Como melhorar a vida útil da bateria do AGV e a capacidade de carga útil usando servomotores CC de baixa tensão?

Para veículos guiados automaticamente (AGVs) e robôs móveis autônomos (AMRs) modernos , duas métricas de desempenho estão sempre intimamente conectadas:

Tempo de execução da bateria e capacidade de carga útil.

Um veículo que consome muita energia precisa de uma bateria maior. Mas uma bateria maior também acrescenta peso, reduzindo a quantidade de carga útil que o veículo pode transportar.

É por isso que o sistema de tração merece atenção cuidadosa.

Um adequadamente projetado sistema de servo motor CC de baixa tensão pode ajudar os fabricantes de AGV a melhorar:

• Eficiência energética

• Duração da bateria

• Torque de partida e subida

• Relação carga útil/peso do veículo

• Precisão de movimento

• Frenagem regenerativa

• Estabilidade térmica

• Eficiência geral do sistema de transmissão

Para projetos de AGV nos EUA, a seleção de motores também deve ser considerada dentro da estrutura mais ampla de segurança de máquinas. As referências atuais incluem 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.

Soluções para servomotores AGV DC

Os sistemas de acionamento AGV precisam de mais do que a simples rotação do motor. O motor de acionamento deve fornecer torque controlado, regulação de velocidade precisa, aceleração suave e feedback confiável enquanto trabalha com um sistema de bateria CC de baixa tensão. Por esse motivo, servomotores CC, servomotores CC integrados, servomotores CC com engrenagens, servomotores STO e motores de cubo AGV são comumente usados ​​em arquiteturas de acionamento AGV e AMR.

JKONGMOTOR fornece várias configurações de servo motor DC que podem ser combinadas com diferentes requisitos de carga, velocidade, espaço, proteção e segurança do AGV.

Gama de produtos de servo motores AGV DC

Movimentos de servo motor personalizados Jkongmotor

Fornecedor de soluções de servo motor DC integrado e completo

1. Servomotor CC integrado

O Servo Motor CC Integrado combina o motor, o servoacionamento e o codificador em um invólucro compacto. Esta arquitetura reduz a fiação externa e economiza espaço de instalação, tornando-a particularmente útil para chassis AGV e AMR compactos.

Ele suporta controle de movimento em circuito fechado para velocidade, posição e torque , enquanto a eletrônica integrada simplifica a conexão entre o motor e o controlador do veículo. As arquiteturas servo integradas são amplamente utilizadas onde o espaço do chassi e a eficiência da fiação são considerações importantes de projeto.

Aplicações típicas de AGV:

• AGVs de armazém

• Rodas motrizes AMR

• Robôs autônomos de manuseio de materiais

• Classificando robôs

• Robôs móveis compactos

2. Servo motor DC com engrenagem planetária

Um servo motor DC com engrenagem planetária combina um servo motor DC com uma caixa de engrenagens planetária para aumentar o torque de saída enquanto mantém um sistema de transmissão compacto.

Esta configuração é adequada quando o AGV exige um torque de roda mais forte para partida, aceleração, subida de rampas ou transporte de cargas mais pesadas . A caixa de velocidades também permite que o motor opere a uma velocidade mais elevada, ao mesmo tempo que proporciona uma saída de velocidade mais baixa no volante.

Aplicações típicas:

• AGVs para serviço pesado

• Veículos de transporte de armazém

• Robôs de manuseio de paletes

• Equipamento móvel de movimentação de materiais

• Rodas motrizes AGV que exigem alto torque

3. Servo motor DC com engrenagem sem-fim

O servo motor DC com engrenagem sem-fim integra uma caixa de engrenagens sem-fim com o servo motor DC. Sua alta taxa de redução o torna adequado para aplicações que exigem alto torque de saída e movimento controlado em baixa velocidade.

A caixa de engrenagens sem-fim também pode fornecer características úteis de retenção de carga, dependendo do projeto da caixa de engrenagens e das condições de operação. Isto o torna aplicável a mecanismos AGV onde o movimento controlado e a retenção mecânica são importantes.

Aplicações típicas:

• Sistemas de acionamento AGV para cargas pesadas

• Mecanismos de elevação e posicionamento

• Equipamento de transferência de transportador

• Robôs móveis industriais

• Sistemas de manuseio automatizados

4. Servo motor DC integrado com freio

Um servo motor CC integrado com freio combina o servo motor, o codificador, o inversor e o freio eletromagnético em um único conjunto.

O freio é particularmente útil quando um mecanismo AGV precisa manter sua posição após a alimentação do motor ser removida . Pode ser considerado para eixos de elevação, mecanismos verticais, equipamentos inclinados e aplicações onde movimentos mecânicos descontrolados devem ser evitados.

Aplicações típicas:

• Mecanismos de elevação AGV

• Sistemas de transferência vertical

• Equipamento de manuseio automatizado

• Mecanismos de acionamento inclinado

• Robôs móveis com requisitos de retenção

5. Servo motor CC integrado IP65

O servo motor CC integrado IP65 foi projetado para aplicações AGV onde o motor pode encontrar poeira, respingos de água ou condições industriais exigentes.

Sua arquitetura integrada de motor e inversor combina instalação compacta com proteção aprimorada do gabinete. Isso o torna útil para logística de armazéns, máquinas móveis, equipamentos com capacidade externa e AGVs industriais onde a proteção ambiental é uma especificação importante. JKONGMOTOR lista a proteção IP65 como uma configuração disponível para sua plataforma de servo motor integrada.

Aplicações típicas:

• AGVs com capacidade externa

• Robôs logísticos

• Veículos de transporte de fábrica

• Equipamento móvel de movimentação de materiais

• Ambientes industriais propensos a poeira

6. Servo motor AGV STO DC

O servo motor AGV STO DC foi projetado para sistemas AGV e AMR onde Safe Torque Off (STO) faz parte da arquitetura de segurança de controle de movimento.

STO desativa a capacidade do inversor de gerar torque do motor quando a função de segurança é ativada. Portanto, é diferente de um comando de movimento normal: o STO evita a geração de torque em vez de simplesmente comandar a desaceleração do veículo.

Aplicações típicas:

• Robôs móveis autônomos

• Áreas de armazém acessíveis a humanos

• Sistemas logísticos inteligentes

• Manuseio automatizado de materiais

• AGVs que exigem funções de acionamento relacionadas à segurança

7. Motor do cubo AGV

Um motor de cubo AGV integra o motor de acionamento na roda ou conjunto do cubo, criando uma solução compacta de tração nas rodas.

Comparado com um arranjo convencional de motor mais caixa de engrenagens, um motor de cubo pode reduzir os componentes da transmissão mecânica e fazer melhor uso do espaço limitado do chassi. É especialmente relevante para AGVs compactos, AMRs, robôs de transporte autônomos e plataformas móveis de piso baixo . A arquitetura cubo-motor deve ser selecionada de acordo com o diâmetro da roda, carga do veículo, torque necessário, velocidade e condições térmicas.

Por que escolher um servo motor DC integrado para AGVs?

A principal vantagem é a integração em nível de sistema, e não simplesmente o desempenho do motor.

Instalação compacta

O motor, o codificador e os componentes eletrônicos do inversor podem ser combinados em um único conjunto, reduzindo a necessidade de uma posição de montagem separada do servo-drive.

Fiação simplificada

A arquitetura servo integrada pode reduzir o roteamento de cabos do motor e do codificador entre o motor e o inversor externo, o que ajuda a simplificar o projeto elétrico do AGV.

Controle de movimento em circuito fechado

O feedback do codificador permite o controle preciso da velocidade e posição da roda, o que é importante para a navegação AGV e a operação sincronizada da roda.

Comunicação flexível

Dependendo da configuração, os sistemas servo AGV podem suportar métodos de comunicação como CANopen, RS485/Modbus e EtherCAT . Essas interfaces são comumente usadas para integração de servoeixos com controladores AGV.

Múltiplas configurações mecânicas

Caixas de engrenagens planetárias, caixas de engrenagens helicoidais, freios, carcaças à prova d'água e estruturas de acionamento de cubo permitem que o motor seja compatível com diferentes arquiteturas de AGV.

Uma plataforma para diferentes designs de drives AGV

A plataforma servo integrada da JKONGMOTOR cobre múltiplas configurações mecânicas e de controle, incluindo sistemas 24V/48V DC, opções de caixa de câmbio, configurações de freio, feedback de codificador, caixas com classificação IP e interfaces Pulse, RS485, CANopen e EtherCAT . A página da solução AGV da empresa lista as configurações das séries IDC60 e IDC80 e uma faixa de potência que vai de 26W a 1000W.

Isso permite que os fabricantes de AGV selecionem a arquitetura do motor de acordo com o projeto real do veículo, em vez de usar uma configuração de motor para cada aplicação.

Para projetos OEM AGV, o torque do motor, o tamanho da roda, o peso do veículo, a velocidade, a tensão da bateria, a relação da caixa de câmbio, o tipo de codificador, o protocolo de comunicação, a classificação de proteção e os requisitos de segurança podem ser avaliados em conjunto para desenvolver uma solução adequada de servo acionamento CC.

Por que os servomotores CC de baixa tensão são essenciais para a vida útil da bateria do AGV e a capacidade de carga útil?

O motor de tração converte a energia da bateria no torque da roda que realmente move o AGV.

Por esta razão, a eficiência do motor tem um efeito direto na quantidade de energia que o veículo consome durante cada ciclo de transporte.

Ao contrário de um simples inversor de malha aberta, um sistema servo CC de malha fechada monitora continuamente a posição e a velocidade do motor por meio de feedback e ajusta a saída de acordo com a condição operacional real.

Isto é particularmente valioso porque os AGVs raramente operam com uma carga constante.

Condições típicas de operação de AGV

Um AGV pode precisar repetidamente:

Iniciar → Acelerar → Cruzeiro → Desacelerar → Parar → Virar → Ré → Reiniciar

O torque necessário pode mudar significativamente entre cada estágio.

Um sistema servo adequadamente selecionado pode responder rapidamente a essas mudanças de requisitos, em vez de operar com uma saída fixa.

A eficiência da bateria e o peso do veículo estão conectados

Um relacionamento básico é:

Energia Elétrica = Tensão da Bateria × Corrente × Tempo de Operação

A redução da corrente desnecessária pode reduzir o consumo total de energia, preservando ao mesmo tempo o torque necessário da roda.

Ao mesmo tempo, o próprio sistema de transmissão contribui para a massa do veículo.

O relacionamento básico de carga útil é:

Carga útil líquida = Peso bruto permitido do veículo - Peso em meio-fio do veículo

Isso cria uma importante oportunidade de design.

Um motor mais compacto, um acionamento integrado ou uma caixa de câmbio otimizada podem reduzir o peso do sistema e liberar capacidade adicional para carga.

Por que a integração é importante

Um servo motor integrado moderno pode combinar:

Motor + Encoder + Servo Drive + Eletrônica de Controle

em um conjunto compacto.

Isso pode reduzir:

• Complexidade da fiação

• Espaço do gabinete

• Componentes da unidade externa

• Tempo de instalação

• Pegada geral do sistema de transmissão

Para projetos de chassis AGV com espaço limitado, esses detalhes podem ter um efeito significativo na arquitetura final do veículo.

Como fazer Servomotores CC de baixa tensão estendem o tempo de execução da bateria AGV por meio de alta eficiência e frenagem regenerativa?

O tempo de funcionamento da bateria não deve ser estimado apenas com base na potência da placa de identificação do motor.

A medição mais útil é a energia consumida durante o ciclo de trabalho real do AGV.

Uma aproximação prática é:

Energia da bateria utilizada ≈ Potência média de entrada CC × Tempo de operação

Como os AGVs aceleram e desaceleram constantemente, a potência média pode diferir significativamente da potência nominal do motor.

Operação de alta eficiência

Um motor servocontrolado pode ajustar o torque de acordo com a demanda real.

Durante o deslocamento constante, o torque necessário pode ser relativamente baixo.

Durante a aceleração, o sistema pode necessitar temporariamente de um torque muito maior.

Este controle dinâmico permite que o sistema de transmissão combine melhor a entrada elétrica com a demanda mecânica.

Frenagem regenerativa

A travagem regenerativa proporciona outro mecanismo potencial de poupança de energia.

Durante a desaceleração, o motor pode funcionar como gerador. Em vez de converter toda a energia cinética em calor através do atrito ou de um resistor de frenagem, parte dessa energia pode ser devolvida ao barramento CC.

A energia recuperada pode então ser:

Devolvido à bateria

ou

Usado em outro lugar no barramento DC

dependendo da arquitetura do sistema.

Contudo, a frenagem regenerativa deve ser projetada corretamente.

Durante a desaceleração, a tensão do barramento CC pode aumentar rapidamente. O sistema, portanto, precisa de um método adequado para lidar com a energia regenerada, levando em consideração a aceitação da bateria, o estado de carga, os limites do controlador, a temperatura e a frequência de frenagem.

Onde a frenagem regenerativa oferece mais valor

A frenagem regenerativa é especialmente relevante para AGVs com:

• Paradas

• Começa

• Mudanças de direção

• Eventos de desaceleração

• Ciclos de transporte curtos

• Movimento vertical ou em declive

Para essas aplicações, Wh por ciclo concluído costuma ser um KPI mais útil do que a eficiência teórica do motor.

Como o projeto de alta densidade de potência dos servos DC aumenta diretamente a carga útil líquida do AGV?

A capacidade de carga útil é principalmente um problema do sistema de transmissão e da massa do veículo.

O AGV deve gerar força de tração suficiente para superar:

Resistência ao rolamento + Resistência ao declive + Força de aceleração + Outras perdas mecânicas

Um relacionamento simplificado é:

Torque da Roda = Força de Tração × Raio da Roda

É por isso que a seleção do motor não pode ser separada do diâmetro da roda, da relação da caixa de velocidades, do peso do veículo ou dos requisitos de aceleração.

A densidade do torque é mais importante do que apenas o tamanho do motor

Um motor maior pode fornecer mais torque, mas também acrescenta:

• Peso

• Volume

• Custo

• Carga térmica

• Demanda de bateria

O melhor objetivo de projeto é geralmente maior densidade de torque utilizável.

Em outras palavras:

Desempenho mais prático da roda com menos massa e volume do motor

Um sistema servo compacto pode ajudar a alcançar esse equilíbrio.

O torque inicial é especialmente importante

Um AGV transportando sua carga útil máxima pode exigir um torque substancial em velocidades muito baixas.

Isto é particularmente verdadeiro quando o veículo:

• Começa do repouso

• Transporta cargas pesadas

• Sobe rampas

• Acelera rapidamente

• Opera em pisos de maior resistência

Por esta razão, o motor deve ser avaliado utilizando seu torque contínuo e seu torque de pico , e não simplesmente sua potência nominal.

Parâmetros principais do sistema de transmissão

O objetivo não é simplesmente instalar o maior motor possível.

O objetivo é atingir a velocidade, o torque, a aceleração, a capacidade de subida e a margem térmica necessárias com o menor peso prático do sistema.

Como selecionar o certo Sistema servo CC de baixa tensão para atender aos padrões da indústria e segurança AGV dos EUA?

Escolher um motor apenas porque sua tensão nominal corresponde à da bateria não é suficiente.

Um projeto de AGV dos EUA deve avaliar o veículo completo e sua arquitetura de segurança.

As referências atuais da indústria incluem a série ANSI/A3 R15.08 para robôs móveis industriais e ANSI/ITSDF B56.5-2024 para veículos industriais sem motorista e guiados automaticamente.

Dependendo do produto e da aplicação, outras normas e requisitos também podem ser aplicados.

Fatores de seleção importantes

Compatibilidade elétrica

Verifique a tensão nominal da bateria, bem como a tensão operacional mínima e máxima.

Um sistema de bateria nominal de 24 VCC ou 48 VCC pode sofrer variações substanciais de tensão durante a carga e a descarga.

Corrente de pico

Condições de aceleração e carga útil pesada podem produzir corrente significativamente mais alta do que o cruzeiro normal.

A bateria, a fiação, o controlador e os dispositivos de proteção devem tolerar a corrente esperada.

Opinião

O codificador deve fornecer a resolução, o tipo de feedback e a interface de comunicação exigidos pela arquitetura de controle.

Funções de segurança

Parada de emergência, resposta a falhas, comportamento de frenagem, remoção de torque e controles relacionados à segurança devem ser avaliados como parte do sistema AGV completo.

Proteção ambiental

O motor deve corresponder ao ambiente real, incluindo:

• Pó

• Umidade

• Temperatura

• Choque

• Vibração

• Exposição de entrada

Integração mecânica

Verificar:

• Dimensões de montagem

• Configuração do eixo

• Interface da caixa de velocidades

• Conexão de roda

• Roteamento de cabos

• Espaço disponível no chassi

Uma distinção crítica

A conformidade do motor não é a mesma que a conformidade do sistema AGV.

A máquina completa deve ser projetada, avaliada quanto aos riscos, protegida e validada de acordo com os requisitos aplicáveis ​​ao uso pretendido.

Como os OEMs e os operadores de frota podem atualizar os drives AGV legados para Servosistemas CC de baixa tensão?

A atualização de um AGV existente de um inversor legado para uma arquitetura servo deve começar com dados operacionais , não com suposições.

Uma avaliação prática de retrofit deve registrar:

Arquitetura típica de retrofit

Um sistema de tração modernizado pode ser assim:

Bateria → Proteção CC → Servo Drive → Servo Motor DC → Caixa de Engrenagens → Roda Motriz

O codificador envia informações operacionais de volta ao controlador.

O sistema de controle AGV gerencia comandos como:

Velocidade → Direção → Aceleração → Desaceleração → Resposta a falhas

A comunicação industrial também pode ser integrada através de interfaces como CANopen, EtherCAT, RS-485/Modbus ou outro protocolo suportado.

Uma modernização gradual pode reduzir o risco

Uma abordagem prática é validar primeiro um módulo de tração.

O protótipo pode então ser avaliado para:

Consumo atual

Aceleração

Frenagem

Desempenho térmico

Operação de carga útil completa

Duração da bateria

Confiabilidade de comunicação

Comportamento de falha

Depois que os resultados medidos atingirem a meta do projeto, a mesma arquitetura poderá ser implementada em veículos adicionais.

Como o gerenciamento térmico superior em servos DC evita a degradação prematura da bateria AGV?

O gerenciamento térmico é frequentemente subestimado quando se comparam motores AGV.

Um motor que se aproxima repetidamente do seu limite térmico pode produzir perdas elétricas mais elevadas e transferir calor adicional para o sistema de transmissão circundante.

O resultado pode ser uma reação em cadeia:

Perdas maiores → Mais calor → Temperatura mais alta → Maior estresse nos componentes

A temperatura da bateria também é importante.

O envelhecimento da bateria de íons de lítio é influenciado pela temperatura, estado de carga, condições de carga e perfil operacional. As temperaturas elevadas podem acelerar a degradação sob muitas condições operacionais.

Isto significa que a eficiência do sistema de transmissão não se trata apenas de poupar eletricidade.

Também pode ajudar a controlar o ambiente térmico ao redor da bateria e dos componentes eletrônicos.

Principais fontes de calor em um sistema de transmissão AGV

A carga térmica geral pode vir de:

• Perdas de cobre

• Perdas de ferro

• Fricção do rolamento

• Perdas de comutação do controlador

• Perdas na caixa de câmbio

• Perdas de pneus e rolamento

Um motor dimensionado adequadamente deve, portanto, ser selecionado de acordo com os requisitos de serviço contínuo e não apenas com o desempenho máximo de curto prazo.

O projeto térmico deve considerar todo o sistema

Variáveis ​​importantes incluem:

Temperatura ambiente

Ciclo de trabalho

Frequência de pico de carga

Torque contínuo

Montagem do motor

Projeto do gabinete

Fluxo de ar

Transferência de calor para o chassi

O objetivo é uma temperatura operacional estável em todo o sistema de tração.

Qual é o ROI mensurável e a redução do TCO da implantação de servos CC de baixa tensão em armazéns dos EUA?

O valor financeiro de uma atualização de servo deve ser medido a partir de dados reais da frota.

Um simples preço de compra de um motor não representa o verdadeiro custo de propriedade.

Um modelo AGV TCO prático

TCO = Hardware + Energia + Manutenção + Tempo de inatividade + Bateria + Substituição + Infraestrutura de carregamento

Um sistema servo CC de baixa tensão pode potencialmente afetar várias dessas variáveis ​​simultaneamente.

Consumo de energia

Medir:

kWh por hora de operação

Mas um KPI operacional ainda mais forte é:

Wh por ciclo de transporte concluído

Isto permite que diferentes tecnologias de acionamento sejam comparadas sob as mesmas condições de rota e carga útil.

Utilização da bateria

O menor consumo de energia pode aumentar o tempo de operação útil entre os ciclos de carregamento, dependendo de:

• Química da bateria

• Estratégia de cobrança

• Carga útil

• Distância de viagem

• Ambiente operacional

• Ciclo de trabalho

Manutenção

As unidades de circuito fechado podem fornecer dados de diagnóstico adicionais.

Dependendo do sistema, as equipes de manutenção poderão monitorar:

Falhas do codificador

Sobrecorrente

Supertemperatura

Falhas de comunicação

Estado do motor

Alarmes de direção

Melhores diagnósticos podem ajudar a reduzir o tempo de solução de problemas.

Tempo de inatividade

Para armazéns automatizados, o tempo de inatividade pode ter um impacto financeiro maior do que o próprio preço de compra do motor.

Um sistema de tração que seja mais fácil de diagnosticar, substituir e manter pode agregar valor além do custo inicial de hardware.

Produtividade da carga útil

A carga útil deve ser medida juntamente com o consumo de energia.

Em vez de apenas perguntar:

'Quantos quilogramas o AGV pode carregar?'

Uma métrica operacional mais útil pode ser:

'Quantos quilogramas o AGV pode transportar por carga de bateria?'

Outros KPIs úteis incluem:

kg transportado por hora de operação

missões concluídas por carga

Wh por tonelada-quilômetro

cobrando eventos por turno

Estas métricas dão aos operadores de frota uma imagem mais clara da produtividade real do sistema de transmissão.

Como melhorar a vida útil da bateria AGV e a capacidade de carga útil usando servomotores CC de baixa tensão: um estudo de caso de redesenho AMR de 1,5 tonelada

Este projeto de redesenho se concentrou em um AGV/AMR submersível latente para serviço pesado de 1,5 tonelada desenvolvido por um fabricante europeu de automação intralogística.

O cliente enfrentou três problemas práticos:

O peso pesado do chassi estava reduzindo a capacidade efetiva de carga útil.

A duração da bateria ficou abaixo da meta operacional desejada de 8 horas.

O espaço limitado do chassi e a fiação excessiva dificultavam cada vez mais a integração elétrica.

A solução foi substituir a arquitetura convencional de motor e acionamento dividido por arquitetura dupla Servo motores CC integrados de baixa tensão de 48V , combinando o motor e a eletrônica de acionamento em módulos compactos de tração com comunicação CANopen/EtherCAT.

Resultados do redesenho

Resultado principal: O AGV redesenhado reduziu a massa do sistema de transmissão em 7,3 kg , aumentou a resistência operacional de 7,5 para 10,2 horas e aumentou a carga útil efetiva de 1.000 kg para 1.250 kg usando a mesma bateria de lítio de 48V/100Ah.

O design original do AGV e suas limitações

O veículo original usava uma arquitetura convencional de motor dividido.

Os motores foram montados próximos às rodas motrizes, enquanto os servoacionamentos foram instalados separadamente dentro do compartimento elétrico principal.

Essa arquitetura criou vários desafios em um AMR compacto e resistente.

1. Peso excessivo do sistema de transmissão

O peso combinado dos dois motores, servoacionamentos externos, chicotes de cabos, conectores, blindagem e componentes de montagem atingiu aproximadamente 18,5 kg.

Para um veículo com limite fixo de peso bruto, essa massa adicional reduziu diretamente a quantidade de carga que o AGV poderia transportar legal e mecanicamente.

2. Cabos longos de alta corrente

A arquitetura de acionamento separada exigia que cabos de motor de alta corrente viajassem entre o gabinete elétrico central e os conjuntos de acionamento das rodas.

Em um AMR compacto, esses cabos consomem um espaço de instalação valioso e complicam o roteamento.

Eles também podem introduzir perdas elétricas adicionais através da resistência do cabo.

3. Espaço interno limitado

Dois servo-drives externos exigiam gabinete dedicado e espaço de montagem em trilho DIN.

Isso reduziu o espaço disponível para:

Componentes da bateria

CLP e E/S

Hardware de segurança

Equipamento de comunicação

Componentes de gerenciamento térmico

Acesso ao serviço

4. Duração da bateria abaixo da meta

O sistema original alcançou aproximadamente 7,5 horas de operação usando uma bateria de lítio de 48V/100Ah.

Para um veículo pesado que deverá suportar operações de armazém alargadas, isto deixou pouca margem operacional.

A solução servo integrada de 48 Vcc

Para resolver os três problemas simultaneamente, o cliente substituiu o sistema de acionamento dividido por dois Servo motores CC integrados de baixa tensão de 48V.

A nova arquitetura integra o motor e a eletrônica de acionamento diretamente no módulo de tração.

Nova arquitetura de transmissão

Bateria 48V

↓

Controlador AGV Principal / PLC

↓

Barramento de comunicação CANopen / EtherCAT

↓

Servomotores CC integrados duplos de 48V

↓

Rodas motrizes

Isto reduz significativamente a quantidade de equipamentos instalados no quadro elétrico central.

A nova solução também suporta alto torque de sobrecarga de pico , controle de malha fechada e comunicação baseada em barramento.

Como o sistema servo DC integrado aumentou a vida útil da bateria

A melhoria no tempo de execução da bateria veio de várias mudanças de engenharia, e não do aumento da bateria.

Perdas de cabos reduzidas

No sistema original, cabos de motor de alta corrente conectavam a eletrônica de acionamento central aos motores de tração.

A perda de energia elétrica em um condutor pode ser aproximada usando:

P = I²R

onde:

• P = perda de potência

• Eu = atual

• R = resistência do cabo

Ao mover a eletrônica do inversor diretamente para o conjunto do motor, a conexão de alta corrente torna-se extremamente curta.

Neste projeto, a distância do fio de fase driver-motor foi reduzida para menos de 5 cm.

O resultado foi uma redução substancial nas perdas relacionadas aos cabos e uma arquitetura de energia mais limpa.

Operação de 48V com demanda de corrente reduzida

O redesenho também migrou a arquitetura de alimentação AGV de 24V para 48V DC.

Para a mesma potência mecânica de saída:

Eu = P/U

O aumento da tensão do sistema reduz a corrente necessária para um determinado nível de potência.

Corrente mais baixa pode permitir:

Seções transversais de cabo menores

Menores perdas resistivas

Aquecimento reduzido do cabo

Fiação mais compacta

Isto é particularmente útil em equipamentos móveis de alta potência, onde longos cabos podem se tornar uma parte significativa do projeto elétrico.

Frenagem Regenerativa

Os servocontroladores integrados também otimizaram a frenagem regenerativa.

Durante a desaceleração ou descida, os motores de tração podem operar como geradores.

Em vez de dissipar toda a energia cinética disponível na forma de calor, o sistema redireciona a energia recuperável de volta para o barramento de 48 Vcc e o sistema de bateria , sujeito à aceitação da bateria e aos limites do controlador.

Isto se torna particularmente valioso em AGVs pesados ​​porque um veículo de 1,5 tonelada transporta energia cinética substancial durante o movimento.

Quanto mais frequentemente o veículo acelera e desacelera, mais relevante se torna a recuperação de energia regenerativa.

Controle vetorial FOC

O sistema servo integrado usa controle orientado a campo (FOC) para regular a corrente e o torque do motor.

Ao controlar o campo magnético do motor e a corrente produtora de torque com mais precisão, o sistema pode operar mais próximo do ponto de carga necessário.

Os objetivos práticos são:

Produção de torque estável

Utilização eficiente da corrente

Reduza o aquecimento desnecessário

Aceleração e desaceleração suaves

Melhor controle de baixa velocidade

Para um AMR de serviço pesado operando continuamente em vários turnos, essas características podem afetar tanto o consumo de energia quanto a estabilidade térmica.

Principais melhorias técnicas e dados de ROI

Aprofundamento de engenharia: como os servos CC integrados resolvem o duplo desafio

1. Aumentando a vida útil da bateria

• Eliminação da perda de cobre nos cabos: Os projetos tradicionais de AGV direcionam os cabos de fase de alta corrente desde as caixas de controle central até as rodas motrizes. Os servos CC integrados de baixa tensão fundem o driver diretamente na extremidade traseira do codificador do motor, encurtando a distância do fio de fase para menos de 5 cm.
• Otimização da Frenagem Regenerativa: Os controladores integrados capturam a energia cinética durante a desaceleração e movimentos em declives, alimentando a corrente CC diretamente de volta à bateria de 48V.
• Controle vetorial FOC de alta eficiência: Algoritmos de controle otimizados orientados ao campo mantêm as temperaturas operacionais baixas sob carga contínua, mantendo o consumo de corrente em ciclos de trabalho ideais.

2. Aumentando a capacidade de carga útil

• Redução do peso do chassi: a eliminação de gabinetes de drivers externos, cabos de blindagem pesados ​​e montagens em trilho DIN libera quase 7,3 kg de peso morto. Cada quilograma economizado na massa do chassi se traduz diretamente em maior capacidade de carga útil.
• Alta capacidade de torque de sobrecarga: servos CC integrados de baixa tensão suportam até 3X o torque nominal durante a aceleração inicial de carga pesada e subida de rampa (inclinações de até 5°), evitando erros de travamento sem a necessidade de motores superdimensionados.

3. Etapas de implementação

1. Migração do sistema de energia: atualize o barramento do sistema de 24V para 48V DC. Tensão mais alta reduz a corrente operacional geral ( I = P/U ), diminuindo os requisitos de seção transversal do cabo e a dissipação térmica.

2. Modularização mecânica do módulo de acionamento: Monte servos CC duplos integrados de 48 V diretamente em rodas motrizes diferenciais ou conjuntos de rodízios de direção.

3. Topologia de barramento de comunicação: Faça um loop de um único cabo CANopen/EtherCAT blindado em cadeia entre o controlador PLC AGV principal e ambos os motores integrados, substituindo mais de 16 fios de controle discretos.

Resultados medidos antes e depois

O redesenho produziu melhorias mensuráveis ​​nos principais indicadores de desempenho do AGV , incluindo peso do sistema de transmissão, espaço interno, eficiência, resistência da bateria e capacidade de carga útil.

Resultado geral: Ao integrar os servoacionamentos CC diretamente nos módulos das rodas, o AGV alcançou menor peso do sistema de transmissão, redução dos requisitos de espaço interno, maior eficiência do sistema, maior durabilidade da bateria e maior capacidade efetiva de carga útil.

Esses resultados mostram que o redesenho melhorou o desempenho da bateria e a capacidade de carga útil simultaneamente por meio de uma combinação de integração do sistema de transmissão, redução de perdas na fiação, melhor controle do motor e menor massa do veículo.

Feedback do cliente

'Ao mudar para servomotores CC integrados de baixa tensão de 48 V, reduzimos nosso tempo de montagem de AGV em 40% devido ao roteamento simplificado do chicote. Mais importante ainda, nossos clientes alcançaram cobertura operacional completa de 3 turnos (24 horas) com apenas duas pequenas cargas de oportunidade por dia.'

— Chefe de P&D, Soluções AMR Industriais

O que este redesenho do AMR de 1,5 tonelada demonstra

Este projeto destaca várias lições importantes para fabricantes de AGV e AMR para serviços pesados.

A vida útil da bateria é um problema do sistema de transmissão

Aumentar a capacidade da bateria não é a única maneira de conseguir um tempo de operação mais longo.

Reduzir as perdas elétricas, melhorar o controle do motor, recuperar a energia de frenagem e reduzir a massa do veículo podem contribuir para uma maior resistência útil.

A carga útil é influenciada por cada quilograma de massa do veículo

Motor, acionamento, gabinete, hardware de montagem e peso do cabo consomem parte do orçamento total de peso do veículo.

Uma arquitetura de tração mais integrada pode, portanto, criar capacidade de carga adicional sem simplesmente aumentar o tamanho do motor.

A arquitetura de 48V torna-se cada vez mais atraente à medida que a potência aumenta

Uma tensão mais alta do sistema pode reduzir a corrente para um determinado requisito de energia, ajudando os fabricantes de AGV a gerenciar o tamanho do cabo, as perdas resistivas e a carga térmica.

A arquitetura servo integrada simplifica AMRs compactos

Combinar o motor e o inversor em um módulo pode eliminar gabinetes de inversores externos e reduzir a fiação de alta corrente.

Isso pode melhorar tanto o empacotamento mecânico quanto a eficiência da montagem.

O pico de torque é crítico para veículos pesados

Um AGV de 1,5 tonelada precisa de torque mais que suficiente para navegar.

Ele também deve acelerar a partir do repouso, transportar carga útil máxima, subir rampas e lidar com sobrecargas de curta duração.

Isso torna a capacidade de pico de torque e o desempenho de sobrecarga critérios de seleção importantes.

Resumo dos resultados finais

Para AGVs e AMRs de serviço pesado, uma arquitetura servo CC integrada de baixa tensão pode fornecer um caminho prático para maior carga útil, maior tempo de operação, fiação mais limpa e integração mais compacta do sistema de tração quando o motor é corretamente compatível com o ciclo de trabalho real do veículo.

Como abordamos Projeto de servo motor CC de baixa tensão para AGVs

Para fabricantes OEM de AGV, um motor padrão nem sempre é suficiente.

Diferentes AGVs podem ter requisitos completamente diferentes para:

Carga útil

Diâmetro da roda

Peso do veículo

Velocidade de viagem

Aceleração

Declive

Tensão da bateria

Ciclo de trabalho

Protocolo de controle

Condições ambientais

O motor, a caixa de velocidades, o codificador, o controlador e a roda precisam, portanto, ser considerados como um sistema de tração integrado..

Conclusão final para OEMs de AGV

Melhorar a vida útil da bateria do AGV e a capacidade de carga útil não é simplesmente uma questão de instalar uma bateria maior ou um motor de maior potência.

A abordagem mais eficaz é otimizar todo o sistema de tração.

Um adequadamente projetado servo motor CC de baixa tensão pode contribuir através de:

Operação de alta eficiência

Controle de torque e velocidade em malha fechada

Frenagem regenerativa

Alta densidade de torque

Integração compacta

Melhor desempenho térmico

Melhores diagnósticos

Quando essas características são combinadas corretamente com a caixa de câmbio, roda, bateria, controlador e ciclo de trabalho do AGV, o resultado pode ser melhorias mensuráveis ​​em:

Duração da bateria + Utilização da carga útil + Eficiência energética + Estabilidade térmica + Produtividade da frota

Para OEMs e operadores de armazéns, a questão mais significativa não é simplesmente “Qual motor tem mais potência?”

Uma pergunta melhor é:

'Qual sistema de transmissão pode fornecer o torque de roda e o desempenho de movimento necessários, usando o mínimo de energia, peso, espaço e manutenção práticos?'

Essa abordagem em nível de sistema fornece uma base mais sólida para projetar plataformas de tração AGV eficientes, confiáveis ​​e escaláveis.