Comment améliorer la durée de vie de la batterie AGV et la capacité de charge utile à l'aide de servomoteurs CC basse tension ?

Pour les véhicules à guidage automatique (AGV) et les robots mobiles autonomes (AMR) modernes , deux mesures de performance sont toujours étroitement liées :

Autonomie de la batterie et capacité de charge utile.

Un véhicule qui consomme trop d’énergie a besoin d’une batterie plus grosse. Mais une batterie plus grosse ajoute également du poids, réduisant ainsi la charge utile que le véhicule peut transporter.

C'est pourquoi le système de traction mérite une attention particulière.

Un correctement conçu système de servomoteur CC basse tension peut aider les fabricants d’AGV à améliorer :

• Efficacité énergétique

• Autonomie de la batterie

• Couple de démarrage et de montée

• Rapport charge utile/poids du véhicule

• Précision du mouvement

• Freinage régénératif

• Stabilité thermique

• Efficacité globale de la transmission

Pour les projets AGV américains, la sélection du moteur doit également être envisagée dans le cadre plus large de la sécurité des machines. Les références actuelles incluent ANSI/A3 R15.08-1-2020 (R2026), , ANSI/A3 R15.08-2-2023 , ANSI/A3 R15.08-3-2026 et ANSI/ITSDF B56.5-2024..

Solutions de servomoteurs à courant continu AGV

Les systèmes d’entraînement AGV nécessitent plus qu’une simple rotation du moteur. Le moteur d'entraînement doit fournir un couple contrôlé, une régulation précise de la vitesse, une accélération douce et un retour fiable tout en travaillant à partir d'un système de batterie CC basse tension. Pour cette raison, les servomoteurs CC, les servomoteurs CC intégrés, les servomoteurs CC à engrenages, les servomoteurs STO et les moteurs de moyeu AGV sont couramment utilisés dans les architectures d'entraînement AGV et AMR.

JKONGMOTOR propose plusieurs configurations de servomoteurs à courant continu qui peuvent être adaptées aux différentes exigences de charge, de vitesse, d'espace, de protection et de sécurité de l'AGV.

Gamme de produits de servomoteurs AGV DC

Mouvements de servomoteur personnalisés Jkongmotor

Fournisseur unique de solutions de servomoteurs CC intégrés

1. Servomoteur CC intégré

Le servomoteur CC intégré combine le moteur, le servomoteur et l'encodeur dans un boîtier compact. Cette architecture réduit le câblage externe et économise de l'espace d'installation, ce qui la rend particulièrement utile pour les châssis AGV et AMR compacts.

Il prend en charge le contrôle de mouvement en boucle fermée pour la vitesse, la position et le couple , tandis que l'électronique intégrée simplifie la connexion entre le moteur et le contrôleur du véhicule. Les architectures d'asservissement intégrées sont largement utilisées lorsque l'espace du châssis et l'efficacité du câblage sont des considérations de conception importantes.

Applications typiques des AGV :

• AGV d’entrepôt

• Roues motrices AMR

• Robots de manutention autonomes

• Robots de tri

• Robots mobiles compacts

2. Servomoteur CC à engrenages planétaires

Un servomoteur CC à engrenages planétaires combine un servomoteur CC avec un réducteur planétaire pour augmenter le couple de sortie tout en conservant une transmission compacte.

Cette configuration convient lorsque l'AGV nécessite un couple de roue plus important pour le démarrage, l'accélération, la montée de rampes ou le transport de charges utiles plus lourdes . La boîte de vitesses permet également au moteur de fonctionner à une vitesse plus élevée tout en fournissant une sortie à vitesse inférieure au volant.

Applications typiques :

• AGV lourds

• Véhicules de transport d'entrepôt

• Robots de manutention de palettes

• Matériel mobile de manutention

• Roues motrices AGV nécessitant un couple élevé

3. Servomoteur CC à engrenages à vis sans fin

Le servomoteur CC à vis sans fin intègre un réducteur à vis sans fin au servomoteur CC. Son rapport de réduction élevé le rend adapté aux applications nécessitant un couple de sortie élevé et un mouvement contrôlé à basse vitesse.

La boîte de vitesses à vis sans fin peut également fournir des caractéristiques de maintien de charge utiles, en fonction de la conception de la boîte de vitesses et des conditions de fonctionnement. Cela le rend applicable aux mécanismes AGV où le mouvement contrôlé et le maintien mécanique sont importants.

Applications typiques :

• Systèmes d'entraînement AGV pour charges lourdes

• Mécanismes de levage et de positionnement

• Équipement de transfert par convoyeur

• Robots mobiles industriels

• Systèmes de manutention automatisés

4. Servomoteur CC intégré au frein

Un servomoteur CC intégré au frein combine le servomoteur, l'encodeur, le variateur et le frein électromagnétique en un seul ensemble.

Le frein est particulièrement utile lorsqu'un mécanisme AGV doit maintenir sa position après la coupure de l'alimentation du moteur . Il peut être envisagé pour les axes de levage, les mécanismes verticaux, les équipements inclinés et les applications où les mouvements mécaniques incontrôlés doivent être évités.

Applications typiques :

• Mécanismes de levage AGV

• Systèmes de transfert verticaux

• Matériel de manutention automatisé

• Mécanismes d'entraînement inclinés

• Robots mobiles avec exigences de maintien

5. Servomoteur CC intégré IP65

Le servomoteur CC intégré IP65 est conçu pour les applications AGV où le moteur peut rencontrer de la poussière, des éclaboussures d'eau ou des conditions industrielles exigeantes.

Son architecture moteur-variateur intégrée associe une installation compacte à une protection améliorée du boîtier. Cela le rend utile pour la logistique d'entrepôt, les machines mobiles, les équipements adaptés à l'extérieur et les AGV industriels où la protection de l'environnement est une spécification importante. JKONGMOTOR répertorie la protection IP65 comme configuration disponible pour sa plate-forme de servomoteur intégrée.

Applications typiques :

• AGV adaptés à l'extérieur

• Robots logistiques

• Véhicules de transport d'usine

• Matériel mobile de manutention

• Environnements industriels sujets à la poussière

6. Servomoteur à courant continu AGV STO

Le servomoteur CC AGV STO est conçu pour les systèmes AGV et AMR où l'arrêt sécurisé du couple (STO) fait partie de l'architecture de sécurité de contrôle de mouvement.

STO désactive la capacité du variateur à générer un couple moteur lorsque la fonction de sécurité est activée. Elle diffère donc d'une commande de mouvement normale : la STO empêche la génération de couple plutôt que de simplement commander au véhicule de décélérer.

Applications typiques :

• Robots mobiles autonomes

• Zones d'entrepôt accessibles aux humains

• Systèmes logistiques intelligents

• Manutention automatisée des matériaux

• AGV nécessitant des fonctions de conduite liées à la sécurité

7. Moteur de moyeu AGV

Un moteur de moyeu AGV intègre le moteur d'entraînement dans la roue ou l'ensemble moyeu, créant ainsi une solution d'entraînement de roue compacte.

Par rapport à un agencement classique de moteur et de boîte de vitesses, un moteur à moyeu peut réduire les composants de transmission mécanique et mieux utiliser l'espace limité du châssis. Cela est particulièrement pertinent pour les AGV compacts, les AMR, les robots de transport autonomes et les plates-formes mobiles à plancher surbaissé . L'architecture moyeu-moteur doit être sélectionnée en fonction du diamètre de la roue, de la charge du véhicule, du couple requis, de la vitesse et des conditions thermiques.

Pourquoi choisir un servomoteur CC intégré pour les AGV ?

Le principal avantage réside dans l’intégration au niveau du système plutôt que dans la simple performance du moteur.

Installation compacte

Le moteur, le codeur et l'électronique d'entraînement peuvent être combinés en un seul ensemble, réduisant ainsi le besoin d'une position de montage séparée pour le servo-variateur.

Câblage simplifié

L'architecture d'asservissement intégrée peut réduire le routage des câbles du moteur et de l'encodeur entre le moteur et le variateur externe, ce qui contribue à simplifier la conception électrique de l'AGV.

Contrôle de mouvement en boucle fermée

Le retour de l'encodeur permet un contrôle précis de la vitesse et de la position des roues, ce qui est important pour la navigation AGV et le fonctionnement synchronisé des roues.

Communication flexible

Selon la configuration, les servosystèmes AGV peuvent prendre en charge des méthodes de communication telles que CANopen, RS485/Modbus et EtherCAT . Ces interfaces sont couramment utilisées pour intégrer des servo-axes aux contrôleurs AGV.

Plusieurs configurations mécaniques

Les réducteurs planétaires, les réducteurs à vis sans fin, les freins, les boîtiers étanches et les structures d'entraînement par moyeu permettent d'adapter le moteur à différentes architectures AGV.

Une plate-forme pour différentes conceptions de variateurs AGV

La plate-forme servo intégrée de JKONGMOTOR couvre plusieurs configurations mécaniques et de contrôle, y compris les systèmes 24 V/48 V CC, les options de boîte de vitesses, les configurations de frein, le retour d'encodeur, les boîtiers classés IP et les interfaces Pulse, RS485, CANopen et EtherCAT . La page de la solution AGV de la société répertorie les configurations des séries IDC60 et IDC80 et une plage de puissance allant de 26 W à 1 000 W.

Cela permet aux fabricants d'AGV de sélectionner l'architecture du moteur en fonction de la conception réelle du véhicule plutôt que d'utiliser une configuration de moteur pour chaque application.

Pour les projets OEM AGV, le couple moteur, la taille des roues, le poids du véhicule, la vitesse, la tension de la batterie, le rapport de boîte de vitesses, le type d'encodeur, le protocole de communication, l'indice de protection et les exigences de sécurité peuvent être évalués ensemble pour développer une solution de servomoteur CC appropriée.

Pourquoi les servomoteurs CC basse tension sont-ils essentiels à la durée de vie de la batterie et à la capacité de charge utile des AGV ?

Le moteur de traction convertit l’énergie de la batterie en couple de roue qui déplace réellement l’AGV.

Pour cette raison, l’efficacité du moteur a un effet direct sur la quantité d’énergie consommée par le véhicule lors de chaque cycle de transport.

Contrairement à un simple entraînement en boucle ouverte, un système d'asservissement CC en boucle fermée surveille en permanence la position et la vitesse du moteur via un retour d'information et ajuste la sortie en fonction des conditions de fonctionnement réelles.

Ceci est particulièrement précieux car les AGV fonctionnent rarement avec une charge constante.

Conditions de fonctionnement typiques des AGV

Un AGV peut devoir à plusieurs reprises :

Démarrer → Accélérer → Croisière → Décélérer → Arrêter → Tourner → Marche arrière → Redémarrer

Le couple requis peut changer considérablement entre chaque étape.

Un système d'asservissement correctement sélectionné peut répondre rapidement à ces exigences changeantes au lieu de fonctionner à une sortie fixe.

L’efficacité de la batterie et le poids du véhicule sont liés

Une relation de base est :

Énergie électrique = Tension de la batterie × Courant × Durée de fonctionnement

La réduction du courant inutile peut réduire la consommation totale d’énergie tout en préservant le couple de roue requis.

Dans le même temps, la transmission elle-même contribue à la masse du véhicule.

La relation de base entre la charge utile et la charge utile est :

Charge utile nette = poids brut autorisé du véhicule − poids à vide du véhicule

Cela crée une opportunité de conception importante.

Un moteur plus compact, un entraînement intégré ou une boîte de vitesses optimisée peuvent réduire le poids du système et libérer une capacité supplémentaire pour le chargement.

Pourquoi l'intégration est importante

Un servomoteur intégré moderne peut combiner :

Moteur + Encodeur + Servomoteur + Electronique de commande

en un seul ensemble compact.

Cela peut réduire :

• Complexité du câblage

• Espace armoire

• Composants du disque externe

• Temps d'installation

• Empreinte globale de la transmission

Pour les conceptions de châssis AGV à espace limité, ces détails peuvent avoir un effet significatif sur l'architecture finale du véhicule.

Comment faire Les servomoteurs CC basse tension prolongent l'autonomie de la batterie AGV via un freinage à haut rendement et par récupération ?

L’autonomie de la batterie ne doit pas être estimée uniquement à partir de la puissance indiquée sur la plaque signalétique du moteur.

La mesure la plus utile est l'énergie consommée pendant le cycle de service réel de l'AGV..

Une approximation pratique est :

Énergie de la batterie utilisée ≈ Puissance d'entrée CC moyenne × Durée de fonctionnement

Étant donné que les AGV accélèrent et décélérent constamment, la puissance moyenne peut différer considérablement de la puissance nominale du moteur.

Fonctionnement à haut rendement

Un moteur servocommandé peut ajuster le couple en fonction de la demande réelle.

Lors d'un déplacement stable, le couple requis peut être relativement faible.

Pendant l'accélération, le système peut temporairement avoir besoin d'un couple beaucoup plus élevé.

Ce contrôle dynamique permet à la transmission de mieux adapter l'apport électrique à la demande mécanique.

Freinage régénératif

Le freinage régénératif constitue un autre mécanisme potentiel d’économie d’énergie.

Lors de la décélération, le moteur peut fonctionner comme un générateur. Au lieu de convertir toute l'énergie cinétique en chaleur par friction ou par une résistance de freinage, une partie de cette énergie peut être restituée au bus CC.

L'énergie récupérée peut alors être :

Retourné à la batterie

ou

Utilisé ailleurs sur le bus DC

en fonction de l'architecture du système.

Cependant, le freinage régénératif doit être conçu correctement.

Pendant la décélération, la tension du bus CC peut augmenter rapidement. Le système a donc besoin d'une méthode appropriée de gestion de l'énergie régénérée, prenant en compte l'acceptation de la batterie, l'état de charge, les limites du contrôleur, la température et la fréquence de freinage.

Là où le freinage par récupération offre le plus de valeur

Le freinage par récupération est particulièrement pertinent pour les AGV présentant fréquemment :

• Arrêts

• Commence

• Changements de direction

• Événements de décélération

• Cycles de transport courts

• Mouvement vertical ou descendant

Pour ces applications, le Wh par cycle terminé est souvent un KPI plus utile que le rendement théorique du moteur.

Comment la conception à haute densité de puissance des servos DC augmente-t-elle directement la charge utile nette de l'AGV ?

La capacité de charge utile est avant tout un problème de transmission et de masse du véhicule.

L'AGV doit générer suffisamment de force de traction pour surmonter :

Résistance au roulement + Résistance de pente + Force d'accélération + Autres pertes mécaniques

Une relation simplifiée est :

Couple de roue = Force de traction × Rayon de roue

C'est pourquoi le choix du moteur ne peut être dissocié du diamètre des roues, du rapport de boîte de vitesses, du poids du véhicule ou des exigences d'accélération.

La densité de couple compte plus que la seule taille du moteur

Un moteur plus gros peut fournir plus de couple, mais il ajoute également :

• Poids

• Volume

• Coût

• Charge thermique

• Demande de batterie

Le meilleur objectif de conception est généralement une densité de couple utilisable plus élevée..

Autrement dit:

Performances de roue plus pratiques grâce à moins de masse et de volume du moteur

Un système d’asservissement compact peut aider à atteindre cet équilibre.

Le couple de démarrage est particulièrement important

Un AGV transportant sa charge utile maximale peut nécessiter un couple important à très basse vitesse.

Cela est particulièrement vrai lorsque le véhicule :

• Commence au repos

• Transporte de lourdes charges

• Grimpe les rampes

• Accélère rapidement

• Fonctionne sur des revêtements de sol à plus haute résistance

Pour cette raison, le moteur doit être évalué en utilisant son couple continu et son couple maximal , et pas simplement sa puissance nominale.

Paramètres clés de la transmission

Le but n’est pas simplement d’installer le plus gros moteur possible.

L'objectif est d'atteindre la vitesse, le couple, l'accélération, la capacité de montée et la marge thermique requis avec le poids du système le plus faible possible.

Comment sélectionner le bon Le système de servomoteur CC basse tension répondra-t-il aux normes de sécurité et de l'industrie américaines AGV ?

Choisir un moteur uniquement parce que sa tension nominale correspond à celle de la batterie ne suffit pas.

Un projet américain AGV devrait évaluer le véhicule complet et son architecture de sécurité.

Les références actuelles de l'industrie incluent la série ANSI/A3 R15.08 pour les robots mobiles industriels et ANSI/ITSDF B56.5-2024 pour les véhicules industriels sans conducteur et à guidage automatique.

Selon le produit et l'application, d'autres normes et exigences peuvent également s'appliquer.

Facteurs de sélection importants

Compatibilité électrique

Vérifiez la tension nominale de la batterie ainsi que la tension de fonctionnement minimale et maximale.

Un système de batterie nominal de 24 VCC ou 48 VCC peut subir des variations de tension substantielles pendant la charge et la décharge.

Courant de pointe

L'accélération et les conditions de charge utile lourde peuvent produire un courant nettement plus élevé que la croisière normale.

La batterie, le câblage, le contrôleur et les dispositifs de protection doivent tous tolérer le courant attendu.

Retour

L'encodeur doit fournir la résolution, le type de retour et l'interface de communication requis par l'architecture de contrôle.

Fonctions de sécurité

L'arrêt d'urgence, la réponse aux pannes, le comportement de freinage, la suppression du couple et les commandes liées à la sécurité doivent être évalués dans le cadre du système AGV complet.

Protection de l'environnement

Le moteur doit correspondre à l'environnement réel, notamment :

• Poussière

• Humidité

• Température

• Choc

• Vibration

• Exposition à la pénétration

Intégration mécanique

Vérifier:

• Cotes de montage

• Configuration de l'arbre

• Interface de boîte de vitesses

• Connexion des roues

• Acheminement des câbles

• Espace disponible sur le châssis

Une distinction cruciale

La conformité du moteur n’est pas la même que celle du système AGV.

La machine complète doit être conçue, évaluée, protégée et validée conformément aux exigences applicables à son utilisation prévue.

Comment les équipementiers et les exploitants de flotte peuvent-ils mettre à niveau les anciens disques AGV vers Systèmes d'asservissement CC basse tension?

La mise à niveau d'un AGV existant d'un lecteur existant vers une architecture servo doit commencer par des données d'exploitation , et non par des hypothèses.

Une évaluation pratique de la rénovation doit enregistrer :

Architecture de rénovation typique

Un système de traction modernisé peut ressembler à ceci :

Batterie → Protection CC → Servomoteur → Servomoteur CC → Boîte de vitesses → Roue motrice

L'encodeur renvoie les informations de fonctionnement au contrôleur.

Le système de contrôle AGV gère alors des commandes telles que :

Vitesse → Direction → Accélération → Décélération → Réponse aux pannes

La communication industrielle peut également être intégrée via des interfaces telles que CANopen, EtherCAT, RS-485/Modbus ou un autre protocole pris en charge.

Une rénovation par étapes peut réduire les risques

Une approche pratique consiste à valider d’abord un module de traction.

Le prototype peut ensuite être évalué pour :

Consommation actuelle

Accélération

Freinage

Performance thermique

Opération à charge utile complète

Autonomie de la batterie

Fiabilité des communications

Comportement de défaut

Une fois que les résultats mesurés atteignent l’objectif de conception, la même architecture peut être déployée sur d’autres véhicules.

Comment une gestion thermique supérieure dans les servos DC empêche-t-elle la dégradation prématurée de la batterie AGV ?

La gestion thermique est souvent sous-estimée lorsque l’on compare les moteurs AGV.

Un moteur qui s'approche à plusieurs reprises de sa limite thermique peut produire des pertes électriques plus élevées et transférer de la chaleur supplémentaire dans la transmission environnante.

Le résultat peut être une réaction en chaîne :

Pertes plus élevées → Plus de chaleur → Température plus élevée → Plus de contraintes sur les composants

La température de la batterie compte également.

Le vieillissement des batteries lithium-ion est influencé par la température, l’état de charge, les conditions de charge et le profil de fonctionnement. Des températures élevées peuvent accélérer la dégradation dans de nombreuses conditions de fonctionnement.

Cela signifie que l’efficacité de la transmission ne se limite pas à économiser de l’électricité.

Cela peut également aider à contrôler l’environnement thermique entourant la batterie et les composants électroniques.

Principales sources de chaleur dans une transmission AGV

La charge thermique globale peut provenir de :

• Pertes de cuivre

• Pertes de fer

• Frottement des roulements

• Pertes de commutation du contrôleur

• Pertes de boîte de vitesses

• Pertes de pneus et de roulement

Un moteur correctement dimensionné doit donc être sélectionné en fonction des exigences de service continu , et pas seulement des performances de pointe à court terme.

La conception thermique doit prendre en compte l'ensemble du système

Les variables importantes comprennent :

Température ambiante

Cycle de service

Fréquence de pointe

Couple continu

Montage moteur

Conception du boîtier

Flux d'air

Transfert de chaleur vers le châssis

L’objectif est une température de fonctionnement stable sur l’ensemble du système de traction.

Quel est le retour sur investissement mesurable et la réduction du coût total de possession liés au déploiement de servos CC basse tension dans les entrepôts américains ?

La valeur financière d'une mise à niveau d'un servo doit être mesurée à partir des données réelles de la flotte..

Le simple prix d’achat d’un moteur ne représente pas le véritable coût de possession.

Un modèle AGV TCO pratique

TCO = Matériel + Énergie + Maintenance + Temps d'arrêt + Batterie + Remplacement + Infrastructure de charge

Un système d'asservissement CC basse tension peut potentiellement affecter plusieurs de ces variables simultanément.

Consommation d'énergie

Mesure:

kWh par heure de fonctionnement

Mais un KPI opérationnel encore plus fort est :

Wh par cycle de transport complété

Cela permet de comparer différentes technologies d’entraînement dans les mêmes conditions d’itinéraire et de charge utile.

Utilisation de la batterie

Une consommation d'énergie plus faible peut augmenter la durée de fonctionnement utilisable entre les cycles de charge, en fonction de :

• Chimie de la batterie

• Stratégie de recharge

• Charge utile

• Distance parcourue

• Environnement opérationnel

• Cycle de service

Entretien

Les variateurs en boucle fermée peuvent fournir des données de diagnostic supplémentaires.

Selon le système, les équipes de maintenance peuvent surveiller :

Défauts codeur

Surintensité

Surchauffe

Défauts de communication

État du moteur

Alarmes de conduite

De meilleurs diagnostics peuvent contribuer à réduire le temps de dépannage.

Temps d'arrêt

Pour les entrepôts automatisés, les temps d’arrêt peuvent avoir un impact financier plus important que le prix d’achat du moteur lui-même.

Un système de traction plus facile à diagnostiquer, à remplacer et à entretenir peut offrir une valeur supérieure à son coût matériel initial.

Productivité de la charge utile

La charge utile doit être mesurée parallèlement à la consommation d’énergie.

Au lieu de simplement demander :

'Combien de kilogrammes l'AGV peut-il transporter ?'

Une mesure opérationnelle plus utile peut être :

'Combien de kilogrammes l'AGV peut-il transporter par charge de batterie ?'

D'autres KPI utiles incluent :

kg transportés par heure de fonctionnement

missions accomplies par charge

Wh par tonne-kilomètre

événements de facturation par quart de travail

Ces mesures donnent aux exploitants de flotte une image plus claire de la productivité réelle de la transmission.

Comment améliorer la durée de vie de la batterie AGV et la capacité de charge utile à l'aide de servomoteurs CC basse tension : une étude de cas de refonte de l'AMR de 1,5 tonne

Ce projet de refonte s'est concentré sur un AGV latent / AMR submersible robuste de 1,5 tonne développé par un fabricant européen d'automatisation intralogistique.

Le client était confronté à trois problèmes pratiques :

Le poids élevé du châssis réduisait la capacité de charge utile effective.

L’autonomie de la batterie était inférieure à l’objectif de fonctionnement souhaité de 8 heures.

L'espace limité du châssis et le câblage excessif rendaient l'intégration électrique de plus en plus difficile.

La solution consistait à remplacer l'architecture conventionnelle de moteur et d'entraînement divisé par une double Servomoteurs CC intégrés basse tension 48 V , combinant le moteur et l'électronique d'entraînement dans des modules d'entraînement de roue compacts avec communication CANopen/EtherCAT.

Résultats de la refonte

Résultat clé : L'AGV redessiné a réduit la masse de la transmission de 7,3 kg , a augmenté l'endurance de fonctionnement de 7,5 à 10,2 heures et a augmenté la charge utile effective de 1 000 kg à 1 250 kg en utilisant la même batterie au lithium de 48 V/100 Ah.

La conception originale de l'AGV et ses limites

Le véhicule d'origine utilisait une architecture classique de pilote de moteur divisé.

Les moteurs étaient montés à proximité des roues motrices, tandis que les servomoteurs étaient installés séparément à l'intérieur du compartiment électrique principal.

Cette architecture a créé plusieurs défis dans un AMR compact et robuste.

1. Poids excessif de la transmission

Le poids combiné des deux moteurs, des servomoteurs externes, des faisceaux de câbles, des connecteurs, du blindage et des composants de montage a atteint environ 18,5 kg..

Pour un véhicule avec une limite de poids brut fixe, cette masse supplémentaire réduisait directement la quantité de marchandises que l'AGV pouvait transporter légalement et mécaniquement.

2. Longs parcours de câbles à courant élevé

L'architecture d'entraînement séparée nécessitait le déplacement de câbles moteur à courant élevé entre le boîtier électrique central et les ensembles d'entraînement des roues.

Dans un AMR compact, ces câbles consomment un espace d'installation précieux et compliquent le routage.

Ils peuvent également introduire des pertes électriques supplémentaires dues à la résistance des câbles.

3. Espace interne limité

Deux servomoteurs externes nécessitaient une armoire dédiée et un espace de montage sur rail DIN.

Cela a réduit la place disponible pour :

Composants de la batterie

Automate et E/S

Matériel de sécurité

Matériel de communication

Composants de gestion thermique

Accès aux services

4. Autonomie de la batterie inférieure à l'objectif

Le système d'origine a atteint environ 7,5 heures de fonctionnement en utilisant une batterie au lithium 48 V/100 Ah..

Pour un véhicule lourd censé prendre en charge les opérations prolongées de l’entrepôt, cela laissait peu de marge opérationnelle.

La solution servo intégrée 48 V CC

Pour résoudre simultanément les trois problèmes, le client a remplacé le système d'entraînement divisé par deux Servomoteurs CC intégrés basse tension 48 V.

La nouvelle architecture intègre l’électronique du moteur et de l’entraînement directement dans le module d’entraînement des roues.

Nouvelle architecture de transmission

Batterie 48V

↓

Contrôleur principal AGV/PLC

↓

Bus de communication CANopen/EtherCAT

↓

Deux servomoteurs CC intégrés 48 V

↓

Roues motrices

Cela réduit considérablement la quantité d’équipements installés dans l’armoire électrique centrale.

La nouvelle solution prend également en charge un couple de surcharge de pointe élevé , un contrôle en boucle fermée et une communication basée sur le bus.

Comment le système servo DC intégré a augmenté la durée de vie de la batterie

L’amélioration de l’autonomie de la batterie est due à plusieurs modifications techniques plutôt qu’à un agrandissement de la batterie.

Pertes de câble réduites

Dans le système d'origine, des câbles moteur à courant élevé reliaient l'électronique d'entraînement centrale aux moteurs de traction.

La perte de puissance électrique dans un conducteur peut être estimée en utilisant :

P = je²R

où:

• P = perte de puissance

• je = courant

• R = résistance du câble

En déplaçant l'électronique d'entraînement directement sur l'ensemble moteur, la connexion à courant élevé devient extrêmement courte.

Dans ce projet, la distance entre le conducteur et la phase du moteur a été réduite à moins de 5 cm..

Le résultat a été une réduction substantielle des pertes liées aux câbles et une architecture d'alimentation plus propre.

Fonctionnement 48 V Demande de courant réduite

La refonte a également fait migrer l'architecture d'alimentation AGV de 24 V à 48 V CC..

Pour une même puissance mécanique de sortie :

Je = P / U

L'augmentation de la tension du système réduit le courant requis pour un niveau de puissance donné.

Un courant plus faible peut permettre :

Sections de câbles plus petites

Réduction des pertes résistives

Chauffage réduit des câbles

Câblage plus compact

Ceci est particulièrement utile dans les équipements mobiles de forte puissance où les longs câbles peuvent devenir une partie importante de la conception électrique.

Freinage régénératif

Les servocontrôleurs intégrés ont également optimisé le freinage par récupération.

Lors d'une décélération ou d'un mouvement en descente, les moteurs de traction peuvent fonctionner comme des générateurs.

Au lieu de dissiper toute l'énergie cinétique disponible sous forme de chaleur, le système redirige l'énergie récupérable vers le bus 48 V CC et le système de batterie , sous réserve de l'acceptation de la batterie et des limites du contrôleur.

Cela devient particulièrement précieux dans les AGV lourds, car un véhicule de 1,5 tonne transporte une énergie cinétique importante pendant son mouvement.

Plus le véhicule accélère et décélère fréquemment, plus la récupération d’énergie régénérative devient pertinente.

Contrôle vectoriel FOC

Le système d'asservissement intégré utilise un contrôle orienté champ (FOC) pour réguler le courant et le couple du moteur.

En contrôlant plus précisément le champ magnétique du moteur et le courant produisant le couple, le système peut fonctionner plus près du point de charge requis.

Les objectifs pratiques sont :

Production de couple stable

Utilisation efficace du courant

Réduisez le chauffage inutile

Accélération et décélération en douceur

Contrôle amélioré à basse vitesse

Pour un AMR robuste fonctionnant en continu sur plusieurs équipes, ces caractéristiques peuvent affecter à la fois la consommation d'énergie et la stabilité thermique.

Améliorations techniques clés et données de retour sur investissement

Ingénierie approfondie : comment les servos CC intégrés résolvent le double défi

1. Augmenter la durée de vie de la batterie

• Élimination de la perte de cuivre dans les câbles : les conceptions AGV traditionnelles acheminent les câbles de phase à courant élevé depuis les boîtiers de commande centraux jusqu'aux roues motrices. Les servos CC intégrés basse tension fusionnent le pilote directement sur l'arrière de l'encodeur du moteur, réduisant ainsi la distance entre les fils de phase à moins de 5 cm.
• Optimisation du freinage régénératif : les contrôleurs intégrés capturent l'énergie cinétique pendant les mouvements de décélération et de descente de pente, réinjectant le courant continu directement dans la batterie 48 V.
• Contrôle vectoriel FOC à haute efficacité : les algorithmes de contrôle optimisés orientés champ maintiennent les températures de fonctionnement basses sous charge continue, maintenant la consommation de courant à des cycles de service optimaux.

2. Augmentation de la capacité de charge utile

• Réduction du poids du châssis : l'élimination des boîtiers de pilotes externes, des câbles de blindage lourds et des montages sur rail DIN libère près de 7,3 kg de poids mort. Chaque kilo économisé sur la masse du châssis se traduit directement par une charge utile plus élevée.
• Capacité de couple de surcharge élevée : les servos CC basse tension intégrés gèrent jusqu'à 3 fois le couple nominal lors des accélérations initiales à forte charge et des montées de rampe (jusqu'à 5° de pente), évitant ainsi les erreurs de décrochage sans avoir recours à des moteurs surdimensionnés.

3. Étapes de mise en œuvre

1. Migration du système d'alimentation : mise à niveau du bus système de 24 V à 48 V CC. Une tension plus élevée réduit le courant de fonctionnement global ( I = P/U ), réduisant ainsi les exigences de section de câble et la dissipation thermique.

2. Modularisation mécanique du module d'entraînement : montez deux servos CC intégrés 48 V directement sur les roues motrices différentielles ou les ensembles de roulettes de direction.

3. Topologie du bus de communication : bouclez un seul câble blindé CANopen/EtherCAT en guirlande entre le contrôleur PLC AGV principal et les deux moteurs intégrés, remplaçant plus de 16 fils de commande discrets.

Résultats mesurés avant et après

La refonte a produit des améliorations mesurables sur les principaux indicateurs de performance de l'AGV , notamment le poids de la transmission, l'espace interne, l'efficacité, l'endurance de la batterie et la capacité de charge utile.

Résultat global : en intégrant les servomoteurs CC directement dans les modules de roue, l'AGV a obtenu un poids de transmission inférieur, un espace interne réduit, une efficacité système plus élevée, une autonomie de batterie plus longue et une capacité de charge utile plus grande.

Ces résultats montrent que la refonte a amélioré simultanément les performances de la batterie et la capacité de charge utile grâce à une combinaison d’intégration de la transmission, de réduction des pertes de câblage, d’un contrôle moteur amélioré et d’une masse inférieure du véhicule.

Commentaires des clients

'En passant aux servomoteurs CC basse tension intégrés de 48 V, nous avons réduit le temps d'assemblage de nos AGV de 40 % grâce à un acheminement simplifié des faisceaux. Plus important encore, nos clients ont obtenu une couverture opérationnelle complète en 3 équipes (24 heures) avec seulement deux courtes charges d'opportunité par jour.'

— Responsable R&D, Solutions industrielles AMR

Ce que démontre cette refonte de l’AMR de 1,5 tonne

Ce projet met en évidence plusieurs leçons importantes pour les fabricants d’AGV et d’AMR lourds.

La durée de vie de la batterie est un problème de système de transmission

Augmenter la capacité de la batterie n’est pas le seul moyen d’obtenir une durée de fonctionnement plus longue.

La réduction des pertes électriques, l’amélioration du contrôle du moteur, la récupération de l’énergie de freinage et la réduction de la masse du véhicule peuvent toutes contribuer à une plus grande endurance utile.

La charge utile est influencée par chaque kilogramme de masse du véhicule

Le moteur, l'entraînement, l'armoire, le matériel de montage et le poids des câbles consomment tous une partie du budget de poids total du véhicule.

Une architecture de traction plus intégrée peut donc créer une capacité de charge utile supplémentaire sans simplement augmenter la taille du moteur.

L'architecture 48 V devient de plus en plus attractive à mesure que la puissance augmente

Une tension système plus élevée peut réduire le courant pour un besoin de puissance donné, aidant ainsi les fabricants d'AGV à gérer la taille des câbles, les pertes résistives et la charge thermique.

L'architecture servo intégrée simplifie les AMR compacts

La combinaison du moteur et du variateur en un seul module peut éliminer les armoires de variateur externes et raccourcir le câblage à courant élevé.

Cela peut améliorer à la fois l’efficacité de l’emballage mécanique et de l’assemblage..

Le couple maximal est essentiel pour les véhicules lourds

Un AGV de 1,5 tonne a besoin de plus qu’assez de couple pour naviguer.

Il doit également accélérer à partir du repos, transporter une charge utile maximale, monter des rampes et gérer des surcharges de courte durée.

Cela fait de la capacité de couple maximal et des performances en surcharge des critères de sélection importants.

Résumé des résultats finaux

Pour les AGV et AMR lourds, une architecture servo CC basse tension intégrée peut fournir une voie pratique vers une charge utile plus élevée, une durée de fonctionnement plus longue, un câblage plus propre et une intégration plus compacte du système de traction lorsque le moteur est correctement adapté au cycle de service réel du véhicule.

Comment nous abordons Conception de servomoteurs CC basse tension pour AGV

Pour les fabricants OEM d’AGV, un moteur standard ne suffit pas toujours.

Différents AGV peuvent avoir des exigences complètement différentes pour :

Charge utile

Diamètre de roue

Poids du véhicule

Vitesse de déplacement

Accélération

Pente

Tension de la batterie

Cycle de service

Protocole de contrôle

Conditions environnementales

Le moteur, la boîte de vitesses, l'encodeur, le contrôleur et la roue doivent donc être considérés comme un seul système de traction intégré..

Dernier point à retenir pour les constructeurs d'AGV

Améliorer la durée de vie de la batterie AGV et la capacité de charge utile ne consiste pas simplement à installer une batterie plus grosse ou un moteur plus puissant.

L'approche la plus efficace consiste à optimiser l' ensemble du système de traction.

Un correctement conçu servomoteur CC basse tension peut contribuer à :

Fonctionnement à haut rendement

Contrôle de couple et de vitesse en boucle fermée

Freinage régénératif

Densité de couple élevée

Intégration compacte

Performance thermique améliorée

Un meilleur diagnostic

Lorsque ces caractéristiques correspondent correctement à la boîte de vitesses, à la roue, à la batterie, au contrôleur et au cycle de service de l'AGV, le résultat peut être des améliorations mesurables dans :

Autonomie de la batterie + Utilisation de la charge utile + Efficacité énergétique + Stabilité thermique + Productivité de la flotte

Pour les équipementiers et les exploitants d’entrepôts, la question la plus significative n’est donc pas simplement « Quel moteur a le plus de puissance ? »

Une meilleure question est :

'Quelle transmission peut fournir le couple de roue et les performances de mouvement requis tout en utilisant le moins d'énergie, de poids, d'espace et d'entretien possible ?'

Cette approche au niveau du système fournit une base solide pour la conception de plates-formes de traction AGV efficaces, fiables et évolutives.