Kuinka parantaa AGV:n akun käyttöikää ja hyötykuormakapasiteettia käyttämällä matalajännitteisiä DC-servomoottoreita?

Nykyaikaisissa automatisoiduissa ohjatuissa ajoneuvoissa (AGV) ja autonomisissa mobiiliroboteissa (AMR) kaksi suorituskykymittaria liittyvät aina läheisesti toisiinsa:

Akun käyttöaika ja hyötykuorma.

Liian paljon energiaa kuluttava ajoneuvo tarvitsee suuremman akun. Mutta suurempi akku lisää myös painoa, mikä vähentää ajoneuvon kantaman hyötykuorman määrää.

Siksi vetojärjestelmä ansaitsee huolellisen huomion.

Oikein suunniteltu matalajännitteinen DC-servomoottorijärjestelmä voi auttaa AGV-valmistajia parantamaan:

• Energiatehokkuus

• Akun käyttöaika

• Käynnistys- ja nousumomentti

• Hyötykuorman ja ajoneuvon painon suhde

• Liikkeen tarkkuus

• Regeneratiivinen jarrutus

• Lämpöstabiilisuus

• Voimansiirron kokonaistehokkuus

US AGV-projekteissa moottorin valintaa tulisi harkita myös laajemman koneturvallisuuden puitteissa. Nykyisiä viittauksia ovat ANSI/A3 R15.08-1-2020 (R2026) , ANSI/A3 R15.08-2-2023 , ANSI/A3 R15.08-3-2026 ja ANSI/ITSDF B56.5-2024.

AGV DC servomoottoriratkaisut

AGV-käyttöjärjestelmät tarvitsevat muutakin kuin yksinkertaisen moottorin pyörityksen. Käyttömoottorin on tarjottava ohjattu vääntömomentti, tarkka nopeuden säätö, tasainen kiihtyvyys ja luotettava palaute työskennellessä matalajännitteisellä tasavirta-akkujärjestelmällä. Tästä syystä DC-servomoottoreita, integroituja DC-servomoottoreita, vaihdettuja DC-servomoottoreita, STO-servomoottoreita ja AGV-napamoottoreita käytetään yleisesti AGV- ja AMR-käyttöarkkitehtuureissa.

JKONGMOTOR tarjoaa useita DC-servomoottorikonfiguraatioita, jotka voidaan sovittaa erilaisiin AGV-kuormitukseen, nopeus-, tila-, suojaus- ja turvallisuusvaatimuksiin.

AGV DC -servomoottorien tuotevalikoima

Jkongmotor mukautetut servomoottoriliikkeet

Yhden luukun integroitu DC-servomoottoriratkaisujen tarjoaja

1. Integroitu DC-servomoottori

Integroitu DC-servomoottori yhdistää moottorin, servokäytön ja kooderin yhteen kompaktiin koteloon. Tämä arkkitehtuuri vähentää ulkoista johdotusta ja säästää asennustilaa, mikä tekee siitä erityisen hyödyllisen kompakteissa AGV- ja AMR-alustaissa.

Se tukee suljetun silmukan liikeohjausta nopeuden, asennon ja vääntömomentin , kun taas integroitu elektroniikka yksinkertaistaa moottorin ja ajoneuvon ohjaimen välistä yhteyttä. Integroituja servoarkkitehtuureja käytetään laajalti, kun alustatila ja johdotuksen tehokkuus ovat tärkeitä suunnittelunäkökohtia.

Tyypilliset AGV-sovellukset:

• Varastoautot

• AMR vetopyörät

• Itsenäiset materiaalinkäsittelyrobotit

• Lajittelurobotit

• Kompaktit mobiilirobotit

2. Planeettavaihteinen DC-servomoottori

Planeettavaihteinen DC-servomoottori yhdistää tasavirtaservomoottorin planeettavaihteistoon, mikä lisää vääntömomenttia ja säilyttää samalla kompaktin voimansiirron.

Tämä kokoonpano sopii, kun AGV vaatii voimakkaampaa pyörän vääntömomenttia käynnistykseen , kiihdytykseen, ramppien nousuun tai raskaampien hyötykuormien kuljettamiseen . Vaihteisto mahdollistaa myös moottorin toiminnan suuremmalla nopeudella samalla kun pyörän nopeus on pienempi.

Tyypilliset sovellukset:

• Raskaat AGV-autot

• Varastokuljetusajoneuvot

• Lavojen käsittelyrobotit

• Siirrettävät materiaalinkäsittelylaitteet

• AGV-vetopyörät vaativat suurta vääntömomenttia

3. Kierukkavaihteinen DC-servomoottori

Kierukkavaihteinen DC-servomoottori yhdistää matovaihteiston tasavirtaservomoottoriin. Sen korkea alennussuhde tekee siitä sopivan sovelluksiin, jotka vaativat suurta vääntömomenttia ja hallittua hidasta liikettä.

Kierukkavaihteisto voi myös tarjota hyödyllisiä kuormankestoominaisuuksia vaihteiston rakenteesta ja käyttöolosuhteista riippuen. Tämä tekee siitä soveltuvan AGV-mekanismeihin, joissa ohjattu liike ja mekaaninen pito ovat tärkeitä.

Tyypilliset sovellukset:

• Raskaat AGV-käyttöjärjestelmät

• Nosto- ja sijoitusmekanismit

• Kuljettimen siirtolaitteet

• Teolliset liikkuvat robotit

• Automaattiset käsittelyjärjestelmät

4. Jarruihin integroitu DC-servomoottori

Jarruihin integroitu DC-servomoottori yhdistää servomoottorin, kooderin, käyttölaitteen ja sähkömagneettisen jarrun yhdeksi kokoonpanoksi.

Jarru on erityisen hyödyllinen silloin, kun AGV-mekanismin on pysyttävä paikallaan moottorin tehon katkaisun jälkeen . Sitä voidaan harkita nostoakseleissa, pystysuorissa mekanismeissa, kaltevissa laitteissa ja sovelluksissa, joissa hallitsematon mekaaninen liike on estettävä.

Tyypilliset sovellukset:

• AGV-nostomekanismit

• Pystysuuntaiset siirtojärjestelmät

• Automaattiset käsittelylaitteet

• Kaltevat käyttömekanismit

• Mobiilirobotit pitovaatimuksilla

5. IP65 Integroitu DC-servomoottori

IP65 integroitu DC-servomoottori on suunniteltu AGV-sovelluksiin, joissa moottori saattaa kohdata pölyä, roiskeita tai vaativia teollisuusolosuhteita.

Sen integroitu moottori- ja käyttöarkkitehtuuri yhdistää kompaktin asennuksen tehostettuun kotelosuojaukseen. Tämä tekee siitä hyödyllisen varastologistiikassa, liikkuvissa koneissa, ulkokäyttöön soveltuvissa laitteissa ja teollisissa automaattitrukeissa, joissa ympäristönsuojelu on tärkeä vaatimus. JKONGMOTOR listaa IP65-suojauksen integroidulle servomoottorialustalle saatavana olevana kokoonpanona.

Tyypilliset sovellukset:

• Ulkokäyttöön sopivat automaattitrukit

• Logistiikkarobotit

• Tehdaskuljetusajoneuvot

• Siirrettävät materiaalinkäsittelylaitteet

• Pölyaltis teollisuusympäristö

6. AGV STO DC servomoottori

AGV STO DC -servomoottori on suunniteltu AGV- ja AMR-järjestelmiin, joissa Safe Torque Off (STO) on osa liikkeenhallinnan turva-arkkitehtuuria.

STO estää taajuusmuuttajan kyvyn tuottaa moottorin vääntömomenttia, kun turvatoiminto on aktivoitu. Siksi se eroaa tavallisesta liikekäskystä: STO estää vääntömomentin muodostumisen sen sijaan, että se vain käskee ajoneuvoa hidastumaan.

Tyypilliset sovellukset:

• Autonomiset mobiilirobotit

• Ihmisten käytettävissä olevat varastotilat

• Älykkäät logistiikkajärjestelmät

• Automatisoitu materiaalinkäsittely

• Automaattitrukit, jotka vaativat turvallisuuteen liittyviä käyttötoimintoja

7. AGV-napamoottori

AGV -napamoottori integroi käyttömoottorin pyörään tai napakokoonpanoon, mikä luo kompaktin pyörävetoratkaisun.

Perinteiseen moottori- ja vaihteisto-järjestelyyn verrattuna napamoottori voi vähentää mekaanisia voimansiirtokomponentteja ja hyödyntää paremmin rajallisen alustatilan. Se on erityisen tärkeä pienille AGV-ajoneuvoille, AMR:ille, autonomisille kuljetusroboteille ja matalalattiaisille liikkuville alustoille . Napa-moottorin arkkitehtuuri tulee valita pyörän halkaisijan, ajoneuvon kuorman, vaaditun vääntömomentin, nopeuden ja lämpöolosuhteiden mukaan.

Miksi valita integroitu DC-servomoottori automaattitrukeille?

Suurin etu on järjestelmätason integrointi pelkän moottorin suorituskyvyn sijaan.

Kompakti asennus

Moottori, enkooderi ja käyttöelektroniikka voidaan yhdistää yhdeksi kokoonpanoksi, mikä vähentää erillisen servokäytön asennusasennon tarvetta.

Yksinkertaistettu johdotus

Integroitu servo-arkkitehtuuri voi vähentää moottorin ja anturin kaapelien reititystä moottorin ja ulkoisen taajuusmuuttajan välillä, mikä auttaa yksinkertaistamaan AGV-sähkösuunnittelua.

Suljetun silmukan liikeohjaus

Anturin palaute mahdollistaa pyörän nopeuden ja sijainnin tarkan ohjauksen, mikä on tärkeää AGV-navigoinnin ja pyörien synkronoinnin kannalta.

Joustava viestintä

Konfiguraatiosta riippuen AGV-servojärjestelmät voivat tukea viestintämenetelmiä, kuten CANopen, RS485/Modbus ja EtherCAT . Näitä liitäntöjä käytetään yleisesti integroitaessa servoakseleita AGV-ohjaimiin.

Useita mekaanisia kokoonpanoja

Planeettavaihteistot, matovaihteistot, jarrut, vedenpitävät kotelot ja napakäyttörakenteet mahdollistavat moottorin sovittamisen erilaisiin AGV-arkkitehtuureihin.

Yksi alusta erilaisille AGV-käyttömalleille

JKONGMOTORin integroitu servo-alusta kattaa useita mekaanisia ja ohjauskokoonpanoja, mukaan lukien 24V/48V DC-järjestelmät, vaihteistovaihtoehdot, jarrukokoonpanot, anturin takaisinkytkentä, IP-luokiteltu kotelot ja Pulse-, RS485-, CANopen- ja EtherCAT-liitännät . Yrityksen AGV-ratkaisusivulla on listattu IDC60- ja IDC80-sarjan kokoonpanot ja tehoalue 26 W:sta 1000 W:iin.

Tämän ansiosta AGV-valmistajat voivat valita moottoriarkkitehtuurin todellisen ajoneuvon rakenteen mukaan sen sijaan, että käyttäisivät yhtä moottorikonfiguraatiota jokaiseen sovellukseen.

OEM AGV -projekteissa moottorin vääntömomentti, pyörän koko, ajoneuvon paino, nopeus, akun jännite, vaihteiston suhde, kooderin tyyppi, tiedonsiirtoprotokolla, suojausluokitus ja turvallisuusvaatimukset voidaan arvioida yhdessä sopivan DC-servokäyttöratkaisun kehittämiseksi.

Miksi matalajännitteiset tasavirtaservomoottorit ovat kriittisiä AGV:n akun käyttöiän ja hyötykuormakapasiteetin kannalta?

Vetomoottori muuntaa akun energian pyörän vääntömomentiksi, joka todella liikuttaa AGV:tä.

Tästä syystä moottorin tehokkuudella on suora vaikutus siihen, kuinka paljon energiaa ajoneuvo kuluttaa kunkin kuljetussyklin aikana.

Toisin kuin yksinkertainen avoimen silmukan käyttö, suljetun silmukan DC-servojärjestelmä valvoo jatkuvasti moottorin asentoa ja nopeutta takaisinkytkennän kautta ja säätää tehoa todellisen käyttötilan mukaan.

Tämä on erityisen arvokasta, koska automaattitrukit toimivat harvoin yhdellä vakiokuormalla.

Tyypilliset AGV-käyttöolosuhteet

AGV saattaa toistuvasti joutua:

Käynnistä → Kiihdytä → Risteily → Hidasta → Pysäytä → Käänny → Peruuta → Käynnistä uudelleen

Vaadittu vääntömomentti voi vaihdella merkittävästi kunkin vaiheen välillä.

Oikein valittu servojärjestelmä voi reagoida nopeasti näihin muuttuviin vaatimuksiin sen sijaan, että se toimisi kiinteällä teholla.

Akun tehokkuus ja ajoneuvon paino ovat yhteydessä toisiinsa

Perussuhde on:

Sähköenergia = Akun jännite × Virta × Käyttöaika

Tarpeettoman virran vähentäminen voi vähentää kokonaisenergiankulutusta samalla kun säilytetään vaadittu pyörän vääntömomentti.

Samalla voimansiirto itse vaikuttaa ajoneuvon massaan.

Hyötykuorman perussuhde on:

Nettokuorma = ajoneuvon sallittu kokonaismassa − ajoneuvon omapaino

Tämä luo tärkeän suunnittelumahdollisuuden.

Kompaktimpi moottori, integroitu voimansiirto tai optimoitu vaihdelaatikko voivat vähentää järjestelmän painoa ja vapauttaa lisää kapasiteettia lastille.

Miksi integraatiolla on väliä

Nykyaikainen integroitu servomoottori voi yhdistää:

Moottori + anturi + servokäyttö + ohjauselektroniikka

yhdeksi kompaktiksi kokoonpanoksi.

Tämä voi vähentää:

• Johdon monimutkaisuus

• Kaappitilaa

• Ulkoiset käyttökomponentit

• Asennusaika

• Voimansiirron kokonaisjalanjälki

Tilarajoitteisissa AGV-alustassa näillä yksityiskohdilla voi olla merkittävä vaikutus lopulliseen ajoneuvon arkkitehtuuriin.

Miten tehdä Pienjännitteiset tasavirtaservomoottorit pidentävät AGV-akun käyttöaikaa tehokkaalla ja regeneratiivisella jarrutuksella?

Akun käyttöaikaa ei pidä arvioida pelkästään moottorin tyyppikilven tehon perusteella.

Hyödyllisempi mittaus on AGV:n todellisen käyttöjakson aikana kulutettu energia.

Käytännön likiarvo on:

Käytetty akun energia ≈ Keskimääräinen tasavirtasyöttö × Käyttöaika

Koska automaattitrukit kiihtyvät ja hidastuvat jatkuvasti, keskimääräinen teho voi poiketa merkittävästi moottorin nimellistehosta.

Tehokas toiminta

Servo-ohjattu moottori voi säätää vääntömomenttia todellisen tarpeen mukaan.

Tasaisen ajon aikana vaadittu vääntömomentti voi olla suhteellisen pieni.

Kiihdytyksen aikana järjestelmä saattaa tilapäisesti tarvita paljon suuremman vääntömomentin.

Tämän dynaamisen ohjauksen avulla voimansiirto voi sovittaa paremmin sähkönsyötön mekaaniseen tarpeeseen.

Regeneratiivinen jarrutus

Regeneratiivinen jarrutus tarjoaa toisen mahdollisen energiansäästömekanismin.

Hidastuksen aikana moottori voi toimia generaattorina. Sen sijaan, että kaikki kineettinen energia muuttaisi lämmöksi kitkan tai jarruvastuksen kautta, osa energiasta voidaan palauttaa tasavirtaväylään.

Talteen otettu energia voi sitten olla:

Palasi akkuun

tai

Käytetään muualla DC-väylässä

riippuen järjestelmäarkkitehtuurista.

Hyötyjarrutus on kuitenkin suunniteltava oikein.

Hidastuksen aikana DC-väylän jännite voi nousta nopeasti. Siksi järjestelmä tarvitsee sopivan menetelmän regeneroidun energian käsittelyyn, jossa otetaan huomioon akun hyväksyntä, lataustila, säätimen rajat, lämpötila ja jarrutustaajuus.

Missä hyötyjarrutus tuottaa eniten arvoa

Regeneratiivinen jarrutus on erityisen tärkeä automaattisissa ajoneuvoissa, joissa on usein:

• Pysähtyy

• Alkaa

• Suunta vaihtuu

• Hidastustapahtumat

• Lyhyet kuljetussyklit

• Pysty- tai alamäkeen liike

Näissä sovelluksissa Wh suoritettua sykliä kohti on usein hyödyllisempi KPI kuin teoreettinen moottorin hyötysuhde.

Kuinka DC-servojen suuritehoinen suunnittelu lisää suoraan AGV:n nettokuormaa?

Hyötykuorma on ensisijaisesti voimansiirron ja ajoneuvon massaongelma.

AGV:n on tuotettava tarpeeksi vetovoimaa voittaakseen:

Vierintävastus + Tasovastus + Kiihdytysvoima + Muut mekaaniset häviöt

Yksinkertaistettu suhde on:

Pyörän vääntömomentti = vetovoima × pyörän säde

Tästä syystä moottorin valintaa ei voida erottaa pyörän halkaisijasta, vaihteiston välityssuhteesta, ajoneuvon painosta tai kiihtyvyysvaatimuksista.

Vääntömomenttitiheydellä on enemmän merkitystä kuin pelkästään moottorin koolla

Suurempi moottori voi tarjota enemmän vääntömomenttia, mutta se lisää myös:

• Paino

• Äänenvoimakkuus

• Maksaa

• Lämpökuorma

• Akun kysyntä

Parempi suunnittelutavoite on yleensä suurempi käyttökelpoinen vääntömomenttitiheys.

Toisin sanoen:

Käytännöllisempi pyörän suorituskyky pienemmällä moottorin massalla ja tilavuudella

Kompakti servojärjestelmä voi auttaa saavuttamaan tämän tasapainon.

Käynnistysmomentti on erityisen tärkeä

Suurin hyötykuormansa kantava automaattitrukki saattaa vaatia huomattavan vääntömomentin erittäin alhaisella nopeudella.

Tämä pätee erityisesti silloin, kun ajoneuvo:

• Alkaa levosta

• Kuljettaa raskaita kuormia

• Kiipeää ramppeja

• Kiihtyy nopeasti

• Toimii suuremman kestävyyden omaavilla lattioilla

Tästä syystä moottori tulee arvioida käyttämällä sen jatkuvaa vääntömomenttia ja huippumomenttia , ei pelkästään sen nimellistehoa.

Voimansiirron tärkeimmät parametrit

Tavoitteena ei ole vain asentaa suurin mahdollinen moottori.

Tavoitteena on saavuttaa vaadittu nopeus, vääntömomentti, kiihtyvyys, kiipeilykyky ja lämpömarginaali pienimmällä järjestelmän painolla.

Kuinka valita oikea Matalajännitteinen tasavirtaservojärjestelmä , joka täyttää Yhdysvaltain automaattitrukkien turvallisuus- ja teollisuusstandardit?

Moottorin valitseminen vain siksi, että sen nimellisjännite vastaa akkua, ei riitä.

US AGV-projektissa tulisi arvioida koko ajoneuvo ja sen turvallisuusarkkitehtuuri.

Alan tämänhetkisiä referenssejä ovat ANSI/A3 R15.08 -sarja teollisuusroboteille ja ANSI/ITSDF B56.5-2024 kuljettajattomille ja automaattisesti ohjatuille teollisuusajoneuvoille.

Tuotteesta ja sovelluksesta riippuen myös muita standardeja ja vaatimuksia voidaan soveltaa.

Tärkeitä valintatekijöitä

Sähköinen yhteensopivuus

Tarkista akun nimellisjännite sekä pienin ja suurin käyttöjännite.

Nimellisjännite 24 VDC tai 48 VDC akkujärjestelmä voi kokea huomattavia jännitteen vaihteluita latauksen ja purkauksen aikana.

Huippuvirta

Kiihtyvyys ja raskas hyötykuorma voivat tuottaa huomattavasti suuremman virran kuin normaalissa risteilyssä.

Akun, johtojen, ohjaimen ja suojalaitteiden on kestettävä odotettu virta.

Palaute

Enkooderin tulee tarjota ohjausarkkitehtuurin vaatima resoluutio, palautetyyppi ja viestintäliitäntä.

Turvatoiminnot

Hätäpysäytys, vikareaktio, jarrutuskäyttäytyminen, vääntömomentin poisto ja turvallisuuteen liittyvät hallintalaitteet tulee arvioida osana täydellistä AGV-järjestelmää.

Ympäristönsuojelu

Moottorin tulee vastata todellista ympäristöä, mukaan lukien:

• Pöly

• Kosteus

• Lämpötila

• Järkyttää

• Tärinä

• Altistuminen sisään

Mekaaninen integrointi

Tarkista:

• Asennusmitat

• Akselin kokoonpano

• Vaihteiston käyttöliittymä

• Pyörän liitäntä

• Kaapelin reititys

• Vapaata runkotilaa

Kriittinen ero

Moottorin yhteensopivuus ei ole sama kuin AGV-järjestelmän yhteensopivuus.

Koko kone on suunniteltava, arvioitava riskit, suojattava ja validoitava sen käyttötarkoitukseen sovellettavien vaatimusten mukaisesti.

Kuinka OEM-valmistajat ja kalustooperaattorit voivat päivittää vanhat AGV-asemat Pienjännitteiset DC-servojärjestelmät?

Olemassa olevan automaattitrukin päivittäminen vanhasta asemasta servoarkkitehtuuriin tulisi aloittaa käyttötiedoista , ei oletuksilla.

Käytännön jälkiasennusarvioinnissa tulee kirjata:

Tyypillistä jälkiasennusarkkitehtuuria

Modernisoitu vetojärjestelmä voi näyttää tältä:

Akku → DC-suoja → Servokäyttö → DC-servomoottori → Vaihteisto → Vetopyörä

Anturi syöttää käyttötiedot takaisin ohjaimelle.

AGV-ohjausjärjestelmä hallitsee sitten komentoja, kuten:

Nopeus → Suunta → Kiihtyvyys → Hidastus → Vikareagointi

Teollinen viestintä voidaan myös integroida liitäntöjen, kuten CANopen, EtherCAT, RS-485/Modbus tai muun tuetun protokollan kautta.

Vaiheittainen jälkiasennus voi vähentää riskiä

Käytännön lähestymistapa on validoida ensin yksi vetomoduuli.

Prototyyppi voidaan sitten arvioida:

Nykyinen kulutus

Kiihtyvyys

Jarrutus

Lämpöteho

Täyden hyötykuorman toiminta

Akun käyttöaika

Viestinnän luotettavuus

Virheellinen käyttäytyminen

Kun mitatut tulokset saavuttavat suunnittelutavoitteen, sama arkkitehtuuri voidaan ottaa käyttöön muissa ajoneuvoissa.

Kuinka DC-servojen erinomainen lämmönhallinta estää AGV-akun ennenaikaisen kulumisen?

Lämmönhallintaa aliarvioidaan usein AGV-moottoreita verrattaessa.

Moottori, joka lähestyy toistuvasti lämpörajaansa, voi tuottaa suurempia sähköhäviöitä ja siirtää lisälämpöä ympäröivään voimansiirtoon.

Seurauksena voi olla ketjureaktio:

Suuremmat häviöt → Enemmän lämpöä → Korkeampi lämpötila → Suurempi rasitus komponenteille

Myös akun lämpötilalla on väliä.

Litiumioniakun ikääntymiseen vaikuttavat lämpötila, lataustila, latausolosuhteet ja käyttöprofiili. Korkeat lämpötilat voivat nopeuttaa hajoamista monissa käyttöolosuhteissa.

Tämä tarkoittaa, että voimansiirron tehokkuudessa ei ole kyse vain sähkön säästämisestä.

Se voi myös auttaa hallitsemaan akkua ja elektroniikkaa ympäröivää lämpöympäristöä.

Tärkeimmät lämmönlähteet AGV-voimansiirrossa

Kokonaislämpökuorma voi tulla seuraavista:

• Kuparihäviöt

• Rautahäviöitä

• Laakereiden kitka

• Ohjaimen kytkentähäviöt

• Vaihteiston häviöt

• Rengas- ja vierintähäviöt

Oikean kokoinen moottori tulee siksi valita mukaan jatkuvan käytön vaatimusten , ei vain lyhytaikaisen huippusuorituskyvyn mukaan.

Lämpösuunnittelussa tulee huomioida koko järjestelmä

Tärkeitä muuttujia ovat:

Ympäristön lämpötila

Käyttömäärä

Huippukuormitustaajuus

Jatkuva vääntömomentti

Moottorin kiinnitys

Kotelon suunnittelu

Ilmavirta

Lämmönsiirto runkoon

Tavoitteena on vakaa käyttölämpötila koko vetojärjestelmässä.

Mikä on mitattavissa oleva ROI- ja TCO-vähennys matalajännitteisten tasavirtaservojen käyttöönotossa Yhdysvaltain varastoissa?

Servopäivityksen taloudellinen arvo tulisi mitata todellisista kalustotiedoista.

Yksinkertainen moottorin ostohinta ei edusta todellisia omistuskustannuksia.

Käytännöllinen AGV TCO -malli

TCO = laitteisto + energia + huolto + seisokki + akku + vaihto + latausinfrastruktuuri

Pienjännitteinen DC-servojärjestelmä voi mahdollisesti vaikuttaa useisiin näistä muuttujista samanaikaisesti.

Energiankulutus

Mitata:

kWh per käyttötunti

Mutta vielä vahvempi operatiivinen KPI on:

Wh per suoritettu kuljetussykli

Tämä mahdollistaa eri ajotekniikoiden vertailun samoissa reitti- ja hyötykuormaolosuhteissa.

Akun käyttö

Pienempi energiankulutus voi pidentää käyttöaikaa latausjaksojen välillä riippuen:

• Akun kemia

• Latausstrategia

• Hyötykuorma

• Matkan etäisyys

• Toimintaympäristö

• Käyttömäärä

Huolto

Suljetun silmukan asemat voivat tarjota lisää diagnostiikkatietoja.

Järjestelmästä riippuen huoltoryhmät voivat valvoa:

Enkooderin viat

Ylivirta

Ylilämpö

Viestintähäiriöt

Moottorin tila

Ajohälyttimet

Parempi diagnostiikka voi auttaa lyhentämään vianetsintään kuluvaa aikaa.

Seisokki

Automatisoiduissa varastoissa seisokkeilla voi olla suurempi taloudellinen vaikutus kuin itse moottorin ostohinnalla.

Vetojärjestelmä, joka on helpompi diagnosoida, korvata ja ylläpitää, voi tarjota arvoa alkuperäisten laitteistokustannusten lisäksi.

Hyötykuorman tuottavuus

Hyötykuorma tulee mitata energiankulutuksen ohella.

Sen sijaan että vain kysyisit:

'Kuinka monta kiloa AGV kantaa?'

Hyödyllisempi toimintamittari voi olla:

'Kuinka monta kiloa AGV voi kuljettaa akkulatausta kohti?'

Muita hyödyllisiä KPI:itä ovat:

kg kuljetettua käyttötuntia kohden

suoritettuja tehtäviä latausta kohden

Wh per tonnikilometri

lataustapahtumia vuoroa kohden

Nämä mittarit antavat kaluston kuljettajille selkeämmän kuvan voimansiirron todellisesta tuottavuudesta.

AGV:n akun käyttöiän ja hyötykuormakapasiteetin parantaminen matalajännitteisten tasavirtaservomoottoreiden avulla: 1,5 tonnin AMR:n uudelleensuunnittelun tapaustutkimus

Tämä uudelleensuunnitteluprojekti keskittyi 1,5 tonnin raskaaseen latenttiin AGV / upotettavaan AMR:ään . eurooppalaisen intralogistisen automaation valmistajan kehittämään

Asiakkaalla oli kolme käytännön ongelmaa:

Raskas alustan paino vähensi tehokasta hyötykuormakapasiteettia.

Akun käyttöaika oli alle halutun 8 tunnin käyttötavoitteen.

Rajallinen runkotila ja liiallinen johdotus teki sähköliitännöistä entistä vaikeampaa.

Ratkaisu oli korvata perinteinen jaettu moottori ja veto -arkkitehtuuri dualilla 48 V matalajännitteiset integroidut DC-servomoottorit , jotka yhdistävät moottorin ja käyttöelektroniikan kompakteiksi pyörävetomoduuleiksi CANopen/EtherCAT-tiedonsiirrolla.

Uudelleensuunnittelun tulokset

Keskeinen tulos: Uudelleen suunniteltu AGV pienensi voimansiirron massaa 7,3 kg , lisäsi käyttökestävyyttä 7,5 tunnista 10,2 tuntiin ja nosti tehollisen hyötykuorman 1 000 kg:sta 1 250 kg:aan käyttämällä samaa 48 V/100 Ah litiumakkupakettia.

Alkuperäinen AGV-suunnittelu ja sen rajoitukset

Alkuperäisessä ajoneuvossa käytettiin perinteistä jaettua moottoriajoneuvo-arkkitehtuuria.

Moottorit asennettiin lähelle vetopyöriä, kun taas servokäytöt asennettiin erikseen pääsähköosaston sisään.

Tämä arkkitehtuuri loi useita haasteita kompaktissa raskaassa käytössä olevassa AMR:ssä.

1. Voimansiirron liiallinen paino

Kahden moottorin, ulkoisten servokäyttöjen, johtosarjojen, liittimien, suojauksen ja asennusosien yhteispaino oli noin 18,5 kg.

Kiinteällä kokonaismassarajoituksella varustettujen ajoneuvojen osalta tämä lisämassa vähensi suoraan AGV:n laillisesti ja mekaanisesti kuljettaman lastin määrää.

2. Pitkät suurvirtakaapelit

Erillinen käyttöarkkitehtuuri edellytti suurvirtamoottorikaapeleiden kulkemista keskussähkökotelon ja pyörävetoyksiköiden välillä.

Pienessä AMR:ssä nämä kaapelit vievät arvokasta asennustilaa ja vaikeuttavat reititystä.

Ne voivat myös aiheuttaa ylimääräisiä sähköhäviöitä kaapelivastuksen kautta.

3. Rajoitettu sisätila

Kaksi ulkoista servokäyttöä vaativat erillisen kaapin ja DIN-kiskoasennustilan.

Tämä vähensi tilaa:

Akun komponentit

PLC ja I/O

Turvalaitteisto

Viestintälaitteet

Lämmönhallintakomponentit

Palvelun pääsy

4. Akun käyttöaika alle tavoitteen

Alkuperäinen järjestelmä saavutti noin 7,5 tunnin käyttöajan litiumakulla 48V/100Ah .

Raskaalle ajoneuvolle, jonka odotetaan tukevan laajennettuja varastotoimintoja, tämä jätti vähän käyttökatteen.

Integroitu 48 V DC servoratkaisu

Kolmen ongelman ratkaisemiseksi samanaikaisesti asiakas vaihtoi jaetun käyttöjärjestelmän kahdella 48V matalajännitteiset integroidut DC-servomoottorit.

Uusi arkkitehtuuri integroi moottorin ja käyttöelektroniikan suoraan pyörävetomoduuliin.

Uusi voimansiirtoarkkitehtuuri

48V akku

↓

PääAGV-ohjain / PLC

↓

CANopen / EtherCAT tiedonsiirtoväylä

↓

Kaksi integroitua 48 V DC servomoottoria

↓

Vetopyörät

Tämä vähentää merkittävästi keskussähkökaappiin asennettujen laitteiden määrää.

Uusi ratkaisu tukee myös korkeaa huippuylikuormitusmomenttia , suljetun silmukan ohjausta ja väyläpohjaista viestintää.

Kuinka integroitu DC-servojärjestelmä pidensi akun käyttöikää

Akun käyttöajan parannus johtui useista teknisistä muutoksista eikä akun laajennuksesta.

Vähentyneet kaapelihäviöt

Alkuperäisessä järjestelmässä suurvirtamoottorikaapelit yhdistivät keskuskäyttöelektroniikan vetomoottoreihin.

Sähkötehohäviö johtimessa voidaan arvioida käyttämällä:

P = I²R

jossa:

• P = tehohäviö

• I = nykyinen

• R = kaapelin vastus

Siirtämällä käyttöelektroniikka suoraan moottorikokoonpanoon suurvirtaliitännästä tulee erittäin lyhyt.

Tässä projektissa kuljettajan ja moottorin vaihejohtojen välinen etäisyys pienennettiin alle 5 cm:iin.

Tuloksena oli huomattava vähennys kaapeliin liittyvissä häviöissä ja puhtaampi tehoarkkitehtuuri.

48 V:n käyttö Pienempi virrantarve

Uudelleensuunnittelu muutti myös AGV-tehoarkkitehtuurin 24 V:sta 48 V:n tasavirtaan.

Samalla mekaanisella lähtöteholla:

I = P / U

Järjestelmän jännitteen lisääminen vähentää tietylle tehotasolle vaadittavaa virtaa.

Pienempi virta voi sallia:

Pienemmät kaapelin poikkileikkaukset

Pienemmät resistiiviset häviöt

Vähentynyt kaapelilämmitys

Kompaktimpi johdotus

Tämä on erityisen hyödyllistä suuritehoisissa mobiililaitteissa, joissa pitkät kaapelit voivat tulla merkittäväksi osaksi sähkösuunnittelua.

Regeneroiva jarrutus

Integroidut servoohjaimet optimoivat myös regeneratiivisen jarrutuksen.

Hidastuksen tai alamäkeen liikkeen aikana ajomoottorit voivat toimia generaattoreina.

Sen sijaan, että järjestelmä hajottaisi kaiken käytettävissä olevan kineettisen energian lämmönä, järjestelmä ohjaa talteen otettavan energian takaisin kohti 48 V DC -väylää ja akkujärjestelmää akun hyväksymis- ja ohjainrajojen mukaisesti.

Tämä tulee erityisen arvokkaaksi raskaassa käytössä olevissa AGV-ajoneuvoissa, koska 1,5 tonnin painoinen ajoneuvo kantaa huomattavaa kineettistä energiaa liikkeen aikana.

Mitä useammin ajoneuvo kiihdyttää ja hidastaa, sitä tärkeämpää on regeneratiivisen energian talteenotto.

FOC Vector Control

Integroitu servojärjestelmä käyttää FOC (Field-Oriented Control) säätelemään moottorin virtaa ja vääntömomenttia.

Säätämällä moottorin magneettikenttää ja momenttia tuottavaa virtaa tarkemmin, järjestelmä voi toimia lähempänä vaadittua kuormituspistettä.

Käytännön tavoitteet ovat:

Vakaa vääntömomentin tuotanto

Tehokas virrankäyttö

Vähennä turhaa lämmitystä

Tasainen kiihtyvyys ja hidastuminen

Parannettu hitaan nopeuden ohjaus

Raskaassa AMR:ssä, joka toimii jatkuvasti useissa vuoroissa, nämä ominaisuudet voivat vaikuttaa sekä energiankulutukseen että lämpöstabiilisuuteen.

Tärkeimmät tekniset parannukset ja ROI-tiedot

Engineering Deep-Dive: Kuinka integroidut DC-servot ratkaisevat kaksoishaasteen

1. Akun keston pidentäminen

• Kaapelin kuparihäviön eliminointi: Perinteiset AGV-mallit ohjaavat suurvirtavaihekaapelit keskusohjauslaatikoista alas vetopyörille. Pienjännitteiset integroidut DC-servot yhdistävät ohjaimen suoraan moottorin kooderin takapäähän, mikä lyhentää vaihejohtimien etäisyyttä alle 5 cm:iin.
• Regeneratiivisen jarrutuksen optimointi: Integroidut ohjaimet vangitsevat kineettistä energiaa hidastuksen ja alamäkeen laskevien liikkeiden aikana syöttäen tasavirtaa suoraan takaisin 48 V:n akkuun.
• Tehokas FOC-vektoriohjaus: Optimoidut kenttälähtöiset ohjausalgoritmit pitävät käyttölämpötilat alhaisina jatkuvassa kuormituksessa ja ylläpitävät virrankulutuksen optimaalisilla käyttöjaksoilla.

2. Hyötykuormakapasiteetin lisääminen

• Alustan painon vähentäminen: Poistamalla ulkoiset ajurikotelot, raskaat suojakaapelit ja DIN-kiskokiinnikkeet vapauttavat lähes 7,3 kg omapainoa. Jokainen alustan massasta säästetty kilo merkitsee suoraan korkeampaa hyötykuormaa.
• Suuri ylikuormitusmomenttikapasiteetti: Integroidut matalajännitteiset DC-servot käsittelevät jopa 3X nimellisvääntömomenttia raskaan kuormituksen alkukiihdytyksen ja rampin nousun aikana (jopa 5° kaltevuus), mikä estää jumiutumisvirheet ilman ylimitoitettuja moottoreita.

3. Toteutusvaiheet

1. Virtajärjestelmän siirto: Päivitä järjestelmäväylä 24 V:sta 48 V DC:iin. Korkeampi jännite vähentää kokonaiskäyttövirtaa ( I = P/U ), mikä pienentää kaapelin poikkileikkausvaatimuksia ja lämmönhäviötä.

2. Vetomoduulin mekaaninen modulointi: Asenna kaksi 48 V:n integroitua DC-servoa suoraan tasauspyörästön vetopyöriin tai ohjauspyöräasennelmiin.

3. Tiedonsiirtoväylän topologia: Kierrä yksi suojattu CANopen/EtherCAT-ketjukaapeli AGV PLC -pääohjaimen ja molempien integroitujen moottoreiden välille korvaamalla yli 16 erillistä ohjausjohtoa.

Mitatut ennen ja jälkeen -tulokset

Uudelleensuunnittelu tuotti mitattavia parannuksia keskeisiin AGV-suorituskykyindikaattoreihin , mukaan lukien voimansiirron paino, sisätila, tehokkuus, akun kestävyys ja hyötykuormakapasiteetti.

Kokonaistulos: Integroimalla DC-servokäytöt suoraan pyörämoduuleihin, AGV saavutti pienemmän voimansiirron painon, pienemmän sisäisen tilantarpeen, paremman järjestelmän tehokkuuden, pidemmän akun keston ja suuremman hyötykuormakapasiteetin.

Nämä tulokset osoittavat, että uudelleensuunnittelu paransi akun suorituskykyä ja hyötykuormaa samanaikaisesti yhdistämällä voimansiirron, vähentämällä johtohäviöitä, parantamalla moottorin hallintaa ja pienentämällä ajoneuvon massaa.

Asiakaspalaute

'Siirryttäessämme 48 V:n integroituihin matalajännitteisiin DC-servomoottoreihin lyhensimme automaattitrukkimme kokoonpanoaikaa 40 % yksinkertaistetun johtosarjan reitityksen ansiosta. Vielä tärkeämpää on, että asiakkaamme saavuttivat täyden 3-vuorotyön kattavuuden (24 tuntia) kahdella lyhyellä tilauslatauksella päivässä.'

— Industrial AMR Solutionsin tutkimus- ja kehitysjohtaja

Mitä tämä 1,5 tonnin AMR-uudelleensuunnittelu osoittaa

Tämä projekti tuo esiin useita tärkeitä oppitunteja raskaiden AGV- ja AMR-valmistajille.

Akun kesto on voimansiirtojärjestelmän ongelma

Akun kapasiteetin lisääminen ei ole ainoa tapa pidentää käyttöaikaa.

Sähköhäviöiden vähentäminen, moottorin ohjauksen parantaminen, jarrutusenergian talteenotto ja ajoneuvon massan vähentäminen voivat kaikki osaltaan lisätä käyttökestävyyttä.

Hyötykuormaan vaikuttaa jokainen ajoneuvon massakilo

Moottori, vetolaite, kaappi, asennustarvikkeet ja kaapelin paino kuluttavat osan ajoneuvon kokonaispainobudjetista.

Integroidumpi vetoarkkitehtuuri voi näin ollen luoda lisää hyötykuormakapasiteettia ilman, että vain moottorin kokoa kasvatetaan.

48 V:n arkkitehtuurista tulee entistä houkuttelevampi tehon kasvaessa

Korkeampi järjestelmäjännite voi pienentää virtaa tietylle tehotarpeelle, mikä auttaa automaattitrukkien valmistajia hallitsemaan kaapelin kokoa, resistiivisiä häviöitä ja lämpökuormitusta.

Integroitu servo-arkkitehtuuri yksinkertaistaa kompakteja AMR:itä

Moottorin ja taajuusmuuttajan yhdistäminen yhdeksi moduuliksi voi poistaa ulkoiset taajuusmuuttajakaapit ja lyhentää suurvirtajohdotuksia.

Tämä voi parantaa sekä mekaanista pakkausta että kokoonpanotehokkuutta.

Huippuvääntömomentti on kriittinen raskaille ajoneuvoille

1,5 tonnin AGV tarvitsee enemmän kuin tarpeeksi vääntömomenttia risteilyyn.

Sen täytyy myös kiihdyttää levosta, kantaa suurin hyötykuorma, kiivetä ramppeja ja käsitellä lyhytkestoisia ylikuormituksia.

Tämä tekee huippuvääntömomentista ja ylikuormitussuorituskyvystä tärkeitä valintakriteereitä.

Yhteenveto lopputuloksista

Raskaiden AGV- ja AMR-ajoneuvojen integroitu matalajännitteinen DC-servo-arkkitehtuuri voi tarjota käytännöllisen polun kohti suurempaa hyötykuormaa, pidempää käyttöaikaa, puhtaampaa johdotusta ja kompaktimpaa vetojärjestelmän integrointia, kun moottori on sovitettu oikein ajoneuvon todelliseen käyttöjaksoon.

Miten lähestymme Pienjännitteisen tasavirtaservomoottorin suunnittelu automaattitrukeille

OEM-AGV-valmistajille vakiomoottori ei aina riitä.

Eri AGV-autoilla voi olla täysin erilaiset vaatimukset:

Hyötykuorma

Pyörän halkaisija

Ajoneuvon paino

Matkan nopeus

Kiihtyvyys

Kaltevuus

Akun jännite

Käyttömäärä

Ohjausprotokolla

Ympäristöolosuhteet

Moottoria, vaihteistoa, anturia, säädintä ja pyörää on siksi pidettävä yhtenä integroituna vetojärjestelmänä.

Viimeinen tarjous AGV OEM:ille

AGV-akun käyttöiän ja hyötykuormakapasiteetin parantaminen ei ole vain suuremman akun tai tehokkaamman moottorin asentamista.

Tehokkain tapa on optimoida koko vetojärjestelmä.

Oikein suunniteltu matalajännitteinen DC-servomoottori voi auttaa:

Tehokas toiminta

Suljetun silmukan vääntömomentin ja nopeuden säätö

Regeneratiivinen jarrutus

Korkea vääntömomenttitiheys

Kompakti integrointi

Parempi lämpöteho

Parempi diagnostiikka

Kun nämä ominaisuudet sovitetaan oikein vaihteiston, pyörän, akun, ohjaimen ja AGV:n käyttösuhteen kanssa, tuloksena voi olla mitattavissa olevia parannuksia:

Akun käyttöaika + hyötykuorman käyttö + Energiatehokkuus + lämpövakaus + kaluston tuottavuus

OEM-valmistajille ja varastonhaltijoille mielekkäin kysymys ei siis ole vain 'Millä moottorilla on enemmän tehoa?'

Parempi kysymys on:

'Mikä voimansiirto voi tuottaa vaaditun pyörän vääntömomentin ja liikkeen suorituskyvyn samalla kun käytät vähiten käytännöllistä energiaa, painoa, tilaa ja huoltoa?'

Tämä järjestelmätason lähestymistapa tarjoaa vahvemman perustan tehokkaiden, luotettavien ja skaalautuvien AGV-ajoneuvojen suunnittelulle.