Как увеличить срок службы батареи AGV и увеличить грузоподъемность с помощью низковольтных серводвигателей постоянного тока?

Для современных автоматизированных управляемых транспортных средств (AGV) и автономных мобильных роботов (AMR) два показателя производительности всегда тесно связаны:

Время автономной работы и грузоподъемность.

Транспортному средству, которое потребляет слишком много энергии, требуется аккумулятор большей емкости. Но батарея большего размера также увеличивает вес, уменьшая объем полезной нагрузки, которую может нести транспортное средство.

Именно поэтому система тяги заслуживает пристального внимания.

Правильно спроектированная низковольтная система серводвигателей постоянного тока может помочь производителям AGV улучшить:

• Энергоэффективность

• Время работы от батареи

• Стартовый и подъемный крутящий момент

• Соотношение полезной нагрузки и веса автомобиля

• Точность движения

• Регенеративное торможение

• Термическая стабильность

• Общая эффективность трансмиссии

Для проектов AGV в США выбор двигателя также следует рассматривать в рамках более широкой концепции безопасности машин. Текущие ссылки включают ANSI/A3 R15.08-1-2020 (R2026), , ANSI/A3 R15.08-2-2023 , , ANSI/A3 R15.08-3-2026 и ANSI/ITSDF B56.5-2024..

Решения для серводвигателей постоянного тока AGV

Системы привода AGV требуют большего, чем простое вращение двигателя. Приводной двигатель должен обеспечивать контролируемый крутящий момент, точное регулирование скорости, плавное ускорение и надежную обратную связь при работе от низковольтной аккумуляторной системы постоянного тока. По этой причине серводвигатели постоянного тока, встроенные серводвигатели постоянного тока, серводвигатели постоянного тока с редуктором, серводвигатели STO и ступичные двигатели AGV . в архитектурах приводов AGV и AMR обычно используются

JKONGMOTOR предлагает несколько конфигураций серводвигателей постоянного тока, которые можно адаптировать к различным требованиям по нагрузке, скорости, пространству, защите и безопасности AGV.

Ассортимент серводвигателей постоянного тока AGV

Jkongmotor Индивидуальные движения серводвигателя

Универсальный поставщик интегрированных решений для серводвигателей постоянного тока

1. Встроенный серводвигатель постоянного тока.

Встроенный серводвигатель постоянного тока объединяет двигатель, сервопривод и энкодер в одном компактном корпусе. Эта архитектура уменьшает количество внешней проводки и экономит место для установки, что делает ее особенно полезной для компактных шасси AGV и AMR.

Он поддерживает управление движением с обратной связью по скорости, положению и крутящему моменту , а встроенная электроника упрощает соединение между двигателем и контроллером транспортного средства. Интегрированные сервоархитектуры широко используются там, где важными факторами при проектировании являются пространство шасси и эффективность проводки.

Типичные применения AGV:

• Складские AGV

• Ведущие колеса АМР

• Автономные роботы-перегружатели материалов

• Сортировочные роботы

• Компактные мобильные роботы

2. Серводвигатель постоянного тока с планетарным редуктором.

Серводвигатель постоянного тока с планетарным редуктором сочетает в себе серводвигатель постоянного тока с планетарным редуктором для увеличения выходного крутящего момента при сохранении компактной трансмиссии.

Эта конфигурация подходит, когда AGV требует более сильного крутящего момента на колесах для трогания с места, ускорения, подъема на пандусы или перевозки более тяжелых грузов . Коробка передач также позволяет двигателю работать на более высокой скорости, обеспечивая при этом более низкую скорость вращения колеса.

Типичные применения:

• Тяжелые AGV

• Складские транспортные средства

• Роботы для обработки поддонов

• Мобильная погрузочно-разгрузочная техника

• Ведущие колеса AGV, требующие высокого крутящего момента

3. Серводвигатель постоянного тока с червячным редуктором

Серводвигатель постоянного тока с червячной передачей объединяет червячный редуктор с серводвигателем постоянного тока. Высокий передаточный коэффициент делает его подходящим для применений, требующих высокого выходного крутящего момента и контролируемого движения на низкой скорости.

Червячный редуктор также может обеспечивать полезные характеристики удержания нагрузки в зависимости от конструкции редуктора и условий эксплуатации. Это делает его применимым к механизмам AGV, где важны контролируемое движение и механическое удержание.

Типичные применения:

• Системы привода AGV для тяжелых грузов

• Механизмы подъема и позиционирования

• Конвейерно-перегрузочное оборудование

• Промышленные мобильные роботы

• Автоматизированные системы обработки

4. Серводвигатель постоянного тока со встроенным тормозом.

Серводвигатель постоянного тока со встроенным тормозом объединяет серводвигатель, энкодер, привод и электромагнитный тормоз в один узел.

Тормоз особенно полезен, когда механизм AGV должен удерживать свое положение после отключения питания двигателя . Его можно рассматривать для подъемных осей, вертикальных механизмов, наклонного оборудования и приложений, где необходимо предотвратить неконтролируемое механическое движение.

Типичные применения:

• Подъемные механизмы АГВ

• Вертикальные системы транспортировки

• Автоматизированное погрузочно-разгрузочное оборудование

• Механизмы наклонного привода

• Мобильные роботы с требованиями к удержанию

5. Встроенный серводвигатель постоянного тока IP65.

Встроенный серводвигатель постоянного тока со степенью защиты IP65 предназначен для применения в автоматизированных транспортных средствах, где двигатель может подвергаться воздействию пыли, брызг воды или сложных промышленных условий.

Интегрированная архитектура двигателя и привода сочетает в себе компактную установку и улучшенную защиту корпуса. Это делает его полезным для складской логистики, мобильной техники, уличного оборудования и промышленных AGV, где защита окружающей среды является важной спецификацией. JKONGMOTOR указывает степень защиты IP65 в качестве доступной конфигурации для своей интегрированной платформы серводвигателей.

Типичные применения:

• AGV с возможностью использования на открытом воздухе

• Логистические роботы

• Заводские транспортные средства

• Мобильная погрузочно-разгрузочная техника

• Запыленная промышленная среда

6. Серводвигатель постоянного тока AGV STO

Серводвигатель постоянного тока AGV STO предназначен для систем AGV и AMR, где Safe Torque Off (STO) является частью архитектуры безопасности управления движением.

STO отключает способность привода генерировать крутящий момент двигателя при активации функции безопасности. Поэтому она отличается от обычной команды движения: STO предотвращает создание крутящего момента, а не просто дает команду транспортному средству замедлиться.

Типичные применения:

• Автономные мобильные роботы

• Доступные для человека складские помещения

• Интеллектуальные логистические системы

• Автоматизированная обработка материалов

• AGV, требующие функций привода, связанных с безопасностью

7. Мотор-концентратор AGV

Мотор -концентратор AGV объединяет приводной двигатель в колесо или ступицу в сборе, создавая компактное решение для полного привода.

По сравнению с традиционной схемой «двигатель плюс коробка передач» мотор-ступица позволяет уменьшить количество компонентов механической трансмиссии и лучше использовать ограниченное пространство шасси. Это особенно актуально для компактных AGV, AMR, автономных транспортных роботов и низкопольных мобильных платформ . Архитектуру двигателя-концентратора следует выбирать в зависимости от диаметра колес, нагрузки автомобиля, требуемого крутящего момента, скорости и температурных условий.

Почему стоит выбрать встроенный серводвигатель постоянного тока для AGV?

Основным преимуществом является интеграция на уровне системы, а не просто производительность двигателя.

Компактная установка

Двигатель, энкодер и электроника привода могут быть объединены в один узел, что снижает необходимость в отдельной монтажной позиции сервопривода.

Упрощенная проводка

Интегрированная сервоархитектура позволяет сократить прокладку кабелей двигателя и энкодера между двигателем и внешним приводом, что помогает упростить электрическую конструкцию AGV.

Управление движением по замкнутому контуру

Обратная связь энкодера позволяет точно контролировать скорость и положение колес, что важно для навигации AGV и синхронизированной работы колес.

Гибкая связь

В зависимости от конфигурации сервосистемы AGV могут поддерживать такие методы связи, как CANopen, RS485/Modbus и EtherCAT . Эти интерфейсы обычно используются для интеграции сервоосей с контроллерами AGV.

Несколько механических конфигураций

Планетарные редукторы, червячные редукторы, тормоза, водонепроницаемые корпуса и конструкции ступичного привода позволяют адаптировать двигатель к различным архитектурам AGV.

Одна платформа для различных конструкций приводов AGV

Интегрированная сервоплатформа JKONGMOTOR охватывает множество механических конфигураций и конфигураций управления, включая системы постоянного тока 24 В/48 В, варианты коробки передач, конфигурации тормозов, обратную связь с энкодером, корпуса с классом защиты IP, а также интерфейсы Pulse, RS485, CANopen и EtherCAT . На странице решения AGV компании перечислены конфигурации серий IDC60 и IDC80, а также диапазон мощности от 26 Вт до 1000 Вт.

Это позволяет производителям AGV выбирать архитектуру двигателя в соответствии с реальной конструкцией автомобиля, а не использовать одну конфигурацию двигателя для каждого применения.

Для проектов OEM AGV крутящий момент двигателя, размер колес, вес транспортного средства, скорость, напряжение аккумулятора, передаточное число коробки передач, тип энкодера, протокол связи, степень защиты и требования безопасности могут быть оценены вместе, чтобы разработать подходящее решение для сервопривода постоянного тока.

Почему низковольтные серводвигатели постоянного тока имеют решающее значение для срока службы аккумулятора AGV и грузоподъемности?

Тяговый двигатель преобразует энергию аккумулятора в крутящий момент на колесах, который фактически приводит в движение AGV.

По этой причине КПД двигателя напрямую влияет на то, сколько энергии потребляет транспортное средство во время каждого транспортного цикла.

В отличие от простого привода с разомкнутым контуром, сервосистема постоянного тока с замкнутым контуром постоянно контролирует положение и скорость двигателя посредством обратной связи и регулирует выходную мощность в соответствии с фактическим рабочим состоянием.

Это особенно ценно, поскольку AGV редко работают с одной постоянной нагрузкой.

Типичные условия эксплуатации AGV

AGV может неоднократно потребоваться:

Пуск → Ускорение → Круиз → Замедление → Стоп → Поворот → Задний ход → Перезапуск.

Требуемый крутящий момент может значительно меняться между каждым этапом.

Правильно выбранная сервосистема может быстро реагировать на эти меняющиеся требования вместо того, чтобы работать с фиксированной выходной мощностью.

Эффективность аккумулятора и вес автомобиля связаны между собой

Базовые отношения – это:

Электрическая энергия = Напряжение батареи × Ток × Время работы

Уменьшение ненужного тока может снизить общее потребление энергии, сохраняя при этом необходимый крутящий момент колеса.

В то же время сама трансмиссия способствует увеличению массы автомобиля.

Базовое соотношение полезной нагрузки:

Полезная нагрузка нетто = разрешенная полная масса автомобиля − снаряженная масса автомобиля

Это создает важную дизайнерскую возможность.

Более компактный двигатель, встроенный привод или оптимизированный редуктор могут снизить вес системы и высвободить дополнительную емкость для груза.

Почему интеграция важна

Современный интегрированный серводвигатель может сочетать в себе:

Двигатель + энкодер + сервопривод + управляющая электроника

в одну компактную сборку.

Это может уменьшить:

• Сложность проводки

• Кабинетное пространство

• Компоненты внешнего привода

• Время установки

• Общая площадь трансмиссии

Для конструкций шасси AGV с ограниченным пространством эти детали могут оказать существенное влияние на конечную архитектуру автомобиля.

Как Низковольтные серводвигатели постоянного тока увеличивают время работы аккумулятора AGV за счет высокой эффективности и рекуперативного торможения?

Время работы аккумулятора не следует оценивать только по мощности, указанной на паспортной табличке двигателя.

Более полезным измерением является энергия, потребляемая во время реального рабочего цикла AGV..

Практическое приближение:

Используемая энергия аккумулятора ≈ Средняя входная мощность постоянного тока × Время работы

Поскольку AGV постоянно ускоряются и замедляются, средняя мощность может значительно отличаться от номинальной мощности двигателя.

Высокоэффективная работа

Двигатель с сервоуправлением может регулировать крутящий момент в соответствии с фактическими потребностями.

Во время устойчивого движения требуемый крутящий момент может быть относительно низким.

Во время ускорения системе может временно потребоваться гораздо более высокий крутящий момент.

Такое динамическое управление позволяет трансмиссии лучше согласовывать электрическую мощность с механической нагрузкой.

Регенеративное торможение

Регенеративное торможение обеспечивает еще один потенциальный механизм энергосбережения.

Во время замедления двигатель может работать как генератор. Вместо преобразования всей кинетической энергии в тепло посредством трения или тормозного резистора часть этой энергии может быть возвращена в шину постоянного тока.

Тогда восстановленная энергия может быть:

Вернулся к батарее

или

Используется в другом месте на шине постоянного тока

в зависимости от архитектуры системы.

Однако рекуперативное торможение должно быть спроектировано правильно.

Во время замедления напряжение шины постоянного тока может быстро возрасти. Поэтому системе необходим подходящий метод обработки регенерированной энергии с учетом приемки батареи, состояния заряда, пределов контроллера, температуры и частоты торможения.

Где рекуперативное торможение приносит наибольшую пользу

Рекуперативное торможение особенно актуально для автоматических транспортных средств с частыми:

• Остановки

• Начинается

• Изменение направления

• События замедления

• Короткие транспортные циклы

• Вертикальное или нисходящее движение

Для этих применений показатель Втч на завершенный цикл часто является более полезным показателем эффективности, чем теоретический КПД двигателя.

Как конструкция сервоприводов постоянного тока с высокой плотностью мощности напрямую увеличивает полезную нагрузку AGV?

Грузоподъемность — это, прежде всего, проблема трансмиссии и массы автомобиля.

AGV должен генерировать достаточную тяговую силу для преодоления:

Сопротивление качению + Сопротивление уклону + Ускоряющая сила + Другие механические потери

Упрощенные отношения:

Крутящий момент колеса = Тяговая сила × Радиус колеса

Вот почему выбор двигателя не может быть отделен от диаметра колес, передаточного числа коробки передач, веса автомобиля или требований к ускорению.

Плотность крутящего момента имеет большее значение, чем просто размер двигателя

Двигатель большего размера может обеспечить больший крутящий момент, но он также добавляет:

• Масса

• Объем

• Расходы

• Тепловая нагрузка

• Потребность в батарее

Лучшей целью проектирования обычно является более высокая плотность полезного крутящего момента..

Другими словами:

Более практичные характеристики колеса за счет меньшей массы и объема двигателя.

Компактная сервосистема может помочь достичь этого баланса.

Особенно важен пусковой момент.

AGV с максимальной полезной нагрузкой может потребовать значительного крутящего момента на очень низкой скорости.

Это особенно актуально, когда автомобиль:

• Начинается с отдыха

• Перевозит тяжелые грузы

• Поднимается по пандусам

• Быстро ускоряется

• Работает на полах с более высоким сопротивлением.

По этой причине двигатель следует оценивать по его постоянному и пиковому крутящему моменту , а не просто по его номинальной мощности.

Ключевые параметры трансмиссии

Цель состоит не в том, чтобы просто установить максимально большой двигатель.

Цель состоит в том, чтобы достичь требуемой скорости, крутящего момента, ускорения, способности преодолевать подъемы и теплового запаса при минимально возможном весе системы.

Как выбрать правильный Низковольтная сервосистема постоянного тока будет соответствовать стандартам безопасности и отраслевым стандартам США для AGV?

Выбрать двигатель только потому, что его номинальное напряжение соответствует аккумулятору, недостаточно.

Проект AGV в США должен оценить весь автомобиль и его архитектуру безопасности..

Текущие отраслевые рекомендации включают серию ANSI/A3 R15.08 для промышленных мобильных роботов и ANSI/ITSDF B56.5-2024 для беспилотных промышленных транспортных средств с автоматическим управлением.

В зависимости от продукта и применения могут также применяться другие стандарты и требования.

Важные факторы выбора

Электрическая совместимость

Проверьте номинальное напряжение батареи, а также минимальное и максимальное рабочее напряжение.

Номинальное напряжение аккумуляторной системы 24 В постоянного тока или 48 В постоянного тока может испытывать значительные изменения напряжения во время зарядки и разрядки.

Пиковый ток

В условиях ускорения и большой полезной нагрузки ток может быть значительно выше, чем при обычном движении.

Аккумулятор, проводка, контроллер и защитные устройства должны выдерживать ожидаемый ток.

Обратная связь

Кодер должен обеспечивать разрешение, тип обратной связи и интерфейс связи, необходимые архитектуре управления.

Функции безопасности

Аварийная остановка, реакция на ошибку, поведение при торможении, снятие крутящего момента и средства управления, связанные с безопасностью, должны оцениваться как часть всей системы AGV.

Защита окружающей среды

Двигатель должен соответствовать реальной среде, включая:

• Пыль

• Влага

• Температура

• Шок

• Вибрация

• Входное воздействие

Механическая интеграция

Проверять:

• Монтажные размеры

• Конфигурация вала

• Интерфейс коробки передач

• Соединение колес

• Прокладка кабеля

• Доступное пространство на шасси

Критическое различие

Соответствие требованиям двигателя — это не то же самое, что соответствие требованиям системы AGV.

Вся машина должна быть спроектирована, оценена на предмет рисков, защищена и проверена в соответствии с требованиями, применимыми к ее предполагаемому использованию.

Как OEM-производители и операторы автопарков могут модернизировать устаревшие приводы AGV до Низковольтные сервосистемы постоянного тока?

Модернизацию существующего AGV с устаревшего привода на сервоархитектуру следует начинать с эксплуатационных данных , а не предположений.

Практическая оценка модернизации должна фиксировать:

Типичная модернизированная архитектура

Модернизированная тяговая система может выглядеть так:

Аккумулятор → Защита постоянного тока → Сервопривод → Серводвигатель постоянного тока → Редуктор → Ведущее колесо

Энкодер передает рабочую информацию обратно в контроллер.

Затем система управления AGV управляет такими командами, как:

Скорость → Направление → Ускорение → Замедление → Реакция на ошибку

Промышленную связь также можно интегрировать через такие интерфейсы, как CANopen, EtherCAT, RS-485/Modbus или другой поддерживаемый протокол.

Поэтапная модернизация может снизить риск

Практический подход заключается в том, чтобы сначала проверить один тяговый модуль.

Затем прототип можно оценить по следующим критериям:

Текущее потребление

Ускорение

Торможение

Тепловые характеристики

Работа с полной полезной нагрузкой

Время работы от батареи

Надежность связи

Поведение при неисправности

Как только измеренные результаты достигнут проектной цели, ту же архитектуру можно будет внедрить на дополнительных транспортных средствах.

Как превосходное управление температурным режимом в сервоприводах постоянного тока предотвращает преждевременную деградацию батареи AGV?

Температурный контроль часто недооценивают при сравнении двигателей AGV.

Двигатель, который постоянно приближается к своему тепловому пределу, может производить более высокие электрические потери и передавать дополнительное тепло в окружающую трансмиссию.

В результате может возникнуть цепная реакция:

Более высокие потери → Больше тепла → Более высокая температура → Большая нагрузка на компоненты

Температура аккумулятора также имеет значение.

На старение литий-ионного аккумулятора влияют температура, состояние заряда, условия зарядки и профиль эксплуатации. Повышенные температуры могут ускорить деградацию во многих условиях эксплуатации.

Это означает, что эффективность трансмиссии связана не только с экономией электроэнергии.

Это также может помочь контролировать тепловую среду вокруг аккумулятора и электроники.

Основные источники тепла в трансмиссии AGV

Общая тепловая нагрузка может исходить из:

• Потери меди

• Железные потери

• Трение подшипника

• Потери при переключении контроллера

• Потери в коробке передач

• Потери в шинах и качении

Поэтому двигатель нужной мощности следует выбирать в соответствии с требованиями непрерывной работы , а не только кратковременной пиковой производительности.

Тепловой расчет должен учитывать всю систему.

Важные переменные включают в себя:

Температура окружающей среды

Рабочий цикл

Частота пиковой нагрузки

Непрерывный крутящий момент

Монтаж двигателя

Конструкция корпуса

Расход воздуха

Передача тепла к корпусу

Целью является стабильная рабочая температура во всей тяговой системе.

Какова измеримая рентабельность инвестиций и снижение совокупной стоимости владения при использовании низковольтных сервоприводов постоянного тока на складах в США?

Финансовая ценность модернизации сервопривода должна измеряться на основе фактических данных парка машин..

Простая цена покупки двигателя не отражает истинную стоимость владения.

Практичная модель совокупной стоимости владения AGV

Общая стоимость владения = оборудование + энергия + обслуживание + время простоя + батарея + замена + инфраструктура зарядки

Низковольтная сервосистема постоянного тока потенциально может влиять на несколько из этих переменных одновременно.

Потребление энергии

Мера:

кВтч за час работы

Но еще более сильный операционный KPI:

Втч за полный транспортный цикл

Это позволяет сравнивать различные технологии привода на одном и том же маршруте и в условиях полезной нагрузки.

Использование батареи

Снижение энергопотребления может увеличить полезное время работы между циклами зарядки в зависимости от:

• Химия аккумуляторов

• Стратегия зарядки

• Полезная нагрузка

• Расстояние путешествия

• Операционная среда

• Рабочий цикл

Обслуживание

Приводы с обратной связью могут предоставлять дополнительные диагностические данные.

В зависимости от системы группы технического обслуживания могут контролировать:

Неисправности энкодера

Перегрузка по току

Перегрев

Ошибки связи

Статус двигателя

Сигнализация привода

Улучшенная диагностика может помочь сократить время устранения неполадок.

Время простоя

Для автоматизированных складов время простоя может иметь более серьезные финансовые последствия, чем сама цена покупки двигателя.

Система тяги, которую легче диагностировать, заменять и обслуживать, может принести пользу, превышающую первоначальную стоимость оборудования.

Производительность полезной нагрузки

Полезную нагрузку следует измерять наряду с потреблением энергии.

Вместо того, чтобы просто спросить:

«Сколько килограммов может перевозить AGV?»

Более полезными операционными показателями могут быть:

«Сколько килограммов может перевезти AGV на одном заряде аккумулятора?»

Другие полезные KPI включают в себя:

кг перевезено за час работы

выполненные миссии за заряд

Втч на тонну-километр

начисление событий за смену

Эти показатели дают операторам автопарков более четкое представление о реальной производительности трансмиссии.

Как увеличить срок службы аккумулятора AGV и увеличить полезную нагрузку с помощью низковольтных серводвигателей постоянного тока: пример модернизации 1,5-тонного AMR

Этот проект модернизации был сосредоточен на сверхмощном скрытом AGV / погружном AMR массой 1,5 тонны, разработанном европейским производителем средств автоматизации внутренней логистики.

Заказчик столкнулся с тремя практическими проблемами:

Большой вес шасси снижал эффективную грузоподъемность.

Время работы от батареи было ниже желаемого целевого показателя в 8 часов.

Ограниченное пространство шасси и чрезмерное количество проводов затрудняли электрическую интеграцию.

Решением стала замена традиционной разделенной архитектуры двигателя и привода на двойную. Низковольтные встроенные серводвигатели постоянного тока 48 В , объединяющие двигатель и электронику привода в компактные модули колесного привода с поддержкой связи CANopen/EtherCAT..

Результаты редизайна

Ключевой результат: обновленная конструкция AGV позволила снизить массу трансмиссии на 7,3 кг , увеличить срок службы с 7,5 до 10,2 часов и повысить эффективную полезную нагрузку с 1000 кг до 1250 кг при использовании той же литиевой аккумуляторной батареи 48 В/100 Ач.

Оригинальная конструкция AGV и ее ограничения

В оригинальном автомобиле использовалась традиционная архитектура с раздельным двигателем и водителем..

Двигатели устанавливались рядом с ведущими колесами, а сервоприводы устанавливались отдельно внутри основного электрического отсека.

Эта архитектура создала несколько проблем при создании компактного AMR для тяжелых условий эксплуатации.

1. Чрезмерный вес трансмиссии.

Общий вес двух двигателей, внешних сервоприводов, жгутов проводов, разъемов, экрана и монтажных компонентов достиг примерно 18,5 кг..

Для автомобиля с фиксированным пределом полной массы эта дополнительная масса напрямую уменьшала количество груза, которое AGV мог перевозить легально и механически.

2. Длинные сильноточные кабели.

Отдельная архитектура привода требовала, чтобы сильноточные кабели двигателя проходили между центральным электрическим шкафом и узлами привода колес.

В компактном AMR эти кабели занимают ценное пространство для установки и усложняют прокладку.

Они также могут привести к дополнительным электрическим потерям из-за сопротивления кабеля.

3. Ограниченное внутреннее пространство

Для двух внешних сервоприводов требовался отдельный шкаф и место для установки на DIN-рейку.

Это уменьшило пространство, доступное для:

Компоненты аккумулятора

ПЛК и ввод-вывод

Оборудование безопасности

Оборудование связи

Компоненты терморегулирования

Доступ к сервису

4. Время работы от батареи ниже целевого

Оригинальная система работала примерно 7,5 часов при использовании литиевого аккумулятора 48 В/100 Ач..

Для тяжелого автомобиля, который, как ожидается, будет выполнять расширенные складские операции, это оставляет небольшую операционную прибыль.

Интегрированное сервопривод постоянного тока 48 В

Чтобы решить три проблемы одновременно, клиент заменил раздельную систему привода на две. Низковольтные встроенные серводвигатели постоянного тока 48 В.

Новая архитектура интегрирует двигатель и электронику привода непосредственно в модуль полного привода.

Новая архитектура трансмиссии

Батарея 48 В

↓

Главный контроллер AGV/ПЛК

↓

Коммуникационная шина CANopen/EtherCAT

↓

Двойные встроенные серводвигатели постоянного тока 48 В

↓

Ведущие колеса

Это существенно уменьшает количество оборудования, установленного в центральном электрошкафу.

Новое решение также поддерживает высокий пиковый перегрузочный момент , управление с обратной связью и связь по шине.

Как интегрированная сервосистема постоянного тока увеличила срок службы батареи

Увеличение времени автономной работы произошло за счет ряда инженерных изменений, а не за счет увеличения размера батареи.

Снижение потерь в кабеле

В исходной системе сильноточные кабели двигателей соединяли электронику центрального привода с тяговыми двигателями.

Потери электрической мощности в проводнике можно аппроксимировать с помощью:

P = I²R

где:

• P = потеря мощности

• Я = текущий

• R = сопротивление кабеля

При перемещении электроники привода непосредственно на узел двигателя сильноточное соединение становится чрезвычайно коротким.

В этом проекте расстояние между фазным проводом драйвер-двигатель было уменьшено до менее 5 см..

Результатом стало существенное сокращение потерь, связанных с кабелем, и более чистая архитектура электропитания.

Работа при напряжении 48 В снижает потребляемый ток

В ходе модернизации также была перенесена архитектура питания AGV с 24 В на 48 В постоянного тока..

Для той же механической выходной мощности:

Я = П/У

Увеличение напряжения системы снижает ток, необходимый для данного уровня мощности.

Меньший ток может позволить:

Меньшие сечения кабеля

Более низкие резистивные потери

Уменьшенный нагрев кабеля

Более компактная проводка

Это особенно полезно в мощном мобильном оборудовании, где длинные кабели могут стать важной частью электрической конструкции.

Регенеративное торможение

Встроенные сервоконтроллеры также оптимизировали рекуперативное торможение.

Во время замедления или движения под уклон тяговые двигатели могут работать как генераторы.

Вместо того, чтобы рассеивать всю доступную кинетическую энергию в виде тепла, система перенаправляет восстанавливаемую энергию обратно в шину постоянного тока 48 В и аккумуляторную систему , в зависимости от допустимых параметров батареи и ограничений контроллера.

Это становится особенно ценным для тяжелых AGV, поскольку 1,5-тонное транспортное средство несет в себе значительную кинетическую энергию во время движения.

Чем чаще автомобиль ускоряется и замедляется, тем более актуальной становится рекуперация энергии.

Векторное управление ВОК

Встроенная сервосистема использует полеориентированное управление (FOC) для регулирования тока и крутящего момента двигателя.

Более точно контролируя магнитное поле двигателя и ток, создающий крутящий момент, система может работать ближе к требуемой точке нагрузки.

Практическими целями являются:

Стабильное производство крутящего момента

Эффективное использование тока

Уменьшите ненужный нагрев

Плавное ускорение и замедление

Улучшенное управление на низкой скорости.

Для тяжелонагруженного AMR, работающего непрерывно в несколько смен, эти характеристики могут влиять как на энергопотребление, так и на термическую стабильность.

Ключевые технические улучшения и данные о рентабельности инвестиций

Подробный инжиниринг: как интегрированные сервоприводы постоянного тока решают двойную задачу

1. Увеличение срока службы батареи

• Устранение потерь в медном кабеле. Традиционные конструкции AGV прокладывают сильноточные фазовые кабели от центральных блоков управления к ведущим колесам. Встроенные низковольтные сервоприводы постоянного тока соединяют драйвер непосредственно с задней частью энкодера двигателя, сокращая расстояние между фазными проводами до менее 5 см.
• Оптимизация рекуперативного торможения: встроенные контроллеры улавливают кинетическую энергию во время замедления и движения под уклон, подавая постоянный ток непосредственно обратно в аккумуляторную батарею на 48 В.
• Высокоэффективное векторное управление FOC: оптимизированные алгоритмы ориентированного на поле управления поддерживают низкие рабочие температуры при постоянной нагрузке, поддерживая потребление тока при оптимальных рабочих циклах.

2. Увеличение грузоподъемности

• Снижение веса корпуса. Устранение внешних корпусов драйверов, тяжелых экранирующих кабелей и креплений на DIN-рейке позволяет сэкономить почти 7,3 кг собственного веса. Каждый килограмм, сэкономленный на массе шасси, напрямую приводит к повышению грузоподъемности.
• Высокая способность перегрузки по крутящему моменту: встроенные низковольтные сервоприводы постоянного тока выдерживают до трехкратного номинального крутящего момента во время начального ускорения с большой нагрузкой и подъема по рампе (уклон до 5°), предотвращая ошибки остановки без необходимости использования двигателей слишком большой мощности.

3. Этапы реализации

1. Миграция системы электропитания: модернизация системной шины с 24 В до 48 В постоянного тока. Более высокое напряжение снижает общий рабочий ток ( I = P/U ), снижая требования к поперечному сечению кабеля и рассеивание тепла.

2. Механическая модульность модуля привода: установите два встроенных сервопривода постоянного тока с напряжением 48 В непосредственно на ведущие колеса дифференциала или узлы поворотных роликов.

3. Топология коммуникационной шины: соедините один экранированный кабель шлейфового подключения CANopen/EtherCAT между основным контроллером AGV PLC и обоими встроенными двигателями, заменяя более 16 дискретных проводов управления.

Измеренные результаты «до» и «после»

Модернизация привела к ощутимым улучшениям по ключевым показателям производительности AGV , включая вес трансмиссии, внутреннее пространство, эффективность, срок службы аккумулятора и грузоподъемность.

Общий результат: за счет интеграции сервоприводов постоянного тока непосредственно в колесные модули AGV достиг меньшего веса трансмиссии, уменьшенных требований к внутреннему пространству, более высокой эффективности системы, увеличения срока службы аккумулятора и большей эффективной полезной нагрузки.

Эти результаты показывают, что модернизация одновременно улучшила производительность аккумулятора и полезную нагрузку за счет сочетания интеграции трансмиссии, уменьшения потерь в проводке, улучшения управления двигателем и снижения массы автомобиля.

Отзывы клиентов

«Перейдя на встроенные низковольтные серводвигатели постоянного тока с напряжением 48 В, мы сократили время сборки нашего AGV на 40 % за счет упрощенной прокладки жгутов. Что еще более важно, наши клиенты добились полной работы в 3 смены (24 часа) всего за две короткие альтернативные зарядки в день».

— Руководитель отдела исследований и разработок Industrial AMR Solutions

Что демонстрирует модернизированный 1,5-тонный AMR

Этот проект позволяет извлечь несколько важных уроков для производителей тяжелых AGV и AMR.

Срок службы батареи — проблема системы трансмиссии

Увеличение емкости аккумулятора – не единственный способ добиться увеличения времени работы.

Сокращение электрических потерь, улучшение управления двигателем, рекуперация энергии торможения и уменьшение массы транспортного средства — все это может способствовать увеличению полезного срока службы.

На полезную нагрузку влияет каждый килограмм массы автомобиля.

Вес двигателя, привода, шкафа, монтажного оборудования и кабеля составляет часть общего веса автомобиля.

Таким образом, более интегрированная тяговая архитектура может создать дополнительную полезную нагрузку без простого увеличения размера двигателя.

Архитектура 48 В становится все более привлекательной по мере роста мощности

Более высокое напряжение системы может снизить ток при заданной потребляемой мощности, помогая производителям автоматических транспортных средств управлять размером кабеля, резистивными потерями и тепловой нагрузкой.

Интегрированная сервоархитектура упрощает компактность AMR

Объединение двигателя и привода в один модуль позволяет отказаться от использования внешних шкафов привода и сократить сильноточную проводку.

Это может улучшить как механическую упаковку, так и эффективность сборки..

Пиковый крутящий момент имеет решающее значение для тяжелых транспортных средств.

1,5-тонному AGV требуется более чем достаточный крутящий момент для движения.

Он также должен ускоряться из состояния покоя, нести максимальную полезную нагрузку, подниматься по пандусам и выдерживать кратковременные перегрузки.

Это делает максимальный крутящий момент и устойчивость к перегрузкам . важными критериями выбора

Краткое изложение окончательных результатов

Для тяжелых AGV и AMR интегрированная архитектура низковольтных сервоприводов постоянного тока может обеспечить практический путь к увеличению полезной нагрузки, увеличению времени работы, более чистой проводке и более компактной интеграции тяговой системы, когда двигатель правильно адаптирован к реальному рабочему циклу автомобиля.

Как мы подходим Проектирование низковольтного серводвигателя постоянного тока для AGV

OEM-производителям AGV стандартного двигателя не всегда достаточно.

У разных AGV могут быть совершенно разные требования к:

Полезная нагрузка

Диаметр колеса

Вес автомобиля

Скорость движения

Ускорение

Склон

Напряжение аккумулятора

Рабочий цикл

Протокол управления

Условия окружающей среды

Поэтому двигатель, редуктор, энкодер, контроллер и колесо необходимо рассматривать как одну интегрированную тяговую систему..

Заключительный вывод для OEM-производителей AGV

Увеличение срока службы аккумулятора AGV и увеличения грузоподъемности — это не просто вопрос установки аккумулятора большего размера или двигателя большей мощности.

Самый эффективный подход — оптимизировать всю тяговую систему..

Правильно спроектированный низковольтный серводвигатель постоянного тока может способствовать:

Высокоэффективная работа

Регулирование крутящего момента и скорости с обратной связью

Регенеративное торможение

Высокая плотность крутящего момента

Компактная интеграция

Улучшенные тепловые характеристики

Лучшая диагностика

Когда эти характеристики правильно согласованы с коробкой передач, колесом, аккумулятором, контроллером и рабочим циклом AGV, результатом могут быть измеримые улучшения в:

Время автономной работы + Использование полезной нагрузки + Энергоэффективность + Термическая стабильность + Производительность автопарка

Поэтому для OEM-производителей и операторов складов наиболее значимым вопросом является не просто «Какой двигатель больше мощности?»

Лучший вопрос:

«Какая трансмиссия может обеспечить требуемый крутящий момент на колесах и характеристики движения, используя при этом минимальное количество энергии, веса, пространства и затрат на обслуживание?»

Такой подход на уровне системы обеспечивает более прочную основу для разработки эффективных, надежных и масштабируемых тяговых платформ AGV.