Cum se îmbunătățește durata de viață a bateriei AGV și capacitatea de sarcină utilă folosind servomotoare DC de joasă tensiune?

Pentru vehiculele cu ghid automat automat (AGV) și roboții mobili autonomi (AMR) , două valori de performanță sunt întotdeauna strâns legate:

Durata de funcționare a bateriei și capacitatea de încărcare utilă.

Un vehicul care consumă prea multă energie are nevoie de o baterie mai mare. Dar o baterie mai mare adaugă și greutate, reducând cantitatea de sarcină utilă pe care o poate transporta vehiculul.

De aceea sistemul de tracțiune merită o atenție deosebită.

Un proiectat corespunzător sistem de servomotor DC de joasă tensiune poate ajuta producătorii de AGV să îmbunătățească:

• Eficiență energetică

• Durata de funcționare a bateriei

• Cuplu de pornire și de urcare

• Raportul sarcină utilă-greutate vehicul

• Precizia mișcării

• Frânare regenerativă

• Stabilitate termică

• Eficiența generală a transmisiei

Pentru proiectele AGV din SUA, selecția motoarelor ar trebui luată în considerare și în cadrul mai larg de siguranță a mașinii. Referințele actuale includ ANSI/A3 R15.08-1-2020 (R2026) , ANSI/A3 R15.08-2-2023 , ANSI/A3 R15.08-3-2026 și ANSI/ITSDF B56.5-2024.

Soluții pentru servomotoare de curent continuu AGV

Sistemele de acţionare AGV au nevoie de mai mult decât simpla rotaţie a motorului. Motorul de antrenare trebuie să furnizeze un cuplu controlat, o reglare precisă a vitezei, o accelerație lină și un feedback fiabil în timp ce lucrează de la un sistem de baterii CC de joasă tensiune. Din acest motiv, servomotoarele de curent continuu, servomotoarele de curent continuu integrate, servomotoarele de curent continuu cu angrenaje, servomotoarele STO și motoarele de butuc AGV sunt utilizate în mod obișnuit în arhitecturile de acţionare AGV și AMR.

JKONGMOTOR oferă mai multe configurații de servomotoare de curent continuu care pot fi adaptate la diferite cerințe de încărcare, viteză, spațiu, protecție și siguranță AGV.

Gama de produse pentru servomotoare de curent continuu AGV

Mișcări personalizate ale servomotoarelor Jkongmotor

Furnizor de soluții de servomotoare DC integrate unice

1. Servomotor DC integrat

Servomotorul DC integrat combină motorul, servomotor și encoderul într-o singură carcasă compactă. Această arhitectură reduce cablarea externă și economisește spațiu de instalare, făcând-o deosebit de utilă pentru șasiu compact AGV și AMR.

Acceptă controlul mișcării în buclă închisă pentru viteză, poziție și cuplu , în timp ce electronica integrată simplifică conexiunea între motor și controlerul vehiculului. Arhitecturile servo integrate sunt utilizate pe scară largă acolo unde spațiul șasiului și eficiența cablajului sunt considerații importante de proiectare.

Aplicații tipice AGV:

• AGV-uri de depozit

• roți motrice AMR

• Roboți autonomi de manipulare a materialelor

• Roboți de sortare

• Roboți mobili compacti

2. Servomotor DC cu angrenaj planetar

Un servomotor de curent continuu cu angrenaj planetar combină un servomotor de curent continuu cu o cutie de viteze planetară pentru a crește cuplul de ieșire, menținând în același timp o transmisie compactă.

Această configurație este potrivită atunci când AGV-ul necesită un cuplu mai puternic la roți pentru pornire, accelerare, urcare pe rampe sau pentru a transporta sarcini utile mai grele . Cutia de viteze permite, de asemenea, motorului să funcționeze la o viteză mai mare, oferind în același timp o ieșire cu viteză mai mică la volan.

Aplicații tipice:

• AGV-uri grele

• Vehicule de transport depozit

• Roboti de manipulare a paletilor

• Echipamente mobile de manipulare a materialelor

• Roți motrice AGV care necesită un cuplu mare

3. Servomotor DC cu angrenaj melcat

Servomotorul DC cu angrenaj melcat integrează o cutie de viteze cu melc cu servomotorul DC. Raportul său mare de reducere îl face potrivit pentru aplicații care necesită un cuplu ridicat de ieșire și mișcare controlată la viteză mică.

Cutia de viteze cu melc poate oferi, de asemenea, caracteristici utile de reținere a sarcinii, în funcție de designul cutiei de viteze și de condițiile de funcționare. Acest lucru îl face aplicabil mecanismelor AGV în care mișcarea controlată și menținerea mecanică sunt importante.

Aplicații tipice:

• Sisteme de antrenare AGV pentru sarcini grele

• Mecanisme de ridicare și poziționare

• Echipament de transfer transportor

• Roboți mobili industriali

• Sisteme automate de manipulare

4. Servomotor DC integrat cu frână

Un servomotor DC integrat cu frână combină servomotorul, codificatorul, antrenarea și frâna electromagnetică într-un singur ansamblu.

Frâna este deosebit de utilă atunci când un mecanism AGV trebuie să-și mențină poziția după ce puterea motorului este îndepărtată . Poate fi luat în considerare pentru axe de ridicare, mecanisme verticale, echipamente înclinate și aplicații în care trebuie împiedicată mișcarea mecanică necontrolată.

Aplicații tipice:

• Mecanisme de ridicare AGV

• Sisteme de transfer vertical

• Echipamente automate de manipulare

• Mecanisme de antrenare înclinată

• Roboți mobili cu cerințe de menținere

5. Servomotor DC integrat IP65

Servomotorul CC integrat IP65 este proiectat pentru aplicații AGV în care motorul poate întâlni praf, stropi de apă sau condiții industriale solicitante.

Arhitectura sa integrată a motorului și acționării combină instalarea compactă cu protecția îmbunătățită a carcasei. Acest lucru îl face util pentru logistica depozitului, mașini mobile, echipamente capabile să iasă în aer liber și AGV-uri industriale unde protecția mediului este o specificație importantă. JKONGMOTOR listează protecția IP65 ca o configurație disponibilă pentru platforma sa integrată de servomotoare.

Aplicații tipice:

• AGV-uri capabile pentru exterior

• Roboți logistici

• Vehicule de transport din fabrică

• Echipamente mobile de manipulare a materialelor

• Medii industriale predispuse la praf

6. Servomotor DC STO AGV

Servomotorul CC AGV STO este proiectat pentru sistemele AGV și AMR în care Safe Torque Off (STO) face parte din arhitectura de siguranță a controlului mișcării.

STO dezactivează capacitatea unității de a genera cuplu motor atunci când funcția de siguranță este activată. Prin urmare, este diferită de o comandă normală de mișcare: STO previne generarea cuplului, mai degrabă decât să comandă pur și simplu vehiculul să decelereze.

Aplicații tipice:

• Roboți mobili autonomi

• Zone de depozitare accesibile oamenilor

• Sisteme logistice inteligente

• Manipularea automată a materialelor

• AGV-uri care necesită funcții de conducere legate de siguranță

7. Motor hub AGV

Un motor pentru butuc AGV integrează motorul de antrenare în ansamblul roții sau al butucului, creând o soluție compactă de tracțiune a roților.

În comparație cu un aranjament convențional cu motor plus cutie de viteze, un motor butuc poate reduce componentele transmisiei mecanice și poate folosi mai bine spațiul limitat al șasiului. Este relevant în special pentru AGV-urile compacte, AMR-urile, roboții de transport autonomi și platformele mobile cu podea joasă . Arhitectura butuc-motor trebuie selectată în funcție de diametrul roții, sarcina vehiculului, cuplul necesar, viteza și condițiile termice.

De ce să alegeți un servomotor DC integrat pentru AGV-uri?

Principalul avantaj este integrarea la nivel de sistem, mai degrabă decât pur și simplu performanța motorului.

Instalare compactă

Motorul, codificatorul și electronica de antrenare pot fi combinate într-un singur ansamblu, reducând necesitatea unei poziții de montare separată a servocomandării.

Cablaj simplificat

Arhitectura servo integrată poate reduce rutarea cablurilor motorului și codificatorului între motor și unitatea externă, ceea ce ajută la simplificarea designului electric AGV.

Controlul mișcării în buclă închisă

Feedback-ul codificatorului permite controlul precis al vitezei și poziției roților, ceea ce este important pentru navigația AGV și funcționarea sincronizată a roților.

Comunicare flexibilă

În funcție de configurație, servosistemele AGV pot suporta metode de comunicare precum CANopen, RS485/Modbus și EtherCAT . Aceste interfețe sunt utilizate în mod obișnuit pentru integrarea axelor servo cu controlerele AGV.

Configurații mecanice multiple

Cutiile de viteze planetare, cutiile de viteze melcate, frânele, carcasele impermeabile și structurile de antrenare a butucului permit ca motorul să fie adaptat la diferite arhitecturi AGV.

O singură platformă pentru diferite modele de unități AGV

Platforma servo integrată a JKONGMOTOR acoperă mai multe configurații mecanice și de control, inclusiv sisteme de 24 V/48 V DC, opțiuni de cutie de viteze, configurații de frână, feedback al codificatorului, carcase cu rating IP și interfețe Pulse, RS485, CANopen și EtherCAT . Pagina de soluții AGV a companiei listează configurațiile din seriile IDC60 și IDC80 și o gamă de putere care se extinde de la 26W la 1000W.

Acest lucru permite producătorilor AGV să selecteze arhitectura motorului în funcție de designul actual al vehiculului, mai degrabă decât să utilizeze o configurație a motorului pentru fiecare aplicație.

Pentru proiectele OEM AGV, cuplul motorului, dimensiunea roții, greutatea vehiculului, viteza, tensiunea bateriei, raportul cutiei de viteze, tipul de codificator, protocolul de comunicare, gradul de protecție și cerințele de siguranță pot fi evaluate împreună pentru a dezvolta o soluție adecvată de servomotor DC.

De ce sunt servomotoarele de curent continuu de joasă tensiune critice pentru durata de viață a bateriei AGV și capacitatea de sarcină utilă?

Motorul de tracțiune transformă energia bateriei în cuplul roții care mișcă de fapt AGV-ul.

Din acest motiv, eficiența motorului are un efect direct asupra energiei consumate de vehicul în timpul fiecărui ciclu de transport.

Spre deosebire de o simplă acționare în buclă deschisă, un servosistem de curent continuu în buclă închisă monitorizează continuu poziția și viteza motorului prin feedback și ajustează ieșirea în funcție de starea reală de funcționare.

Acest lucru este deosebit de valoros deoarece AGV-urile operează rareori la o sarcină constantă.

Condiții tipice de funcționare AGV

Un AGV poate avea nevoie în mod repetat de:

Start → Accelerare → Croazieră → Decelerare → Oprire → Viraj → Marșarier → Repornire

Cuplul necesar se poate schimba semnificativ între fiecare etapă.

Un servosistem selectat corespunzător poate răspunde rapid la aceste cerințe în schimbare, în loc să funcționeze la o ieșire fixă.

Eficiența bateriei și greutatea vehiculului sunt conectate

O relație de bază este:

Energie electrică = Tensiune baterie × Curent × Timp de funcționare

Reducerea curentului inutil poate reduce consumul total de energie, păstrând în același timp cuplul necesar pentru roată.

În același timp, sistemul de propulsie în sine contribuie la masa vehiculului.

Relația de bază cu sarcina utilă este:

Sarcină utilă netă = Greutatea brută permisă a vehiculului − Greutatea proprie a vehiculului

Acest lucru creează o oportunitate importantă de proiectare.

Un motor mai compact, o transmisie integrată sau o cutie de viteze optimizată pot reduce greutatea sistemului și eliberează capacitate suplimentară pentru încărcătură.

De ce contează integrarea

Un servomotor modern integrat poate combina:

Motor + Encoder + Servo Drive + Control Electronics

într-un singur ansamblu compact.

Acest lucru poate reduce:

• Complexitatea cablajului

• Spațiu de cabinet

• Componentele unității externe

• Timp de instalare

• Amprenta generală a transmisiei

Pentru modelele de șasiu AGV cu spațiu limitat, aceste detalii pot avea un efect semnificativ asupra arhitecturii finale a vehiculului.

Cum Servomotoarele de curent continuu de joasă tensiune extind durata de funcționare a bateriei AGV prin eficiență ridicată și frânare regenerativă?

Durata de funcționare a bateriei nu trebuie estimată doar din puterea de pe plăcuța de identificare a motorului.

Măsurarea mai utilă este energia consumată în timpul ciclului de lucru AGV real.

O aproximare practică este:

Energia bateriei utilizată ≈ Putere medie de intrare DC × Timp de funcționare

Deoarece AGV-urile accelerează și decelerează în mod constant, puterea medie poate diferi semnificativ de puterea nominală a motorului.

Funcționare de înaltă eficiență

Un motor servocontrolat poate regla cuplul în funcție de cererea reală.

În timpul deplasării constante, cuplul necesar poate fi relativ scăzut.

În timpul accelerării, sistemul poate avea nevoie temporar de un cuplu mult mai mare.

Acest control dinamic permite transmisiei să se potrivească mai bine aportul electric cu cererea mecanică.

Frânare regenerativă

Frânarea regenerativă oferă un alt mecanism potențial de economisire a energiei.

În timpul decelerarii, motorul poate funcționa ca generator. În loc să transforme toată energia cinetică în căldură prin frecare sau o rezistență de frânare, o parte din acea energie poate fi returnată la magistrala DC.

Energia recuperată poate fi atunci:

Revenit la baterie

sau

Folosit în altă parte pe autobuzul DC

în funcţie de arhitectura sistemului.

Cu toate acestea, frânarea regenerativă trebuie proiectată corect.

În timpul decelerarii, tensiunea magistralei DC poate crește rapid. Prin urmare, sistemul are nevoie de o metodă adecvată de manipulare a energiei regenerate, ținând cont de acceptarea bateriei, starea de încărcare, limitele controlerului, temperatură și frecvența de frânare.

Acolo unde frânarea regenerativă oferă cea mai mare valoare

Frânarea regenerativă este relevantă în special pentru AGV-urile cu frecvente:

• Se opreste

• Începe

• Schimbări de direcție

• Evenimente de decelerare

• Cicluri scurte de transport

• Mișcare pe verticală sau în vale

Pentru aceste aplicații, Wh per ciclu finalizat este adesea un KPI mai util decât eficiența teoretică a motorului.

Cum crește designul cu densitate mare de putere a servomotoarelor DC în mod direct sarcina utilă netă AGV?

Capacitatea de sarcină utilă este în primul rând o problemă a sistemului de propulsie și a masei vehiculului.

AGV-ul trebuie să genereze suficientă forță de tracțiune pentru a depăși:

Rezistență la rulare + rezistență la grad + forță de accelerare + alte pierderi mecanice

O relație simplificată este:

Cuplul roții = Forța de tracțiune × Raza roții

Acesta este motivul pentru care selecția motorului nu poate fi separată de diametrul roții, raportul cutiei de viteze, greutatea vehiculului sau cerințele de accelerație.

Densitatea cuplului contează mai mult decât dimensiunea motorului

Un motor mai mare poate oferi mai mult cuplu, dar adaugă și:

• Greutate

• Volum

• Cost

• Sarcina termica

• Cererea bateriei

Obiectivul de proiectare mai bun este de obicei o densitate mai mare a cuplului utilizabil.

Cu alte cuvinte:

Performanță mai practică a roții din cauza mai puțină masă și volum a motorului

Un servosistem compact poate ajuta la atingerea acestui echilibru.

Cuplul de pornire este deosebit de important

Un AGV care transportă sarcina maximă poate necesita un cuplu substanțial la viteză foarte mică.

Acest lucru este valabil mai ales atunci când vehiculul:

• Începe din odihnă

• Transporta sarcini grele

• Urcă rampe

• Accelerează rapid

• Funcționează pe podele cu rezistență mai mare

Din acest motiv, motorul trebuie evaluat utilizând cuplul său continuu și cuplul de vârf , nu doar puterea sa nominală.

Parametri cheie ai sistemului de propulsie

Scopul nu este doar instalarea celui mai mare motor posibil.

Scopul este de a atinge viteza, cuplul, accelerația, capacitatea de urcare și marja termică necesare cu cea mai mică greutate practică a sistemului.

Cum să selectezi dreapta Servosistem DC de joasă tensiune pentru a îndeplini standardele de siguranță și industrie ale AGV din SUA?

Alegerea unui motor doar pentru că tensiunea lui nominală se potrivește cu bateria nu este suficientă.

Un proiect AGV din SUA ar trebui să evalueze întregul vehicul și arhitectura de siguranță a acestuia.

Referințele actuale din industrie includ seria ANSI/A3 R15.08 pentru roboți mobili industriali și ANSI/ITSDF B56.5-2024 pentru vehicule industriale fără șofer și ghidate automat.

În funcție de produs și aplicație, se pot aplica și alte standarde și cerințe.

Factori importanți de selecție

Compatibilitate electrică

Verificați tensiunea nominală a bateriei, precum și tensiunea minimă și maximă de funcționare.

Un sistem nominal de baterii de 24 VDC sau 48 VDC poate experimenta variații substanțiale de tensiune în timpul încărcării și descărcării.

Curent de vârf

Accelerația și condițiile de sarcină utilă grea pot produce un curent semnificativ mai mare decât o croazieră normală.

Bateria, cablajul, controlerul și dispozitivele de protecție trebuie să tolereze curentul așteptat.

Feedback

Codificatorul ar trebui să ofere rezoluția, tipul de feedback și interfața de comunicație cerute de arhitectura de control.

Funcții de siguranță

Oprirea de urgență, răspunsul la defecțiune, comportamentul la frânare, eliminarea cuplului și comenzile legate de siguranță ar trebui evaluate ca parte a sistemului complet AGV.

Protecția mediului

Motorul trebuie să se potrivească cu mediul real, inclusiv:

• Praf

• Umiditate

• Temperatură

• Şoc

• Vibrație

• Expunerea la intrare

Integrare mecanică

Verifica:

• Dimensiuni de montaj

• Configurația arborelui

• Interfață cutie de viteze

• Conexiune roată

• Dirijarea cablurilor

• Spațiu disponibil pe șasiu

O distincție critică

Conformitatea motorului nu este aceeași cu conformitatea sistemului AGV.

Întreaga mașină trebuie să fie proiectată, evaluată riscul, protejată și validată în conformitate cu cerințele aplicabile utilizării prevăzute.

Cum pot OEM-urile și operatorii de flote să actualizeze unitățile AGV vechi la Servosisteme DC de joasă tensiune?

Actualizarea unui AGV existent de la o unitate moștenită la o arhitectură servo ar trebui să înceapă cu date de operare , nu cu presupuneri.

O evaluare practică a modernizării ar trebui să înregistreze:

Arhitectură tipică de modernizare

Un sistem de tracțiune modernizat poate arăta astfel:

Baterie → Protecție DC → Servo Drive → Servo Motor DC → Cutie de viteze → Roată de antrenare

Codificatorul transmite informațiile de funcționare înapoi către controler.

Sistemul de control AGV gestionează apoi comenzi precum:

Viteză → Direcție → Accelerație → Decelerare → Răspuns la eroare

Comunicația industrială poate fi integrată și prin interfețe precum CANopen, EtherCAT, RS-485/Modbus sau alt protocol acceptat.

O modernizare în etape poate reduce riscul

O abordare practică este validarea mai întâi a unui modul de tracțiune.

Prototipul poate fi apoi evaluat pentru:

Consum curent

Accelerare

Frânare

Performanta termica

Funcționare cu sarcină utilă completă

Durata de funcționare a bateriei

Fiabilitatea comunicării

Comportament defect

Odată ce rezultatele măsurate ating obiectivul de proiectare, aceeași arhitectură poate fi implementată pe vehicule suplimentare.

Cum gestionarea termică superioară a servomotoarelor DC previne degradarea prematură a bateriei AGV?

Managementul termic este adesea subestimat atunci când se compară motoarele AGV.

Un motor care se apropie în mod repetat de limita sa termică poate produce pierderi electrice mai mari și poate transfera căldură suplimentară în trenul de rulare din jur.

Rezultatul poate fi o reacție în lanț:

Pierderi mai mari → Mai multă căldură → Temperatură mai mare → Solicitare mai mare asupra componentelor

Contează și temperatura bateriei.

Îmbătrânirea bateriei cu litiu-ion este influențată de temperatură, starea de încărcare, condițiile de încărcare și profilul de funcționare. Temperaturile ridicate pot accelera degradarea în multe condiții de funcționare.

Aceasta înseamnă că eficiența sistemului de propulsie nu se referă doar la economisirea energiei electrice.

De asemenea, poate ajuta la controlul mediului termic din jurul bateriei și electronicelor.

Surse majore de căldură într-o transmisie AGV

Sarcina termică totală poate proveni din:

• Pierderi de cupru

• Pierderi de fier

• Frecarea rulmentului

• Pierderi la comutarea controlerului

• Pierderile cutiei de viteze

• Pierderi de anvelope și de rulare

Prin urmare, un motor dimensionat corespunzător trebuie selectat în funcție de cerințele de funcționare continuă , nu numai de performanța maximă pe termen scurt.

Proiectarea termică ar trebui să ia în considerare întregul sistem

Variabilele importante includ:

Temperatura mediului ambiant

Ciclu de funcționare

Frecvența de sarcină de vârf

Cuplu continuu

Montarea motorului

Design incintă

Flux de aer

Transfer de căldură către șasiu

Ținta este o temperatură de funcționare stabilă în întregul sistem de tracțiune.

Care este reducerea măsurabilă a rentabilității investiției și a costurilor totale de proprietate a implementării servomotoarelor de curent continuu de joasă tensiune în depozitele din SUA?

Valoarea financiară a unei actualizări de servo ar trebui să fie măsurată din datele reale ale flotei.

Un simplu preț de achiziție a unui motor nu reprezintă adevăratul cost de proprietate.

Un model AGV TCO practic

TCO = Hardware + Energie + Întreținere + Timp de nefuncționare + Baterie + Înlocuire + Infrastructură de încărcare

Un servosistem DC de joasă tensiune poate afecta mai multe dintre aceste variabile simultan.

Consumul de energie

Măsură:

kWh pe oră de funcționare

Dar un KPI operațional și mai puternic este:

Wh per ciclu de transport finalizat

Acest lucru permite compararea diferitelor tehnologii de acționare în aceeași rută și condiții de încărcare utilă.

Utilizarea bateriei

Un consum mai mic de energie poate crește timpul de funcționare utilizabil între ciclurile de încărcare, în funcție de:

• Chimia bateriei

• Strategia de încărcare

• Încărcătură utilă

• Distanța de călătorie

• Mediul de operare

• Ciclu de funcționare

Întreţinere

Unitățile în buclă închisă pot furniza date de diagnosticare suplimentare.

În funcție de sistem, echipele de întreținere pot monitoriza:

Defecțiuni ale codificatorului

Supracurent

Supratemperatură

Defecțiuni de comunicare

Stare motor

Conduce alarme

O diagnosticare mai bună poate ajuta la reducerea timpului de depanare.

Timp de nefuncţionare

Pentru depozitele automate, timpul de nefuncționare poate avea un impact financiar mai mare decât prețul de achiziție al motorului în sine.

Un sistem de tracțiune care este mai ușor de diagnosticat, înlocuit și întreținut poate oferi valoare peste costul hardware inițial.

Productivitatea sarcinii utile

Sarcina utilă ar trebui măsurată alături de consumul de energie.

În loc să întrebi doar:

„Câte kilograme poate transporta AGV-ul?”

O măsură operațională mai utilă poate fi:

'Câte kilograme poate transporta AGV-ul pe baterie?'

Alți KPI-uri utili includ:

kg transportate pe oră de funcționare

misiuni finalizate per încărcare

Wh pe tonă-kilometru

evenimente de taxare pe schimb

Aceste valori oferă operatorilor de flote o imagine mai clară a productivității reale a sistemului de propulsie.

Cum să îmbunătățiți durata de viață a bateriei AGV și capacitatea de sarcină utilă utilizând servomotoare de curent continuu de joasă tensiune: un studiu de caz de reproiectare AMR de 1,5 tone

Acest proiect de reproiectare s-a concentrat pe un AGV latent / AMR submersibil de 1,5 tone dezvoltat de un producător european de automatizări intralogistice.

Clientul s-a confruntat cu trei probleme practice:

Greutatea mare a șasiului reduce capacitatea efectivă de încărcare utilă.

Durata de funcționare a bateriei a fost sub ținta dorită de funcționare de 8 ore.

Spațiul limitat pe șasiu și cablarea excesivă făceau integrarea electrică din ce în ce mai dificilă.

Soluția a fost înlocuirea arhitecturii convenționale split motor-and-drive cu dual Servomotoare CC integrate de joasă tensiune de 48 V , care combină motorul și electronica de antrenare în module compacte de tracțiune cu roți cu comunicație CANopen/EtherCAT.

Rezultatele reproiectării

Rezultat cheie: AGV-ul reproiectat a redus masa transmisiei cu 7,3 kg , a crescut rezistența de operare de la 7,5 la 10,2 ore și a crescut sarcina utilă efectivă de la 1.000 kg la 1.250 kg folosind același pachet de baterii cu litiu de 48 V/100 Ah.

Designul original AGV și limitările sale

Vehiculul original folosea o arhitectură convențională de șofer cu motor separat.

Motoarele au fost montate lângă roțile motoare, în timp ce servomotoarele au fost instalate separat în interiorul compartimentului electric principal.

Această arhitectură a creat mai multe provocări într-un AMR compact și rezistent.

1. Greutate excesivă a transmisiei

Greutatea combinată a celor două motoare, servomotor externe, cablaje, conectori, ecranare și componente de montare a ajuns la aproximativ 18,5 kg..

Pentru un vehicul cu o limită fixă ​​de greutate brută, această masă suplimentară a redus direct cantitatea de marfă pe care AGV-ul ar putea transporta în mod legal și mecanic.

2. Cabluri lungi de curent ridicat

Arhitectura de antrenare separată a necesitat cabluri de motor cu curent ridicat pentru a călători între carcasa electrică centrală și ansamblurile roți-motor.

Într-un AMR compact, aceste cabluri consumă spațiu de instalare valoros și complică rutarea.

De asemenea, pot introduce pierderi electrice suplimentare prin rezistența cablului.

3. Spațiu interior limitat

Două servomotoare externe au necesitat un dulap dedicat și spațiu de montare pe șină DIN.

Acest lucru a redus camera disponibilă pentru:

Componentele bateriei

PLC și I/O

Hardware de siguranță

Echipamente de comunicare

Componente de management termic

Acces la serviciu

4. Durata de funcționare a bateriei sub țintă

Sistemul original a realizat aproximativ 7,5 ore de funcționare folosind un pachet de baterii cu litiu de 48V/100Ah.

Pentru un vehicul greu care se preconizează să suporte operațiuni de depozitare extinse, acest lucru a lăsat o marjă operațională mică.

Soluția integrată de servo 48V DC

Pentru a rezolva cele trei probleme simultan, clientul a înlocuit sistemul de antrenare split cu două Servomotoare DC integrate de joasă tensiune de 48 V.

Noua arhitectură integrează motorul și electronica de antrenare direct în modulul de tracțiune.

Arhitectură nouă a transmisiei

Baterie 48V

↓

Controler principal AGV / PLC

↓

Bus de comunicare CANopen / EtherCAT

↓

Servomotoare DC integrate duble de 48 V

↓

Roțile motrice

Acest lucru reduce semnificativ cantitatea de echipamente instalate în dulapul electric central.

Noua soluție acceptă, de asemenea, un cuplu de suprasarcină de vârf ridicat , control în buclă închisă și comunicații bazate pe magistrală.

Cum a crescut durata de viață a bateriei sistemul Servo DC integrat

Îmbunătățirea duratei de funcționare a bateriei a venit mai degrabă din mai multe modificări de inginerie decât din extinderea bateriei.

Pierderi reduse ale cablurilor

În sistemul original, cablurile de motor de mare curent conectau electronica centrală de antrenare la motoarele de tracțiune.

Pierderea de putere electrică într-un conductor poate fi aproximată folosind:

P = I²R

unde:

• P = pierdere de putere

• I = curent

• R = rezistența cablului

Prin mutarea electronicii de antrenare direct pe ansamblul motorului, conexiunea de curent ridicat devine extrem de scurtă.

În acest proiect, distanța dintre conductor și motor a fost redusă la sub 5 cm.

Rezultatul a fost o reducere substanțială a pierderilor legate de cabluri și o arhitectură de putere mai curată.

Funcționare 48V Cerere de curent redusă

Reproiectarea a migrat, de asemenea, arhitectura de alimentare AGV de la 24V la 48V DC.

Pentru aceeași putere mecanică de ieșire:

I = P/U

Creșterea tensiunii sistemului reduce curentul necesar pentru un anumit nivel de putere.

Curentul mai mic poate permite:

Secțiuni transversale mai mici ale cablurilor

Pierderi rezistive mai mici

Încălzire redusă prin cablu

Cablaj mai compact

Acest lucru este util în special în echipamentele mobile de mare putere, unde cablurile lungi pot deveni o parte semnificativă a designului electric.

Frânare regenerativă

Servocontrolerele integrate au optimizat și frânarea regenerativă.

În timpul decelerarii sau deplasării în pantă, motoarele de tracțiune pot funcționa ca generatoare.

În loc să disipeze toată energia cinetică disponibilă sub formă de căldură, sistemul redirecționează energia recuperabilă înapoi către magistrala de 48 V DC și sistemul de baterii , sub rezerva acceptării bateriei și limitelor controlerului.

Acest lucru devine deosebit de valoros la AGV-urile grele, deoarece un vehicul de 1,5 tone transportă energie cinetică substanțială în timpul mișcării.

Cu cât vehiculul accelerează și decelerează mai des, cu atât recuperarea energiei regenerative devine mai relevantă.

Controlul Vectorului FOC

Sistemul servo integrat folosește controlul orientat pe câmp (FOC) pentru a regla curentul și cuplul motorului.

Prin controlul mai precis al câmpului magnetic al motorului și al curentului care produce cuplul, sistemul poate funcționa mai aproape de punctul de sarcină necesar.

Obiectivele practice sunt:

Producție stabilă de cuplu

Utilizarea eficientă a curentului

Reduceți încălzirea inutilă

Accelerație și decelerare lină

Control îmbunătățit la viteză mică

Pentru un AMR de mare capacitate care funcționează continuu pe mai multe schimburi, aceste caracteristici pot afecta atât consumul de energie, cât și stabilitatea termică.

Îmbunătățiri tehnice cheie și date privind rentabilitatea investiției

Engineering Deep-Dive: Cum Servo DC integrate rezolvă provocarea duală

1. Creșterea duratei de viață a bateriei

• Eliminarea pierderii de cupru prin cablu: modelele tradiționale AGV direcţionează cablurile de fază cu curent ridicat de la cutiile centrale de control până la roţile motrice. Servo DC integrate de joasă tensiune îmbină driverul direct pe partea din spate a codificatorului motorului, scurtând distanța firului de fază la sub 5 cm.
• Optimizarea frânării regenerative: Controlerele integrate captează energia cinetică în timpul decelerării și mișcărilor în pantă, alimentând curent continuu direct înapoi în acumulatorul de 48V.
• Control vectorial FOC de înaltă eficiență: algoritmii optimizați de control orientat pe câmp mențin temperaturile de funcționare scăzute sub sarcină continuă, menținând consumul de curent la cicluri de lucru optime.

2. Creșterea capacității de sarcină utilă

• Reducerea greutății șasiului: Eliminarea carcasei driverului extern, a cablurilor grele de ecranare și a montărilor pe șină DIN eliberează aproape 7,3 kg de greutate proprie. Fiecare kilogram economisit pe masa șasiului se traduce direct într-o capacitate de sarcină utilă mai mare.
• Capacitate mare de cuplu la suprasarcină: Servo DC de joasă tensiune integrate gestionează cuplul nominal de până la 3X în timpul accelerației inițiale cu sarcină grea și al urcării în rampă (pantă de până la 5°), prevenind erorile de blocare fără a fi nevoie de motoare supradimensionate.

3. Etape de implementare

1. Migrarea sistemului de alimentare: Actualizați magistrala de sistem de la 24V la 48V DC. Tensiunea mai mare reduce curentul total de funcționare ( I = P/U ), scăzând cerințele privind secțiunea transversală a cablului și disiparea termică.

2. Modularizare mecanică a modulului de antrenare: Montați servo-uri duble de 48V DC integrate direct pe roțile de antrenare diferențiale sau ansamblurile roților de direcție.

3. Topologie magistrală de comunicație: Conectați un singur cablu ecranat CANopen/EtherCAT între controlerul principal AGV PLC și ambele motoare integrate, înlocuind peste 16 fire de control discret.

Rezultate măsurate înainte și după

Reproiectarea a produs îmbunătățiri măsurabile ale indicatorilor cheie de performanță AGV , inclusiv greutatea transmisiei, spațiul intern, eficiența, rezistența bateriei și capacitatea de încărcare utilă.

Rezultat general: Prin integrarea servomotoarelor de curent continuu direct în modulele roților, AGV a obținut o greutate mai mică a transmisiei, cerințe reduse de spațiu intern, o eficiență mai mare a sistemului, o rezistență mai mare a bateriei și o capacitate de sarcină utilă mai mare.

Aceste rezultate arată că reproiectarea a îmbunătățit simultan performanța bateriei și capacitatea de sarcină utilă printr-o combinație de integrare a sistemului de propulsie, pierderi reduse de cablare, control îmbunătățit al motorului și masă mai mică a vehiculului.

Feedback-ul clienților

„Prin trecerea la servomotoare de curent continuu de joasă tensiune integrate de 48 V, ne-am redus timpul de asamblare AGV cu 40% datorită direcționării cablajului simplificat. Mai important, clienții noștri au obținut o acoperire operațională completă în 3 schimburi (24 de ore) cu doar două taxe de oportunitate scurte pe zi.'

— Șeful departamentului de cercetare și dezvoltare, soluții industriale AMR

Ce demonstrează această reproiectare AMR de 1,5 tone

Acest proiect evidențiază câteva lecții importante pentru producătorii de AGV și AMR grele.

Durata de viață a bateriei este o problemă a sistemului de transmisie

Creșterea capacității bateriei nu este singura modalitate de a obține un timp de funcționare mai lung.

Reducerea pierderilor electrice, îmbunătățirea controlului motorului, recuperarea energiei de frânare și reducerea masei vehiculului pot contribui la o mai mare rezistență utilizabilă.

Sarcina utilă este influențată de fiecare kilogram de masa vehiculului

Motorul, unitatea, dulapul, hardware-ul de montare și greutatea cablului consumă toate o parte din bugetul total de greutate al vehiculului.

Prin urmare, o arhitectură de tracțiune mai integrată poate crea o capacitate suplimentară de sarcină utilă fără a crește pur și simplu dimensiunea motorului.

Arhitectura de 48V devine din ce în ce mai atractivă pe măsură ce puterea crește

Tensiunea mai mare a sistemului poate reduce curentul pentru o anumită cerință de putere, ajutând producătorii de AGV să gestioneze dimensiunea cablului, pierderile rezistive și încărcarea termică.

Arhitectura servo integrată simplifică AMR compacte

Combinarea motorului și a acționării într-un singur modul poate elimina dulapurile externe de unități și poate scurta cablajul de curent ridicat.

Acest lucru poate îmbunătăți atât ambalarea mecanică, cât și eficiența asamblarii.

Cuplul maxim este esențial pentru vehiculele grele

Un AGV de 1,5 tone are nevoie de un cuplu mai mult decât suficient pentru a rula.

De asemenea, trebuie să accelereze din repaus, să transporte sarcina utilă maximă, să urce pe rampe și să facă față supraîncărcărilor de scurtă durată.

Acest lucru face ca capacitatea de cuplu de vârf și performanța la suprasarcină să fie importante criterii de selecție.

Rezumatul rezultatelor finale

Pentru AGV-uri și AMR-uri pentru sarcini grele, o arhitectură integrată de servo DC de joasă tensiune poate oferi o cale practică către o sarcină utilă mai mare, un timp de funcționare mai lung, cablare mai curată și o integrare mai compactă a sistemului de tracțiune atunci când motorul este adaptat corect la ciclul de funcționare real al vehiculului.

Cum Abordăm Design de servomotor DC de joasă tensiune pentru AGV-uri

Pentru producătorii OEM AGV, un motor standard nu este întotdeauna suficient.

Diferite AGV-uri pot avea cerințe complet diferite pentru:

Încărcătură utilă

Diametrul roții

Greutatea vehiculului

Viteza de deplasare

Accelerare

Pantă

Tensiunea bateriei

Ciclu de funcționare

Protocol de control

Condiții de mediu

Prin urmare, motorul, cutia de viteze, codificatorul, controlerul și roata trebuie să fie considerate ca un sistem de tracțiune integrat.

Finalizare pentru OEM-urile AGV

Îmbunătățirea duratei de viață a bateriei AGV și a capacității de sarcină utilă nu este doar o chestiune de a instala o baterie mai mare sau un motor de putere mai mare.

Cea mai eficientă abordare este optimizarea întregului sistem de tracțiune.

Un proiectat corespunzător servomotor DC de joasă tensiune poate contribui prin:

Funcționare de înaltă eficiență

Controlul cuplului și al vitezei în buclă închisă

Frânare regenerativă

Densitate mare de cuplu

Integrare compactă

Performanță termică îmbunătățită

Diagnosticare mai bună

Atunci când aceste caracteristici se potrivesc corect cu cutia de viteze, roata, bateria, controlerul și ciclul de lucru AGV, rezultatul poate fi îmbunătățiri măsurabile în:

Durata de funcționare a bateriei + Utilizarea sarcinii utile + Eficiența energetică + Stabilitatea termică + Productivitatea flotei

Pentru OEM și operatorii de depozit, întrebarea cea mai semnificativă nu este, prin urmare, pur și simplu „Ce motor are mai multă putere?”

O întrebare mai bună este:

„Ce sistem de propulsie poate oferi cuplul și performanța de mișcare necesare pentru roată, utilizând cea mai puțin practică energie, greutate, spațiu și întreținere?”

Această abordare la nivel de sistem oferă o bază mai solidă pentru proiectarea platformelor de tracțiune AGV eficiente, fiabile și scalabile.