Q&A:PCB定子技术通过ECM集成,锥形驱动器进入机器人联合执行器

04.07.21.

Q&A:PCB定子技术通过ECM集成,锥形驱动器进入机器人联合执行器

eugene demaitre的文章,机器人报告的高级编辑,最初发布于9月24日,2020年机器人报告。

ECM的电机设计

ECM PCB定子技术和Cone Drive上周宣布,他们将ECM的印刷电路板定子技术与Cone Drive的谐波解决方案驱动技术集成在一起,为机器人关节应用创建小型但强大的驱动器包。


牛顿,质量。以ECM PCB定子技术为业务的E-Circuit Motors Inc.,设计和开发用于风扇、泵和小型车辆的印刷电路板(PCB)定子。密歇根州特拉弗斯城。自2018年以来,Cone Drive一直是The Timken Co.的子公司。其产品应用于工业机器人、半导体和医疗设备制造以及航空航天领域。


两家公司表示,他们已经设计并制作了一种空心轴机器人关节驱动器的原型,其重量和轴向长度均为之前所有集成驱动器的一半。Cone Drive和ECM公司声称,他们的技术可以提高电机效率,提高电池寿命,降低能源成本,并增加设计灵活性。

ECM的执行器解决方案


ECM回复了Robot Report关于PCB定子技术的以下问题。

ECM起源

ECM是如何开始的?灵感是什么?


该公司的故事始于2015年,当时一个创新团队正在研究印刷电路板定子的概念,该概念首次在20世纪80年代被发现,他们设想了一个可以立即开发出电机设计并从离散输入打印出来的世界。我们很快得出结论,设计软件可以进一步优化铜的几何形状和缠绕模式,以令人难以置信的精度、高效率和卓越的扭矩密度生产机器。


年晚些时候,ECM推出了其专有设计优化和智能制造软件的套件,集体命名为打印机,并用它来成功设计和原型为电动自行车的中驱动解决方案。


PCB定子电机在标准铜绕组上方提供了哪些优势?


PCB定子设计通过在多层印刷电路板中嵌入铜蚀刻导体,消除了传统电机和发电机中使用的绕线和铁片的需要。PCB定子与永磁体一起工作,形成轴向磁通电机和发电机。


PCB定子的尺寸是传统电机绕组的一小部分,使用的铜少了80%,使得功率密集的电机/发电机设计非常薄和轻。除了我们的设计减少了外壳,PCB定子完全封装在环氧树脂中,不含铁,从而产生了一种新的耐用的电机设计,噪音小。


为什么这种设计拓扑不更常见?


当引入PCB定子的概念时,技术所需的电力电子器件存在很大的差距。除了控制电机之外,20世纪80年代的制造定制PCB设计也很大。


在ECM,我们已经利用了电路板和电力电子行业的势头,创造了一个全新的专利PCB定子设计和制造软件。充分利用可定制电路板的功能,我们的软件直接通信以建立用于立即打印的PCB房屋。

PCB定子

PCB定子和机器人

为什么PCB定子设计适合机器人应用?


PCB定子设计允许高效的高效机器人应用范围,具有卓越的运动质量,增加功率密度和减轻的重量。PCB定子中缺铁导致低电磁干扰[EMI]。我们能够通过我们的软件完全自定义绕组模式和几何的能力导致以前不可用的电源密集,高效的机器。


此外,我们的设计灵活的外形允许与各种扭矩倍增器进行紧凑的集成,甚至进一步增加功率密度。增加的电机效率提高了移动应用的电池寿命,降低了静止的能源成本。此外,我们的技术可以实现空心轴设计,这增加了该技术的灵活性。


你提到ECM的执行器实现了“卓越的运动质量”——为什么这对机器人行业如此重要?

没有铁,ECM的定子设计消除了齿槽扭矩并产生连续平滑的运动。我们的电机设计装入面内方向,从而消除了在定子上作用的平面力并降低设计倾向,鼓励屈曲或板偏转。


需要精英精度的机器人应用,例如精密制造和外科机器人,受电流电机运动质量的限制。另外,需要大量齿轮减速的机器人设计将受益于此特征。

ECM的执行器解决方案

PrintStator可以帮助机器人开发人员

打印台如何辅助机器人开发人员与传统的电机目录或集成相比?


print定子从根本上改变了电机的设计、生产和集成方式。从离散电机规格,print定子立即生产一系列PCB定子设计与精确的工作特性优化的各种选定的电机元素,包括效率,成本,因素,和质量。


The idea is that by using PrintStator’s design capabilities, robotic developers will no longer be confined to existing motor catalogs of manufacturers and will have be able to design unique PCB stator solutions with their exact operating characteristics and application-specific form factors without having to “reinvent the wheel.”


print定子的其他设计优势是什么?


除了通过定制PCB解决方案提高现代机器人设计的能力,PrintStator是一套挑战汽车设计和生产的现代理念的软件套件。PrintStator的设计优化软件允许通过操纵铜几何形状和厚度来实现电阻和涡流损耗的目标。这可能导致扭矩密度和电动机效率优异。


PrintStator的智能制造软件通过启用快速原型设计,大大降低了设计周期和电机开发成本。打印机可以在几个小时内将精确的PCB定子电机转换为独特的PCB定子电机。

ECM的网站

PCB定子应用和展望未来


ECM的电机产生的电磁干扰水平很低。哪些机器人或应用程序可能受益于这种特性?


近距离接近的传感器和其他电气设备的平稳操作依赖于最准确的观察的最小EMI机器。具体而言,机器人辅助手术,军事监测和海洋研究是一些低EMI极为重要的领域。


有了PCB定子集成机器,外科医生将能够在不干扰重要监测设备的情况下与新型辅助机器人合作,包括侧扫声纳的战术机器将以更高的精度完成,自动化海洋研究船将大大减少对水下生态系统的破坏。


其他应用程序有哪些PCB定子电机已被使用,我们什么时候可以在日常生活中看到这些电机?

ECM的空心轴机器人执行器


我们已经参与了一系列广泛的电气化应用的众多应用。在过去,我们已经将PCB定子技术集成到各种高科技项目中,包括自动化车辆、工业和医疗机器人、万向节系统和海上运输等等。


最近,我们已经开始将技术融入更多的消费者最终用品,包括电动自行车,HVACR泵和风扇,推进电机和厨房用具。毋庸置疑,这项技术正在起飞,我们相信,如果你还没有,那么你很快就会在日常生活中看到它。

你看到这项技术的未来是什么?


print定子将成为一个全球性的工具,为世界各地的PCB定子电机开发更可持续和更高的预成型解决方案。它可能是在机器人、暖通空调、电动汽车、航空航天或一种我们从未见过的新型应用领域——我们希望帮助世界上的创新者和破坏者创造一个更绿色、更美好的未来。世界各地的公司、发明家、学生和制造商都可以尝试print定子。

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