Come migliorare la durata della batteria dell'AGV e la capacità di carico utile utilizzando servomotori CC a bassa tensione?

Per i moderni veicoli a guida automatizzata (AGV) e i robot mobili autonomi (AMR) , due parametri di prestazione sono sempre strettamente collegati:

Autonomia della batteria e capacità di carico utile.

Un veicolo che consuma troppa energia necessita di una batteria più grande. Ma una batteria più grande aggiunge anche peso, riducendo la quantità di carico utile che il veicolo può trasportare.

Ecco perché il sistema di trazione merita un'attenzione particolare.

Un adeguatamente progettato sistema di servomotore CC a bassa tensione può aiutare i produttori di AGV a migliorare:

• Efficienza energetica

• Autonomia della batteria

• Coppia di spunto e di salita

• Rapporto carico utile/peso del veicolo

• Precisione del movimento

• Frenata rigenerativa

• Stabilità termica

• Efficienza complessiva della trasmissione

Per i progetti AGV statunitensi, la selezione del motore dovrebbe essere considerata anche nel quadro più ampio della sicurezza delle macchine. I riferimenti attuali includono ANSI/A3 R15.08-1-2020 (R2026) , ANSI/A3 R15.08-2-2023 , ANSI/A3 R15.08-3-2026 e ANSI/ITSDF B56.5-2024.

Soluzioni di servomotori CC AGV

I sistemi di azionamento AGV necessitano di qualcosa di più della semplice rotazione del motore. Il motore di azionamento deve fornire una coppia controllata, una regolazione precisa della velocità, un'accelerazione fluida e un feedback affidabile mentre funziona con un sistema di batterie CC a bassa tensione. Per questo motivo, i servomotori CC, i servomotori CC integrati, i servomotori CC riduttori, i servomotori STO e i motori hub AGV sono comunemente utilizzati nelle architetture di azionamento AGV e AMR.

JKONGMOTOR fornisce diverse configurazioni di servomotori CC che possono essere abbinate a diversi requisiti di carico, velocità, spazio, protezione e sicurezza dell'AGV.

Gamma di prodotti di servomotori CC AGV

Movimenti del servomotore personalizzati Jkongmotor

Fornitore unico di soluzioni per servomotori CC integrati

1. Servomotore CC integrato

Il servomotore CC integrato combina motore, servoazionamento ed encoder in un unico alloggiamento compatto. Questa architettura riduce il cablaggio esterno e consente di risparmiare spazio di installazione, rendendola particolarmente utile per i telai AGV e AMR compatti.

Supporta il controllo del movimento a circuito chiuso per velocità, posizione e coppia , mentre l'elettronica integrata semplifica la connessione tra il motore e il controller del veicolo. Le architetture servo integrate sono ampiamente utilizzate laddove lo spazio del telaio e l'efficienza del cablaggio sono considerazioni di progettazione importanti.

Applicazioni tipiche dell'AGV:

• AGV da magazzino

• Ruote motrici AMR

• Robot autonomi per la movimentazione dei materiali

• Robot di smistamento

• Robot mobili compatti

2. Servomotore CC con riduttore planetario

Un servomotore CC con riduttore epicicloidale combina un servomotore CC con un riduttore epicicloidale per aumentare la coppia di uscita mantenendo una trasmissione compatta.

Questa configurazione è adatta quando l'AGV richiede una coppia maggiore sulle ruote per l'avviamento, l'accelerazione, la salita su rampe o il trasporto di carichi utili più pesanti . Il cambio consente inoltre al motore di funzionare a una velocità più elevata fornendo al tempo stesso un'uscita a velocità inferiore alla ruota.

Applicazioni tipiche:

• AGV pesanti

• Veicoli per il trasporto di magazzino

• Robot per la movimentazione dei pallet

• Attrezzature mobili per la movimentazione dei materiali

• Ruote motrici AGV che richiedono una coppia elevata

3. Servomotore CC con ingranaggio a vite senza fine

Il servomotore CC con ingranaggio a vite senza fine integra un riduttore a vite senza fine con il servomotore CC. Il suo elevato rapporto di riduzione lo rende adatto per applicazioni che richiedono una coppia di uscita elevata e un movimento controllato a bassa velocità.

Il riduttore a vite senza fine può anche fornire utili caratteristiche di tenuta del carico, a seconda del design del riduttore e delle condizioni operative. Ciò lo rende applicabile ai meccanismi AGV in cui il movimento controllato e la tenuta meccanica sono importanti.

Applicazioni tipiche:

• Sistemi di azionamento AGV per carichi pesanti

• Meccanismi di sollevamento e posizionamento

• Attrezzature di trasferimento del trasportatore

• Robot mobili industriali

• Sistemi di movimentazione automatizzata

4. Servomotore CC integrato con freno

Un servomotore CC con freno integrato combina servomotore, encoder, azionamento e freno elettromagnetico in un unico gruppo.

Il freno è particolarmente utile quando un meccanismo AGV deve mantenere la sua posizione dopo aver interrotto l'alimentazione del motore . Può essere preso in considerazione per il sollevamento di assi, meccanismi verticali, attrezzature inclinate e applicazioni in cui è necessario impedire movimenti meccanici incontrollati.

Applicazioni tipiche:

• Meccanismi di sollevamento AGV

• Sistemi di trasferimento verticale

• Attrezzature per la movimentazione automatizzata

• Meccanismi di azionamento inclinato

• Robot mobili con requisiti di tenuta

5. Servomotore CC integrato IP65

Il servomotore CC integrato IP65 è progettato per applicazioni AGV in cui il motore può incontrare polvere, spruzzi d'acqua o condizioni industriali difficili.

La sua architettura integrata di motore e azionamento combina un'installazione compatta con una protezione avanzata della custodia. Ciò lo rende utile per la logistica di magazzino, i macchinari mobili, le attrezzature per esterni e gli AGV industriali dove la protezione ambientale è una specifica importante. JKONGMOTOR elenca la protezione IP65 come configurazione disponibile per la sua piattaforma di servomotore integrata.

Applicazioni tipiche:

• AGV adatti all'esterno

• Robot logistici

• Veicoli per il trasporto di fabbrica

• Attrezzature mobili per la movimentazione dei materiali

• Ambienti industriali soggetti a polvere

6. Servomotore CC AGV STO

Il servomotore CC AGV STO è progettato per sistemi AGV e AMR in cui Safe Torque Off (STO) fa parte dell'architettura di sicurezza del controllo del movimento.

STO disabilita la capacità del convertitore di generare coppia motore quando la funzione di sicurezza è attivata. È quindi diverso da un normale comando di movimento: STO impedisce la generazione di coppia anziché comandare semplicemente la decelerazione del veicolo.

Applicazioni tipiche:

• Robot mobili autonomi

• Aree di magazzino accessibili alle persone

• Sistemi logistici intelligenti

• Movimentazione automatizzata dei materiali

• AGV che richiedono funzioni di azionamento legate alla sicurezza

7. Motore del mozzo AGV

Un motore con mozzo AGV integra il motore di azionamento nella ruota o nel gruppo mozzo, creando una soluzione di trazione compatta.

Rispetto a una disposizione convenzionale con motore e cambio, un motore nel mozzo può ridurre i componenti della trasmissione meccanica e sfruttare meglio lo spazio limitato del telaio. È particolarmente rilevante per AGV compatti, AMR, robot di trasporto autonomi e piattaforme mobili a pianale ribassato . L'architettura del motore nel mozzo deve essere selezionata in base al diametro della ruota, al carico del veicolo, alla coppia richiesta, alla velocità e alle condizioni termiche.

Perché scegliere un servomotore DC integrato per AGV?

Il vantaggio principale è l’integrazione a livello di sistema piuttosto che la semplice prestazione del motore.

Installazione compatta

Il motore, l'encoder e l'elettronica di azionamento possono essere combinati in un unico gruppo, riducendo la necessità di una posizione di montaggio separata del servoazionamento.

Cablaggio semplificato

L'architettura servo integrata può ridurre l'instradamento dei cavi del motore e dell'encoder tra il motore e l'azionamento esterno, contribuendo a semplificare la progettazione elettrica dell'AGV.

Controllo del movimento a circuito chiuso

Il feedback dell'encoder consente un controllo accurato della velocità e della posizione delle ruote, che è importante per la navigazione AGV e il funzionamento sincronizzato delle ruote.

Comunicazione flessibile

A seconda della configurazione, i servosistemi AGV possono supportare metodi di comunicazione come CANopen, RS485/Modbus ed EtherCAT . Queste interfacce sono comunemente utilizzate per integrare i servoassi con i controller AGV.

Molteplici configurazioni meccaniche

I riduttori epicicloidali, i riduttori a vite senza fine, i freni, gli alloggiamenti impermeabili e le strutture di trasmissione a mozzo consentono di abbinare il motore a diverse architetture AGV.

Una piattaforma per diversi progetti di azionamenti AGV

La piattaforma servo integrata di JKONGMOTOR copre molteplici configurazioni meccaniche e di controllo, inclusi sistemi a 24 V/48 V CC, opzioni di cambio, configurazioni di freni, feedback encoder, alloggiamenti con classificazione IP e interfacce Pulse, RS485, CANopen ed EtherCAT . La pagina della soluzione AGV dell'azienda elenca le configurazioni delle serie IDC60 e IDC80 e una gamma di potenza che va da 26 W a 1000 W.

Ciò consente ai produttori di AGV di selezionare l’architettura del motore in base al design effettivo del veicolo anziché utilizzare una configurazione del motore per ogni applicazione.

Per i progetti AGV OEM, è possibile valutare insieme la coppia del motore, le dimensioni delle ruote, il peso del veicolo, la velocità, la tensione della batteria, il rapporto di trasmissione, il tipo di encoder, il protocollo di comunicazione, il grado di protezione e i requisiti di sicurezza per sviluppare una soluzione di servoazionamento CC adatta.

Perché i servomotori CC a bassa tensione sono fondamentali per la durata della batteria dell'AGV e la capacità di carico utile?

Il motore di trazione converte l'energia della batteria nella coppia della ruota che muove effettivamente l'AGV.

Per questo motivo, l’efficienza del motore ha un effetto diretto sulla quantità di energia consumata dal veicolo durante ogni ciclo di trasporto.

A differenza di un semplice azionamento ad anello aperto, un servosistema CC ad anello chiuso monitora continuamente la posizione e la velocità del motore attraverso il feedback e regola l'uscita in base alle effettive condizioni operative.

Ciò è particolarmente prezioso perché gli AGV raramente funzionano con un carico costante.

Condizioni operative tipiche dell'AGV

Un AGV potrebbe avere ripetutamente bisogno di:

Start → Accelera → Crociera → Decelera → Stop → Svolta → Retromarcia → Riavvia

La coppia richiesta può cambiare in modo significativo tra ciascuna fase.

Un servosistema opportunamente selezionato può rispondere rapidamente a queste mutevoli esigenze invece di funzionare con un'uscita fissa.

L’efficienza della batteria e il peso del veicolo sono collegati

Una relazione fondamentale è:

Energia elettrica = Tensione della batteria × Corrente × Tempo di funzionamento

La riduzione della corrente non necessaria può ridurre il consumo energetico totale preservando la coppia della ruota richiesta.

Allo stesso tempo, la trasmissione stessa contribuisce alla massa del veicolo.

La relazione di base del carico utile è:

Carico utile netto = Peso lordo del veicolo consentito − Peso a vuoto del veicolo

Ciò crea un’importante opportunità di progettazione.

Un motore più compatto, una trasmissione integrata o un cambio ottimizzato possono ridurre il peso del sistema e liberare ulteriore capacità per il carico.

Perché l'integrazione è importante

Un moderno servomotore integrato può combinare:

Motore + Encoder + Servoazionamento + Elettronica di controllo

in un unico gruppo compatto.

Ciò può ridurre:

• Complessità del cablaggio

• Spazio nell'armadio

• Componenti dell'unità esterna

• Tempo di installazione

• Impronta complessiva della trasmissione

Per i progetti di telai AGV con vincoli di spazio, questi dettagli possono avere un effetto significativo sull'architettura finale del veicolo.

Come fare I servomotori CC a bassa tensione estendono l'autonomia della batteria AGV tramite l'alta efficienza e la frenata rigenerativa?

L'autonomia della batteria non deve essere stimata solo in base alla potenza nominale del motore.

La misurazione più utile è l’energia consumata durante il ciclo di lavoro reale dell’AGV.

Un'approssimazione pratica è:

Energia utilizzata dalla batteria ≈ Potenza media in ingresso CC × Tempo di funzionamento

Poiché gli AGV accelerano e decelerano costantemente, la potenza media può differire in modo significativo dalla potenza nominale del motore.

Funzionamento ad alta efficienza

Un motore servocontrollato può regolare la coppia in base alla domanda effettiva.

Durante la corsa costante, la coppia richiesta può essere relativamente bassa.

Durante l'accelerazione, il sistema potrebbe necessitare temporaneamente di una coppia molto più elevata.

Questo controllo dinamico consente alla trasmissione di abbinare meglio l'input elettrico con la richiesta meccanica.

Frenata rigenerativa

La frenata rigenerativa fornisce un altro potenziale meccanismo di risparmio energetico.

Durante la decelerazione il motore può funzionare come generatore. Invece di convertire tutta l'energia cinetica in calore attraverso l'attrito o una resistenza di frenatura, parte di tale energia può essere restituita al bus CC.

L’energia recuperata potrà quindi essere:

Restituito alla batteria

O

Utilizzato altrove sul bus CC

a seconda dell'architettura del sistema.

Tuttavia, la frenata rigenerativa deve essere progettata correttamente.

Durante la decelerazione, la tensione del bus CC può aumentare rapidamente. Il sistema necessita quindi di un metodo adeguato per gestire l'energia rigenerata, tenendo conto dell'accettazione della batteria, dello stato di carica, dei limiti del controller, della temperatura e della frequenza di frenata.

Dove la frenata rigenerativa offre il massimo valore

La frenata rigenerativa è particolarmente rilevante per gli AGV con frequenti:

• Si ferma

• Inizia

• Cambiamenti di direzione

• Eventi di decelerazione

• Cicli di trasporto brevi

• Movimento verticale o in discesa

Per queste applicazioni, i Wh per ciclo completato sono spesso un KPI più utile dell’efficienza teorica del motore.

In che modo il design ad alta densità di potenza dei servo CC aumenta direttamente il carico utile netto dell'AGV?

La capacità di carico utile è principalmente un problema di trasmissione e di massa del veicolo.

L'AGV deve generare una forza di trazione sufficiente per superare:

Resistenza al rotolamento + Resistenza al grado + Forza di accelerazione + Altre perdite meccaniche

Una relazione semplificata è:

Coppia della ruota = Forza di trazione × Raggio della ruota

Questo è il motivo per cui la selezione del motore non può essere separata dal diametro della ruota, dal rapporto del cambio, dal peso del veicolo o dai requisiti di accelerazione.

La densità di coppia conta più delle sole dimensioni del motore

Un motore più grande può fornire più coppia, ma aggiunge anche:

• Peso

• Volume

• Costo

• Carico termico

• Richiesta di batteria

L'obiettivo di progettazione migliore è solitamente una densità di coppia utilizzabile più elevata.

In altre parole:

Prestazioni della ruota più pratiche con meno massa e volume del motore

Un servosistema compatto può aiutare a raggiungere questo equilibrio.

La coppia di avviamento è particolarmente importante

Un AGV che trasporta il suo carico utile massimo può richiedere una coppia notevole a velocità molto bassa.

Ciò è particolarmente vero quando il veicolo:

• Si riparte dal riposo

• Trasporta carichi pesanti

• Sale rampe

• Accelera rapidamente

• Funziona su pavimentazioni a resistenza più elevata

Per questo motivo, il motore dovrebbe essere valutato utilizzando la sua coppia continua e la coppia di picco , non semplicemente la sua potenza nominale.

Parametri chiave della trasmissione

L’obiettivo non è semplicemente installare il motore più grande possibile.

L'obiettivo è raggiungere la velocità, la coppia, l'accelerazione, la capacità di salita e il margine termico richiesti con il peso pratico più basso del sistema.

Come selezionare il diritto Servosistema CC a bassa tensione per soddisfare gli standard di sicurezza e di settore degli AGV statunitensi?

Scegliere un motore solo perché la sua tensione nominale corrisponde a quella della batteria non è sufficiente.

Un progetto AGV statunitense dovrebbe valutare il veicolo completo e la sua architettura di sicurezza.

Gli attuali riferimenti del settore includono la serie ANSI/A3 R15.08 per robot mobili industriali e ANSI/ITSDF B56.5-2024 per veicoli industriali senza conducente e a guida automatica.

A seconda del prodotto e dell'applicazione possono applicarsi anche altri standard e requisiti.

Importanti fattori di selezione

Compatibilità elettrica

Verificare la tensione nominale della batteria nonché la tensione operativa minima e massima.

Un sistema di batterie nominali da 24 V CC o 48 V CC può subire variazioni sostanziali di tensione durante la carica e la scarica.

Corrente di picco

L'accelerazione e le condizioni di carico utile pesante possono produrre una corrente significativamente più elevata rispetto alla normale navigazione.

La batteria, il cablaggio, il controller e i dispositivi di protezione devono tutti tollerare la corrente prevista.

Feedback

L'encoder deve fornire la risoluzione, il tipo di feedback e l'interfaccia di comunicazione richiesti dall'architettura di controllo.

Funzioni di sicurezza

L'arresto di emergenza, la risposta ai guasti, il comportamento di frenatura, la rimozione della coppia e i controlli relativi alla sicurezza dovrebbero essere valutati come parte del sistema AGV completo.

Protezione dell'ambiente

Il motore deve corrispondere all'ambiente reale, inclusi:

• Polvere

• Umidità

• Temperatura

• Shock

• Vibrazione

• Esposizione all'ingresso

Integrazione meccanica

Controllo:

• Dimensioni di montaggio

• Configurazione dell'albero

• Interfaccia del cambio

• Collegamento della ruota

• Instradamento dei cavi

• Spazio disponibile sul telaio

Una distinzione critica

La conformità del motore non è la stessa conformità del sistema AGV.

La macchina completa deve essere progettata, valutata dai rischi, salvaguardata e convalidata secondo i requisiti applicabili all'uso previsto.

In che modo gli OEM e gli operatori di flotte possono aggiornare le unità AGV legacy a Servosistemi CC a bassa tensione?

L'aggiornamento di un AGV esistente da un'unità legacy a un'architettura servo dovrebbe iniziare con i dati operativi , non con le ipotesi.

Una valutazione pratica dell’adeguamento dovrebbe registrare:

Tipica architettura di retrofit

Un sistema di trazione modernizzato potrebbe assomigliare a questo:

Batteria → Protezione CC → Servoazionamento → Servomotore CC → Riduttore → Ruota motrice

L'encoder restituisce le informazioni operative al controller.

Il sistema di controllo AGV gestisce poi comandi quali:

Velocità → Direzione → Accelerazione → Decelerazione → Risposta al guasto

La comunicazione industriale può anche essere integrata tramite interfacce come CANopen, EtherCAT, RS-485/Modbus o un altro protocollo supportato.

Un retrofit graduale può ridurre i rischi

Un approccio pratico consiste nel convalidare prima un modulo di trazione.

Il prototipo potrà quindi essere valutato per:

Consumo corrente

Accelerazione

Frenata

Prestazioni termiche

Funzionamento a pieno carico

Autonomia della batteria

Affidabilità della comunicazione

Comportamento difettoso

Una volta che i risultati misurati soddisfano l’obiettivo di progettazione, la stessa architettura può essere implementata su altri veicoli.

In che modo la gestione termica superiore nei servi CC previene il degrado prematuro della batteria AGV?

La gestione termica viene spesso sottovalutata quando si confrontano i motori AGV.

Un motore che si avvicina ripetutamente al suo limite termico può produrre maggiori perdite elettriche e trasferire ulteriore calore alla trasmissione circostante.

Il risultato può essere una reazione a catena:

Perdite maggiori → Più calore → Temperatura più alta → Maggiore stress sui componenti

Anche la temperatura della batteria è importante.

L'invecchiamento della batteria agli ioni di litio è influenzato dalla temperatura, dallo stato di carica, dalle condizioni di ricarica e dal profilo operativo. Le temperature elevate possono accelerare il degrado in molte condizioni operative.

Ciò significa che l’efficienza della trasmissione non riguarda solo il risparmio di elettricità.

Può anche aiutare a controllare l'ambiente termico che circonda la batteria e i componenti elettronici.

Principali fonti di calore in una trasmissione AGV

Il carico termico complessivo può derivare da:

• Perdite di rame

• Perdite di ferro

• Attrito del cuscinetto

• Perdite di commutazione del controller

• Perdite nel cambio

• Perdite di pneumatici e rotolamento

Pertanto, è necessario selezionare un motore adeguatamente dimensionato in base ai requisiti di servizio continuo e non solo alle prestazioni di picco a breve termine.

La progettazione termica dovrebbe considerare l'intero sistema

Le variabili importanti includono:

Temperatura ambiente

Ciclo di lavoro

Frequenza di picco di carico

Coppia continua

Montaggio del motore

Progettazione della custodia

Flusso d'aria

Trasferimento di calore al telaio

L'obiettivo è una temperatura operativa stabile in tutto il sistema di trazione.

Qual è la riduzione misurabile del ROI e del TCO derivante dall'implementazione di servo CC a bassa tensione nei magazzini statunitensi?

Il valore finanziario di un aggiornamento del servo dovrebbe essere misurato dai dati effettivi della flotta.

Il semplice prezzo di acquisto del motore non rappresenta il vero costo di proprietà.

Un pratico modello TCO AGV

TCO = Hardware + Energia + Manutenzione + Inattività + Batteria + Sostituzione + Infrastruttura di ricarica

Un servosistema CC a bassa tensione può potenzialmente influenzare diverse di queste variabili contemporaneamente.

Consumo energetico

Misura:

kWh per ora di funzionamento

Ma un KPI operativo ancora più forte è:

Wh per ciclo di trasporto completato

Ciò consente di confrontare diverse tecnologie di propulsione sotto lo stesso percorso e condizioni di carico utile.

Utilizzo della batteria

Un consumo energetico inferiore può aumentare il tempo di funzionamento utilizzabile tra i cicli di ricarica, a seconda di:

• Chimica della batteria

• Strategia di ricarica

• Carico utile

• Distanza di viaggio

• Ambiente operativo

• Ciclo di lavoro

Manutenzione

Gli azionamenti ad anello chiuso possono fornire ulteriori dati diagnostici.

A seconda del sistema, le squadre di manutenzione possono monitorare:

Guasti dell'encoder

Sovracorrente

Sovratemperatura

Difetti di comunicazione

Stato del motore

Guidare gli allarmi

Una migliore diagnostica può aiutare a ridurre i tempi di risoluzione dei problemi.

Tempi di inattività

Per i magazzini automatizzati, i tempi di inattività possono avere un impatto finanziario maggiore rispetto al prezzo di acquisto del motore stesso.

Un sistema di trazione più facile da diagnosticare, sostituire e manutenere può fornire valore oltre il costo hardware iniziale.

Produttività del carico utile

Il carico utile dovrebbe essere misurato insieme al consumo di energia.

Invece di limitarsi a chiedere:

'Quanti chilogrammi può trasportare l'AGV?'

Una metrica operativa più utile può essere:

'Quanti chilogrammi può trasportare l'AGV per ogni carica della batteria?'

Altri KPI utili includono:

kg trasportati per ora di funzionamento

missioni completate per carica

Wh per tonnellata-chilometro

eventi di addebito per turno

Questi parametri offrono agli operatori delle flotte un quadro più chiaro della reale produttività della trasmissione.

Come migliorare la durata della batteria dell'AGV e la capacità di carico utile utilizzando servomotori CC a bassa tensione: un caso di studio di riprogettazione AMR da 1,5 tonnellate

Questo progetto di riprogettazione si è concentrato su un AGV latente/AMR sommergibile per carichi pesanti da 1,5 tonnellate sviluppato da un produttore europeo di automazione intralogistica.

Il cliente ha dovuto affrontare tre problemi pratici:

Il peso elevato del telaio riduceva la capacità di carico utile effettiva.

L'autonomia della batteria era inferiore al target operativo di 8 ore desiderato.

Lo spazio limitato del telaio e il cablaggio eccessivo rendevano sempre più difficile l'integrazione elettrica.

La soluzione è stata quella di sostituire la tradizionale architettura split con motore e azionamento con quella duale Servomotori CC integrati a bassa tensione da 48 V , che combinano il motore e l'elettronica di azionamento in moduli compatti di trazione con comunicazione CANopen/EtherCAT.

Risultati della riprogettazione

Risultato chiave: l’AGV riprogettato ha ridotto la massa della trasmissione di 7,3 kg , ha aumentato l’autonomia operativa da 7,5 a 10,2 ore e ha aumentato il carico utile effettivo da 1.000 kg a 1.250 kg utilizzando lo stesso pacco batterie al litio da 48 V/100 Ah.

Il design originale dell'AGV e i suoi limiti

Il veicolo originale utilizzava un'architettura convenzionale con motore diviso.

I motori erano montati vicino alle ruote motrici, mentre i servoazionamenti erano installati separatamente all'interno del vano elettrico principale.

Questa architettura ha creato diverse sfide in un AMR compatto e resistente.

1. Peso eccessivo della trasmissione

Il peso combinato di due motori, servoazionamenti esterni, cablaggi, connettori, schermature e componenti di montaggio ha raggiunto circa 18,5 kg.

Per un veicolo con un limite di peso lordo fisso, questa massa aggiuntiva riduceva direttamente la quantità di carico che l’AGV poteva trasportare legalmente e meccanicamente.

2. Cavi lunghi ad alta corrente

L'architettura di azionamento separata richiedeva che i cavi del motore ad alta corrente viaggiassero tra l'armadio elettrico centrale e i gruppi di trazione.

In un AMR compatto, questi cavi consumano spazio prezioso per l'installazione e complicano il routing.

Possono anche introdurre ulteriori perdite elettriche attraverso la resistenza del cavo.

3. Spazio interno limitato

Due servoazionamenti esterni richiedevano un armadio dedicato e uno spazio di montaggio su guida DIN.

Ciò ha ridotto lo spazio a disposizione per:

Componenti della batteria

PLC e I/O

Hardware di sicurezza

Apparecchiature di comunicazione

Componenti per la gestione termica

Accesso al servizio

4. Autonomia della batteria inferiore al target

Il sistema originale raggiungeva circa 7,5 ore di funzionamento utilizzando un pacco batteria al litio da 48 V/100 Ah.

Per un veicolo pesante destinato a supportare operazioni di magazzino estese, ciò lasciava poco margine operativo.

La soluzione servo integrata da 48 V CC

Per risolvere i tre problemi contemporaneamente, il cliente ha sostituito il sistema di azionamento diviso con due Servomotori CC integrati a bassa tensione da 48 V.

La nuova architettura integra il motore e l'elettronica di guida direttamente nel modulo di trazione.

Nuova architettura di trasmissione

Batteria da 48 V

↓

Controller/PLC principale AGV

↓

Bus di comunicazione CANopen/EtherCAT

↓

Doppi servomotori CC integrati da 48 V

↓

Ruote motrici

Ciò riduce significativamente la quantità di apparecchiature installate nel quadro elettrico centrale.

La nuova soluzione supporta inoltre una coppia di sovraccarico di picco elevata , il controllo ad anello chiuso e la comunicazione basata su bus.

Come il servosistema CC integrato ha aumentato la durata della batteria

Il miglioramento dell'autonomia della batteria è derivato da diverse modifiche tecniche piuttosto che dall'ampliamento della batteria.

Perdite di cavo ridotte

Nel sistema originale, i cavi motore ad alta corrente collegavano l'elettronica di azionamento centrale ai motori di trazione.

La perdita di potenza elettrica in un conduttore può essere approssimata utilizzando:

P = I²R

Dove:

• P = perdita di potenza

• io = corrente

• R = resistenza del cavo

Spostando l'elettronica di azionamento direttamente sul gruppo motore, il collegamento ad alta corrente diventa estremamente breve.

In questo progetto, la distanza fase-filo tra driver e motore è stata ridotta a meno di 5 cm.

Il risultato è stato una riduzione sostanziale delle perdite legate ai cavi e un'architettura di alimentazione più pulita.

Funzionamento a 48 V Richiesta di corrente ridotta

La riprogettazione ha inoltre migrato l'architettura di alimentazione dell'AGV da 24 V a 48 V CC.

A parità di potenza meccanica erogata:

Io = P/U

L'aumento della tensione del sistema riduce la corrente richiesta per un determinato livello di potenza.

Una corrente inferiore può consentire:

Sezioni dei cavi più piccole

Perdite resistive inferiori

Ridotto riscaldamento del cavo

Cablaggio più compatto

Ciò è particolarmente utile nelle apparecchiature mobili ad alta potenza in cui i cavi lunghi possono diventare una parte significativa della progettazione elettrica.

Frenata rigenerativa

I servocontrollori integrati hanno inoltre ottimizzato la frenata rigenerativa.

Durante la decelerazione o il movimento in discesa, i motori di trazione possono funzionare come generatori.

Invece di dissipare tutta l'energia cinetica disponibile sotto forma di calore, il sistema reindirizza l'energia recuperabile verso il bus CC da 48 V e il sistema batteria , in base all'accettazione della batteria e ai limiti del controller.

Ciò diventa particolarmente prezioso negli AGV pesanti perché un veicolo da 1,5 tonnellate trasporta una notevole energia cinetica durante il movimento.

Quanto più frequentemente il veicolo accelera e decelera, tanto più rilevante diventa il recupero dell’energia rigenerativa.

Controllo vettoriale FOC

Il servosistema integrato utilizza il controllo ad orientamento di campo (FOC) per regolare la corrente e la coppia del motore.

Controllando con maggiore precisione il campo magnetico del motore e la corrente che produce la coppia, il sistema può funzionare più vicino al punto di carico richiesto.

Gli obiettivi pratici sono:

Produzione di coppia stabile

Utilizzo efficiente della corrente

Ridurre il riscaldamento non necessario

Accelerazione e decelerazione fluide

Controllo migliorato a bassa velocità

Per un AMR per impieghi gravosi che opera ininterrottamente su più turni, queste caratteristiche possono influenzare sia il consumo energetico che la stabilità termica.

Miglioramenti tecnici chiave e dati sul ROI

Approfondimento ingegneristico: come i servi DC integrati risolvono la doppia sfida

1. Aumento della durata della batteria

• Eliminazione delle perdite di rame nei cavi: i tradizionali modelli AGV instradano i cavi di fase ad alta corrente dalle scatole di controllo centrali fino alle ruote motrici. I servo CC integrati a bassa tensione uniscono il driver direttamente alla parte posteriore dell'encoder del motore, riducendo la distanza del cavo di fase a meno di 5 cm.
• Ottimizzazione della frenata rigenerativa: i controller integrati catturano l'energia cinetica durante la decelerazione e i movimenti in discesa, reimmettendo corrente CC direttamente nel pacco batteria da 48 V.
• Controllo vettoriale FOC ad alta efficienza: gli algoritmi di controllo ottimizzati ad orientamento di campo mantengono basse le temperature di funzionamento sotto carico continuo, mantenendo l'assorbimento di corrente a cicli di lavoro ottimali.

2. Aumento della capacità di carico utile

• Riduzione del peso del telaio: l'eliminazione degli involucri dei driver esterni, dei pesanti cavi schermati e dei montaggi su guida DIN libera quasi 7,3 kg di peso morto. Ogni chilogrammo risparmiato sulla massa del telaio si traduce direttamente in un maggiore carico utile.
• Elevata capacità di coppia di sovraccarico: i servo CC integrati a bassa tensione gestiscono fino a 3 volte la coppia nominale durante l'accelerazione iniziale con carichi pesanti e la salita su rampa (pendenze fino a 5°), prevenendo errori di stallo senza la necessità di motori sovradimensionati.

3. Fasi di implementazione

1. Migrazione del sistema di alimentazione: aggiornamento del bus di sistema da 24 V a 48 V CC. Una tensione più elevata riduce la corrente operativa complessiva ( I = P/U ), diminuendo i requisiti di sezione trasversale del cavo e la dissipazione termica.

2. Modularizzazione meccanica del modulo di azionamento: monta due servi CC integrati da 48 V direttamente sulle ruote motrici differenziali o sui gruppi di ruote sterzanti.

3. Topologia del bus di comunicazione: collega un singolo cavo schermato CANopen/EtherCAT a margherita tra il controller PLC AGV principale ed entrambi i motori integrati, sostituendo oltre 16 cavi di controllo discreti.

Risultati misurati prima e dopo

La riprogettazione ha prodotto miglioramenti misurabili nei principali indicatori di prestazione dell’AGV , tra cui il peso della trasmissione, lo spazio interno, l’efficienza, la durata della batteria e la capacità di carico utile.

Risultato complessivo: integrando i servoazionamenti CC direttamente nei moduli ruota, l'AGV ha ottenuto un peso inferiore della trasmissione, requisiti di spazio interno ridotti, maggiore efficienza del sistema, maggiore durata della batteria e maggiore capacità di carico utile effettiva.

Questi risultati mostrano che la riprogettazione ha migliorato contemporaneamente le prestazioni della batteria e la capacità di carico utile attraverso una combinazione di integrazione della trasmissione, ridotte perdite di cablaggio, migliore controllo del motore e minore massa del veicolo.

Feedback dei clienti

'Passando ai servomotori CC integrati a bassa tensione da 48 V, abbiamo ridotto i tempi di assemblaggio degli AGV del 40% grazie al percorso semplificato del cablaggio. Ancora più importante, i nostri clienti hanno ottenuto una copertura operativa completa su 3 turni (24 ore) con solo due brevi ricariche occasionali al giorno.'

— Responsabile Ricerca e Sviluppo, Soluzioni AMR industriali

Cosa dimostra questa riprogettazione AMR da 1,5 tonnellate

Questo progetto evidenzia diverse lezioni importanti per i produttori di AGV e AMR per carichi pesanti.

La durata della batteria è un problema del sistema di trasmissione

Aumentare la capacità della batteria non è l’unico modo per ottenere un tempo di funzionamento più lungo.

Ridurre le perdite elettriche, migliorare il controllo del motore, recuperare l’energia di frenata e ridurre la massa del veicolo possono contribuire a una maggiore resistenza utilizzabile.

Il carico utile è influenzato da ogni chilogrammo di massa del veicolo

Motore, trasmissione, armadio, hardware di montaggio e peso del cavo consumano tutti parte del budget di peso totale del veicolo.

Un’architettura di trazione più integrata può quindi creare ulteriore capacità di carico utile senza semplicemente aumentare le dimensioni del motore.

L'architettura a 48 V diventa sempre più attraente con l'aumentare della potenza

Una tensione di sistema più elevata può ridurre la corrente per un determinato requisito di alimentazione, aiutando i produttori di AGV a gestire le dimensioni del cavo, le perdite resistive e il carico termico.

L'architettura servo integrata semplifica gli AMR compatti

Combinando il motore e l'azionamento in un unico modulo è possibile eliminare gli armadietti degli azionamenti esterni e abbreviare i cablaggi ad alta corrente.

Ciò può migliorare sia l'imballaggio meccanico che l'efficienza dell'assemblaggio.

La coppia massima è fondamentale per i veicoli pesanti

Un AGV da 1,5 tonnellate necessita di una coppia più che sufficiente per viaggiare.

Deve anche accelerare da fermo, trasportare il massimo carico utile, salire rampe e gestire sovraccarichi di breve durata.

Ciò rende la capacità di coppia di picco e le prestazioni di sovraccarico importanti criteri di selezione.

Riepilogo dei risultati finali

Per gli AGV e gli AMR per carichi pesanti, un'architettura servo CC integrata a bassa tensione può fornire un percorso pratico verso un carico utile più elevato, tempi di funzionamento più lunghi, cablaggi più puliti e un'integrazione del sistema di trazione più compatta quando il motore è correttamente adattato al ciclo di lavoro reale del veicolo.

Come ci avviciniamo Progettazione di servomotori CC a bassa tensione per AGV

Per i produttori OEM di AGV, un motore standard non è sempre sufficiente.

AGV diversi possono avere requisiti completamente diversi per:

Carico utile

Diametro della ruota

Peso del veicolo

Velocità di viaggio

Accelerazione

Pendenza

Voltaggio della batteria

Ciclo di lavoro

Protocollo di controllo

Condizioni ambientali

Motore, cambio, encoder, controller e ruota devono quindi essere considerati come un unico sistema di trazione integrato.

Conclusione finale per gli OEM AGV

Migliorare la durata della batteria dell’AGV e la capacità di carico utile non è semplicemente questione di installare una batteria più grande o un motore più potente.

L’approccio più efficace è ottimizzare l’ intero sistema di trazione.

Un adeguatamente progettato servomotore CC a bassa tensione può contribuire attraverso:

Funzionamento ad alta efficienza

Controllo di coppia e velocità ad anello chiuso

Frenata rigenerativa

Elevata densità di coppia

Integrazione compatta

Prestazioni termiche migliorate

Migliore diagnostica

Quando queste caratteristiche vengono abbinate correttamente al ciclo di lavoro del cambio, della ruota, della batteria, del controller e dell'AGV, il risultato può essere un miglioramento misurabile in:

Autonomia della batteria + Utilizzo del carico utile + Efficienza energetica + Stabilità termica + Produttività della flotta

Per gli OEM e gli operatori di magazzino, quindi, la domanda più significativa non è semplicemente 'Quale motore ha più potenza?'

Una domanda migliore è:

'Quale trasmissione è in grado di fornire la coppia della ruota e le prestazioni di movimento richieste utilizzando al minimo energia, peso, spazio e manutenzione?'

Questo approccio a livello di sistema fornisce una base più solida per la progettazione di piattaforme di trazione AGV efficienti, affidabili e scalabili.