Как да подобрим живота на батерията на AGV и капацитета на полезен товар с помощта на DC серво мотори с ниско напрежение?

За модерните автоматизирани управлявани превозни средства (AGV) и автономните мобилни роботи (AMR) два показателя за ефективност винаги са тясно свързани:

Време на работа на батерията и капацитет на полезен товар.

Превозно средство, което консумира твърде много енергия, се нуждае от по-голяма батерия. Но по-голямата батерия също добавя тегло, намалявайки количеството полезен товар, който превозното средство може да носи.

Ето защо тяговата система заслужава внимателно внимание.

Правилно проектираната нисковолтова DC серво моторна система може да помогне на производителите на AGV да подобрят:

• Енергийна ефективност

• Време на работа на батерията

• Въртящ момент при стартиране и изкачване

• Съотношение полезен товар към тегло на превозното средство

• Точност на движението

• Регенеративно спиране

• Термична стабилност

• Обща ефективност на задвижването

За проектите за AGV в САЩ изборът на двигател също трябва да се разглежда в рамките на по-широката рамка за безопасност на машината. Текущите препратки включват ANSI/A3 R15.08-1-2020 (R2026) , ANSI/A3 R15.08-2-2023 , ANSI/A3 R15.08-3-2026 и ANSI/ITSDF B56.5-2024.

AGV DC серво моторни решения

AGV задвижващите системи се нуждаят от нещо повече от обикновено въртене на двигателя. Задвижващият мотор трябва да осигурява контролиран въртящ момент, точно регулиране на скоростта, плавно ускорение и надеждна обратна връзка, докато работи от нисковолтова DC акумулаторна система. Поради тази причина DC серводвигатели, интегрирани DC серводвигатели, редукторни DC серводвигатели, STO серводвигатели и AGV хъбови двигатели обикновено се използват в архитектурите на задвижване AGV и AMR.

JKONGMOTOR предоставя няколко конфигурации на DC серво мотори, които могат да бъдат съчетани с различни изисквания за натоварване, скорост, пространство, защита и безопасност на AGV.

Продуктова гама AGV DC серво мотор

Jkongmotor Персонализирани серво моторни движения

Доставчик на решение за интегриран DC серво мотор на едно място

1. Интегриран DC серво мотор

Интегрираният DC серво мотор съчетава мотора, серво задвижването и енкодера в един компактен корпус. Тази архитектура намалява външното окабеляване и спестява място за инсталиране, което я прави особено полезна за компактни AGV и AMR шасита.

Той поддържа управление на движението в затворен контур за скорост, позиция и въртящ момент , докато интегрираната електроника опростява връзката между двигателя и контролера на превозното средство. Интегрираните серво архитектури се използват широко, когато пространството на шасито и ефективността на окабеляването са важни съображения за проектиране.

Типични AGV приложения:

• Складови AGV

• AMR задвижващи колела

• Автономни роботи за обработка на материали

• Сортиращи роботи

• Компактни мобилни роботи

2. DC серво мотор с планетарен редуктор

съчетава DC серво мотор с планетарен редуктор DC серво мотор с планетарна скоростна кутия за увеличаване на изходния въртящ момент, като същевременно поддържа компактно задвижване.

Тази конфигурация е подходяща, когато AGV изисква по-силен въртящ момент на колелата за потегляне, ускорение, изкачване по рампи или пренасяне на по-тежки товари . Скоростната кутия също позволява на двигателя да работи с по-висока скорост, като същевременно осигурява по-ниска скорост на колелото.

Типични приложения:

• Тежкотоварни AGV

• Складово транспортни средства

• Роботи за обработка на палети

• Мобилно подемно-транспортно оборудване

• AGV задвижващи колела, изискващи висок въртящ момент

3. Червячен DC серво мотор

интегрира DC серво мотор с червячна предавка червячна скоростна кутия с DC серво мотор. Високото му съотношение на намаляване го прави подходящ за приложения, изискващи висок изходен въртящ момент и контролирано движение при ниска скорост.

Червячната скоростна кутия може също така да осигури полезни характеристики за задържане на товара, в зависимост от конструкцията на скоростната кутия и работните условия. Това го прави приложим за AGV механизми, където контролираното движение и механичното задържане са важни.

Типични приложения:

• Тежкотоварни AGV задвижващи системи

• Механизми за повдигане и позициониране

• Оборудване за конвейерно прехвърляне

• Промишлени мобилни роботи

• Автоматизирани системи за обработка

4. Спирачен интегриран DC серво мотор

Спирачен интегриран DC серво мотор съчетава серво мотора, енкодера, задвижването и електромагнитната спирачка в един възел.

Спирачката е особено полезна, когато AGV механизъм трябва да задържи позицията си след спиране на мощността на двигателя . Може да се има предвид за повдигащи оси, вертикални механизми, наклонено оборудване и приложения, където трябва да се предотврати неконтролирано механично движение.

Типични приложения:

• Подемни механизми AGV

• Вертикални трансферни системи

• Автоматизирано манипулационно оборудване

• Механизми с наклонено задвижване

• Мобилни роботи с изисквания за задържане

5. IP65 Интегриран DC серво мотор

Интегрираният DC серво мотор IP65 е проектиран за приложения на AGV, където моторът може да се сблъска с прах, пръски вода или взискателни индустриални условия.

Неговата интегрирана архитектура на мотор и задвижване съчетава компактен монтаж с подобрена защита на корпуса. Това го прави полезен за складова логистика, мобилни машини, оборудване за работа на открито и промишлени AGV, където защитата на околната среда е важна спецификация. JKONGMOTOR изброява IP65 защита като налична конфигурация за своята интегрирана серво моторна платформа.

Типични приложения:

• AGV с възможност за работа на открито

• Логистични роботи

• Фабрични транспортни средства

• Мобилно подемно-транспортно оборудване

• Предразположени към прах индустриални среди

6. AGV STO DC серво мотор

AGV STO DC серво моторът е проектиран за AGV и AMR системи, където безопасното изключване на въртящия момент (STO) е част от архитектурата за безопасност при управление на движението.

STO забранява способността на задвижването да генерира въртящ момент на двигателя, когато функцията за безопасност е активирана. Поради това се различава от нормалната команда за движение: STO предотвратява генерирането на въртящ момент, вместо просто да командва автомобила да намали.

Типични приложения:

• Автономни мобилни роботи

• Достъпни за хора складови площи

• Интелигентни логистични системи

• Автоматизирана обработка на материали

• AGV, изискващи задвижващи функции, свързани с безопасността

7. Мотор на главината на AGV

AGV Hub Motor интегрира задвижващия мотор в колелото или модула на главината, създавайки компактно решение за задвижване на колелата.

В сравнение с конвенционалното устройство мотор плюс скоростна кутия, моторът на главината може да намали компонентите на механичната трансмисия и да използва по-добре ограниченото пространство на шасито. Това е особено подходящо за компактни AGV, AMR, автономни транспортни роботи и мобилни платформи с нисък под . Архитектурата главина-мотор трябва да бъде избрана според диаметъра на колелото, натоварването на превозното средство, необходимия въртящ момент, скорост и топлинни условия.

Защо да изберете интегриран DC серво мотор за AGV?

Основното предимство е интеграцията на системно ниво, а не просто производителността на двигателя.

Компактен монтаж

Двигателят, енкодерът и задвижващата електроника могат да бъдат комбинирани в един модул, намалявайки необходимостта от отделна позиция за монтиране на серво задвижване.

Опростено окабеляване

Интегрираната серво архитектура може да намали прокарването на кабела на двигателя и енкодера между двигателя и външното устройство, което спомага за опростяване на електрическия дизайн на AGV.

Управление на движението в затворен контур

Обратната връзка на енкодера позволява точен контрол на скоростта и позицията на колелото, което е важно за навигацията на AGV и синхронизираната работа на колелото.

Гъвкава комуникация

В зависимост от конфигурацията серво системите AGV могат да поддържат комуникационни методи като CANopen, RS485/Modbus и EtherCAT . Тези интерфейси обикновено се използват за интегриране на серво оси с AGV контролери.

Множество механични конфигурации

Планетарни скоростни кутии, червячни скоростни кутии, спирачки, водоустойчиви корпуси и задвижващи структури на главината позволяват двигателят да бъде съгласуван с различни архитектури на AGV.

Една платформа за различни дизайни на AGV задвижвания

Интегрираната серво платформа на JKONGMOTOR покрива множество механични и контролни конфигурации, включително 24V/48V DC системи, опции за скоростна кутия, конфигурации на спирачките, обратна връзка на енкодера, корпуси с IP оценка и интерфейси Pulse, RS485, CANopen и EtherCAT . Страницата за AGV решение на компанията изброява конфигурации от сериите IDC60 и IDC80 и диапазон на мощност, вариращ от 26W до 1000W.

Това позволява на производителите на AGV да избират архитектурата на двигателя според действителния дизайн на превозното средство, вместо да използват една конфигурация на двигателя за всяко приложение.

За OEM AGV проекти въртящият момент на двигателя, размерът на колелата, теглото на превозното средство, скоростта, напрежението на батерията, съотношението на скоростната кутия, типът на енкодера, комуникационният протокол, степента на защита и изискванията за безопасност могат да бъдат оценени заедно, за да се разработи подходящо решение за DC серво задвижване.

Защо DC серводвигателите с ниско напрежение са критични за живота на батерията на AGV и капацитета на полезен товар?

Тяговият двигател преобразува енергията на батерията във въртящия момент на колелото, който всъщност движи AGV.

Поради тази причина моторната ефективност има пряк ефект върху това колко енергия консумира превозното средство по време на всеки транспортен цикъл.

За разлика от обикновеното задвижване с отворен цикъл, DC сервосистемата със затворен контур непрекъснато следи позицията и скоростта на двигателя чрез обратна връзка и регулира мощността според действителното работно състояние.

Това е особено ценно, защото AGV рядко работят при едно постоянно натоварване.

Типични условия на работа на AGV

AGV може многократно да се нуждае от:

Старт → Ускоряване → Круиз → Намаляване → Стоп → Завъртане → Назад → Рестартиране

Необходимият въртящ момент може да се промени значително между всеки етап.

Правилно избраната серво система може да реагира бързо на тези променящи се изисквания, вместо да работи при фиксирана мощност.

Ефективността на батерията и теглото на автомобила са свързани

Основна връзка е:

Електрическа енергия = Напрежение на батерията × Ток × Работно време

Намаляването на ненужния ток може да намали общата консумация на енергия, като същевременно запази необходимия въртящ момент на колелото.

В същото време самото задвижване допринася за масата на автомобила.

Основната връзка на полезния товар е:

Нетен полезен товар = Разрешено брутно тегло на превозното средство − Собствено тегло на превозното средство

Това създава важна възможност за проектиране.

По-компактен мотор, интегрирано задвижване или оптимизирана скоростна кутия може да намали теглото на системата и да освободи допълнителен капацитет за товар.

Защо интеграцията има значение

Един модерен интегриран серво мотор може да комбинира:

Мотор + Енкодер + Серво задвижване + Управляваща електроника

в един компактен комплект.

Това може да намали:

• Сложност на окабеляването

• Пространство на шкафа

• Компоненти за външно задвижване

• Време за монтаж

• Цялостен отпечатък на задвижването

За дизайни на шасита на AGV с ограничено пространство, тези детайли могат да имат значим ефект върху крайната архитектура на превозното средство.

Как да DC серво мотори с ниско напрежение удължават времето за работа на AGV батерията чрез високоефективно и регенеративно спиране?

Времето на работа на батерията не трябва да се оценява само от мощността на мотора, посочена в табелата.

По-полезното измерване е енергията, консумирана по време на реалния работен цикъл на AGV.

Практическото приближение е:

Използвана енергия на батерията ≈ Средна входна DC мощност × Работно време

Тъй като AGV непрекъснато ускоряват и забавят, средната мощност може да се различава значително от номиналната мощност на двигателя.

Високоефективна работа

Сервоуправляем мотор може да регулира въртящия момент според действителното търсене.

По време на постоянен ход, необходимият въртящ момент може да бъде относително нисък.

По време на ускорението системата може временно да се нуждае от много по-висок въртящ момент.

Този динамичен контрол позволява на задвижването да съвпада по-добре между електрическия вход и механичните изисквания.

Регенеративно спиране

Регенеративното спиране осигурява друг потенциален механизъм за пестене на енергия.

По време на забавяне двигателят може да работи като генератор. Вместо да преобразува цялата кинетична енергия в топлина чрез триене или спирачен резистор, част от тази енергия може да бъде върната към DC шината.

Тогава възстановената енергия може да бъде:

Върна се към батерията

или

Използва се другаде по DC шината

в зависимост от архитектурата на системата.

Въпреки това, регенеративното спиране трябва да бъде проектирано правилно.

По време на забавяне напрежението на DC-шината може да се повиши бързо. Следователно системата се нуждае от подходящ метод за обработка на регенерирана енергия, като се вземат предвид приемането на батерията, състоянието на зареждане, ограниченията на контролера, температурата и честотата на спиране.

Където регенеративното спиране осигурява най-голяма стойност

Регенеративното спиране е особено подходящо за AGV с чести:

• Спира

• Започва

• Промени в посоката

• Събития за забавяне

• Кратки транспортни цикли

• Движение вертикално или надолу

За тези приложения Wh на завършен цикъл често е по-полезен KPI от теоретичната моторна ефективност.

Как дизайнът с висока плътност на мощността на DC серводвигатели директно увеличава нетния полезен товар на AGV?

Капацитетът на полезен товар е основно проблем със задвижването и масата на превозното средство.

AGV трябва да генерира достатъчно теглителна сила, за да преодолее:

Съпротивление при търкаляне + съпротивление при наклон + сила на ускорение + други механични загуби

Опростена връзка е:

Въртящ момент на колелото = Теглителна сила × Радиус на колелото

Ето защо изборът на двигател не може да бъде отделен от диаметъра на колелото, съотношението на скоростната кутия, теглото на превозното средство или изискванията за ускорение.

Плътността на въртящия момент е по-важна от размера на двигателя сам

По-големият двигател може да осигури повече въртящ момент, но също така добавя:

• Тегло

• Обем

• цена

• Термично натоварване

• Изискване на батерията

По-добрата проектна цел обикновено е по-висока използваема плътност на въртящия момент.

С други думи:

По-практична производителност на колелата от по-малка маса и обем на двигателя

Компактната серво система може да помогне за постигането на този баланс.

Стартовият въртящ момент е особено важен

AGV, носещ своя максимален полезен товар, може да изисква значителен въртящ момент при много ниска скорост.

Това е особено вярно, когато превозното средство:

• Започва от почивка

• Носи тежки товари

• Изкачва се по рампи

• Ускорява бързо

• Работи върху подови настилки с по-висока устойчивост

Поради тази причина двигателят трябва да се оценява, като се използва неговият постоянен въртящ момент и пиков въртящ момент , а не просто неговата номинална мощност.

Основни параметри на задвижването

Целта не е просто да инсталирате възможно най-големия двигател.

Целта е да се постигне необходимата скорост, въртящ момент, ускорение, способност за катерене и термична граница с най-ниското практическо тегло на системата.

Как да изберете правилното DC сервосистема с ниско напрежение отговаря на стандартите за безопасност на AGV и индустрията на САЩ?

Не е достатъчно да изберете двигател само защото номиналното му напрежение съвпада с батерията.

Проект на AGV в САЩ трябва да оцени цялото превозно средство и неговата архитектура за безопасност.

Текущите референции в индустрията включват серията ANSI/A3 R15.08 за промишлени мобилни роботи и ANSI/ITSDF B56.5-2024 за промишлени превозни средства без водач и автоматично направлявани.

В зависимост от продукта и приложението може да се прилагат и други стандарти и изисквания.

Важни фактори за избор

Електрическа съвместимост

Проверете номиналното напрежение на батерията, както и минималното и максималното работно напрежение.

Номинална акумулаторна система от 24 VDC или 48 VDC може да претърпи значителни промени в напрежението по време на зареждане и разреждане.

Пиков ток

Условията на ускорение и голям полезен товар могат да доведат до значително по-висок ток от нормалния крейсерски режим.

Батерията, окабеляването, контролерът и защитните устройства трябва да понасят очаквания ток.

Обратна връзка

Кодерът трябва да осигурява разделителната способност, типа обратна връзка и комуникационния интерфейс, изисквани от архитектурата на управление.

Функции за безопасност

Аварийното спиране, реакцията при неизправност, поведението при спиране, отстраняването на въртящия момент и контролите, свързани с безопасността, трябва да бъдат оценени като част от цялостната система AGV.

Опазване на околната среда

Моторът трябва да съответства на реалната среда, включително:

• Прах

• Влага

• температура

• Шок

• Вибрация

• Входяща експозиция

Механична интеграция

Проверка:

• Монтажни размери

• Конфигурация на вала

• Интерфейс на скоростната кутия

• Свързване на колелото

• Прокарване на кабели

• Налично пространство на шасито

Критично разграничение

Съответствието на двигателя не е същото като съответствието на системата AGV.

Цялата машина трябва да бъде проектирана, оценен на риска, защитена и валидирана съгласно изискванията, приложими за предназначението ѝ.

Как OEM производителите и операторите на автопаркове могат да надстроят наследените AGV устройства до DC серво системи с ниско напрежение?

Надграждането на съществуващ AGV от наследено устройство към серво архитектура трябва да започне с оперативни данни , а не с предположения.

Практическата оценка на модернизация трябва да записва:

Типична реконструирана архитектура

Модернизираната система за сцепление може да изглежда така:

Батерия → DC защита → Серво задвижване → DC серво мотор → Скоростна кутия → Задвижващо колело

Енкодерът подава оперативна информация обратно към контролера.

След това системата за управление на AGV управлява команди като:

Скорост → Посока → Ускорение → Забавяне → Реакция при грешка

Индустриалната комуникация може също да бъде интегрирана чрез интерфейси като CANopen, EtherCAT, RS-485/Modbus или друг поддържан протокол.

Поетапното преоборудване може да намали риска

Практически подход е първо да се валидира един модул за сцепление.

След това прототипът може да бъде оценен за:

Консумация на ток

Ускорение

Спиране

Топлинна производителност

Работа с пълен полезен товар

Време на работа на батерията

Надеждност на комуникацията

Поведение при повреда

След като измерените резултати отговарят на целта на дизайна, същата архитектура може да бъде внедрена в допълнителни превозни средства.

Как превъзходното термично управление в DC сервосистемите предотвратява преждевременното разграждане на AGV батерията?

Топлинното управление често се подценява, когато се сравняват AGV двигатели.

Двигател, който многократно се доближава до своята топлинна граница, може да доведе до по-високи електрически загуби и да прехвърли допълнителна топлина в заобикалящото задвижване.

Резултатът може да бъде верижна реакция:

По-високи загуби → Повече топлина → По-висока температура → По-голямо напрежение върху компонентите

Температурата на батерията също има значение.

Стареенето на литиево-йонната батерия се влияе от температурата, състоянието на зареждане, условията на зареждане и работния профил. Повишените температури могат да ускорят разграждането при много работни условия.

Това означава, че ефективността на задвижването не е само спестяване на електроенергия.

Може също така да помогне за контролиране на топлинната среда около батерията и електрониката.

Основни източници на топлина в задвижването на AGV

Общото топлинно натоварване може да идва от:

• Загуби на мед

• Загуби на желязо

• Триене на лагери

• Загуби при превключване на контролера

• Загуби в скоростната кутия

• Гуми и загуби при търкаляне

Следователно двигател с правилен размер трябва да бъде избран в съответствие с изискванията за непрекъснат режим на работа , а не само за краткосрочни пикови показатели.

Топлинният дизайн трябва да вземе предвид цялата система

Важните променливи включват:

Температура на околната среда

Работен цикъл

Честота на пиково натоварване

Непрекъснат въртящ момент

Монтаж на мотор

Дизайн на корпуса

Въздушен поток

Пренос на топлина към шасито

Целта е стабилна работна температура в цялата тягова система.

Каква е измеримата възвръщаемост на инвестициите и намаление на TCO при внедряване на нисковолтови DC сервоприводи в складове в САЩ?

Финансовата стойност на ъпгрейд на серво трябва да се измерва от действителните данни за флота.

Простата покупна цена на мотора не представлява истинската цена на притежание.

Практичен модел AGV TCO

TCO = Хардуер + Енергия + Поддръжка + Престой + Батерия + Подмяна + Инфраструктура за зареждане

DC серво система с ниско напрежение може потенциално да повлияе на няколко от тези променливи едновременно.

Консумация на енергия

Мярка:

kWh на работен час

Но още по-силен оперативен KPI е:

Wh за завършен транспортен цикъл

Това позволява различни технологии за задвижване да се сравняват при едни и същи условия на маршрут и полезен товар.

Използване на батерията

По-ниската консумация на енергия може да увеличи използваемото време за работа между циклите на зареждане, в зависимост от:

• Химия на батерията

• Стратегия за зареждане

• Полезен товар

• Разстояние за пътуване

• Работна среда

• Работен цикъл

Поддръжка

Задвижванията със затворен контур могат да предоставят допълнителни диагностични данни.

В зависимост от системата екипите за поддръжка могат да наблюдават:

Грешки на енкодера

Свръхток

Свръхтемпература

Грешки в комуникацията

Моторно състояние

Аларми за шофиране

По-добрата диагностика може да помогне за намаляване на времето за отстраняване на неизправности.

Престой

За автоматизираните складове времето на престой може да има по-голямо финансово въздействие от самата покупна цена на двигателя.

Система за сцепление, която е по-лесна за диагностициране, подмяна и поддръжка, може да осигури стойност отвъд първоначалната цена на хардуера.

Производителност на полезен товар

Полезният товар трябва да се измерва заедно с консумацията на енергия.

Вместо само да питате:

'Колко килограма може да носи AGV?'

По-полезен оперативен показател може да бъде:

'Колко килограма може да транспортира AGV с едно зареждане на батерията?'

Други полезни KPI включват:

кг транспортирани за един работен час

завършени мисии с едно зареждане

Wh на тон-километър

таксуващи събития на смяна

Тези показатели дават на операторите на автопаркове по-ясна представа за реалната производителност на задвижването.

Как да подобрим живота на батерията на AGV и капацитета на полезен товар с помощта на DC серво мотори с ниско напрежение: Казус от 1,5-тонен AMR редизайн

Този проект за редизайн се фокусира върху 1,5-тонен латентен AGV / потопяем AMR с тежък режим на работа, разработен от европейски производител на интралогистична автоматизация.

Клиентът се изправи пред три практически проблема:

Голямото тегло на шасито намалява ефективния капацитет на полезен товар.

Времето за работа на батерията беше под желаната цел за 8 часа работа.

Ограниченото пространство на шасито и прекомерното окабеляване правеха електрическата интеграция все по-трудна.

Решението беше да се замени конвенционалната архитектура с разделен двигател и задвижване с двойна 48V нисковолтови интегрирани DC серво мотори , комбиниращи електрониката на двигателя и задвижването в компактни модули за задвижване на колела с CANopen/EtherCAT комуникация.

Резултати от редизайн

Ключов резултат: Преработеният AGV намали масата на задвижването със 7,3 kg , увеличи експлоатационната издръжливост от 7,5 на 10,2 часа и повиши ефективния полезен товар от 1000 kg на 1250 kg, използвайки същата литиева батерия 48V/100Ah.

Оригиналният дизайн на AGV и неговите ограничения

Оригиналното превозно средство използва конвенционална архитектура с разделен двигател и водач.

Двигателите бяха монтирани близо до задвижващите колела, докато серво задвижванията бяха монтирани отделно в основното електрическо отделение.

Тази архитектура създаде няколко предизвикателства в компактния тежкотоварен AMR.

1. Прекомерно тегло на задвижването

Комбинираното тегло на двата двигателя, външните серво задвижвания, кабелните снопове, конекторите, екранирането и монтажните компоненти достигна приблизително 18,5 kg.

За превозно средство с фиксирано ограничение на брутното тегло тази допълнителна маса директно намалява количеството товар, което AGV може да превозва законно и механично.

2. Дълги силнотокови кабели

Архитектурата на отделното задвижване изисква кабели на мотор с голям ток да пътуват между централната електрическа кутия и модулите за задвижване на колелата.

В компактен AMR тези кабели заемат ценно място за инсталиране и усложняват маршрутизирането.

Те могат също така да внесат допълнителни електрически загуби чрез съпротивление на кабела.

3. Ограничено вътрешно пространство

Две външни серво задвижвания изискват специален шкаф и място за монтаж на DIN-шина.

Това намали наличната стая за:

Компоненти на батерията

PLC и I/O

Предпазен хардуер

Комуникационно оборудване

Компоненти за управление на топлината

Достъп до услугата

4. Време на работа на батерията под целта

Оригиналната система постигна приблизително 7,5 часа работа с помощта на 48V/100Ah литиева батерия.

За тежкотоварно превозно средство, за което се очаква да поддържа разширени складови операции, това оставя малък оперативен марж.

Интегрираното 48V DC серво решение

За да се справи с трите проблема едновременно, клиентът замени системата за разделно задвижване с две 48V нисковолтови интегрирани DC серво мотори.

Новата архитектура интегрира електрониката на двигателя и задвижването директно в модула за задвижване на колелата.

Нова архитектура на задвижването

Батерия 48V

↓

Главен AGV контролер / PLC

↓

Комуникационна шина CANopen / EtherCAT

↓

Двойни 48V интегрирани DC серво мотори

↓

Задвижващи колела

Това значително намалява количеството на оборудването, инсталирано в централния електрически шкаф.

Новото решение също така поддържа висок пиков момент на претоварване , управление със затворен контур и комуникация, базирана на шина.

Как интегрираната DC серво система увеличи живота на батерията

Подобряването на времето за работа на батерията дойде от няколко инженерни промени, а не от разширяването на батерията.

Намалени загуби на кабели

В оригиналната система силнотокови кабели на двигателя свързват електрониката на централното задвижване към тяговите двигатели.

Загубата на електрическа мощност в проводник може да се изчисли приблизително, като се използва:

P = I²R

където:

• P = загуба на мощност

• I = ток

• R = съпротивление на кабела

Чрез преместване на електрониката на задвижването директно върху модула на двигателя, високотоковата връзка става изключително къса.

В този проект разстоянието между фазовия проводник между водача и двигателя беше намалено до под 5 см.

Резултатът беше значително намаляване на загубите, свързани с кабела, и по-чиста архитектура на захранването.

48V работа с намалено потребление на ток

Редизайнът също мигрира архитектурата на захранването на AGV от 24V на 48V DC.

За същата механична изходна мощност:

I = P / U

Увеличаването на системното напрежение намалява тока, необходим за дадено ниво на мощност.

По-нисък ток може да позволи:

По-малки напречни сечения на кабела

По-ниски резистивни загуби

Намалено отопление на кабела

По-компактно окабеляване

Това е особено полезно при мобилно оборудване с висока мощност, където дългите кабели могат да се превърнат в значителна част от електрическия дизайн.

Регенеративно спиране

Интегрираните серво контролери оптимизираха и регенеративното спиране.

По време на забавяне или движение надолу, тяговите двигатели могат да работят като генератори.

Вместо да разсейва цялата налична кинетична енергия като топлина, системата пренасочва възстановимата енергия обратно към 48V DC шина и батерийна система , в зависимост от приемането на батерията и ограниченията на контролера.

Това става особено ценно при тежкотоварни AGV, тъй като 1,5-тонно превозно средство носи значителна кинетична енергия по време на движение.

Колкото по-често автомобилът ускорява и забавя, толкова по-уместно става възстановяването на регенеративната енергия.

FOC векторен контрол

Интегрираната серво система използва Field-Oriented Control (FOC) за регулиране на тока и въртящия момент на двигателя.

Чрез по-прецизно контролиране на магнитното поле на двигателя и тока, създаващ въртящ момент, системата може да работи по-близо до необходимата точка на натоварване.

Практическите цели са:

Стабилно производство на въртящ момент

Ефективно използване на тока

Намалете ненужното отопление

Плавно ускорение и забавяне

Подобрен контрол при ниска скорост

За тежък AMR, работещ непрекъснато на няколко смени, тези характеристики могат да повлияят както на консумацията на енергия, така и на термичната стабилност.

Ключови технически подобрения и данни за ROI

Дълбоко инженерно потапяне: Как интегрираните DC сервосистеми решават двойното предизвикателство

1. Увеличаване на живота на батерията

• Елиминиране на загубата на мед в кабела: Традиционните конструкции на AGV прокарват фазови кабели с голям ток от централните контролни кутии надолу към задвижващите колела. Интегрирани DC сервоприводи с ниско напрежение обединяват драйвера директно към задния край на енкодера на двигателя, скъсявайки разстоянието на фазовия проводник до под 5 см.
• Оптимизация на регенеративното спиране: Интегрираните контролери улавят кинетичната енергия по време на забавяне и движения по наклон надолу, подавайки постоянен ток директно обратно към 48V батерия.
• Високоефективен векторен контрол на FOC: Оптимизирани алгоритми за управление, ориентирани към полето, поддържат ниски работни температури при непрекъснато натоварване, поддържайки потреблението на ток при оптимални работни цикли.

2. Увеличаване на капацитета на полезен товар

• Намаляване на теглото на шасито: Премахването на външни корпуси на драйвери, тежки екранирани кабели и монтажи на DIN-шина освобождава почти 7,3 kg собствено тегло. Всеки спестен килограм от масата на шасито се превръща директно в по-висок полезен товар.
• Висок капацитет на въртящ момент при претоварване: Интегрираните нисковолтови DC сервомеханизми се справят с до 3 пъти номинален въртящ момент по време на първоначално ускорение при голямо натоварване и изкачване на рампа (до 5° наклон), предотвратявайки грешки при спиране, без да са необходими прекалено големи двигатели.

3. Стъпки на изпълнение

1. Миграция на захранваща система: Надстройте системната шина от 24V на 48V DC. По-високото напрежение намалява общия работен ток ( I = P/U ), намалявайки изискванията за напречно сечение на кабела и разсейване на топлината.

2. Механична модулация на задвижващия модул: Монтирайте двойни 48V интегрирани DC сервомотори директно към диференциални задвижващи колела или модули на кормилни колела.

3. Топология на комуникационната шина: Свържете единичен екраниран CANopen/EtherCAT последователен кабел между главния AGV PLC контролер и двата интегрирани мотора, заменяйки 16+ дискретни контролни проводника.

Измерени резултати преди и след

Редизайнът доведе до измерими подобрения в ключовите показатели за ефективност на AGV , включително тегло на задвижването, вътрешно пространство, ефективност, издръжливост на батерията и капацитет на полезен товар.

Общ резултат: Чрез интегрирането на DC серво задвижванията директно в колелните модули, AGV постигна по-ниско тегло на задвижването, намалени изисквания за вътрешно пространство, по-висока ефективност на системата, по-дълъг живот на батерията и по-голям ефективен капацитет на полезен товар.

Тези резултати показват, че редизайнът е подобрил производителността на батерията и способността за полезен товар едновременно чрез комбинация от интегриране на задвижване, намалени загуби на кабели, подобрено управление на двигателя и по-ниска маса на превозното средство.

Отзиви от клиенти

'Преминавайки към 48V интегрирани нисковолтови DC серводвигатели, съкратихме времето за сглобяване на AGV с 40% поради опростеното маршрутизиране на снопа. По-важното е, че нашите клиенти постигнаха пълно работно покритие на 3 смени (24 часа) само с две кратки възможни зареждания на ден.'

— Ръководител на R&D, индустриални AMR решения

Какво демонстрира този 1,5-тонен AMR редизайн

Този проект подчертава няколко важни урока за производителите на тежкотоварни AGV и AMR.

Животът на батерията е проблем на задвижващата система

Увеличаването на капацитета на батерията не е единственият начин за постигане на по-дълго време на работа.

Намаляването на електрическите загуби, подобряването на управлението на двигателя, възстановяването на спирачната енергия и намаляването на масата на превозното средство могат да допринесат за по-голяма използваема издръжливост.

Полезният товар се влияе от всеки килограм маса на превозното средство

Моторът, задвижването, шкафът, монтажният хардуер и теглото на кабела заемат част от общия бюджет за тегло на автомобила.

По-интегрираната тягова архитектура следователно може да създаде допълнителен полезен капацитет без просто увеличаване на размера на двигателя.

48V архитектурата става все по-привлекателна с нарастването на мощността

По-високото системно напрежение може да намали тока за дадено изискване за мощност, като помага на производителите на AGV да управляват размера на кабела, резистивните загуби и топлинното натоварване.

Интегрираната серво архитектура опростява компактните AMR

Комбинирането на двигателя и задвижването в един модул може да елиминира външните задвижващи шкафове и да съкрати силнотоковото окабеляване.

Това може да подобри както механичното опаковане, така и ефективността на сглобяване.

Максималният въртящ момент е критичен за тежкотоварни превозни средства

1,5-тонен AGV се нуждае от повече от достатъчен въртящ момент, за да се движи.

Той също трябва да ускорява от покой, да носи максимален полезен товар, да се изкачва по рампи и да се справя с краткотрайни претоварвания.

Това прави способността за максимален въртящ момент и ефективността при претоварване важни критерии за избор.

Обобщение на крайните резултати

За тежкотоварни AGV и AMR, интегрираната нисковолтова DC серво архитектура може да осигури практичен път към по-висок полезен товар, по-дълго време на работа, по-чисто окабеляване и по-компактна интеграция на тягова система, когато моторът е правилно съобразен с реалния работен цикъл на превозното средство.

Как подхождаме Дизайн на DC серво мотор с ниско напрежение за AGV

За производителите на OEM AGV стандартният двигател не винаги е достатъчен.

Различните AGV могат да имат напълно различни изисквания за:

Полезен товар

Диаметър на колелото

Тегло на превозното средство

Скорост на пътуване

Ускорение

Наклон

Напрежение на батерията

Работен цикъл

Контролен протокол

Условия на околната среда

Следователно моторът, скоростната кутия, енкодерът, контролерът и колелото трябва да се разглеждат като една интегрирана система за сцепление.

Окончателни изводи за OEM производители на AGV

Подобряването на живота на батерията на AGV и капацитета на полезен товар не е просто въпрос на инсталиране на по-голяма батерия или двигател с по-висока мощност.

Най-ефективният подход е да се оптимизира цялата система за сцепление.

Правилно конструиран DC серво мотор с ниско напрежение може да допринесе чрез:

Високоефективна работа

Контрол на въртящия момент и скоростта в затворен контур

Регенеративно спиране

Висока плътност на въртящия момент

Компактна интеграция

Подобрени топлинни характеристики

По-добра диагностика

Когато тези характеристики са съгласувани правилно със скоростната кутия, колелото, батерията, контролера и работния цикъл на AGV, резултатът може да бъде измерими подобрения в:

Време на работа на батерията + Използване на полезния товар + Енергийна ефективност + Термична стабилност + Производителност на флота

Следователно за OEM производителите и складовите оператори най-смисленият въпрос не е просто 'Кой двигател има по-голяма мощност?'

По-добър въпрос е:

'Кое задвижване може да осигури необходимия въртящ момент на колелото и производителност на движение, като същевременно използва най-малко практична енергия, тегло, пространство и поддръжка?'

Този подход на системно ниво осигурява по-здрава основа за проектиране на ефективни, надеждни и мащабируеми платформи за теглене на AGV.