Kako poboljšati životni vijek AGV baterije i nosivost pomoću niskonaponskih istosmjernih servo motora?

Za moderna automatizirano vođena vozila (AGV) i autonomne mobilne robote (AMR) , dvije metrike performansi uvijek su blisko povezane:

Trajanje baterije i nosivost.

Vozilo koje troši previše energije treba veću bateriju. Ali veća baterija također povećava težinu, smanjujući količinu korisnog tereta koji vozilo može nositi.

Zbog toga vučni sustav zaslužuje posebnu pozornost.

Pravilno dizajniran niskonaponski istosmjerni servo motorni sustav može pomoći proizvođačima AGV-a poboljšati:

• Energetska učinkovitost

• Vrijeme rada baterije

• Moment pokretanja i penjanja

• Omjer korisne nosivosti i težine vozila

• Točnost kretanja

• Regenerativno kočenje

• Toplinska stabilnost

• Ukupna učinkovitost pogonskog sklopa

Za američke AGV projekte, odabir motora također treba razmotriti unutar šireg okvira sigurnosti stroja. Trenutne reference uključuju ANSI/A3 R15.08-1-2020 (R2026) , ANSI/A3 R15.08-2-2023 , ANSI/A3 R15.08-3-2026 i ANSI/ITSDF B56.5-2024.

Rješenja AGV DC servo motora

AGV pogonski sustavi trebaju više od jednostavne rotacije motora. Pogonski motor mora isporučiti kontrolirani okretni moment, točnu regulaciju brzine, glatko ubrzanje i pouzdanu povratnu informaciju dok radi iz niskonaponskog DC baterijskog sustava. Iz tog razloga, DC servo motori, integrirani DC servo motori, DC servo motori s zupčanicima, STO servo motori i AGV hub motori obično se koriste u AGV i AMR pogonskim arhitekturama.

JKONGMOTOR nudi nekoliko konfiguracija DC servo motora koji se mogu uskladiti s različitim AGV opterećenjem, brzinom, prostorom, zaštitom i sigurnosnim zahtjevima.

Asortiman proizvoda AGV DC servo motora

Jkongmotor prilagođeni pokreti servo motora

Sveobuhvatni pružatelj rješenja za integrirani DC servo motor

1. Integrirani istosmjerni servo motor

Integrirani DC servo motor kombinira motor, servo pogon i koder u jednom kompaktnom kućištu. Ova arhitektura smanjuje vanjsko ožičenje i štedi prostor za instalaciju, što je čini osobito korisnom za kompaktne AGV i AMR šasije.

Podržava kontrolu kretanja u zatvorenoj petlji za brzinu, položaj i zakretni moment , dok integrirana elektronika pojednostavljuje vezu između motora i kontrolera vozila. Integrirane servo arhitekture naširoko se koriste tamo gdje su prostor šasije i učinkovitost ožičenja važna razmatranja dizajna.

Tipične AGV aplikacije:

• Skladišni AGV-ovi

• AMR pogonski kotači

• Autonomni roboti za rukovanje materijalom

• Roboti za sortiranje

• Kompaktni mobilni roboti

2. DC servo motor s planetarnim reduktorom

kombinira DC servo motor s planetarnim zupčanicima istosmjerni servo motor s planetarnim mjenjačem za povećanje izlaznog momenta uz zadržavanje kompaktnog pogonskog sklopa.

Ova konfiguracija je prikladna kada AGV zahtijeva veći okretni moment kotača za pokretanje, ubrzanje, penjanje na rampe ili nošenje većeg tereta . Mjenjač također dopušta motoru da radi pri višoj brzini, a istovremeno pruža manju izlaznu brzinu na kotaču.

Tipične primjene:

• AGV-ovi za teške uvjete rada

• Vozila za skladišni transport

• Roboti za rukovanje paletama

• Mobilna oprema za rukovanje materijalom

• AGV pogonski kotači koji zahtijevaju veliki okretni moment

3. Pužni istosmjerni servo motor

Pužni istosmjerni servo motor integrira pužni prijenosnik s istosmjernim servo motorom. Njegov visoki omjer redukcije čini ga prikladnim za primjene koje zahtijevaju veliki izlazni moment i kontrolirano kretanje pri maloj brzini.

Pužni mjenjač također može pružiti korisne karakteristike držanja opterećenja, ovisno o dizajnu mjenjača i uvjetima rada. To ga čini primjenjivim na AGV mehanizme gdje su važni kontrolirano kretanje i mehaničko držanje.

Tipične primjene:

• AGV pogonski sustavi za velika opterećenja

• Mehanizmi za podizanje i pozicioniranje

• Transportna oprema za prijenos

• Industrijski mobilni roboti

• Automatizirani sustavi rukovanja

4. Integrirani istosmjerni servo motor kočnice

Istosmjerni servo motor s integriranom kočnicom kombinira servo motor, enkoder, pogon i elektromagnetsku kočnicu u jedan sklop.

Kočnica je osobito korisna kada AGV mehanizam mora zadržati svoj položaj nakon što je motor isključen . Može se uzeti u obzir za podizne osovine, okomite mehanizme, nagnutu opremu i primjene gdje se mora spriječiti nekontrolirano mehaničko kretanje.

Tipične primjene:

• AGV mehanizmi za podizanje

• Sustavi vertikalnog prijenosa

• Oprema za automatizirano rukovanje

• Kosi pogonski mehanizmi

• Mobilni roboti sa zahtjevima držanja

5. IP65 integrirani DC servo motor

dizajniran Integrirani istosmjerni servo motor IP65 je za AGV aplikacije gdje se motor može suočiti s prašinom, prskanjem vode ili zahtjevnim industrijskim uvjetima.

Njegova integrirana arhitektura motora i pogona kombinira kompaktnu instalaciju s poboljšanom zaštitom kućišta. To ga čini korisnim za skladišnu logistiku, mobilne strojeve, opremu za rad na otvorenom i industrijske AGV- ove gdje je zaštita okoliša važna specifikacija. JKONGMOTOR navodi IP65 zaštitu kao dostupnu konfiguraciju za svoju platformu integriranog servo motora.

Tipične primjene:

• AGV-ovi sposobni za rad na otvorenom

• Logistički roboti

• Tvornička transportna vozila

• Mobilna oprema za rukovanje materijalom

• Industrijska okruženja sklona prašini

6. AGV STO DC servo motor

AGV STO DC servo motor dizajniran je za AGV i AMR sustave gdje je Safe Torque Off (STO) dio sigurnosne arhitekture upravljanja kretanjem.

STO onemogućuje pogonu sposobnost generiranja momenta motora kada je aktivirana sigurnosna funkcija. Stoga se razlikuje od normalne naredbe za kretanje: STO sprječava stvaranje okretnog momenta umjesto da jednostavno naređuje vozilu da uspori.

Tipične primjene:

• Autonomni mobilni roboti

• Čovjeku pristupačni skladišni prostori

• Inteligentni logistički sustavi

• Automatizirano rukovanje materijalom

• AGV-ovi koji zahtijevaju sigurnosne pogonske funkcije

7. Motor glavčine AGV

AGV Hub Motor integrira pogonski motor u kotač ili sklop glavčine, stvarajući kompaktno rješenje pogona kotača.

U usporedbi s konvencionalnim rasporedom motor plus mjenjač, ​​motor s glavčinom može smanjiti mehaničke komponente prijenosa i bolje iskoristiti ograničeni prostor šasije. Posebno je relevantan za kompaktne AGV-ove, AMR-ove, autonomne transportne robote i niskopodne mobilne platforme . Arhitekturu glavčine i motora treba odabrati prema promjeru kotača, opterećenju vozila, potrebnom momentu, brzini i toplinskim uvjetima.

Zašto odabrati integrirani DC servo motor za AGV?

Glavna prednost je integracija na razini sustava, a ne samo performanse motora.

Kompaktna instalacija

Motor, enkoder i pogonska elektronika mogu se kombinirati u jedan sklop, smanjujući potrebu za posebnim položajem za ugradnju servo pogona.

Pojednostavljeno ožičenje

Integrirana servo arhitektura može smanjiti usmjeravanje kabela motora i kodera između motora i vanjskog pogona, što pomaže u pojednostavljenju električnog dizajna AGV-a.

Kontrola kretanja u zatvorenoj petlji

Povratna informacija enkodera omogućuje preciznu kontrolu brzine i položaja kotača, što je važno za AGV navigaciju i sinkroniziran rad kotača.

Fleksibilna komunikacija

Ovisno o konfiguraciji, AGV servo sustavi mogu podržavati komunikacijske metode kao što su CANopen, RS485/Modbus i EtherCAT . Ova se sučelja obično koriste za integraciju servo osi s AGV kontrolerima.

Više mehaničkih konfiguracija

Planetarni mjenjači, pužni mjenjači, kočnice, vodootporna kućišta i pogonske strukture glavčine omogućuju da se motor uskladi s različitim AGV arhitekturama.

Jedna platforma za različite dizajne AGV pogona

JKONGMOTOR-ova integrirana servo platforma pokriva višestruke mehaničke i upravljačke konfiguracije, uključujući 24V/48V DC sustave, opcije mjenjača, konfiguracije kočnica, povratne informacije enkodera, kućišta s IP ocjenom i sučelja Pulse, RS485, CANopen i EtherCAT . Tvrtkina stranica AGV rješenja navodi konfiguracije serija IDC60 i IDC80 i raspon snage koji se proteže od 26W do 1000W.

Ovo proizvođačima AGV-a omogućuje odabir arhitekture motora prema stvarnom dizajnu vozila umjesto korištenja jedne konfiguracije motora za svaku primjenu.

Za OEM AGV projekte, okretni moment motora, veličina kotača, težina vozila, brzina, napon akumulatora, omjer mjenjača, tip enkodera, komunikacijski protokol, ocjena zaštite i sigurnosni zahtjevi mogu se procijeniti zajedno kako bi se razvilo odgovarajuće rješenje DC servo pogona.

Zašto su niskonaponski istosmjerni servo motori kritični za životni vijek AGV baterije i nosivost?

Pogonski motor pretvara energiju baterije u moment kotača koji zapravo pokreće AGV.

Iz tog razloga učinkovitost motora ima izravan učinak na količinu energije koju vozilo troši tijekom svakog transportnog ciklusa.

Za razliku od jednostavnog pogona s otvorenom petljom, DC servo sustav zatvorene petlje kontinuirano nadzire položaj i brzinu motora putem povratne informacije i prilagođava izlaz prema stvarnim radnim uvjetima.

To je osobito vrijedno jer AGV-ovi rijetko rade s jednim stalnim opterećenjem.

Tipični radni uvjeti AGV-a

AGV će možda opetovano morati:

Start → Ubrzaj → Brzo kretanje → Uspori → Zaustavi → Okreni → Unatrag → Ponovno pokretanje

Potreban zakretni moment može se značajno promijeniti između svakog stupnja.

Pravilno odabran servo sustav može brzo odgovoriti na ove promjenjive zahtjeve umjesto da radi na fiksnom izlazu.

Učinkovitost baterije i težina vozila povezani su

Osnovni odnos je:

Električna energija = napon baterije × struja × vrijeme rada

Smanjenje nepotrebne struje može smanjiti ukupnu potrošnju energije uz očuvanje potrebnog momenta kotača.

Istovremeno, sam pogon pridonosi masi vozila.

Osnovni odnos nosivosti je:

Neto nosivost = dopuštena bruto težina vozila − masa praznog vozila

Ovo stvara važnu priliku za dizajn.

Kompaktniji motor, integrirani pogon ili optimizirani mjenjač mogu smanjiti težinu sustava i osloboditi dodatni kapacitet za teret.

Zašto je integracija važna

Moderni integrirani servo motor može kombinirati:

Motor + Enkoder + Servo pogon + Upravljačka elektronika

u jedan kompaktni sklop.

Ovo može smanjiti:

• Složenost ožičenja

• Prostor kabineta

• Komponente vanjskog pogona

• Vrijeme ugradnje

• Ukupni otisak pogonskog sklopa

Za prostorno ograničene dizajne AGV šasije, ovi detalji mogu imati značajan učinak na konačnu arhitekturu vozila.

Kako učiniti Niskonaponski istosmjerni servo motori produljuju vrijeme rada AGV baterije putem visokoučinkovitog i regenerativnog kočenja?

Vrijeme rada baterije ne bi se trebalo procjenjivati ​​samo na temelju snage s natpisne pločice motora.

Korisnije mjerenje je potrošena energija tijekom stvarnog radnog ciklusa AGV-a.

Praktična aproksimacija je:

Iskorištena energija baterije ≈ prosječna ulazna istosmjerna snaga × vrijeme rada

Budući da AGV stalno ubrzavaju i usporavaju, prosječna snaga može se značajno razlikovati od nazivne snage motora.

Rad visoke učinkovitosti

Servo kontrolirani motor može prilagoditi zakretni moment prema stvarnim zahtjevima.

Tijekom ravnomjerne vožnje, potrebni okretni moment može biti relativno nizak.

Tijekom ubrzavanja, sustav može privremeno trebati puno veći okretni moment.

Ova dinamička kontrola omogućuje pogonskom sklopu da bolje uskladi električni ulaz s mehaničkim zahtjevima.

Regenerativno kočenje

Regenerativno kočenje pruža još jedan potencijalni mehanizam za uštedu energije.

Tijekom usporavanja, motor može raditi kao generator. Umjesto pretvaranja sve kinetičke energije u toplinu kroz trenje ili kočioni otpornik, dio te energije može se vratiti u DC sabirnicu.

Obnovljena energija tada može biti:

Vraćen na bateriju

ili

Koristi se drugdje na DC sabirnici

ovisno o arhitekturi sustava.

Međutim, regenerativno kočenje mora biti pravilno projektirano.

Tijekom usporavanja, napon DC-sabirnice može brzo porasti. Sustav stoga treba odgovarajuću metodu rukovanja regeneriranom energijom, uzimajući u obzir prihvatljivost baterije, stanje napunjenosti, ograničenja regulatora, temperaturu i učestalost kočenja.

Gdje regenerativno kočenje pruža najveću vrijednost

Regenerativno kočenje posebno je važno za AGV s čestim:

• Zaustavlja se

• Počinje

• Promjene smjera

• Događaji usporavanja

• Kratki transportni ciklusi

• Okomito ili nizbrdo kretanje

Za ove primjene, Wh po završenom ciklusu često je korisniji KPI od teorijske učinkovitosti motora.

Kako dizajn visoke gustoće snage DC servo motora izravno povećava AGV neto nosivost?

Nosivost je prvenstveno problem pogonskog sklopa i mase vozila.

AGV mora generirati dovoljno vučne sile da prevlada:

Otpor kotrljanja + Otpor nagiba + Sila ubrzanja + Ostali mehanički gubici

Pojednostavljeni odnos je:

Zakretni moment kotača = vučna sila × polumjer kotača

Zbog toga se odabir motora ne može odvojiti od promjera kotača, omjera mjenjača, težine vozila ili zahtjeva za ubrzanjem.

Gustoća momenta važnija je od same veličine motora

Veći motor može osigurati veći okretni moment, ali također dodaje:

• Težina

• Volumen

• trošak

• Toplinsko opterećenje

• Zahtjev za baterijom

Cilj boljeg dizajna obično je veća iskoristiva gustoća momenta.

Drugim riječima:

Praktičnije performanse kotača od manje mase i volumena motora

Kompaktni servo sustav može pomoći u postizanju te ravnoteže.

Početni moment je posebno važan

AGV koji nosi svoj maksimalni korisni teret može zahtijevati znatan okretni moment pri vrlo maloj brzini.

Ovo je osobito istinito kada vozilo:

• Počinje od mirovanja

• Nosi teške terete

• Penje se po rampama

• Brzo ubrzava

• Djeluje na podovima veće otpornosti

Iz tog razloga, motor treba procijeniti pomoću njegovog kontinuiranog momenta i vršnog momenta , a ne samo njegove nazivne snage.

Ključni parametri pogona

Cilj nije jednostavno ugraditi najveći mogući motor.

Cilj je postići potrebnu brzinu, okretni moment, ubrzanje, sposobnost penjanja i toplinsku marginu uz najmanju praktičnu težinu sustava.

Kako odabrati pravu Niskonaponski istosmjerni servo sustav zadovoljava američke AGV sigurnosne i industrijske standarde?

Odabir motora samo zato što njegov nominalni napon odgovara bateriji nije dovoljan.

Projekt američkog AGV-a trebao bi procijeniti cijelo vozilo i njegovu sigurnosnu arhitekturu.

Trenutačne industrijske reference uključuju seriju ANSI/A3 R15.08 za industrijske mobilne robote i ANSI/ITSDF B56.5-2024 za industrijska vozila bez vozača i s automatskim upravljanjem.

Ovisno o proizvodu i primjeni, mogu se primjenjivati ​​i drugi standardi i zahtjevi.

Važni faktori odabira

Električna kompatibilnost

Provjerite nazivni napon baterije kao i minimalni i maksimalni radni napon.

Baterijski sustav nominalnog 24 VDC ili 48 VDC može doživjeti značajne varijacije napona tijekom punjenja i pražnjenja.

Vršna struja

Ubrzanje i uvjeti velike nosivosti mogu proizvesti znatno veću struju od normalnog krstarenja.

Baterija, ožičenje, kontroler i zaštitni uređaji moraju tolerirati očekivanu struju.

Povratne informacije

Koder bi trebao osigurati razlučivost, vrstu povratne informacije i komunikacijsko sučelje koje zahtijeva upravljačka arhitektura.

Sigurnosne funkcije

Zaustavljanje u nuždi, reakcija na grešku, ponašanje pri kočenju, uklanjanje zakretnog momenta i sigurnosne kontrole trebaju se procijeniti kao dio cjelokupnog AGV sustava.

Zaštita okoliša

Motor bi trebao odgovarati stvarnom okruženju, uključujući:

• Prah

• vlaga

• Temperatura

• Šok

• Vibracija

• Ingress izloženost

Mehanička integracija

Provjeriti:

• Montažne dimenzije

• Konfiguracija vratila

• Sučelje mjenjača

• Spoj kotača

• Usmjeravanje kabela

• Dostupan prostor za šasiju

Kritična razlika

Usklađenost motora nije isto što i usklađenost AGV sustava.

Cijeli stroj mora biti konstruiran, procijenjen rizik, zaštićen i validiran u skladu sa zahtjevima koji se primjenjuju na namjeravanu upotrebu.

Kako proizvođači originalne opreme i operateri voznih parkova mogu nadograditi naslijeđene AGV pogone na Niskonaponski istosmjerni servo sustavi?

Nadogradnja postojećeg AGV-a s naslijeđenog pogona na servo arhitekturu trebala bi započeti radnim podacima , a ne pretpostavkama.

Praktična procjena retrofita trebala bi zabilježiti:

Tipična retrofit arhitektura

Modernizirani sustav vuče može izgledati ovako:

Baterija → DC zaštita → Servo pogon → DC servo motor → Mjenjač → Pogonski kotač

Koder vraća podatke o radu upravljaču.

Kontrolni sustav AGV tada upravlja naredbama kao što su:

Brzina → Smjer → Ubrzanje → Usporenje → Odgovor na grešku

Industrijska komunikacija također se može integrirati kroz sučelja kao što su CANopen, EtherCAT, RS-485/Modbus ili neki drugi podržani protokol.

Postupna rekonstrukcija može smanjiti rizik

Praktični pristup je da se najprije potvrdi jedan vučni modul.

Prototip se zatim može ocijeniti za:

Trenutna potrošnja

Ubrzanje

Kočenje

Toplinska izvedba

Operacija punog tereta

Vrijeme rada baterije

Pouzdanost komunikacije

Ponašanje s greškom

Nakon što izmjereni rezultati dostignu cilj dizajna, ista se arhitektura može uvesti u dodatna vozila.

Kako superiorno upravljanje toplinom u DC servo motorima sprječava preuranjenu degradaciju AGV baterije?

Upravljanje toplinom često se podcjenjuje kada se uspoređuju AGV motori.

Motor koji se više puta približava svojoj toplinskoj granici može proizvesti veće električne gubitke i prenijeti dodatnu toplinu na okolni pogon.

Rezultat može biti lančana reakcija:

Veći gubici → Više topline → Viša temperatura → Veće opterećenje komponenti

Temperatura baterije također je važna.

Na starenje litij-ionske baterije utječu temperatura, stanje napunjenosti, uvjeti punjenja i radni profil. Povišene temperature mogu ubrzati razgradnju u mnogim radnim uvjetima.

To znači da se učinkovitost pogonskog sklopa ne odnosi samo na uštedu električne energije.

Također može pomoći u kontroli toplinskog okruženja oko baterije i elektronike.

Glavni izvori topline u AGV pogonu

Ukupno toplinsko opterećenje može proizaći iz:

• Gubici bakra

• Gubici željeza

• Trenje ležaja

• Preklopni gubici regulatora

• Gubici u mjenjaču

• Gubici guma i kotrljanje

Motor odgovarajuće veličine stoga bi trebao biti odabran u skladu sa zahtjevima kontinuiranog rada , a ne samo kratkoročnim vršnim performansama.

Toplinski dizajn treba uzeti u obzir cijeli sustav

Važne varijable uključuju:

Temperatura okoline

Radni ciklus

Frekvencija vršnog opterećenja

Kontinuirani okretni moment

Montaža motora

Dizajn kućišta

Strujanje zraka

Prijenos topline na šasiju

Cilj je stabilna radna temperatura u cijelom sustavu vuče.

Koliki je mjerljivi ROI i TCO smanjenje postavljanja niskonaponskih istosmjernih servo motora u skladištima u SAD-u?

Financijska vrijednost servo nadogradnje trebala bi se mjeriti iz stvarnih podataka o voznom parku.

Jednostavna nabavna cijena motora ne predstavlja pravi trošak vlasništva.

Praktičan AGV TCO model

TCO = Hardver + Energija + Održavanje + Zastoj + Baterija + Zamjena + Infrastruktura punjenja

Niskonaponski DC servo sustav može potencijalno utjecati na nekoliko od ovih varijabli istovremeno.

Potrošnja energije

Mjera:

kWh po radnom satu

Ali još jači operativni KPI je:

Wh po završenom transportnom ciklusu

To omogućuje usporedbu različitih pogonskih tehnologija pod istim uvjetima rute i nosivosti.

Iskorištenost baterije

Niža potrošnja energije može povećati korisno vrijeme rada između ciklusa punjenja, ovisno o:

• Kemija baterije

• Strategija punjenja

• nosivost

• Udaljenost putovanja

• Radno okruženje

• Radni ciklus

Održavanje

Pogoni zatvorene petlje mogu pružiti dodatne dijagnostičke podatke.

Ovisno o sustavu, timovi za održavanje mogu nadzirati:

Greške kodera

Prekostrujni

Pretjerana temperatura

Greške u komunikaciji

Status motora

Alarmi za vožnju

Bolja dijagnostika može pomoći u smanjenju vremena rješavanja problema.

Zastoj

Za automatizirana skladišta, zastoji mogu imati veći financijski učinak od same nabavne cijene motora.

Sustav za vuču koji je lakši za dijagnosticiranje, zamjenu i održavanje može pružiti vrijednost iznad svoje početne cijene hardvera.

Produktivnost nosivosti

Korisni teret treba mjeriti zajedno s potrošnjom energije.

Umjesto da samo pitate:

'Koliko kilograma može nositi AGV?'

Korisnija operativna metrika može biti:

'Koliko kilograma AGV može prenijeti po punjenju baterije?'

Drugi korisni KPI-jevi uključuju:

kg prevezeno po radnom satu

završenih misija po punjenju

Wh po tona-kilometru

događaji naplate po smjeni

Ove metrike operaterima voznih parkova daju jasniju sliku stvarne produktivnosti pogonskog sklopa.

Kako poboljšati životni vijek AGV baterije i nosivost pomoću niskonaponskih istosmjernih servo motora: studija slučaja redizajna AMR-a od 1,5 tona

Ovaj projekt redizajna bio je usredotočen na latentni AGV / podvodni AMR od 1,5 tone za teške uvjete rada koji je razvio europski proizvođač intralogističke automatizacije.

Kupac se suočio s tri praktična problema:

Velika težina šasije smanjivala je efektivnu nosivost.

Vrijeme rada baterije bilo je ispod željenog 8-satnog radnog cilja.

Ograničeni prostor šasije i pretjerano ožičenje sve su otežavali električnu integraciju.

Rješenje je bilo zamijeniti konvencionalnu arhitekturu podijeljenog motora i pogona dvostrukom 48V niskonaponski integrirani DC servo motori , kombinirajući motor i pogonsku elektroniku u kompaktne pogonske module s CANopen/EtherCAT komunikacijom.

Rezultati redizajna

Ključni rezultat: Redizajnirani AGV smanjio je masu pogonskog sklopa za 7,3 kg , povećao radnu izdržljivost sa 7,5 na 10,2 sata i povećao efektivnu nosivost s 1.000 kg na 1.250 kg koristeći istu litijsku bateriju od 48 V/100 Ah.

Izvorni AGV dizajn i njegova ograničenja

Izvorno vozilo koristilo je konvencionalnu arhitekturu podijeljenog motora i vozača.

Motori su bili postavljeni u blizini pogonskih kotača, dok su servo pogoni ugrađeni zasebno unutar glavnog električnog odjeljka.

Ova je arhitektura stvorila nekoliko izazova u kompaktnom teškom AMR-u.

1. Prevelika težina pogonskog sklopa

Ukupna težina dvaju motora, vanjskih servo pogona, kabelskih snopova, konektora, oklopa i montažnih komponenti dosegnula je približno 18,5 kg.

Za vozilo s fiksnim ograničenjem bruto težine, ova dodatna masa izravno je smanjila količinu tereta koju je AGV mogao legalno i mehanički nositi.

2. Dugi kablovi velike struje

Zasebna pogonska arhitektura zahtijevala je kablove motora velike struje za putovanje između središnjeg električnog kućišta i sklopova pogona kotača.

U kompaktnom AMR-u ovi kabeli zauzimaju dragocjeni prostor za instalaciju i kompliciraju usmjeravanje.

Oni također mogu unijeti dodatne električne gubitke kroz otpor kabela.

3. Ograničeni unutarnji prostor

Dva vanjska servo pogona zahtijevaju namjenski ormar i prostor za montažu na DIN-šinu.

Time je smanjen prostor dostupan za:

Komponente baterije

PLC i I/O

Sigurnosni hardver

Komunikacijska oprema

Komponente za upravljanje toplinom

Pristup servisu

4. Vrijeme rada baterije ispod cilja

Izvorni sustav postigao je približno 7,5 sati rada koristeći 48V/100Ah litijsku bateriju.

Za teško teretno vozilo za koje se očekuje da podržava produžene skladišne ​​operacije, to je ostavilo malu operativnu marginu.

Integrirano 48V DC servo rješenje

Kako bi riješio tri problema istovremeno, kupac je zamijenio sustav podijeljenog pogona s dva 48V niskonaponski integrirani DC servo motori.

Nova arhitektura integrira motor i pogonsku elektroniku izravno u modul pogona na kotačima.

Nova arhitektura pogona

Baterija 48V

↓

Glavni AGV kontroler / PLC

↓

CANopen / EtherCAT komunikacijska sabirnica

↓

Dva 48V integrirana DC servo motora

↓

Pogonski kotači

Time se znatno smanjuje količina opreme instalirane u centralnom elektro ormaru.

Novo rješenje također podržava visok vršni moment preopterećenja , upravljanje zatvorenom petljom i komunikaciju temeljenu na sabirnici.

Kako je integrirani DC servo sustav produžio vijek trajanja baterije

Poboljšanje vremena rada baterije došlo je od nekoliko inženjerskih promjena, a ne od povećanja baterije.

Smanjeni gubici kabela

U originalnom sustavu, kablovi za motore velike struje povezivali su središnju pogonsku elektroniku s vučnim motorima.

Gubitak električne energije u vodiču može se približno izračunati pomoću:

P = I²R

gdje:

• P = gubitak snage

• I = struja

• R = otpor kabela

Premještanjem pogonske elektronike izravno na sklop motora, veza velike struje postaje iznimno kratka.

U ovom je projektu udaljenost fazne žice između pogonskog sklopa i motora smanjena na ispod 5 cm.

Rezultat je bilo znatno smanjenje gubitaka povezanih s kabelom i čišća arhitektura napajanja.

48V rad Smanjena strujna potražnja

Redizajn je također migrirao AGV arhitekturu napajanja s 24V na 48V DC.

Za istu mehaničku izlaznu snagu:

I = P / U

Povećanje napona sustava smanjuje struju potrebnu za danu razinu snage.

Niža struja može omogućiti:

Manji presjeci kabela

Niži gubici otpora

Smanjeno zagrijavanje kabela

Kompaktnije ožičenje

Ovo je osobito korisno u mobilnoj opremi velike snage gdje dugi kabeli mogu postati značajan dio električnog dizajna.

Regenerativno kočenje

Integrirani servo upravljači također su optimizirali regenerativno kočenje.

Tijekom usporavanja ili kretanja nizbrdo, vučni motori mogu raditi kao generatori.

Umjesto da rasipa svu raspoloživu kinetičku energiju kao toplinu, sustav preusmjerava povrativu energiju natrag prema 48V DC sabirnici i baterijskom sustavu , ovisno o prihvatljivosti baterije i ograničenjima kontrolera.

Ovo postaje osobito vrijedno u teškim AGV-ima jer vozilo od 1,5 tona nosi znatnu kinetičku energiju tijekom kretanja.

Što češće vozilo ubrzava i usporava, regenerativna obnova energije postaje relevantnija.

FOC vektorska kontrola

Integrirani servo sustav koristi Field-Oriented Control (FOC) za regulaciju struje i momenta motora.

Preciznijim kontroliranjem magnetskog polja motora i struje koja stvara okretni moment, sustav može raditi bliže potrebnoj točki opterećenja.

Praktični ciljevi su:

Stabilna proizvodnja okretnog momenta

Učinkovito korištenje struje

Smanjite nepotrebno grijanje

Glatko ubrzanje i usporavanje

Poboljšana kontrola pri malim brzinama

Za AMR za teške uvjete rada koji kontinuirano radi u više smjena, ove karakteristike mogu utjecati i na potrošnju energije i na toplinsku stabilnost.

Ključna tehnička poboljšanja i podaci o povratu ulaganja

Detaljno inženjerstvo: Kako integrirani DC servo motori rješavaju dvostruki izazov

1. Povećanje vijeka trajanja baterije

• Uklanjanje gubitka bakra u kabelu: Tradicionalni AGV dizajn usmjerava fazne kabele visoke struje od središnjih kontrolnih kutija do pogonskih kotača. Niskonaponski integrirani DC servo uređaji spajaju pogon izravno na stražnji kraj kodera motora, skraćujući udaljenost fazne žice na ispod 5 cm.
• Optimizacija regenerativnog kočenja: Integrirani kontroleri hvataju kinetičku energiju tijekom usporavanja i kretanja nizbrdo, vraćajući istosmjernu struju izravno natrag u bateriju od 48 V.
• Visokoučinkovita FOC vektorska kontrola: optimizirani algoritmi kontrole usmjereni na polje održavaju niske radne temperature pod kontinuiranim opterećenjem, održavajući potrošnju struje pri optimalnim radnim ciklusima.

2. Povećanje nosivosti

• Smanjenje težine kućišta: Uklanjanje vanjskih kućišta drajvera, teških oklopljenih kabela i nosača na DIN-šinu oslobađa gotovo 7,3 kg vlastite težine. Svaki kilogram ušteđen na masi šasije izravno se pretvara u veću nosivost.
• Visoki kapacitet zakretnog momenta preopterećenja: Integrirani niskonaponski DC servo motori podnose do 3X nazivni zakretni moment tijekom početnog ubrzanja velikog opterećenja i uspona (do 5° nagiba), sprječavajući greške u zastoju bez potrebe za prevelikim motorima.

3. Koraci provedbe

1. Migracija sustava napajanja: Nadogradite sabirnicu sustava s 24V na 48V DC. Viši napon smanjuje ukupnu radnu struju ( I = P/U ), smanjujući zahtjeve za presjekom kabela i rasipanje topline.

2. Mehanička modulacija pogonskog modula: Montirajte dvostruke 48V integrirane DC servo uređaje izravno na pogonske kotače diferencijala ili sklopove upravljačkih kotača.

3. Topologija komunikacijske sabirnice: spojite jedan oklopljeni CANopen/EtherCAT lančani kabel između glavnog AGV PLC kontrolera i oba integrirana motora, zamjenjujući 16+ diskretnih kontrolnih žica.

Mjereni rezultati prije i poslije

Redizajn je proizveo mjerljiva poboljšanja u ključnim pokazateljima performansi AGV-a , uključujući težinu pogonskog sklopa, unutarnji prostor, učinkovitost, izdržljivost baterije i nosivost.

Ukupni rezultat: Integracijom DC servo pogona izravno u module kotača, AGV je postigao manju težinu pogonskog sklopa, smanjene potrebe za unutarnjim prostorom, veću učinkovitost sustava, dužu izdržljivost baterije i veći efektivni kapacitet nosivosti.

Ovi rezultati pokazuju da je redizajn poboljšao performanse baterije i nosivost istovremeno kroz kombinaciju integracije pogonskog sklopa, smanjene gubitke u ožičenju, poboljšanu kontrolu motora i manju masu vozila.

Povratne informacije kupaca

'Prelaskom na 48V integrirane niskonaponske istosmjerne servo motore, skratili smo naše vrijeme sklapanja AGV-a za 40% zbog pojednostavljenog usmjeravanja kabelskog svežnja. Što je još važnije, naši su kupci postigli punu operativnu pokrivenost u 3 smjene (24 sata) sa samo dva kratka oportunitetna punjenja dnevno.'

— voditelj istraživanja i razvoja, industrijska AMR rješenja

Što ovaj redizajn AMR-a od 1,5 tona pokazuje

Ovaj projekt naglašava nekoliko važnih lekcija za proizvođače AGV i AMR za teške uvjete rada.

Trajanje baterije problem je pogonskog sustava

Povećanje kapaciteta baterije nije jedini način da se postigne duže vrijeme rada.

Smanjenje električnih gubitaka, poboljšanje kontrole motora, povrat energije kočenja i smanjenje mase vozila mogu pridonijeti većoj korisnoj izdržljivosti.

Na nosivost utječe svaki kilogram mase vozila

Motor, pogon, kućište, hardver za montažu i težina kabela zauzimaju dio proračuna ukupne težine vozila.

Integriranija vučna arhitektura stoga može stvoriti dodatnu nosivost bez jednostavnog povećanja veličine motora.

Arhitektura od 48 V postaje sve privlačnija kako snaga raste

Viši napon sustava može smanjiti struju za danu potrebnu snagu, pomažući proizvođačima AGV-a u upravljanju veličinom kabela, otpornim gubicima i toplinskim opterećenjem.

Integrirana servo arhitektura pojednostavljuje kompaktne AMR-ove

Kombinacija motora i pogona u jedan modul može eliminirati vanjske ormare pogona i skratiti ožičenje velike struje.

To može poboljšati učinkovitost mehaničkog pakiranja i sastavljanja.

Najveći okretni moment kritičan je za teška vozila

AGV od 1,5 tona treba više nego dovoljno okretnog momenta za krstarenje.

Također mora ubrzati iz mirovanja, nositi maksimalnu nosivost, penjati se na rampe i nositi se s kratkotrajnim preopterećenjima.

Zbog toga su sposobnost najvećeg zakretnog momenta i učinak preopterećenja važni kriteriji odabira.

Sažetak konačnih rezultata

Za AGV i AMR za teške uvjete rada, integrirana niskonaponska DC servo arhitektura može pružiti praktičan put prema većoj nosivosti, duljem radnom vremenu, čišćem ožičenju i kompaktnijoj integraciji sustava za vuču kada je motor ispravno usklađen sa stvarnim ciklusom rada vozila.

Kako pristupamo Dizajn niskonaponskog istosmjernog servo motora za AGV

Za OEM AGV proizvođače standardni motor nije uvijek dovoljan.

Različiti AGV-ovi mogu imati potpuno različite zahtjeve za:

nosivost

Promjer kotača

Težina vozila

Brzina putovanja

Ubrzanje

Nagib

Napon baterije

Radni ciklus

Kontrolni protokol

Uvjeti okoliša

Motor, mjenjač, ​​enkoder, kontroler i kotač stoga treba smatrati jednim integriranim sustavom vuče.

Konačni zaključak za OEM proizvođače AGV-a

Poboljšanje vijeka trajanja baterije AGV-a i nosivosti nije samo stvar ugradnje veće baterije ili motora veće snage.

Najučinkovitiji pristup je optimizirati cijeli sustav vuče.

Ispravno konstruiran niskonaponski DC servo motor može doprinijeti kroz:

Rad visoke učinkovitosti

Kontrola momenta i brzine u zatvorenoj petlji

Regenerativno kočenje

Visoka gustoća zakretnog momenta

Kompaktna integracija

Poboljšana toplinska izvedba

Bolja dijagnostika

Kada se ove karakteristike ispravno usklade s mjenjačem, kotačem, baterijom, kontrolerom i radnim ciklusom AGV-a, rezultat mogu biti mjerljiva poboljšanja u:

Vrijeme rada baterije + Iskorištenje nosivosti + Energetska učinkovitost + Toplinska stabilnost + Produktivnost voznog parka

Za proizvođače originalne opreme i skladišne ​​operatere, najvažnije pitanje stoga nije samo 'Koji motor ima veću snagu?'

Bolje pitanje je:

'Koji pogonski sklop može isporučiti potrebni okretni moment kotača i izvedbu gibanja uz korištenje najmanje praktične energije, težine, prostora i održavanja?'

Taj pristup na razini sustava daje jaču osnovu za projektiranje učinkovitih, pouzdanih i skalabilnih AGV vučnih platformi.