هایی است که نیاز به عملکرد پایدار طولانی مدت دارند.

IV. از نوک انگشتان تا فضا: موتورهای بدون هسته همه جا هستند
سناریوهای کاربردی برای موتورهای بدون هسته بسیار گسترده هستند، از فناوری نظامی پیشرفته- تا لوازم الکترونیکی مصرفی روزمره:

ربات‌ها، به‌ویژه ربات‌های انسان‌نما، «سیاه چشم همگان» هستند: این یکی از پربیننده‌ترین مناطق در سال‌های اخیر است. دست ماهر ربات Optimus تسلا از یک طرح کلاسیک شش موتور- با 11 درجه آزادی استفاده می کند و به راحتی حرکات ظریفی مانند گرفتن و حمل را انجام می دهد. دقیقاً توانایی موتور بدون هسته برای دستیابی به دقت بالا و چگالی توان بالا در اندازه کوچک است که نوک انگشتان ربات را بسیار انعطاف پذیر می کند.

هوافضا و نظامی: در سناریوهای سختی مانند تنظیم وضعیت پرواز موشک، درایو روتور پهپاد و کنترل موقعیت ماهواره ای، موتور بدون هسته با وزن سبک و کارایی بالا به کاهش وزن هواپیما به میزان هر گرم کمک می کند.

پزشکی و مراقبت‌های بهداشتی: در ابزارهای جراحی کم تهاجمی، آندوسکوپ‌ها، تجهیزات دندان‌پزشکی و پروتزهای بیونیک، خروجی توان بسیار پایدار، دقیق و بدون لرزش{0}}را فراهم می‌کند که مستقیماً بر ایمنی و اثربخشی جراحی تأثیر می‌گذارد.

لوازم الکترونیکی مصرفی پیشرفته و خانه هوشمند: این «قلب» مینیاتوری و در عین حال قدرتمند در لرزش فرکانس بالای مسواک‌های برقی، فوکوس خودکار عینک‌های واقعیت مجازی، جریان هوای قدرتمند سشوارهای-و حتی قفل درها و ابزارهای برقی هوشمند پنهان شده است.