Comment le module d’articulation robotique planétaire JRM de HONPINE maîtrise-t-il l’élévation de température en fonctionnement continu ?

Alors que les robots sont de plus en plus déployés dans les usines intelligentes, la logistique automatisée, l'inspection sans personnel et les opérations spécialisées, le fonctionnement continu 24 h/24 et 7 j/7 devient une exigence courante. Les attentes envers les robots évoluent également, passant de la simple exécution de mouvements de base au maintien de performances stables et fiables sur des périodes de fonctionnement prolongées.

En tant que composant central du mouvement, les performances thermiques d'un module d'articulation robotisée affectent directement la stabilité de fonctionnement de l'ensemble du système robotique. Les exigences croissantes en matière de fonctionnement prolongé et sous forte charge imposent donc des exigences plus élevées en matière de contrôle de la température des articulations.

Pour relever le défi courant de l'élévation de température dans les articulations de robots, HONPINE se concentre sur la conception fondamentale du module d'articulation plutôt que de s'appuyer principalement sur un refroidissement externe comme mesure corrective. Avec l'efficacité élevée de conversion d'énergie et le fonctionnement à faibles pertes comme objectifs de conception essentiels, HONPINE développe des modules d'articulation robotisée intégrés (JRM Planetary Joint Module) conçus pour une faible élévation de température, une haute fiabilité et une production évolutive, fournissant des composants de mouvement essentiels aux systèmes robotiques fonctionnant dans des conditions exigeantes.

Lors d'un fonctionnement prolongé sous forte charge, les pertes du moteur, de la transmission et de l'unité d'entraînement sont des sources majeures d'accumulation de chaleur au sein d'une articulation robotisée. La structure compacte d'un module d'articulation limite également l'espace disponible pour la dissipation thermique, ce qui rend la gestion thermique particulièrement difficile en fonctionnement continu.

Pour relever ce défi, HONPINE a développé une approche de gestion thermique développée en interne, fondée sur la réduction des pertes dans l'ensemble du module d'articulation et sur le contrôle de la génération de chaleur à ses sources. Partant de la conception fondamentale du module, cette approche vise à réduire la génération de chaleur et à améliorer la stabilité thermique lors d'un fonctionnement continu.

1. Stratégie de conception : contrôler l'élévation de température à la source

HONPINE se concentre sur l'optimisation des principaux composants générateurs de chaleur dumodule d'articulation robotiséeplutôt que de s'appuyer uniquement sur des mesures de refroidissement en aval.

Grâce à des améliorations de l'efficacité du moteur, du réducteur planétaire et de l'unité d'entraînement, HONPINE réduit les pertes électromagnétiques, les pertes par frottement mécanique et les pertes de commutation des dispositifs de puissance pendant le fonctionnement. En réduisant la génération de chaleur à la source, le module d'articulation peut maintenir une accumulation de chaleur moindre dans sa structure intégrée compacte.

Cette conception à faibles pertes au niveau du système vise à assurer des performances thermiques stables lors d'un fonctionnement continu de longue durée.

2. Optimisation du moteur : conception électromagnétique multidimensionnelle

Le moteur est l'un des principaux composants générateurs de chaleur dans un module d'articulation robotisée. Les pertes cuivre et les pertes fer ont un impact direct sur les caractéristiques fondamentales d'élévation de température du module. HONPINE optimise donc le moteur sous plusieurs aspects, notamment la conception du circuit magnétique, le choix des matériaux et les procédés de bobinage, afin d'améliorer l'efficacité de conversion de l'énergie électromagnétique.

Conception électromagnétique

HONPINE optimise la combinaison pôles-encoches afin d'améliorer le facteur de bobinage tout en affinant le circuit magnétique et la structure de l'entrefer.

Pour le fonctionnement à basse vitesse, le couple d'encochage est maintenu à moins de 1% du couple nominal, ce qui aide à maintenir un mouvement fluide et un fonctionnement stable à basse vitesse.

Pour le fonctionnement à grande vitesse, le taux de distorsion harmonique de la force contre-électromotrice est maintenu à moins de 1%, ce qui aide à réduire les pertes fer et à améliorer l'efficacité lors d'un fonctionnement à grande vitesse.

Matériaux hautes performances

Le stator et le rotor utilisent de l'acier électrique non orienté haute qualité de 0.2 mm, ce qui aide à réduire les pertes par courants de Foucault et à améliorer les caractéristiques de saturation magnétique.

Le moteur utilise également des aimants permanents de la série UH, haute qualité et résistants aux hautes températures, offrant une densité de flux rémanent élevée et une forte coercivité afin de réduire le risque de démagnétisation dans des conditions de fonctionnement sous forte charge.

Les matériaux essentiels, notamment le fil électromagnétique, les composants isolants et l'adhésif de collage, sont sélectionnés selon des spécifications haute température. Les composants centraux peuvent résister à des températures allant jusqu'à 180°C, permettant un fonctionnement continu de longue durée.

Procédé de bobinage

Le moteur utilise un procédé de bobinage continu automatisé à fentes multiples, augmentant le facteur de remplissage des encoches à 80%.

Dans les mêmes conditions de couple de sortie, un facteur de remplissage des encoches plus élevé peut contribuer à réduire la génération de chaleur liée au courant. Le procédé de bobinage réduit également le nombre de joints de soudure, améliorant ainsi la fiabilité globale de fonctionnement.

Grâce à ces optimisations combinées, le moteur atteint un rendement global pouvant atteindre 92%, ce qui contribue à réduire la génération de chaleur à l'une des principales sources de chaleur au sein du module d'articulation.

3. Efficacité de la transmission et de l'entraînement : réduction des pertes sur l'ensemble de la chaîne de puissance

Outre les pertes du moteur, le frottement mécanique dans le réducteur planétaire et les pertes de commutation dans l'unité d'entraînement peuvent également affecter les performances thermiques d'un module d'articulation robotisée lors d'un fonctionnement continu.

Efficacité de la transmission planétaire

Du côté de la transmission, HONPINE optimise la structure et la précision d'appariement du réducteur planétaire.

Le rendement du réducteur planétaire à un étage peut atteindre 97%, tandis que le rendement du réducteur planétaire à deux étages reste d'environ 95% dans les conditions de fonctionnement spécifiées.

Une efficacité de transmission plus élevée aide à réduire les pertes mécaniques ainsi que la chaleur associée générée par l'engrènement et le frottement des engrenages.

Efficacité de l'entraînement

Du côté de l'entraînement, le module d'articulation utilise des dispositifs de puissance en nitrure de gallium (GaN) de troisième génération.

Par rapport aux dispositifs de puissance conventionnels, les dispositifs GaN peuvent réduire considérablement les pertes de conduction et de commutation. L'unité d'entraînement atteint un rendement global de fonctionnement supérieur à 95%, ce qui aide à réduire la génération de chaleur associée aux commutations électriques à haute fréquence.

Grâce à l'optimisation coordonnée des systèmes de transmission et d'entraînement, le module d'articulation est conçu pour assurer un fonctionnement efficace sur l'ensemble de la chaîne de puissance.

4. Validation à pleine charge : élévation de température inférieure à 1 K après 30 minutes

Les caractéristiques de faibles pertes et de faible élévation de température obtenues par la conception théorique doivent finalement être vérifiées dans des conditions de charge réelles.

Afin de simuler les conditions de fonctionnement continu de robots travaillant sous des charges exigeantes, HONPINE a réalisé un essai dos à dos à pleine charge sur le module d'articulation robotisée planétaire C6345.

Le module C6345 possède un couple nominal de 12 N·m et une vitesse nominale de 120 rpm. Une configuration d'essai servo dos à dos a été utilisée pour reproduire un fonctionnement continu en charge.

Après 90 minutes de fonctionnement continu à pleine charge, le module d'articulation a atteint un équilibre thermique stable.

À une température ambiante de 25°C, la différence d'élévation de température après 30 minutes était inférieure à 1 K, tandis que la température d'équilibre finale s'est stabilisée à 61.42°C.

Même dans des conditions de fonctionnement à pleine charge, le module d'articulation a maintenu un équilibre thermique stable, contribuant à éviter une augmentation continue de la température lors d'un fonctionnement prolongé.

5. Performances fondamentales pour le fonctionnement continu de longue durée des robots

De l'optimisation multidimensionnelle du moteur et de la réduction à la source des pertes électromagnétiques aux améliorations d'efficacité des systèmes de transmission et d'entraînement, HONPINE aborde la gestion thermique en réduisant la génération de chaleur dans l'ensemble du module d'articulation.

L'essai à pleine charge du module d'articulation robotisée planétaire C6345 démontre également son comportement thermique dans des conditions de fonctionnement continu.

En combinant un rendement moteur élevé, une transmission planétaire efficace, la technologie d'entraînement GaN à haut rendement et une conception à faibles pertes au niveau du système, HONPINE développe des modules d'articulation robotisée planétaires conçus pour réduire les défis de gestion thermique des intégrateurs de systèmes robotiques.

Cette approche vise à prendre en charge les robots fonctionnant dans des conditions de longue durée, de forte charge et de service continu, tout en fournissant une base thermique stable pour un mouvement robotique fiable.