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电机技术是机器人的核心技术
内容简介:高速电机有一个很重要的观念,就是转幅外面的速度,这个速度必须比声速度要小,我们在设计高速电机的时候,要让它小于250米每秒。
  OFweek机器人网讯:在美国高速电机一些尖端的高速电机我们常常会用一种材料,这个材料是铁箍的合金,欧洲也仿制出来了。如果要是在美国做这些电机的话,这些电机就可以做小20%,但是我们没有这个材料电机就大20%,这是一个差距。 
  武新章:机器人是制造领域的皇冠,在机器人领域里面核心技术是关键,什么技术是核心技术?控制技术肯定是核心技术,我们知道机器人入门的门槛其实并不高。即使浙江的一个小企业卖几台电机装配起来,找几个老师弄套软件都可以做一个机器人。但是如果我们不能掌握核心技术,在竞争当中我们就没有办法取胜, 
  核心技术一个就是控制技术,比如说我们现在要用机器人做一只手,这个时候就是很尖端前沿科研,因为手有这么多关节,这么多自由度。这个时候传统的四轴机器人才四五个自由度,这个时候要控制非常精密就很不容易。所以尖端控制技术,你有这么多自由度,计算量就很大,所以云计算所有一切都非常关键。 
  第二,核心的零部件技术,核心零部件技术就是电机技术,也包括电机驱动。我的主要专长是电机,过去两年我也在做机器人研究。电机里面我们说机器人是制造业皇冠,电机技术里面皇冠是什么呢?高速电机技术,高速电机技术是电机技术里面最核心的。 
  电机的体积跟这个相关的,这是一个常数,这项是速度,这个跟散热有关,散热技术越好,这项就越大,这一项是磁场的密度。就是说如果电机功率越大,这个电机就越大。如果散热越好,电机就会越小,如果我们要用好的材料饱和值比较高的话,电机就会做得比较小。 
  在美国高速电机一些尖端的高速电机我们常常会用一种材料,这个材料是铁箍的合金,欧洲也仿制出来了。如果要是在美国做这些电机的话,这些电机就可以做小20%,但是我们没有这个材料电机就大20%,这是一个差距。 
  这个公式,这一项是电机速度,电机速度越高,这个电机就越小。我们在看为什么要用高速电机,电机速度越高电机就越小。高速电机主要是两方面应用:第一是如果机械负载是高速负载,现在没有一只高速电机我怎么去驱动负载,我这么做,我用一只低速的电机然后用齿轮箱,这个齿轮箱是增速的,把速度增上去,然后进行机械负载。但是这个结构非常大,因为这个电机是低速的电机,所以我可以把整个这一块全部代替掉,用高速的电机。所以如果你一有只高速的电机共轴就没有问题了。 
  另外你的负载如果是低速的负载,你原来有一个电机,你的电机直接驱动了低速的负载,但是你要用非常大的电机驱动这个负载。你要让它的尺寸降下来,怎么办?你现在用高速电机或者相对高速电机然后配一个减速器驱动这个负载。机器人里面就是在这样用。 
  高速电机有一个很重要的观念,就是转幅外面的速度,这个速度必须比声速度要小,我们在设计高速电机的时候,要让它小于250米每秒。 
  这是我的课题组做的工作,我们现在接到了美国宇航局项目,要设计一个高速的冰箱,这个冰箱是给氢气制冷的。这个电机需要2千瓦20万转完成这个任务。这部分电机,整个是完全共轴在一起的,这个时候时间一个高速电机完成这个任务。这是高速电机设计,是2千瓦,20万转。 
  我们还设计过一只2千瓦,10万电机。为什么要这么高的电机,它真的有用吗?有用的。我们现在在做扫地机器人,扫地机器人有两个难点,第一个扫不干净,第二它控制不好,因为在家里面走,经常有些走不到,或者碰到障碍物不知道该怎么处理,虽然很多扫地机器人很多厂家在卖,但是核心技术并没有解决。
  如果用高速电机就可以解决这个问题,我看了一个录像,如果你要一只1.5千瓦10万转电机。然后跟其他厂家比较,它的扫地机器人在桌子上杀人了一些沙子,它的机器人就可以扫得很干净。如果没有高速电机的话,你的扫地机器人就做不好。 
  另外我也给美国军方做过2.5兆瓦,15000转,15000转对2.5兆瓦就是很高的速度了。 
  设计高速电机有许多挑战,首先选择电机类型,常用类型有感应的,永磁组的。永磁电机价钱要贵,但是效率高贵,体积要比感性电机要小。因为你的转子上面有磁铁,所以一旦断电要很小心,你要设计非常好设计器,不然会有大的回流过去,可能你的电池就会出问题,所以永磁电机这一点要考虑。美国军方不允许发电机用永磁的就是这个原因。 
  这个是飞轮存储系统,这个系统是抽了真空,是可以超过300米每秒的。然后也可以用感应电机,感应电机需要想办法让containment要低。也可以用磁阻电机,磁阻电机很结实,这种转子在外面,这个是192千瓦,13000转的一只电机。也可以用同步电机,这个时候发电机的结构还是经常用,但是用3G,3G虽然多一点,但是还是比较不错的。 
  高速电机在设计的时候,不单单电池设计的问题,这个是整个设计过程,它是很复杂的过程。首先有一个设计,然后做散热分析,做复杂的电池分析,要用流体力学把散热做出来,整个综合设计来完成。 
  导线不是用一个粗的一根线。这个是用了Solidwires以后到底有多大差异,你不用这个的话,它的电流就会很大。 
  下面是轴承,轴承也是非常重要的事情。可以用滚珠的轴承,但是滚珠的轴承有很多好的优点,但是它的速度会比较低一点,另外它的使用因为有磨损的问题,还有温度会受到限制。 
  还有空气轴承。空气轴承有很大发展,但是空气轴承同样速度很高,但是空气轴承也有它的问题,因为它还是有接触,有共轴的问题。 
  在电机设计的时候,高速的时候要考虑轴的半径,低速不需要做考虑。高速的时候也需要认真算。高速电机怎么样做试验验证你的设计?这个时候不像低速,低速可以把两只电机挂在一起,可以容易加负载,而且你有机械负载,但是高速电机就要做一个对子,对子以后共轴,共轴以后才能做,不光是我们这种要,其他高速电机功率很大的时候也是这样开发的。 
  这个大家很熟悉,是一个应用,是一个六轴的机器人。在机器人领域电机很重要,然后是控制器和减速器。我们课题组在研发打高尔夫的机器人,它一共有6个自由度,我们现在正在研发这个打高尔夫球的设备。 
  这个是电主轴的应用,我们跟西方的一家公司在合作,正在做一些应用,如果大家有兴趣可以跟他们进行探讨。
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