Sissejuhatus
Roboti osav käsi peab kopeerima inimese sõrmede jõudu, kiirust ja täpsust pakendis, mis on piisavalt väike, et mahutada peopesa suurusesse korpusesse. Igat sõrmeliigest käitav mootor on kriitiline piirav tegur – ja kõige tõsisemate osavate kätekujunduste puhul on vastusraamita harjadeta mootor: staatori ja rootori komplekt ilma korpuse, laagrite või võllita, integreeritud otse sõrmekonstruktsiooni.
See juhend käsitleb seda, mis teeb raamita mootoritest õige valiku osavate käterakenduste jaoks, kuidas valida NdFeB magnetklass ja räniterasest lamineerimine selle konkreetse töötsükli jaoks ning mida peavad insenerid nende komponentide hankimisel täpsustama.
1. Miks on raamita mootorid osava käega käitamise standard?
Tavapärased korpusega mootorid – isegi miniatuursed – toovad osava käega disainis kaasa kolm probleemi:
- Helitugevuse trahv: korpus, otsakatted ja väljundvõll lisavad pikkust ja läbimõõtu, mida ei saa taastada. 28 mm korpusega mootor võib vajada 45 mm sõrmede ühendusruumi; samaväärne raamita staator sobib 12 mm telje sügavusele.
- Ülekande kadu: võlli kaudu väljumiseks on vaja käigukasti või trossülekannet, millest igaüks lisab lõtku, hõõrdumist ja vastavust, mis vähendab sõrme asendi täpsust.
- Soojusisolatsioon: Korpus toimib soojustõkkena. Mähistes tekkiv soojus peab konstruktsiooni jõudmiseks liikuma läbi korpuse – tõstes mähise temperatuuri ja vähendades pidevat pöördemomenti.
A raamita mootorikomplektkõrvaldab kõik kolm. Staator on pressitud või liimitud otse sõrmenuki konstruktsiooni; rootor on paigaldatud liigendlaagrile. Soojus juhib otse mähisest konstruktsioonalumiiniumile. Pole võlli, käigukasti ega korpuse mahtu, millega arvestada.
Tulemus: pöördemomendi tihedus on 2–3 korda suurem kui samaväärsel mootoril samas vuugiümbrises, väiksema lõtku ja parema soojusjuhtimisega.
2. Osavate käte raamita mootorite peamised disainiparameetrid
Osavad käte töötsüklid on tavaliste servorakendustega võrreldes ebatavalised. Mootor peab andma:
| Parameeter | Tüüpiline vahemik | Disaini tähendus |
|---|---|---|
| Välisläbimõõt | 20-45 mm | Piiratud sõrme laiusega; ajab pooluste arvu |
| Aksiaalne pikkus | 8-20 mm | Õhuke pannkoogi geomeetria; eelistatud kõrge pooluste arv |
| Maksimaalne pöördemoment | 0.1–1.5 N·m | Kaalud õhupilu voo tihedusega × mähisvool × raadius |
| Pidev pöördemoment | 30-50% tipust | Osavad käed töötavad katkendlikult, mitte pidevas töös |
| Kiirus | 500–4000 p/min liigendis | Madal kiirus, suur pöördemoment – maksimeerib magneti kasutamist |
| Tagasi-EMF konstant Ke | Rakendusepõhine | Peab vastama draiveri siini pingele; kõrge pooluste arv tõstab Ke |
Väikese läbimõõdu ja väikese kiiruse kombinatsioon lükkab disaini poolekõrge pooluste arv- tavaliselt 12 kuni 20 poolust (6 kuni 10 pooluse paari) - maksimeerida pöördemomenti ampri kohta, suurendamata mähisvoolu üle juhi võime.
3. NdFeB magneti valik raamita osavate kätemootorite jaoks
Raamita osava käsimootori rootor kannab kaarekujulisi või plaaditud NdFeB magneteid, mis on ühendatud õhukese terasest tagaraudrõnga külge. Magneti valik hõlmab nelja otsust:
3.1 Hinne ja energiatoode
Enamiku osavate käterakenduste puhul jääb töötemperatuur magneti pinnal tavaliste töötsüklite korral alla 80 kraadi. See võimaldab kasutada standard- või M-sufiksiga hindeid ilma kõrgendatud koertsitiivita:
- N42 kuni N48: Standardvalik osavate käsimootorite jaoks, mis töötavad temperatuuril alla 80 kraadi. Maksimaalne energiatoode 42–48 MGOe. Kulusäästlik, laialdaselt saadaval õhukeste kaare segmentides.
- N42H kuni N45H: Määratakse, kui mootor töötab soojusallika läheduses või kui termiline analüüs näitab, et magneti temperatuur võib läheneda 100 kraadile.
- N42SH: Suure tsükliga tööstuslike manipuleerimisrobotite jaoks, mis töötavad soojas keskkonnas. Sunnijõud, mis on piisav pideva 150-kraadise magneti temperatuuri jaoks.
3.2 Kaare segmendi geomeetria ja magnetiseerimise suund
Kasutatakse raamita mootorirootoreidradiaalne magnetiseerimineenamiku osavate kätekujunduste standardina. Iga kaare segment magnetiseeritakse radiaalselt väljapoole või sissepoole pooluste kaare suhtega 0,80–0,95. Halbachi mõjutatud paralleelmagnetiseerimist kasutatakse suure jõudlusega konstruktsioonides, et kontsentreerida voogu õhupilu ja vähendada tagaraua paksust, vähendades rootori inertsi rangemate tootmisnõuete hinnaga.
3.3 Paksus ja liimimine
Raamita osavates käsimootorites on tavaliselt kaare segmendi magnetidpaksusega 2-4 mmradiaalselt. Liimimisel kasutatakse struktuurset epoksiidi, mille segmente hoitakse kõvenemise ajal kinnituses, et säilitada nurgaasend ±0,1 kraadi piires. Segmendi-tagaraua kontsentrilisust tuleb kontrollida enne mähkimist, et vältida ebaühtlast õhupilu voogu, mis tekitab hammustusmomenti ja asendivigu sõrmeliigendis.
4. Staatori südamiku silikoonterasest lamineerimise valik
Osavad käsitsi raamita mootorid töötavad elektrisagedustel270–1000 Hz. Nendel sagedustel on lamineerimise paksus staatori rauakao domineeriv muutuja - ja õige valik on ühemõtteline:
- Paksus: 0,20 mm- vähendab pöörisvoolu kadu ~67% versus 0,35 mm. Kohustuslik elektrisagedustel üle 400 Hz.
- Klass: 20W1200H või 20W1500H- tera mitteorienteeritud, kõrge ränisisaldusega madala hüstereesikadu jaoks kõrgel sagedusel.
- Virnastamistegur: suurem või võrdne 0,97- kontrollige esimese artikli kokkusurutud virna mõõtmisega.
- Pilu geomeetria tolerants: ±0,03 mm- vajalik mähise täiteteguri ühtlase säilitamiseks õhukeses staatorivirnas.
- Lamineerimise tasasus: 0,05 mm või vähem kaar lehe kohta- kriitiline lühikeste aksiaalsete virnade puhul, kus kumulatiivne viga mõjutab õhuvahe ühtlust.
5. Integreeritud tarne eelis
Raamita osava käsimootori jõudluse määrab staatori lamineerimise ja rootori magneti vaheline koostoime. Need kaks komponenti ei ole sõltumatud – nende eraldi hankimine ilma kooskõlastatud disainiülevaatuseta on kohandatud mootoriarenduse alatalitluse üks levinumaid põhjuseid.
Levinud ebakõlad, kui magnetid ja laminaadid on hangitud erinevatelt tarnijatelt:
- Magneti remanentsus on määratud 20 kraadi juures, kuid staatori raua kadu põhjustab magneti töötamise 95 kraadi juures - tegelik Br langeb ~4%, vähendades pöördemomendi konstanti sama palju
- Staatori pilu geomeetria, mis on mõeldud 0,35 mm lamineerimiseks, kuid vahetati hankimisel 0,20 mm peale – erinev virnastamistegur muudab virna efektiivset pikkust ja muudab Ke
- Pooluse kaare suhe on optimeeritud ühe lamineerimise läbilaskvuskõvera jaoks, tekitades liigse haardemomendi, kui asendatakse mõni muu sort
HIMAGNET tarnib sobivaid staatori lamineerimispakke ja rootorimagnetikomplekte raamita osavate käsimootorite jaoks, mis on valmistatud ettevõttesiseselt räniterasest ja NdFeB materjalist sama magnetahela spetsifikatsiooni järgi. Tehniline tugi hõlmab õhupilu voo arvutamist, termilist modelleerimist ja esmakordset kontrolli – alates 20 mm sõrmliigendi ajamist kuni 80 mm randmemomendiga mootoriteni.
6. Hangete kontrollnimekiri
- ☐ Kinnitage välisläbimõõdu ja telje pikkuse piirangud sõrmeliigendi CAD-st
- ☐ Määrake maksimaalne pöördemoment, pidev pöördemoment ja liigendi maksimaalne kiirus
- ☐ Ke sihtmärgi määramiseks kinnitage draiveri siini pinge ja maksimaalne faasivool
- ☐ Määrake magneti klass: N42–N48 standard; N42H–N45H kõrgendatud temperatuuri jaoks
- ☐ Määrake lamineerimise paksus: 0,20 mm elektrisagedustel üle 400 Hz
- ☐ Taotlege esimese toote lamineerimisvirna virnastamisteguri aruannet ja tasasuse kontrolli
- ☐ Kinnitage kaare segmendi sidumise meetod ja asukoha tolerants (tüüpiline ±0,1 kraadi)
- ☐ Küsi sobiv magnet+lamineerimispakett koos õhupiluvoo arvutusega
Võtke ühendust HIMAGNETi insenerimeeskonnagaraamita mootori spetsifikatsioonide arutamiseks – prototüübist tootmiseni.
