Бескорпусный моментный мотор прибывает как две части, между которыми нет ничего: статор, намотанный и шихтованный под определённый типоразмер, и ротор с магнитами — без корпуса, без собственной опорной системы подшипников и без вала. В этом и состоит всё предложение, и именно поэтому двенадцать комплектов, представленных сейчас в категории Безрамные моментные двигатели, нельзя выстроить на одной оси и прочитать по порядку. Два из двенадцати весят 40 g или меньше, а их опубликованный пиковый момент измеряется в сотых долях ньютон-метра. Один рассчитан на 838 W и публикует 12 Nm. Между входной точкой 20 g и верхом диапазона 710 g опубликованный пиковый момент простирается от 0.072 Nm до 12 Nm, и блок с любого конца этого разброса не является заменой блоку с другого конца ни в одном применении. Поэтому полезный вопрос не в том, какой из двенадцати самый сильный, а в том, где проходит граница между полосой, подходящей для концевой, слабо нагруженной оси, полосой, подходящей для рабочего сустава, несущего человека или полезную нагрузку, и полосой, которой приходится двигать машину, а не звено.

Краткий ответ

Отсортированные по опубликованному пиковому моменту, двенадцать блоков распадаются на три полосы, которые не перекрываются и разделены явными разрывами в записях: четыре блока с пиком на уровне 1 Nm или ниже между 20 g и 105 g, четыре блока с пиком от 1.63 Nm до 2.68 Nm между 156 g и 270 g и четыре блока с пиком 4 Nm и выше между 352 g и 710 g. Этот порядок — не маркетинговое деление. Это порядок, в котором растёт опубликованный номинальный ток, порядок, в котором растёт наружный диаметр, и порядок, в котором обмотка переходит от единственного исполнения на 16 V или 24 V к шине 48 V или к исполнению с несколькими шинами, способному реально нести ток, которого требует более крупная обмотка. Если читать категорию Безрамные моментные двигатели целиком, именно из-за этой лестницы двенадцать блоков нельзя свести в один рейтинг по силе.

Два структурных факта проходят через все три полосы и значат больше, чем сами полосы. Первый — компоновка: семь из двенадцати — с внутренним ротором, где магниты сидят на внутреннем роторе, а обмотку несёт внешний статор, и пять — с внешним ротором, которые меняют это расположение на обратное. Второй — обратная связь: три из двенадцати записей описывают комплект, поставляемый с датчиками Холла, и две описывают комплект, поставляемый без них, тогда как остальные семь записей — все они из линии RI — вовсе не указывают конфигурацию обратной связи, а эта разница меняет то, что интегратору приходится добавлять, прежде чем мотор сможет коммутироваться на низкой скорости. Там, где ни один из двенадцати не попадает в требуемые габариты, именно бескорпусный формат поддаётся переопределению, и производитель, стоящий за этими комплектами, документирует путь для такого запроса.

Ключевые метрики оценки: как были распределены по уровням эти 12 моторов

Пять опубликованных величин несут приведённую ниже категоризацию, и читаются они в этом порядке, потому что каждая сужает то, что должна объяснить следующая. Все двенадцать записей публикуют каждую из них, и именно это вообще делает возможным сравнение этого семейства по уровням.

Пиковый момент задаёт границу уровня

Каждый блок здесь публикует два значения момента, и границы уровней в этом руководстве проведены по большему из двух. Пиковый момент описывает то, что обмотка способна выдать в течение короткого интервала, прежде чем либо привод достигнет своего предельного тока, либо магниты потеряют рабочую точку; это утверждение об окне, а не о возможности, и это честный способ разделить комплекты, непрерывные характеристики которых близки. Прочитанные так, двенадцать сортируются чисто: 0.072 Nm, 0.23 Nm, 0.6 Nm и 0.9 Nm в первой полосе, затем 1.63 Nm, 1.67 Nm, 2.4 Nm и 2.68 Nm, затем 4 Nm, 4.1 Nm, 4.95 Nm и 12 Nm. Разрывы между полосами — от 0.9 Nm до 1.63 Nm и от 2.68 Nm до 4 Nm — составляют почти двукратную величину каждый, поэтому блок, оказавшийся не с той стороны границы, — это не пограничный случай.

Номинальный момент — это непрерывное значение

Меньшая из двух колонок момента — та, с которой суставу приходится жить. Номинальный момент — это момент, который комплект способен держать, пока обмотка остаётся внутри своего класса изоляции, и в отличие от интегрированных актуаторов в категории Роботизированные актуаторы он указывается на моторе, а не за ступенью редуктора, потому что у бескорпусного комплекта ступени редуктора нет. По всем двенадцати отношение пикового к номинальному лежит между примерно 2.8 и примерно 3.1 в каждой записи, что есть арифметика по двум опубликованным колонкам, поэтому эти два значения движутся вместе, и ни одно из них нельзя использовать, чтобы найти скрытую выгоду. Что не движется вместе — это момент на единицу массы: два самых малых комплекта публикуют около 3.6 и около 5.8 Nm пикового момента на килограмм, тогда как блоки от 60 g и выше дают по той же арифметике от примерно 8.6 до примерно 16.9 Nm/kg. Самые малые типоразмеры наименее эффективны на грамм, и поэтому начальная полоса существует как полоса, а не просто как дешёвая версия верхней.

Ток, мощность и шина за ними

Номинальный ток — это число, которое решает, что должны обеспечивать батарея и драйвер и сколько тепла должно уходить из обмотки, и это колонка, которая яснее всего разделяет полосы. Первая полоса потребляет при номинале от 1.47 A до 3.4 A, вторая — от 4.8 A до 7.1 A, а третья — от 8.5 A до 20 A. Номинальная мощность следует той же лестнице, от 18 W во входной точке до 838 W наверху, и напряжения за этими значениями движутся вместе с ними: самый малый комплект рассчитан на 16 V, начальная полоса и часть средней — на 24 V, а верхняя полоса — на 48 V, где пять средних блоков публикуют рабочие точки на 24 V, 36 V и 48 V, а не на одной шине. Об одной закономерности стоит записать, потому что она не универсальна в записях этой платформы: умножение номинального момента на номинальную скорость для каждого из двенадцати и перевод радиан в секунду в обороты в минуту воспроизводит опубликованную номинальную мощность с точностью около четырёх процентов в каждой без исключения записи, поэтому три колонки были сняты при одном наборе условий и допускают перекрёстное чтение.

Габариты и масса в комплекте без корпуса

Диаметр в этом семействе идёт от 25 mm до 113.5 mm, а длина пакета — от 13 mm до 36.2 mm, и поскольку корпуса нет, опубликованный размер — это сам статор, а не готовое изделие: подшипники, вал и крепление поставляет интегратор, поэтому радиальное место, которое должен найти проект, — это обмотка и ротор, а осевое место — один пакет. Масса — честный показатель того, насколько это место заполнено: 20 g, 40 g, 60 g и 105 g в начальной полосе, от 155.9 g до 270.4 g в средней и от 352 g до 710 g наверху. В бескорпусном суставе эта масса находится там, где сидит мотор, что для концевой оси и есть весь аргумент в пользу выбора этого класса.

Есть ли в комплекте датчики Холла

Три из двенадцати записей называют комплект, поставляемый с датчиками Холла, и две называют комплект, поставляемый без них, причём это деление идёт по линии RO, а не RI: записи RO40 KV140 Lite и RO50 KV108 Lite — это те две, что помечены как поставляемые без датчиков Холла, тогда как записи RO60, RO80 и RO100 Standard помечены как поставляемые с ними. Это одно слово меняет окружающий проект. Комплект без датчиков Холла приходится коммутировать по оценке положения, полученной из самой обмотки или из энкодера, который ставит интегратор, а на низкой скорости или в покое — где удерживающий сустав проводит много времени — оценку получить труднее, чем в движении. Комплект с датчиками Холла даёт грубое абсолютное положение сразу из коробки и упрощает путь запуска, ценой жгута датчиков внутри габарита сустава. Ни то, ни другое не лучше в абстракции; важно то, что разница указана в записи, а не обнаруживается после того, как обработано крепление.

Сравнительная матрица характеристик 12 бескорпусных моментных моторов

Таблица ниже читает каждый бескорпусный моментный мотор, представленный сейчас в категории Безрамные моментные двигатели, как один набор характеристик, упорядоченный по опубликованному пиковому моменту, потому что именно по этой оси проводятся уровни. Каждое значение — опубликованное производителем значение, хранимое в записях о продуктах этой платформы. Скорости приведены со стороны мотора, что для бескорпусного комплекта без ступени понижения есть также значение со стороны сустава после любого редуцирования, которое добавит интегратор.

МодельНоминальный моментПиковый моментНоминальная мощностьНоминальная скоростьГабариты (Ø × L)Масса
RI20 KV6000.024 Nm0.072 Nm18 W7452 rpm25 × 14.5 mm20 g
RI30 KV2600.076 Nm0.23 Nm33 W4110 rpm38 × 14 mm40 g
RO40 KV140 Lite0.2 Nm0.6 Nm51 W2450 rpm46.3 × 13 mm60 g
RO50 KV108 Lite0.3 Nm0.9 Nm66 W2100 rpm61.7 × 14.5 mm105 g
RI60 KV1200.57 Nm1.63 Nm85 W1440 / 2320 / 3190 rpm60 × 23 mm155.9 g
RI50 KV1000.58 Nm1.67 Nm66 W1090 / 1860 / 2600 rpm54 × 27 mm180.8 g
RO60 KV115 Standard0.8 Nm2.4 Nm352 W4200 rpm73.8 × 23 mm248 g
RI70 KV950.94 Nm2.68 Nm125 W1270 / 1990 / 2710 rpm76 × 24 mm270.4 g
RO80 KV105 Standard1.3 Nm4 Nm490 W3600 rpm92.6 × 26.4 mm352 g
RI80 V2.0 KV751.45 Nm4.1 Nm172 W1135 / 1785 / 2430 rpm85 × 27 mm411 g
RI100 KV1051.76 Nm4.95 Nm252 W1370 / 2100 / 2825 rpm104 × 26 mm500 g
RO100 KV55 Standard4 Nm12 Nm838 W2000 rpm113.5 × 36.2 mm710 g

Опубликованные номинальный и пиковый момент, номинальная мощность, номинальная скорость при номинальном моменте, габарит статора как наружный диаметр на длину пакета и масса для бескорпусных моментных моторов, представленных сейчас в категории «Безрамные моментные двигатели», упорядоченных по пиковому моменту. Номинальный момент — это непрерывное значение в пределах тепловых ограничений обмотки; пиковый момент — значение для короткого окна. Одно значение скорости означает комплект с одной шиной; три значения — это рабочие точки 24 V, 36 V и 48 V в указанном порядке. Это чистые комплекты статора и ротора, поэтому ни передаточное отношение, ни люфт, ни характеристика на стороне выхода не появляются ни в одной из двенадцати записей.

Как только двенадцать оказываются на одной странице, выделяются два прочтения. Первое — полосы разделены разрывами в записях, а не выбранной точкой отсечения. Между RO50 KV108 Lite на 105 g с пиком 0.9 Nm и RI60 KV120 на 155.9 g с пиком 1.63 Nm нет ни одного блока, и то же верно между RI70 KV95 на 270.4 g с 2.68 Nm и RO80 KV105 Standard на 352 g с 4 Nm. Список кандидатов, которому нужно, скажем, 1.2 Nm пика и 130 g, нельзя удовлетворить, сдвинувшись на середину между двумя соседями, потому что соседа там нет.

Второе — масса и момент на единицу массы на малом конце указывают в противоположные стороны. RI20 KV600 на 20 g публикует 3.6 Nm пикового момента на килограмм, а RI30 KV260 на 40 g — около 5.8, тогда как RO40 KV140 Lite на 60 g уже достигает примерно 10, а RO100 KV55 Standard на 710 g — примерно 16.9: все четыре значения — арифметика по опубликованным колонкам момента и массы. Читать это как дефект малых комплектов — значит прочитать неверно. У типоразмера 20 g меньше железа, короче магнитный путь и пропорционально больше массы в меди, которая не может нести поток, допускаемый геометрией, поэтому малый конец покупает разрешение и близость, а не плотность.

00:13Конец диапазона на 20 g, от производителя

Самый малый блок в этой таблице, показанный CubeMars как бескорпусный комплект для компактных роботизированных суставов. Это самая ясная иллюстрация того, как на самом деле выглядит начальная полоса: статор и ротор без корпуса, без подшипников и без вала, рассчитанные на концевую ось, где связующим ограничением становится массовый проигрыш интегрированного модуля.

Страница видео на ToBMSСмотреть на YouTube

Уровень 1: начальный и компактный

В этой полосе сидят четыре блока, все с опубликованным пиковым моментом на уровне 1 Nm или ниже и все между 20 g и 105 g. Объединяет их не цена и не качество, а режим, который они способны нести: кисть или ось запястья, концевой сустав малого манипулятора, слабо нагруженное звено реабилитационного устройства или ось наведения компактной камерной платформы. Разделяют их компоновка и обратная связь, и эти два слова решают судьбу окружающего проекта сильнее, чем колонка момента. Все четыре — исполнения с одной шиной — 16 V у самого малого, 24 V у остальных трёх, — поэтому драйвер, рассчитанный на один источник 24 V, уже покрывает большую часть полосы.

RI20 KV600 и RI30 KV260: компактная пара с внутренним ротором

RI20 KV600 — входная точка всей категории: 20 g при диаметре 25 mm и пакете 14.5 mm, с публикацией 0.024 Nm номинально и 0.072 Nm пикового момента, 18 W номинальной мощности и 7452 rpm номинальной скорости на шине 16 V. Его скорость холостого хода 9600 rpm — наивысшая в таблице, и его 600 KV — тоже наивысшая, что вместе описывает комплект, построенный, чтобы вращаться, а не толкать: обмотка с 7 парами полюсов на типоразмере 25 mm не даст полезного момента, но даст очень тонкое угловое разрешение, когда её редуцируют или когда она напрямую приводит малый кабестан. RI30 KV260 — та же идея на один типоразмер выше: 40 g, диаметр 38 mm, пакет 14 mm, с 0.076 Nm номинально и 0.23 Nm пикового момента, 33 W номинальной мощности и 4110 rpm номинальной скорости на 24 V. Оба помечены в записи как новинки с датами выпуска в пределах последних нескольких месяцев, и оба — с внутренним ротором, поэтому магниты сидят на валу, который поставит интегратор, а обмотка — в статоре, который интегратор зажмёт. Ни один не публикует номинальный ток выше 2 A, и именно это делает их практичными на малом драйвере внутри габарита носимого или ручного устройства.

RO40 KV140 Lite и RO50 KV108 Lite: пара с внешним ротором без датчиков Холла

RO40 KV140 Lite и RO50 KV108 Lite — это те два блока, в записях которых назван комплект, поставляемый без датчиков Холла, и они же — два внешнероторных блока в этой полосе. RO40 выдаёт 0.2 Nm номинально и 0.6 Nm пикового момента при 51 W номинальной мощности и 2450 rpm номинальной скорости в диаметре 46.3 mm с пакетом 13 mm и массой 60 g; RO50 удваивает большую часть этого: 0.3 Nm номинально и 0.9 Nm пикового момента, 66 W номинальной мощности, 2100 rpm номинальной скорости в диаметре 61.7 mm с пакетом 14.5 mm и массой 105 g. В плоскостности здесь и состоит смысл компоновки с внешним ротором: 13 mm и 14.5 mm осевого места для двух комплектов, достигающих 0.6 Nm и 0.9 Nm пика, — это то, что позволяет им вписаться в сустав, габарит которого диск, а не цилиндр. Плата за это — отсутствующий датчик. Без устройства Холла в записи коммутацию на низкой скорости и в покое приходится получать от внешнего энкодера или от бездатчиковой оценки, а для удерживающего сустава, который проводит время в неподвижности, это проектное решение, принятое до обработки крепления, а не после.

Уровень 2: средний диапазон и коллаборативные

Средняя полоса держит четыре блока, из которых рабочий сустав вероятнее всего и будет специфицирован: пиковый момент от 1.63 Nm до 2.68 Nm, масса от 155.9 g до 270.4 g, номинальные токи от 4.8 A до 8.5 A. Это полоса, где общая деталь для нескольких осей начинает иметь смысл, потому что разброс между самым лёгким и самым тяжёлым блоком меньше двукратного, тогда как опубликованный момент простирается от 1.6 Nm до 2.7 Nm. Это также полоса, где расходится шина: три блока с внутренним ротором публикуют рабочие точки на 24 V, 36 V и 48 V, тогда как блок с внешним ротором публикует единственную характеристику 48 V, поэтому выбор источника 48 V делается один раз для всей руки, а не для каждой оси.

RI50 KV100 и RI60 KV120: два средних мотора с внутренним ротором на шине 24-48 V

RI60 KV120 — более лёгкий из пары: 155.9 g при диаметре 60 mm и пакете 23 mm, с публикацией 0.57 Nm номинально и 1.63 Nm пикового момента, 85 W номинальной мощности и 1440 rpm номинальной скорости на рабочей точке 24 V, с ростом до 3190 rpm при 48 V. RI50 KV100 — более широкий: 180.8 g при диаметре 54 mm и пакете 27 mm, с публикацией 0.58 Nm номинально и 1.67 Nm пикового момента, 66 W номинальной мощности и 1090 rpm номинальной скорости при 24 V, 2600 rpm при 48 V. Двое достаточно близки по моменту, чтобы быть взаимозаменяемыми в первой оценке, и достаточно различны по форме, чтобы это стало важно позже: RI60 несёт обмотку с 14 парами полюсов, тогда как RI50 несёт обмотку с 7 парами, поэтому RI60 даёт больше момента на ампер на низкой скорости, тогда как RI50 вращается быстрее при той же шине, и его больший диаметр с более коротким пакетом подходит для более плоского габарита. Оба записаны как управляемые FOC — это схема коммутации, которая вытягивает рабочее поведение из комплекта без датчика положения на низкой скорости.

RI70 KV95: последний блок с пиком ниже 3 Nm

RI70 KV95 закрывает среднюю полосу на 270.4 g при диаметре 76 mm и пакете 24 mm, с публикацией 0.94 Nm номинально и 2.68 Nm пикового момента, 125 W номинальной мощности и 1270 rpm номинальной скорости при 24 V с ростом до 2710 rpm при 48 V, при 7.1 A в номинале. Если читать его против двух блоков ниже него в полосе, это первый комплект здесь, чей номинальный момент приближается к 1 Nm, а это и есть точка, в которой бескорпусный комплект способен удержать звено против силы тяжести без редуцирования на малой машине. Его номинальный ток 7.1 A — наивысший в средней полосе, поэтому драйвер и жгут за ним поднимаются на размер одновременно с типоразмером. Выше него нет ничего до 4 Nm пика, и поэтому проект, попавший между 2.7 Nm и 4 Nm требуемого пика, должен либо принять типоразмер крупнее желаемого, либо покинуть бескорпусный подход ради интегрированного блока.

RO60 KV115 Standard: внешнероторный мотор на границе уровня

RO60 KV115 Standard — единственный внешнероторный блок в средней полосе и самый лёгкий блок в таблице, публикующий характеристику 48 V сам по себе: 248 g при диаметре 73.8 mm и пакете 23 mm. Он публикует 0.8 Nm номинально и 2.4 Nm пикового момента при 352 W номинальной мощности и 4200 rpm номинальной скорости и 5520 rpm холостого хода, потребляя 8.5 A в номинале. Это значение мощности — выброс в полосе: более чем вчетверо больше номинальной мощности RI60 KV120 при едва ли полуторном моменте, — и объясняется оно скоростью, при которой снята характеристика, поскольку тот же момент, отданный при 4200 rpm, есть больше работы в секунду, чем при 1440 rpm. Его запись — также одна из трёх, называющих комплект, поставляемый с датчиками Холла, поэтому это естественный выбор для средней полосы там, где сустав должен надёжно стартовать с места под нагрузкой, а компоновка с внешним ротором даёт ему плоский дисковый габарит, который есть у двух комплектов Lite, при вчетверо меньшем моменте.

Уровень 3: высокая производительность и тяжёлая нагрузка

Верхняя полоса открывается на 4 Nm опубликованного пикового момента и закрывается на 12 Nm, между 352 g и 710 g, и каждый блок в ней — либо исполнение с одной шиной 48 V, либо исполнение с тремя шинами 24-48 V. Здесь бескорпусный комплект перестаёт быть компонентом звена и становится тем, что двигает конечность или машину: бёдра и колени двуногого, суставы ног четвероногого, колёсные приводные блоки и несущие оси реабилитационной установки. Характеристики здесь достаточно велики, чтобы окружающий проект значил столько же, сколько мотор: полоса потребляет при номинале от 9.4 A до 20 A, и там, где несколько таких осей делят одну батарею и один тепловой объём, потолок определяет бюджет системы, а не запись отдельного блока.

RO80 KV105 Standard и RI80 V2.0 KV75: первая пара на 4 Nm

RO80 KV105 Standard — вход в эту полосу: 352 g при диаметре 92.6 mm и пакете 26.4 mm, с публикацией 1.3 Nm номинально и 4 Nm пикового момента при 490 W номинальной мощности, 3600 rpm номинальной скорости и 5040 rpm холостого хода на 48 V, потребляя 15 A в номинале. RI80 V2.0 KV75 стоит рядом с ним по моменту — 4.1 Nm пика и 1.45 Nm номинала, — но в очень другой форме: 411 g при диаметре 85 mm и пакете 27 mm, и при куда меньшей номинальной мощности 172 W и 1135 rpm номинальной скорости на 24 V с ростом до 2430 rpm при 48 V. Двое дают один и тот же пиковый момент разными путями. RO80 делает это током на скорости на единственной шине 48 V и при потреблении 15 A в номинале; RI80 делает это более медленной, более моментной обмоткой при 9.4 A на трёх выбираемых шинах. Запись RO80 называет комплект, поставляемый с датчиками Холла, а RI80 записан как управляемый FOC. Там, где сустав должен долго удерживать нагрузку против силы тяжести, низкоскоростная характеристика RI80 — более комфортное место; там, где колесо или быстрая ось бедра нужно двигать быстро, вопрос решает значение скорости RO80.

01:15Комплект RI80 V2.0 KV75 в полевом инспекционном роботе

Инспекционная платформа Transgrid Gorilla MK1, построенная вокруг блока из верхней половины этой полосы. Ценность этих кадров в том, что это развёртывание, а не стендовый тест: комплект несёт машину по грунту, а не датчик усилия по сценарию, и это самый сильный вид доказательства того, как бескорпусный сустав ведёт себя при длительном режиме.

Страница видео на ToBMSСмотреть на YouTube

RI100 KV105 и RO100 KV55 Standard: вершина диапазона

Два самых крупных комплекта в категории занимают разные позиции в одной и той же дилемме. RI100 KV105 — самый широкий мотор с внутренним ротором здесь: диаметр 104 mm при пакете всего 26 mm, масса 500 g, и он публикует 1.76 Nm номинально и 4.95 Nm пикового момента при 252 W номинальной мощности, 1370 rpm номинальной скорости на 24 V с ростом до 2825 rpm при 48 V и при 13.6 A в номинале. RO100 KV55 Standard — самый крупный комплект из двенадцати по каждому значимому размеру: диаметр 113.5 mm, пакет 36.2 mm, 710 g, с публикацией 4 Nm номинально и 12 Nm пикового момента при 838 W номинальной мощности, 2000 rpm номинальной скорости и 2550 rpm холостого хода на 48 V, потребляя 20 A в номинале. Его 55 KV — наинизшее в таблице, и именно для этого и нужна обмотка с 21 парой полюсов на типоразмере 113.5 mm: создавать момент током, а не скоростью, при напряжении шины, достаточно низком, чтобы его обеспечил батарейный блок. Запись RO100 называет комплект, поставляемый с датчиками Холла, и оба достаточно крупны, чтобы интегратору приходилось осознанно планировать тепловой путь, поскольку у голого статора нет корпуса, в который он мог бы отводить тепло, пока его не спроектируют вокруг него.

Матрица подбора: сопоставление уровня и применения

Три полосы отображаются на положения суставов, а не на отрасли, потому что один и тот же мотор появляется и в носимом устройстве, и в коботе, и в мобильной платформе. Матрица ниже читает каждую полосу против суставов, которые она способна нести, и против категорий применений на этой платформе, где эти суставы появляются.

УровеньПолоса пикового моментаКуда подходитШинаДиапазон массыПредставительный блокКатегории применений
Начальный и компактныйдо 1 NmКисть, запястье и концевые оси; малые платформы наведения; слабо нагруженные ассистивные звеньяот 16 V до 24 Vот 20 g до 105 gRI20 KV600Реабилитационные роботы, Руки коллаборативных роботов
Средний и коллаборативныйот 1.6 Nm до 2.7 NmОси локтя и предплечья; лёгкие оси колена; суставные модули, построенные на общей деталиот 24 V до 48 Vот 156 g до 270 gRI50 KV100Руки коллаборативных роботов, Модули суставов, Четвероногие роботы
Высокая производительность и тяжёлая нагрузкаот 4 Nm до 12 NmОси бедра, колена и плеча; ноги четвероногих; колёсные приводные блоки; несущие ассистивные суставыот 24 V до 48 Vот 352 g до 710 gRO100 KV55 StandardГуманоидные роботы, Экзоскелеты, Колёсные роботы, AGV

Полоса пикового момента, типичные положения суставов, диапазон шины, диапазон массы, представительный блок из каждой полосы и категории применений на этой платформе, где эти суставы появляются. Полосы проведены по опубликованному пиковому моменту и не перекрываются; списки применений указывают, где полоса обычно используется, а не где она ограничена, поскольку одно положение сустава встречается у нескольких типов машин.

Две закономерности в матрице стоит изложить прямо. Первая — шина следует за полосой, а не за применением. Ось кисти на коботе и ось кисти на реабилитационной перчатке — обе обязанности начальной полосы, и обе обычно питаются от одного рельса 24 V; в тот момент, когда сустав должен удерживать целую конечность против силы тяжести, запись переходит на 48 V, потому что удерживающий момент 4 Nm и выше требует тока, который малый блок не способен отдать при 24 V без повышающего преобразователя, добавляющего собственные потери. Вторая — полоса, в которую попадает требование, задаётся худшим моментом, который видит сустав, а не средним. Запястье, которое большую часть жизни проводит при 0.024 Nm и принимает пик 0.9 Nm во время быстрой переориентации, принадлежит начальной полосе, и выбранный блок нужно читать против этого пика, а не против режима, который он держит большую часть дня. Если читать на этой основе, категория Безрамные моментные двигатели разделяется на концевую группу, группу рабочих суставов и группу, двигающую машину, — что и пересказывает приведённая выше матрица.

Не каждое требование попадает внутрь этих двенадцати. Поскольку бескорпусный комплект — это статор и ротор, а не готовое изделие, один и тот же типоразмер можно намотать, набрать в пакет и расточить под другую спецификацию, и производитель, стоящий за этими моделями, документирует путь именно для этого: другая длина пакета, другая обмотка под иной KV при той же шине, другой диаметр расточки или интерфейс вала, нужный интегратору. Требование, попадающее в разрыв между полосами — около 1.2 Nm пика, или свыше 12 Nm, или в габарит, которого не допускает ни один из двенадцати диаметров, — поэтому есть запрос на спецификацию, а не тупик. Каждая страница продукта в таблице выше ведёт на собственный сайт производителя, и именно с этой ссылки начинается такой запрос; значения в этом руководстве остаются опубликованными значениями, хранимыми в записях платформы.

Последовательность подбора для бескорпусного сустава

Три шага несут большую часть решения, в этом порядке, потому что каждый сужает то, что должен обеспечить следующий.

Сначала зафиксируйте режим работы и худший пиковый момент

Запишите, прежде чем браться за любой артикул: массу, которую сустав должен перемещать, плечо момента в наихудшей позе, рабочий цикл и длительность каждой фазы, а также наибольший переходный процесс, который увидит сустав. Из этого выходят три величины — момент, удерживаемый непрерывно, момент, необходимый в худший момент, и угловое перемещение, которого требует самая быстрая фаза. Полоса выбирается по второй из них, а блок внутри полосы — по первой.

Затем зафиксируйте шину и габариты

Выберите напряжение питания до сравнения блоков, потому что записи с несколькими шинами публикуют разные значения при 24 V, 36 V и 48 V, и сравнение меняет форму в зависимости от того, какое из них применимо. Затем определитесь с габаритом: наружный диаметр против длины пакета и то, есть ли у сустава радиальное место для диска или осевое для цилиндра. Блок, выигрывающий по колонке момента, может проиграть на одном этом шаге, потому что статор 54 mm и статор 60 mm вписываются в разные геометрии звена, даже когда их опубликованный момент лежит в пределах нескольких сотых ньютон-метра.

Подтвердите, что можно переопределить на существующем типоразмере

Бескорпусный мотор определяется своей обмоткой, своим пакетом и своей расточкой, а не закрытым артикулом, поэтому требование, промахивающееся мимо двенадцати на малую величину, обычно есть запрос на вариант, а не новая разработка: другой KV при той же шине, более высокий пакет для большего момента в том же диаметре или расточка под конкретный вал. Собственная страница продукта производителя — это то место, где начинается такой разговор, и каждый блок в таблице выше ведёт на неё.

Часто задаваемые вопросы

ВПочему эти двенадцать отсортированы по пиковому моменту, а не по массе или по номинальному моменту?

Потому что пиковый момент — единственная колонка, в которой двенадцать распадаются на три группы с реальными разрывами между ними, и потому что это значение, против которого требование к суставу обычно и пишется в первую очередь. Масса поставила бы рядом два блока очень разной способности — RO80 KV105 Standard на 352 g и RI80 V2.0 KV75 на 411 g публикуют 4 Nm и 4.1 Nm пикового момента, но лишь 490 W и 172 W номинальной мощности, — значит, они не альтернативы на машине с ограниченной мощностью. Номинальный момент сжал бы всю таблицу, поскольку каждая запись держит отношение пикового к номинальному между примерно 2.8 и примерно 3.1. Пиковый момент — ещё и значение, которое обязано покрыть худший момент режима, а именно это решает, переживёт ли сустав приземление, перехват или быструю переориентацию.

ВЧто бескорпусный комплект оставляет поставлять интегратору?

Всё, что находится между статором и нагрузкой: крепление ротора и вал, схему подшипников и её предварительный натяг, корпус или зажим, который удерживает статор на месте и отводит из него тепло, и обратную связь по положению в тех случаях, когда запись называет комплект, поставляемый без датчиков Холла. Именно этот последний пункт чаще всего недооценивают, потому что суставу, удерживающему положение в покое, нужна информация о положении в покое, а бездатчиковую оценку труднее всего получить именно там. Запись всё же отвечает на вопрос для каждого блока: RO40 KV140 Lite и RO50 KV108 Lite записаны как поставляемые без датчиков Холла, а RO60 KV115 Standard, RO80 KV105 Standard и RO100 KV55 Standard — как поставляемые с ними.

ВПочему момент на единицу массы падает на малом конце диапазона?

Потому что у малого типоразмера пропорционально меньше железа и короче магнитный путь, поэтому большая доля его массы сидит в меди, которая не может полезно нести поток, и потому что обмотку приходится строить из более тонкого провода с меньшим сечением меди. По опубликованным значениям пиковый момент на килограмм составляет около 3.6 у блока на 20 g, около 5.8 у блока на 40 g, около 10 у блока на 60 g и около 16.9 у блока на 710 g. Малые комплекты не хуже как продукты из-за этого; их выбирают ради того, где сидит их масса, и ради разрешения, которое малый типоразмер даёт при низком моменте, а плотность просто не та ось, по которой делается этот выбор.

ВЯвляется ли разрыв между 2.7 Nm и 4 Nm реальным ограничением?

Он реален внутри этой категории в её нынешнем виде и есть следствие того, как строятся типоразмеры, а не отсутствующей линейки продуктов. У сустава, которому действительно нужно 3.2 Nm пикового момента, три практических пути: принять следующий типоразмер на 352 g и нести лишнюю массу, перейти к интегрированному актуатору в классе Роботизированные актуаторы, где ступень понижения умножает меньший мотор в этот диапазон, или запросить у производителя вариант обмотки и пакета на существующем типоразмере. Третий путь доступен потому, что бескорпусный комплект специфицируется, а не собирается, но это запрос на спецификацию со сроком исполнения, а не готовый выбор, и поэтому о разрыве стоит знать до того, как список кандидатов будет зафиксирован.

ВМожно ли всё ещё удовлетворить требование вне этих двенадцати?

Обычно да, и через производителя, а не через эту платформу. Бескорпусный мотор — единственный класс, где мотор определяется своей обмоткой, своим пакетом и своей расточкой, а не закрытым артикулом, поэтому требование, которому нужен другой KV при той же шине, более высокий пакет для большего момента в том же диаметре или расточка под конкретный вал, есть вариация существующего типоразмера, а не новая разработка. Путь — страницы продуктов производителя, на которые записи здесь ведут для каждого блока. ToBMS держит слой характеристик — то, что опубликовано, сопоставимо и доступно для поиска, — а производитель остаётся источником истины в отношении того, что можно построить и с какой точностью.

Официальные источники

CubeMars документирует бескорпусную линейку на собственном сайте, и у каждого из двенадцати блоков в этой таблице есть официальная страница с полной спецификацией, данными обмотки и монтажным чертежом. Ассортимент производителя — это входная точка, а два крайних случая этого сравнения документированы по отдельности: RI20 KV600 на лёгком конце и RO100 KV55 Standard на тяжёлом. Документация по продуктам всех категорий платформы собрана в разделе Технические материалы. Производитель остаётся источником истины в отношении вариантов обмотки, тепловых характеристик, запросов на нестандартный пакет и расточку и конфигурации привода; ToBMS держит слой обнаружения и сравнения, и каждое значение, использованное в этом руководстве, есть опубликованное значение, хранимое в записях о продуктах платформы.

Куда двигаться дальше

Самый близкий спутник этого руководства — Безрамные моментные двигатели: выбор комплекта статор-ротор для шарниров, который читает те же двенадцать блоков изнутри наружу — статор, ротор, две компоновки и то, что обещает каждая колонка характеристик, — тогда как это руководство читает их снаружи внутрь, по полосам и по положениям суставов. Прочитанные вместе, они отвечают на два разных вопроса, которые поднимает типоразмер: что такое бескорпусный комплект и где место конкретного комплекта.

Там, где выбор стоит между этим классом и собранным, BLDC-двигатели для экзоскелета: бескорпусный моментный мотор против интегрированного актуатора ставит два пути рядом по массе, жёсткости, люфту и тому, куда должно уходить тепло обмотки, — а это и есть решение, предшествующее любой полосе в матрице выше. Там, где именно ступень понижения позволяет меньшему мотору дотянуться до более тяжёлого сустава, Актуаторы квазипрямого привода: что даёт отношение 8:1 покрывает случай низкого отношения, а Роботизированные актуаторы: выбор интегрированного актуатора для шарниров полностью покрывает собранную альтернативу.

Чтобы отобрать кандидатов, а не изучать тему, отфильтруйте их по моменту, напряжению, массе и габариту в разделе Подбор и сопоставьте их друг с другом в разделе Сравнение продуктов. Для положений суставов, названных в матрице, платформа группирует кандидатов под Гуманоидные роботы, Экзоскелеты, Четвероногие роботы, Реабилитационные роботы, Модули суставов, Руки коллаборативных роботов, Колёсные роботы и AGV. Все двенадцать сравниваемых здесь блоков находятся в категории Безрамные моментные двигатели, а страница CubeMars собирает остальную часть линейки.