Động cơ không lõi - Giúp robot hình người làm chủ tương lai

Robot hình người đã trở thành ngôi sao sáng trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo.

 

Trong những năm gần đây, robot hình người đã trở thành một trong những thành tựu mang tính bước ngoặt của công nghệ AI, với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như Thuộc về y học và dịch vụ. Để thúc đẩy sự phát triển của sản phẩm tiên tiến này, các nước trên thế giới đã đưa ra các chính sách và tăng cường hỗ trợ cho robot hình người và các bộ phận chính của chúng. Trong chuỗi công nghiệp robot hình người, động cơ không lõi , là một thành phần quan trọng của hệ thống điều khiển chuyển động, đóng một vai trò không thể thiếu. Ví dụ: bàn tay khéo léo+ của robot hình người của Tesla sử dụng động cơ không lõi làm thành phần cốt lõi, với mỗi robot lắp ráp 12 chiếc trong số đó (6 chiếc trên mỗi tay). Bài viết này, như một nghiên cứu về động cơ không lõi+, khám phá các đặc tính kỹ thuật, tình trạng thị trường và triển vọng trong tương lai của nó.

 

 

1. Khái niệm và phân loại động cơ

Động cơ là một thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Nó hoạt động bằng cách tạo ra một lực trong từ trường thông qua một cuộn dây (cuộn dây stato), sau đó điều khiển chuyển động quay của rôto. Về nguyên tắc, động cơ sử dụng tác dụng lực của dòng điện trong từ trường để đạt được hiệu quả chuyển đổi năng lượng.

 

Nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ:

Xung quanh trục quay người ta sử dụng nam châm vĩnh cửu:

Bằng cách tạo ra từ trường quay, nam châm sẽ chuyển động.

Dựa trên nguyên lý "cực cùng tên đẩy nhau, cực trái dấu hút nhau", trục quay được dẫn động. Nói một cách đơn giản, khi dòng điện chạy qua dây hình cuộn dây, nó sẽ tạo ra một từ trường quay, khiến nam châm quay theo.

 

Sau khi đưa lõi sắt vào cuộn dây, đường từ thông trở nên tập trung hơn và cường độ từ trường được tăng cường đáng kể. Tại thời điểm này, từ trường của động cơ được tạo ra bởi tác động kết hợp của dòng điện trong cuộn dây và lõi sắt, tạo thành các cực N và S rõ ràng, làm cho rôto quay.

 

Các thành phần chính của động cơ

Stator:

Stator là bộ phận đứng yên của động cơ và cấu trúc lõi của nó bao gồm các cực từ, cuộn dây và khung:

Cực từ: Được làm bằng lõi sắt và cuộn dây, chức năng chính của chúng là tạo ra từ trường.

Cuộn dây: Các cuộn dây của stato, thường được làm bằng vật liệu dẫn điện và cách điện, được dùng để tạo ra lực từ khi dòng điện chạy qua chúng.

Khung: Thường được làm bằng hợp kim nhôm, cung cấp hỗ trợ cấu trúc và khả năng chống ăn mòn và độ bền tuyệt vời.

 

Cánh quạt:

Rôto là bộ phận quay của động cơ, gồm các bộ phận chính sau:

Phần ứng: Được làm bằng dây dẫn và vật liệu cách điện, dùng để tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua nó.

Vòng bi: Thường được làm bằng thép hoặc gốm sứ, có khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn tuyệt vời, chúng hỗ trợ chuyển động quay của rôto.

Nắp cuối: Được làm bằng các vật liệu như hợp kim nhôm, chúng mang lại khả năng bịt kín và độ bền kết cấu cho động cơ.

 

Thông qua việc phân tích các thành phần cốt lõi của động cơ và nguyên lý của nó, có thể dễ dàng nhận thấy động cơ không lõi với đặc tính nhỏ gọn và hiệu quả đã trở thành động lực quan trọng cho sự phát triển của công nghệ robot hình người. Trong tương lai, khi công nghệ tiếp tục phát triển, việc ứng dụng động cơ không lõi trong lĩnh vực robot thông minh sẽ càng trở nên phổ biến hơn.

 

2. Định nghĩa và phân loại động cơ không lõi

Sự ra đời của động cơ không lõi có thể bắt nguồn từ năm 1958, khi Tiến sĩ F. Faulhaber lần đầu tiên đề xuất công nghệ cuộn dây quấn xiên, và vào năm 1965, ông đã nhận được bằng sáng chế liên quan, đánh dấu sự ra đời của động cơ không lõi. Thiết kế sáng tạo của nó đạt được sự cân bằng hoàn hảo giữa kích thước và hiệu suất của động cơ. Động cơ corless thuộc loại động cơ servo nam châm vĩnh cửu DC và chủ yếu bao gồm hai bộ phận chính: stato và rôto. Stator bao gồm các tấm và cuộn dây thép silicon, và thiết kế không có rãnh độc đáo của nó giúp tránh hiệu quả hiệu ứng ăn mòn thường thấy ở động cơ truyền thống, giảm tổn thất sắt và tổn thất dòng điện xoáy. Rôto bao gồm một nam châm vĩnh cửu, một trục và một cụm cố định, sử dụng nam châm vĩnh cửu hình vòng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý và lắp đặt.

 

So với động cơ truyền thống, điểm đặc biệt nhất của động cơ không lõi là sự đổi mới trong cấu trúc cánh quạt. Không giống như rôto lõi sắt trong động cơ truyền thống, động cơ không lõi sử dụng cấu trúc rôto không sắt, được gọi là rôto không lõi. Bên trong, nó được bao quanh bởi các cuộn dây và nam châm, tạo thành cấu trúc hình chiếc cốc rỗng.

 

Trong động cơ truyền thống, chức năng của lõi sắt là:

1. Tập trung và dẫn hướng từ trường: Lõi sắt thường được làm bằng vật liệu có tính thấm từ cao (như tấm thép silicon) có tác dụng tập trung và dẫn hướng từ thông một cách hiệu quả, do đó nâng cao cường độ và hiệu suất từ ​​trường của động cơ.

 

2. Đỡ các cuộn dây: Lõi sắt giúp đỡ ổn định các cuộn dây của động cơ, đảm bảo sự ổn định về hình dạng và vị trí của các cuộn dây trong quá trình động cơ hoạt động.

 

Ngược lại, động cơ corless sử dụng rôto hình trụ rỗng có thành mỏng, với các cuộn dây quấn trực tiếp quanh rôto, loại bỏ nhu cầu hỗ trợ thêm lõi sắt.

 

Ưu điểm của thiết kế không có bàn ủi là rất đáng kể:

1. Loại bỏ tổn hao dòng điện xoáy và tổn thất trễ: Trong động cơ truyền thống, lõi sắt dễ sinh ra dòng điện xoáy và tổn thất trễ trong từ trường xoay chiều, làm giảm hiệu suất của động cơ. Động cơ không lõi do không có lõi sắt nên loại bỏ những tổn thất này, cải thiện đáng kể hiệu suất chuyển đổi năng lượng của động cơ.

 

2. Giảm trọng lượng và giảm quán tính quay: Thiết kế không có bàn ủi giúp rôto nhẹ hơn, giảm quán tính quay, dẫn đến thời gian phản hồi nhanh hơn, tốc độ khởi động và dừng nhanh hơn, đồng thời rất phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu thời gian phản hồi và tăng tốc cao.

 

Với cấu trúc hình trụ rỗng được thiết kế chính xác và cách bố trí cuộn dây được tối ưu hóa, động cơ corless có thể phân phối từ trường tốt hơn, giảm rò rỉ từ tính và cải thiện hơn nữa hiệu suất và hiệu suất vận hành của động cơ.

 

Phân loại động cơ không lõi

Động cơ không lõi thường được phân thành hai loại dựa trên phương pháp chuyển mạch:

Động cơ chổi than không lõi: Loại động cơ này sử dụng chổi than cơ học để chuyển mạch.

 

Động cơ không chổi than Coreless: Động cơ này sử dụng chuyển mạch điện tử thay vì chổi than truyền thống để chuyển mạch. Thiết kế này không chỉ giúp loại bỏ tia lửa điện và các hạt bụi carbon thường thấy ở động cơ truyền thống, giảm tiếng ồn mà còn kéo dài đáng kể tuổi thọ của động cơ.

 

Bằng cách so sánh các sản phẩm khác nhau, có thể thấy rõ rằng động cơ không chổi than không còn cần chổi than mà thay vào đó sử dụng cảm biến Hall để phát hiện sự thay đổi từ trường của rôto trong thời gian thực, chuyển đổi chuyển mạch cơ học thành tín hiệu điện tử để chuyển mạch. Thiết kế này giúp đơn giản hóa đáng kể cấu trúc vật lý của động cơ, giúp nó hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn.

 

Bảng: So sánh động cơ DC có chổi than và không chổi than
Loại	Động cơ DC không chổi than	Động cơ DC chải
Chuyển đổi	Công tắc chuyển mạch điện tử	Chổi than tiếp xúc cơ học với bộ phận chỉnh lưu
Đặc điểm cấu trúc	Nói chung, rôto là nam châm vĩnh cửu và stato là phần ứng	Nói chung, rôto là phần ứng và stato là nam châm vĩnh cửu
Phương pháp đảo ngược	Thay đổi trình tự của cổ góp chuyển mạch điện tử	Thay đổi cực điện áp đầu cuối
Thuận lợi	Hiệu suất cơ học tốt, tuổi thọ cao, độ ồn thấp, tản nhiệt tốt	Hiệu suất cơ học tốt, chi phí thấp
Nhược điểm	Chi phí ban đầu cao hơn một chút	Độ ồn cao, tản nhiệt kém, đi lại cần bảo trì

 

3. Ưu điểm của động cơ không lõi

Động cơ không lõi, thông qua thiết kế cấu trúc rôto cải tiến, phá vỡ các hạn chế của rôto động cơ truyền thống và giảm đáng kể tổn thất dòng điện xoáy do lõi sắt gây ra.Đồng thời, thiết kế này làm nhẹ trọng lượng của động cơ một cách hiệu quả và giảm quán tính quay của nó, do đó giảm thiểu sự thất thoát năng lượng cơ học của rôto trong quá trình chuyển động. Nhìn chung, động cơ corless thể hiện những lợi thế đáng kể trong nhiều lĩnh vực, bao gồm mật độ công suất cao, tuổi thọ dài, phản hồi nhanh, mô-men xoắn cực đại cao và hiệu suất tản nhiệt tuyệt vời.

 

Mật độ năng lượng cao

Mật độ công suất của động cơ coreless đề cập đến công suất đầu ra trên một đơn vị thể tích hoặc trên một đơn vị trọng lượng. So với động cơ truyền thống, động cơ không lõi nhẹ hơn và hiệu quả hơn nhờ rôto không có sắt. Rôto không có sắt giúp loại bỏ dòng điện xoáy và tổn thất trễ do lõi sắt gây ra, cải thiện hiệu suất của động cơ thu nhỏ và do đó cho phép nó cung cấp công suất đầu ra và mô-men xoắn lớn hơn trong một thể tích nhỏ hơn. Hiệu suất của động cơ coreless thường đạt trên 80%, trong khi hiệu suất của động cơ DC chổi than truyền thống nhìn chung thấp hơn nhiều, thường là khoảng 50%. Do đó, động cơ corless đặc biệt thích hợp cho các thiết bị chạy bằng pin yêu cầu hoạt động ổn định lâu dài, chẳng hạn như máy bơm lấy mẫu không khí di động, robot hình người, bàn tay sinh học và dụng cụ điện cầm tay.

 

Mật độ mô-men xoắn cao

Nhờ thiết kế không có bàn ủi, rôto của động cơ không lõi không chỉ nhẹ mà còn có quán tính quay nhỏ hơn, nghĩa là động cơ có thể tăng tốc và giảm tốc nhanh chóng, tạo ra mô-men xoắn lớn hơn trong khoảng thời gian ngắn hơn. Ngoài ra, do cấu trúc nhỏ gọn hơn của rôto không sắt, động cơ không lõi có thể cung cấp công suất mô-men xoắn cao hơn trong một không gian hạn chế.

 

Tuổi thọ dài

Động cơ không lõi có nhiều phân đoạn chuyển mạch hơn và dao động dòng điện trong quá trình chuyển mạch nhỏ hơn, điều này làm giảm độ tự cảm và giảm đáng kể hiện tượng ăn mòn điện của hệ thống động cơ trong quá trình chuyển mạch. Do đó, tuổi thọ của động cơ coreless dài hơn nhiều so với động cơ DC chổi than truyền thống. Theo nghiên cứu liên quan, tuổi thọ dự kiến ​​của động cơ không lõi thường là từ 1000 đến 3000 giờ, trong khi tuổi thọ của động cơ DC chổi than thường chỉ vài trăm giờ.

 

Phản hồi nhanh

Động cơ truyền thống, do có lõi sắt nên có quán tính quay lớn hơn và do đó thời gian đáp ứng chậm hơn. Ngược lại, động cơ corless có cấu trúc nhỏ gọn và sử dụng cuộn dây hình cốc tự đỡ cho rôto, giúp rôto nhẹ hơn và giảm quán tính quay. Điều này mang lại cho động cơ corless đặc tính khởi động-dừng rất nhạy. Theo dữ liệu liên quan, hằng số thời gian cơ học của động cơ không lõi thường nhỏ hơn 28 mili giây, với một số sản phẩm thậm chí còn dưới 10 mili giây, vượt trội hơn nhiều so với hằng số thời gian 100 mili giây của động cơ lõi sắt truyền thống.

Mô-men xoắn cực đại

Động cơ không lõi có thể đạt được mô-men xoắn cực đại lớn hơn trong một khoảng thời gian ngắn vì hằng số mô-men xoắn của động cơ vẫn ổn định trong quá trình tăng dòng điện và có mối quan hệ tuyến tính giữa dòng điện và mô-men xoắn. Ngược lại, động cơ DC lõi sắt truyền thống không còn có thể tăng mô-men xoắn khi đạt đến điểm bão hòa.

 

Hiệu suất tản nhiệt tuyệt vời

Bề mặt rotor của động cơ coreless cho phép không khí lưu thông, mang lại khả năng tản nhiệt tốt hơn so với động cơ lõi sắt truyền thống. Trong động cơ truyền thống, cuộn dây của rôto lõi sắt thường được nhúng vào các rãnh của tấm thép silicon, dẫn đến lượng khí lưu thông trên bề mặt cuộn dây ít hơn và nhiệt độ tăng cao hơn. Trong cùng điều kiện công suất đầu ra, động cơ coreless có mức tăng nhiệt độ thấp hơn đáng kể và khả năng tản nhiệt hiệu quả hơn.

 

4. Lộ trình kỹ thuật của Coreless Motor

Quy trình then chốt trong sản xuất động cơ không lõi là sản xuất cuộn dây nên việc thiết kế và quy trình quấn cuộn dây trở thành rào cản kỹ thuật. Đường kính dây, số vòng dây và đặc tính tuyến tính của dây ảnh hưởng trực tiếp đến các thông số cốt lõi của động cơ, trong khi phương pháp cuộn dây quyết định trực tiếp đến hiệu suất và hiệu suất của động cơ.

 

Thiết kế cuộn dây và phương pháp cuộn dây

Thiết kế cuộn dây của động cơ corless chủ yếu bao gồm cuộn dây thẳng, cuộn dây xiên và cuộn dây yên.

 

Cuộn dây thẳng: Phương pháp cuộn dây này có các cuộn dây trong đó dây song song với trục của động cơ, tạo thành cuộn dây tập trung. Mặc dù thiết kế này đơn giản nhưng các phần cuối của phần ứng không thể tạo ra mô-men xoắn hiệu dụng và nó làm tăng trọng lượng và lực cản của phần ứng.

 

Cuộn dây xiên: Còn được gọi là cuộn dây tổ ong, phương pháp này sử dụng cuộn dây có góc cạnh trong đó phần cuối của cuộn dây nhỏ hơn và không có cuộn dây ở đầu. So với cuộn dây thẳng, cuộn dây xiên làm giảm trọng lượng và quán tính quay của phần ứng, cải thiện khả năng tăng tốc và mô-men xoắn đầu ra của động cơ. Các thương hiệu như Faulhaber của Đức và Portescap của Thụy Sĩ thường sử dụng thiết kế này.

 

Quấn yên: Phương pháp quấn này sử dụng dây tráng men tự liên kết và cải thiện tốc độ lấp đầy khe thông qua nhiều quá trình định hình và sắp xếp. Cuộn dây yên có thể giảm khe hở không khí một cách hiệu quả và tăng tỷ lệ sử dụng nam châm vĩnh cửu, từ đó cải thiện mật độ công suất của động cơ. Một số sản phẩm Maxon của Thụy Sĩ áp dụng thiết kế quanh co này.

 

Các phương pháp quấn dây khác nhau này có tác động quan trọng đến hiệu suất, công suất và mô-men xoắn đầu ra của động cơ không lõi, đồng thời chúng cũng xác định chi phí sản xuất động cơ và các kịch bản ứng dụng phù hợp.

 

Phân loại các quá trình cuộn dây

Từ góc độ công nghệ sản xuất, quy trình tạo cuộn dây của động cơ không lõi có thể được chia thành ba loại: công nghệ sản xuất cuộn dây thủ công, công nghệ sản xuất cuộn dây và công nghệ sản xuất tạo hình một bước.

 

1. Lên dây bằng tay

Cuộn dây thủ công là một quy trình sản xuất thủ công bao gồm một loạt các bước phức tạp như lắp chốt, cuộn dây thủ công và sắp xếp cuộn dây thủ công. Mặc dù phương pháp này phù hợp với các sản phẩm có tính tùy biến cao nhưng hiệu quả sản xuất tương đối thấp, tính nhất quán và ổn định của sản phẩm còn hạn chế. Do đó, quy trình này thường được sử dụng cho sản xuất hàng loạt nhỏ hoặc sản xuất theo yêu cầu đặc biệt.

 

2. Công nghệ sản xuất cuộn dây

Công nghệ sản xuất cuộn dây là quy trình bán tự động trong đó dây tráng men được quấn vào một trục xoay có tiết diện kim cương theo một thứ tự cụ thể. Sau khi đạt được độ dài yêu cầu, cuộn dây được lấy ra và sau đó được làm phẳng thành một tấm dây, sau đó được quấn thành một cuộn dây hình cốc. Quá trình này có hiệu quả sản xuất cao hơn và có thể đáp ứng nhu cầu sản xuất quy mô trung bình. Theo dữ liệu trong bài viết "Quy trình cuộn dây cuộn và thiết bị sản xuất phần ứng không lõi", thiết bị sử dụng bốn công nhân có thể đạt sản lượng hàng năm là 30.{5}} chiếc. Tuy nhiên, hạn chế của công nghệ cuộn dây là nó chủ yếu phù hợp với cuộn dây không lõi có đường kính 20-30mm. Đối với các cuộn dây nhỏ hơn có đường kính nhỏ hơn 10-12mm, đặc biệt là những cuộn dây có khoảng cách giữa các vòi nhỏ hơn 7mm, việc cuộn dây trở nên khó khăn hơn. Ngoài ra, quá trình cuộn dây đòi hỏi lao động thủ công đáng kể, điều này có thể ảnh hưởng đến tính nhất quán của sản phẩm.

 

3. Công nghệ sản xuất tạo hình một bước

Công nghệ sản xuất tạo hình một bước sử dụng thiết bị tự động hóa cao để quấn dây tráng men lên trục xoay theo một mẫu cụ thể. Sau khi cuộn dây được quấn thành hình chiếc cốc, nó sẽ được loại bỏ trực tiếp chỉ bằng một bước duy nhất, loại bỏ nhu cầu thực hiện các quy trình tiếp theo như cán hoặc làm phẳng. Phương pháp này mang lại mức độ tự động hóa cao hơn, mang lại hiệu quả sản xuất cao hơn và tính nhất quán của sản phẩm tốt hơn. Tuy nhiên, nó cũng đòi hỏi đầu tư ban đầu cao hơn vào thiết bị. So với công nghệ cuộn dây, công nghệ tạo hình một bước có thể tạo ra nhiều loại động cơ và thông số kỹ thuật đa dạng hơn, đồng thời có thể kiểm soát tốt hơn chất lượng và độ kín của việc sắp xếp cuộn dây.

Bảng: So sánh giữa quy trình quấn và quy trình tạo hình một bước
	Quá trình vết thương	Công nghệ sản xuất tạo hình một lần
Giá thiết bị	Thấp	Cao
Bằng cấp tự động hóa	Thấp, không phù hợp với sản xuất tự động quy mô lớn	Có thể sản xuất tự động quy mô lớn, cao
Tỷ lệ phế liệu	Cao	Thấp
Khó khăn kỹ thuật toàn diện	Thấp	Cao

 

Xem thêm:Công nghệ cuộn dây là rào cản cốt lõi của động cơ cốc rỗng

 

 

Robot hình người, còn được gọi là robot hình người, là những robot thông minh được thiết kế để làm việc và tương tác trong môi trường tương tự như môi trường của con người. Những robot này được thiết kế để bắt chước ngoại hình và hành vi của con người, có khả năng cảm nhận môi trường xung quanh, nhận dạng vật thể và con người, xử lý và hiểu dữ liệu không gian cũng như cung cấp các dịch vụ hiệu quả và thông minh. Thông qua việc tích hợp các cảm biến, bộ truyền động, thuật toán và hệ thống phần cứng và phần mềm khác, robot hình người có thể nhận thức, xử lý thông tin và đáp ứng nhu cầu của con người một cách hiệu quả.

 

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, robot hình người ngày càng được ứng dụng vào nhiều ngành công nghiệp khác nhau và được kỳ vọng sẽ trở thành thị trường nghìn tỷ USD ngang tầm với điện thoại thông minh, xe chở khách và các công nghệ khác trong tương lai. Trong lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt là sản xuất, robot hình người có thể thay thế con người trong việc thực hiện các nhiệm vụ cường độ cao, nguy hiểm và lặp đi lặp lại, chẳng hạn như xử lý vật liệu, hàn, đánh bóng, v.v. Tesla có kế hoạch đưa robot hình người vào các nhà máy lớn của mình để vận hành dây chuyền lắp ráp nhằm tăng hiệu quả sản xuất và giảm rủi ro thương tích cho công nhân; Tập đoàn Điện hạt nhân Tổng hợp Trung Quốc cũng đang xem xét triển khai robot hình người trong các nhà máy điện hạt nhân; Foxconn đang thử nghiệm robot hình người để giải quyết các vấn đề về kiểm soát chất lượng, luân chuyển nhân viên và giảm bớt căng thẳng về thể chất do một số nhiệm vụ lặp đi lặp lại gây ra. Ngành dịch vụ cũng không ngoại lệ. Với khả năng nhận thức môi trường mạnh mẽ và khả năng tương tác giữa con người và robot tuyệt vời, robot hình người có thể thực hiện các nhiệm vụ như giao hàng và đồng hành trong nhà hàng, bệnh viện và các địa điểm khác, cũng như đóng vai trò là người cung cấp dịch vụ chăm sóc tại nhà và bạn đồng hành trong môi trường gia đình. Ví dụ, Apollo, robot của Apptronik có trụ sở tại Hoa Kỳ, chủ yếu được sử dụng để quản lý kho hàng và hỗ trợ vận chuyển hàng hóa, có thời lượng pin 4 giờ; G1, một robot hình người đa năng được phát triển bởi Yushu Technology, có thể thực hiện các chuyển động tinh tế như mở nắp chai.

 

Về cấu trúc của robot hình người, chúng thường được chia thành hệ thống thực thi, hệ thống nhận thức và các hệ thống khác. Hệ thống thực hiện chủ yếu bao gồm bộ truyền động tuyến tính, bộ truyền động quay và bàn tay khéo léo. Hệ thống nhận thức, tùy thuộc vào đường dẫn kỹ thuật, bao gồm cảm biến hình ảnh, radar sóng milimet, hệ thống dẫn đường quán tính và các thiết bị khác. Các hệ thống khác bao gồm các thành phần chính như chip và pin. Bàn tay khéo léo, là một trong những thành phần chính của hệ thống thực thi, hoạt động dựa trên sự phối hợp giữa động cơ không lõi và hộp số hành tinh. Động cơ không lõi dẫn động hộp số hành tinh để tạo ra lực phản ứng ngược, lực này sau đó kéo các khớp ngón tay qua bản lề hoặc các kết nối khác, biến chuyển động quay thành chuyển động tuyến tính. Bằng cách cấp điện áp thuận hoặc ngược, động cơ không lõi có thể điều khiển việc duỗi và rút các ngón tay, cho phép kẹp hoặc thả đồ vật.

 

Lấy robot Optimus của Tesla làm ví dụ, bàn tay khéo léo của nó bao gồm một động cơ không lõi, hộp số hành tinh chính xác, vít bi, cảm biến và bộ mã hóa. Động cơ không lõi chiếm khoảng 50% chi phí của các bộ phận dẫn động của tay và khoảng 4~4,5% tổng chi phí của một robot. Mỗi bàn tay khéo léo được điều khiển bởi sáu động cơ, với hai mô-đun động cơ không lõi được lắp đặt ở phần ngón tay cái để thực hiện đồng thời cả chuyển động duỗi và lật; mỗi ngón tay còn lại được điều khiển bởi một mô-đun động cơ không lõi. Sáu mô-đun động cơ hoạt động cùng với hệ thống bánh răng và gân để thực hiện các thao tác linh hoạt và chính xác của bàn tay.

 

Ngoài ra, robot hình người còn chứa một thành phần quan trọng khác: động cơ mô-men xoắn không khung, thường được sử dụng ở những khu vực cần mô-men xoắn cao, chẳng hạn như các khớp nối. Là một loại động cơ servo, động cơ corless mang lại độ chính xác điều khiển cao hơn và tốc độ phản hồi nhanh hơn, khiến nó được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận như bàn tay khéo léo đòi hỏi độ chính xác và khả năng phản hồi cao hơn. Vì bài viết này tập trung vào động cơ không lõi nên phân tích chi tiết về động cơ mô-men xoắn không khung sẽ không được mở rộng.

 

 

1. Hiện nay, sự phát triển nhanh chóng của trí tuệ nhân tạo đã giải quyết được hai thách thức chính đối với robot: thiếu trí thông minh và thiếu kịch bản ứng dụng. Đồng thời, phần cứng của robot hình người cũng đang trải qua quá trình lặp lại nhanh chóng. Việc bố trí chuỗi công nghiệp trong nước có lợi cho việc giảm nhanh chóng chi phí, từ đó đặt nền tảng cho việc phổ biến robot hình người. Bài viết này tin rằng sự tăng trưởng của thị trường robot hình người sẽ diễn ra theo ba giai đoạn:

 

Giai đoạn 1: 2024-2026: Được thúc đẩy chủ yếu bởi chính sách và vốn, dự kiến ​​các công ty sẽ dần bước vào giai đoạn sản xuất hàng loạt robot hình người. Trong ba năm đầu tiên, trọng tâm của các ứng dụng thương mại sẽ là đáp ứng nhu cầu phi cơ cấu của thị trường công nghiệp, bổ sung cho các dây chuyền sản xuất công nghiệp truyền thống. Trong giai đoạn này, tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) của doanh số bán robot hình người dự kiến ​​sẽ vào khoảng 50%.

 

Giai đoạn 2: 2027-2030: Với việc liên tục giảm chi phí và cải thiện hiệu quả trong chuỗi cung ứng, cũng như những đột phá công nghệ liên tục, robot hình người sẽ dần dần lan rộng và trở nên phổ biến trong các khu vực thị trường gia đình và dịch vụ tiềm năng, với tiềm năng ứng dụng liên tục được mở rộng đã khám phá. CAGR của doanh số bán robot hình người trong giai đoạn này dự kiến ​​là khoảng 100%.

 

Giai đoạn 3: Sau năm 2030: Nhu cầu trong các kịch bản như chăm sóc người già, đồng hành tình cảm và ứng dụng quân sự sẽ trở thành động lực chính cho sự phát triển của robot hình người, dẫn đến xu hướng thị trường đi lên trong dài hạn. CAGR của doanh số bán robot hình người trong giai đoạn này dự kiến ​​là khoảng 20%.

 

2. Từ góc độ định giá, đơn giá trung bình hiện tại của động cơ không lõi ở cả thị trường trong nước và quốc tế là 1200 RMB mỗi chiếc. Giả sử giá vẫn ổn định trong tương lai.

 

3. Giả sử số lượng động cơ không lõi được sử dụng trong mỗi robot hình người vẫn giữ nguyên như hiện nay, tức là 12 động cơ cho mỗi robot.

 

Theo ước tính, bắt đầu từ năm 2028, quy mô thị trường của động cơ không lõi trong lĩnh vực robot hình người sẽ đạt mức tỷ nhân dân tệ. Đến năm 2030, quy mô thị trường gia tăng từ lĩnh vực robot hình người sẽ vượt quá 40% quy mô thị trường tổng hợp của các lĩnh vực khác.

Bảng: Ước tính mức tăng quy mô của động cơ cốc rỗng do robot hình người mang lại
	2024	2025	2026	2027	2028	2029	2030	2031	2032
Doanh số bán robot hình người (10,000 chiếc)	1	1.5	2.25	4.5	9	18	36	43.2	51.84
Doanh số bán robot hình người (yoy)		50%	50%	100%	100%	100%	100%	20%	20%
Số lượng động cơ cốc rỗng trên mỗi thiết bị (đơn vị)	12	12	12	12	12	12	12	12	12
Doanh số bán động cơ cốc rỗng trong lĩnh vực này (10,000 chiếc)	12	18	27	54	108	216	432	518.4	622.08
Đơn giá động cơ cốc rỗng (nhân dân tệ)	1000	1000	1000	1000	1000	1000	1000	1000	1000
Tăng quy mô thị trường của động cơ cốc rỗng (10,000 nhân dân tệ)	12000	18000	27000	54000	108000	216000	432000	518000	622080

 

 

 

Trên bình diện quốc tế, hoạt động sản xuất động cơ không lõi, nhờ công nghệ tiên tiến và lợi thế cạnh tranh, kết hợp với công nghệ thiết bị cuộn dây tiên tiến phù hợp và mức độ tự động hóa cao, từ lâu đã duy trì được thị phần cao, mang lại lợi thế dẫn đầu. Các công ty dẫn đầu ngành toàn cầu bao gồm Maxon của Thụy Sĩ, Faulhaber của Đức và Portescap của Thụy Sĩ. Tại thị trường Trung Quốc, các công ty đại diện bao gồm VSD, được thành lập vào năm 2011. Việc sản xuất động cơ Coreless ở Trung Quốc bắt đầu muộn hơn, có khoảng cách công nghệ nhất định so với các công ty nước ngoài. Tuy nhiên, được hưởng lợi từ lợi thế chuỗi công nghiệp đầy đủ mạnh mẽ và đội ngũ kỹ sư tài năng, dự kiến ​​Trung Quốc sẽ nhanh chóng bắt kịp.

 

Maxon (Thụy Sĩ): Được thành lập vào năm 1961, Maxon có khoảng 3.300 nhân viên trên toàn cầu, phân bổ trên 40 quốc gia. Vào năm 2022, công ty đã đạt được doanh thu 708 triệu Franc Thụy Sĩ, với sản lượng hàng năm là 5 triệu chiếc và khoảng 12,000 chủng loại sản phẩm. Các sản phẩm của họ chủ yếu bao gồm động cơ DC không chổi than và có chổi than, nhiều loại hộp số, cảm biến, bộ mã hóa, bộ khuếch đại servo, bộ điều khiển vị trí, các bộ phận CIM và MIM cũng như các giải pháp tùy chỉnh phù hợp với nhu cầu của khách hàng. Động cơ không lõi của chúng có đường kính từ 4-90 mm đến công suất từ ​​1.2-400 watt. Hiệu suất mô-men xoắn là tuyệt vời, với công suất cao, phạm vi tốc độ rộng và tuổi thọ dài.

 

Faulhaber (Đức): Là một doanh nghiệp gia đình độc lập, công nghệ truyền động của Faulhaber là một ví dụ nổi bật về kỹ thuật chính xác và công nghệ động cơ. Faulhaber có các trung tâm R&D và sản xuất tại Đức, Thụy Sĩ, Mỹ, Romania và Hungary, với mạng lưới trải dài trên 30 quốc gia và khu vực cùng hơn 2.300 nhân viên chuyên nghiệp. Động cơ không chổi than B-Micro của họ có kích thước tối thiểu là 3 mm và động cơ không chổi than 0615N1.5S của họ có kích thước tối thiểu là 6 mm.

 

Portescap (Thụy Sĩ): Được thành lập vào năm 1931 tại Thụy Sĩ, Portescap ban đầu tập trung vào ngành chế tạo đồng hồ và giới thiệu động cơ DC rôto không lõi mang tính cách mạng EscapTM vào năm 1959, bước vào ngành công nghiệp động cơ thu nhỏ. Vào năm 2023, nó được RegalRexnord mua lại. Các sản phẩm động cơ vi mô của công ty đáp ứng nhu cầu truyền tải của các thị trường cuối cùng, từ thiết bị y tế đến các ứng dụng công nghiệp khác nhau.

 

VSD (Trung Quốc): Được thành lập vào năm 2011, VSD đã phát triển nhanh chóng, ban đầu ở Trung Quốc, và chỉ trong vài năm, nó nhanh chóng vươn lên trở thành một trong những nhà sản xuất động cơ siêu nhỏ hàng đầu Trung Quốc, bắt đầu mở rộng ra quốc tế. Nó đã hợp tác với các công ty quốc tế nổi tiếng như Montaplast, Panasonic và Philips, nhận được sự tin tưởng và khen ngợi. Tổng diện tích nhà máy của công ty vượt quá 10,000 mét vuông, với các cơ sở sản xuất riêng biệt cho động cơ có chổi than và không chổi than, cùng hàng trăm máy tự động tiên tiến (bao gồm cả máy cuộn dây tiên tiến), hàng chục kỹ sư nghiên cứu giàu kinh nghiệm và hàng trăm nhân viên tuyến đầu , sản xuất 200,{6}} động cơ mỗi ngày.