Kako izboljšati življenjsko dobo baterije AGV in zmogljivost nosilnosti z nizkonapetostnimi enosmernimi servo motorji?

Za sodobna avtomatsko vodena vozila (AGV) in avtonomne mobilne robote (AMR) sta dve metriki zmogljivosti vedno tesno povezani:

Čas delovanja baterije in nosilnost.

Vozilo, ki porabi preveč energije, potrebuje večjo baterijo. Toda večja baterija poveča tudi težo, kar zmanjša količino tovora, ki ga vozilo lahko nosi.

Zato si vlečni sistem zasluži posebno pozornost.

Pravilno zasnovan sistem nizkonapetostnega servo motorja na enosmerni tok lahko pomaga proizvajalcem AGV izboljšati:

• Energijska učinkovitost

• Čas delovanja baterije

• Navor pri zagonu in vzponu

• Razmerje med nosilnostjo in maso vozila

• Natančnost gibanja

• Regenerativno zaviranje

• Toplotna stabilnost

• Celotna učinkovitost pogonskega sklopa

Pri projektih AGV v ZDA je treba izbiro motorja obravnavati tudi znotraj širšega okvira varnosti stroja. Trenutne reference vključujejo ANSI/A3 R15.08-1-2020 (R2026) , ANSI/A3 R15.08-2-2023 , ANSI/A3 R15.08-3-2026 in ANSI/ITSDF B56.5-2024.

Rešitve servo motorjev AGV DC

Pogonski sistemi AGV potrebujejo več kot preprosto vrtenje motorja. Pogonski motor mora zagotavljati nadzorovan navor, natančno regulacijo hitrosti, gladko pospeševanje in zanesljivo povratno informacijo, medtem ko deluje iz nizkonapetostnega sistema enosmernih baterij. Zaradi tega se servo motorji DC, integrirani servo motorji DC, servo motorji z enosmernim pogonom, servo motorji STO in motorji pesta AGV običajno uporabljajo v pogonskih arhitekturah AGV in AMR.

JKONGMOTOR ponuja več konfiguracij enosmernega servo motorja, ki jih je mogoče prilagoditi različnim obremenitvam, hitrosti, prostoru, zaščiti in varnostnim zahtevam AGV.

Paleta izdelkov servo motorja AGV DC

Gibanje servo motorja Jkongmotor po meri

Ponudnik rešitev integriranega enosmernega servo motorja na enem mestu

1. Integrirani enosmerni servo motor

Integrirani enosmerni servo motor združuje motor, servo pogon in dajalnik v enem kompaktnem ohišju. Ta arhitektura zmanjša zunanje ožičenje in prihrani prostor za namestitev, zaradi česar je še posebej uporabna za kompaktna ohišja AGV in AMR.

Podpira nadzor gibanja v zaprti zanki za hitrost, položaj in navor , medtem ko integrirana elektronika poenostavlja povezavo med motorjem in krmilnikom vozila. Integrirane servo arhitekture se pogosto uporabljajo, kjer sta prostor šasije in učinkovitost ožičenja pomembna vidika načrtovanja.

Tipične aplikacije AGV:

• Skladišče AGV

• AMR pogonska kolesa

• Avtonomni roboti za ravnanje z materialom

• Razvrščanje robotov

• Kompaktni mobilni roboti

2. Enosmerni servo motor s planetnim gonilnikom

Planetarni enosmerni servo motor združuje enosmerni servo motor s planetnim menjalnikom za povečanje izhodnega navora ob ohranjanju kompaktnega pogonskega sklopa.

Ta konfiguracija je primerna, ko AGV zahteva večji navor koles za speljevanje, pospeševanje, vzpenjanje po klančinah ali prenašanje težjega tovora . Menjalnik prav tako omogoča, da motor deluje pri višji hitrosti, hkrati pa zagotavlja nižjo hitrost na kolesu.

Tipične aplikacije:

• Težka AGV

• Skladiščna transportna vozila

• Roboti za ravnanje s paletami

• Mobilna oprema za ravnanje z materialom

• Pogonska kolesa AGV, ki zahtevajo visok navor

3. Polžasti enosmerni servo motor

Polžasti enosmerni servo motor združuje polžasti menjalnik z enosmernim servo motorjem. Zaradi visokega razmerja redukcije je primeren za aplikacije, ki zahtevajo visok izhodni navor in nadzorovano gibanje pri nizki hitrosti.

Polžasti menjalnik lahko zagotovi tudi uporabne lastnosti zadrževanja obremenitve, odvisno od zasnove menjalnika in pogojev delovanja. Zaradi tega je uporaben za mehanizme AGV, kjer sta pomembna nadzorovano gibanje in mehansko držanje.

Tipične aplikacije:

• Pogonski sistemi AGV za velike obremenitve

• Dvižni in pozicionirni mehanizmi

• Transportna oprema za prenos

• Industrijski mobilni roboti

• Avtomatizirani manipulativni sistemi

4. Zavorni vgrajen enosmerni servo motor

Vgrajen enosmerni servo motor z zavoro združuje servo motor, kodirnik, pogon in elektromagnetno zavoro v en sklop.

Zavora je še posebej uporabna, ko mora mehanizem AGV obdržati svoj položaj po izklopu moči motorja . Upoštevati ga je mogoče za dvižne osi, navpične mehanizme, nagnjeno opremo in aplikacije, kjer je treba preprečiti nenadzorovano mehansko gibanje.

Tipične aplikacije:

• Dvižni mehanizmi AGV

• Vertikalni prenosni sistemi

• Avtomatizirana oprema za ravnanje

• Nagnjeni pogonski mehanizmi

• Mobilni roboti z zahtevami za držanje

5. Integrirani enosmerni servo motor IP65

je Vgrajeni enosmerni servo motor IP65 zasnovan za aplikacije AGV, kjer lahko motor naleti na prah, brizganje vode ali zahtevne industrijske pogoje.

Njegova integrirana arhitektura motorja in pogona združuje kompaktno namestitev z izboljšano zaščito ohišja. Zaradi tega je uporaben za skladiščno logistiko, mobilne stroje, opremo za uporabo na prostem in industrijske AGV, kjer je varstvo okolja pomembna specifikacija. JKONGMOTOR navaja zaščito IP65 kot razpoložljivo konfiguracijo za svojo integrirano platformo servo motorja.

Tipične aplikacije:

• AGV, primerna za uporabo na prostem

• Logistični roboti

• Tovarniška transportna vozila

• Mobilna oprema za ravnanje z materialom

• Industrijska okolja, nagnjena k prahu

6. AGV STO enosmerni servo motor

Servo motor AGV STO DC je zasnovan za sisteme AGV in AMR, kjer je varni izklop navora (STO) del varnostne arhitekture za nadzor gibanja.

STO onemogoči pogonu sposobnost ustvarjanja navora motorja, ko je varnostna funkcija aktivirana. Zato se razlikuje od običajnega ukaza za gibanje: STO preprečuje ustvarjanje navora, namesto da bi vozilu preprosto ukazal, naj upočasni.

Tipične aplikacije:

• Avtonomni mobilni roboti

• Človeku dostopni skladiščni prostori

• Inteligentni logistični sistemi

• Avtomatsko ravnanje z materialom

• AGV, ki zahtevajo varnostne pogonske funkcije

7. Motor pesta AGV

Motor pesta AGV integrira pogonski motor v sklop kolesa ali pesta, kar ustvarja kompaktno rešitev kolesnega pogona.

V primerjavi s konvencionalno razporeditvijo motorja in menjalnika lahko motor v pestu zmanjša mehanske komponente prenosa in bolje izkoristi omejen prostor šasije. Posebej je pomemben za kompaktne AGV, AMR, avtonomne transportne robote in nizkopodne mobilne platforme . Arhitekturo pesta in motorja je treba izbrati glede na premer kolesa, obremenitev vozila, zahtevani navor, hitrost in toplotne pogoje.

Zakaj izbrati integriran enosmerni servo motor za AGV?

Glavna prednost je integracija na sistemski ravni in ne zgolj zmogljivost motorja.

Kompaktna namestitev

Motor, dajalnik in pogonsko elektroniko je mogoče združiti v en sklop, kar zmanjša potrebo po ločenem položaju za montažo servo pogona.

Poenostavljeno ožičenje

Integrirana servo arhitektura lahko zmanjša napeljavo kabla motorja in kodirnika med motorjem in zunanjim pogonom, kar pomaga poenostaviti električno zasnovo AGV.

Nadzor gibanja v zaprti zanki

Povratna informacija kodirnika omogoča natančno kontrolo hitrosti in položaja koles, kar je pomembno za navigacijo AGV in sinhronizirano delovanje koles.

Fleksibilna komunikacija

Odvisno od konfiguracije lahko servo sistemi AGV podpirajo komunikacijske metode, kot so CANopen, RS485/Modbus in EtherCAT . Ti vmesniki se običajno uporabljajo za integracijo servo osi s krmilniki AGV.

Več mehanskih konfiguracij

Planetarni menjalniki, polžasti menjalniki, zavore, vodotesna ohišja in pogonske strukture pesta omogočajo, da se motor prilagodi različnim arhitekturam AGV.

Ena platforma za različne modele pogonov AGV

Integrirana servo platforma JKONGMOTOR pokriva številne mehanske in krmilne konfiguracije, vključno s sistemi 24 V/48 V DC, možnostmi menjalnika, konfiguracijami zavor, povratnimi informacijami kodirnikov, ohišji z oceno IP in vmesniki Pulse, RS485, CANopen in EtherCAT . Stran z rešitvami podjetja AGV navaja konfiguracije serije IDC60 in IDC80 ter obseg moči, ki sega od 26 W do 1000 W.

To omogoča proizvajalcem AGV, da izberejo arhitekturo motorja glede na dejansko zasnovo vozila, namesto da uporabljajo eno konfiguracijo motorja za vsako aplikacijo.

Za projekte OEM AGV je mogoče skupaj oceniti navor motorja, velikost kolesa, težo vozila, hitrost, napetost akumulatorja, razmerje menjalnika, vrsto kodirnika, komunikacijski protokol, stopnjo zaščite in varnostne zahteve, da se razvije ustrezna rešitev servo pogona DC.

Zakaj so nizkonapetostni enosmerni servo motorji kritični za življenjsko dobo baterije AGV in nosilnost?

Vlečni motor pretvarja energijo baterije v navor kolesa, ki dejansko premika AGV.

Iz tega razloga učinkovitost motorja neposredno vpliva na to, koliko energije vozilo porabi med posameznim transportnim ciklom.

Za razliko od preprostega pogona z odprto zanko, servo sistem z enosmerno zanko z zaprto zanko nenehno spremlja položaj in hitrost motorja prek povratnih informacij in prilagaja izhod glede na dejanske pogoje delovanja.

To je še posebej dragoceno, ker AGV redko delujejo pri eni stalni obremenitvi.

Tipični pogoji delovanja AGV

AGV bo morda moral vedno znova:

Start → Pospeševanje → Tempomat → Upočasnitev → Ustavi → Zavijanje → Vzvratno → Ponovni zagon

Zahtevani navor se lahko med vsako stopnjo bistveno spremeni.

Pravilno izbran servo sistem se lahko hitro odzove na te spreminjajoče se zahteve, namesto da bi deloval s fiksno močjo.

Učinkovitost baterije in teža vozila sta povezana

Osnovno razmerje je:

Električna energija = napetost baterije × tok × čas delovanja

Zmanjšanje nepotrebnega toka lahko zmanjša skupno porabo energije, hkrati pa ohrani zahtevani navor kolesa.

Hkrati sam pogon prispeva k masi vozila.

Osnovno razmerje tovora je:

Neto tovor = dovoljena bruto teža vozila − teža praznega vozila

To ustvarja pomembno oblikovalsko priložnost.

Kompaktnejši motor, integriran pogon ali optimiziran menjalnik lahko zmanjšajo težo sistema in sprostijo dodatno zmogljivost za tovor.

Zakaj je integracija pomembna

Sodoben integriran servo motor lahko združuje:

Motor + kodirnik + servo pogon + krmilna elektronika

v en kompakten sklop.

To lahko zmanjša:

• Kompleksnost ožičenja

• Prostor za kabinet

• Komponente zunanjega pogona

• Čas namestitve

• Celoten odtis pogonskega sklopa

Pri prostorsko omejenih zasnovah podvozja AGV lahko te podrobnosti pomembno vplivajo na končno arhitekturo vozila.

Kako Nizkonapetostni enosmerni servo motorji podaljšajo čas delovanja baterije AGV z visoko učinkovitostjo in regenerativnim zaviranjem?

Časa delovanja baterije ne bi smeli oceniti samo na podlagi moči motorja na imenski tablici.

Bolj uporabna meritev je porabljena energija med dejanskim delovnim ciklom AGV.

Praktičen približek je:

Porabljena energija baterije ≈ povprečna vhodna moč enosmernega toka × čas delovanja

Ker AGV nenehno pospešujejo in zavirajo, se lahko povprečna moč bistveno razlikuje od nazivne moči motorja.

Visoko učinkovito delovanje

Servo krmiljen motor lahko prilagodi navor glede na dejansko povpraševanje.

Med enakomerno vožnjo je zahtevani navor lahko relativno nizek.

Med pospeševanjem lahko sistem začasno potrebuje veliko večji navor.

Ta dinamični nadzor omogoča, da pogonski sklop bolje uskladi električni vhod z mehanskimi zahtevami.

Regenerativno zaviranje

Regenerativno zaviranje zagotavlja še en potencialni mehanizem za varčevanje z energijo.

Med pojemkom lahko motor deluje kot generator. Namesto pretvarjanja vse kinetične energije v toploto s trenjem ali zavornim uporom se lahko del te energije vrne v vodilo DC.

Regenerirana energija je potem lahko:

Vrnjen v baterijo

oz

Uporablja se drugje na vodilu DC

odvisno od arhitekture sistema.

Vendar mora biti regenerativno zaviranje pravilno zasnovano.

Med pojemkom lahko napetost DC-busa hitro naraste. Sistem zato potrebuje ustrezen način ravnanja z regenerirano energijo, ob upoštevanju sprejemljivosti baterije, stanja napolnjenosti, omejitev regulatorja, temperature in frekvence zaviranja.

Kjer ima regenerativno zaviranje največjo vrednost

Regenerativno zaviranje je še posebej pomembno za AGV s pogostimi:

• Postanki

• Začne

• Spremembe smeri

• Dogodki pojemka

• Kratki transportni cikli

• Navpično ali navzdol gibanje

Za te aplikacije je Wh na zaključen cikel pogosto bolj uporaben KPI kot teoretična učinkovitost motorja.

Kako zasnova enosmernih servomotorjev z visoko gostoto moči neposredno poveča neto obremenitev AGV?

Nosilnost je predvsem problem pogonskega sklopa in mase vozila.

AGV mora ustvariti dovolj vlečne sile, da premaga:

Kotalni upor + upor naklona + sila pospeška + druge mehanske izgube

Poenostavljeno razmerje je:

Navor kolesa = vlečna sila × polmer kolesa

Zato izbire motorja ni mogoče ločiti od premera kolesa, razmerja menjalnika, teže vozila ali zahtev po pospeševanju.

Gostota navora je pomembnejša od same velikosti motorja

Večji motor lahko zagotovi več navora, vendar tudi doda:

• Teža

• Glasnost

• Stroški

• Toplotna obremenitev

• Zahteva po bateriji

Cilj boljše zasnove je običajno večja uporabna gostota navora.

Z drugimi besedami:

Bolj praktična zmogljivost kolesa zaradi manjše mase in prostornine motorja

Kompakten servo sistem lahko pomaga doseči to ravnovesje.

Posebej pomemben je začetni navor

AGV, ki nosi svoj največji tovor, lahko zahteva znaten navor pri zelo nizki hitrosti.

To še posebej velja, če vozilo:

• Začne se od počitka

• Prenaša težka bremena

• Vzpenja se po klančinah

• Hitro pospeši

• Deluje na talnih oblogah z večjo odpornostjo

Iz tega razloga je treba motor ovrednotiti z uporabo njegovega stalnega navora in največjega navora , ne le njegove nazivne moči.

Ključni parametri pogonskega sklopa

Cilj ni preprosto namestiti največji možni motor.

Cilj je doseči zahtevano hitrost, navor, pospešek, sposobnost plezanja in toplotno rezervo z najnižjo praktično težo sistema.

Kako izbrati pravo Nizkonapetostni enosmerni servo sistem za izpolnjevanje ameriških varnostnih in industrijskih standardov AGV?

Izbira motorja samo zato, ker se njegova nazivna napetost ujema z baterijo, ni dovolj.

Projekt ameriškega AGV bi moral oceniti celotno vozilo in njegovo varnostno arhitekturo.

Trenutne industrijske reference vključujejo serijo ANSI/A3 R15.08 za industrijske mobilne robote in ANSI/ITSDF B56.5-2024 za industrijska vozila brez voznika in samodejno vodena.

Odvisno od izdelka in uporabe lahko veljajo tudi drugi standardi in zahteve.

Pomembni dejavniki izbire

Električna združljivost

Preverite nazivno napetost baterije ter najmanjšo in največjo delovno napetost.

Nominalni akumulatorski sistem 24 VDC ali 48 VDC lahko med polnjenjem in praznjenjem občuti znatne spremembe napetosti.

Vrhunski tok

Pospeševanje in velika obremenitev lahko povzročijo bistveno večji tok kot običajno križarjenje.

Baterija, ožičenje, krmilnik in zaščitne naprave morajo prenesti pričakovani tok.

Povratne informacije

Kodirnik mora zagotoviti ločljivost, vrsto povratne informacije in komunikacijski vmesnik, ki jih zahteva nadzorna arhitektura.

Varnostne funkcije

Zaustavitev v sili, odziv na napako, obnašanje pri zaviranju, odstranitev navora in varnostne kontrole je treba oceniti kot del celotnega sistema AGV.

Varstvo okolja

Motor mora ustrezati resničnemu okolju, vključno z:

• Prah

• Vlaga

• Temperatura

• Šok

• Vibracije

• Vstopna izpostavljenost

Mehanska integracija

Preverite:

• Montažne dimenzije

• Konfiguracija gredi

• Vmesnik menjalnika

• Povezava kolesa

• Usmerjanje kablov

• Razpoložljiv prostor za šasijo

Kritično razlikovanje

Skladnost motorja ni isto kot skladnost sistema AGV.

Celoten stroj mora biti zasnovan, ocenjeno tveganje, zaščiten in validiran v skladu z zahtevami, ki veljajo za njegovo predvideno uporabo.

Kako lahko proizvajalci originalne opreme in operaterji voznih parkov nadgradijo stare pogone AGV na Nizkonapetostni enosmerni servo sistemi?

Nadgradnja obstoječega AGV s podedovanega pogona na servo arhitekturo se mora začeti s podatki o delovanju , ne s predpostavkami.

Praktična ocena nadgradnje mora zabeležiti:

Tipična naknadna arhitektura

Posodobljeni vlečni sistem je lahko videti takole:

Baterija → DC zaščita → Servo pogon → DC servo motor → Menjalnik → Pogonsko kolo

Kodirnik vrne podatke o delovanju nazaj v krmilnik.

Nadzorni sistem AGV nato upravlja ukaze, kot so:

Hitrost → Smer → Pospešek → Pojemek → Odziv na napako

Industrijsko komunikacijo je mogoče integrirati tudi prek vmesnikov, kot so CANopen, EtherCAT, RS-485/Modbus ali drug podprt protokol.

Postopna nadgradnja lahko zmanjša tveganje

Praktičen pristop je, da se najprej validira en vlečni modul.

Prototip je nato mogoče oceniti za:

Trenutna poraba

Pospešek

Zaviranje

Toplotna zmogljivost

Delovanje s polno obremenitvijo

Čas delovanja baterije

Zanesljivost komunikacije

Napačno vedenje

Ko izmerjeni rezultati dosežejo cilj zasnove, se lahko ista arhitektura uvede v dodatna vozila.

Kako vrhunsko upravljanje toplote v enosmernih servo motorjih preprečuje prezgodnjo degradacijo baterije AGV?

Toplotno upravljanje je pogosto podcenjeno pri primerjavi motorjev AGV.

Motor, ki se vedno znova približuje svoji toplotni meji, lahko povzroči večje električne izgube in prenese dodatno toploto v okoliški pogon.

Rezultat je lahko verižna reakcija:

Večje izgube → Več toplote → Višja temperatura → Večja obremenitev komponent

Pomembna je tudi temperatura baterije.

Na staranje litij-ionske baterije vplivajo temperatura, stanje napolnjenosti, pogoji polnjenja in profil delovanja. Povišane temperature lahko pospešijo razgradnjo v številnih delovnih pogojih.

To pomeni, da učinkovitost pogonskega sklopa ni le varčevanje z električno energijo.

Pomaga lahko tudi pri nadzoru toplotnega okolja, ki obdaja baterijo in elektroniko.

Glavni viri toplote v pogonskem sklopu AGV

Skupna toplotna obremenitev lahko izvira iz:

• Izgube bakra

• Izgube železa

• Trenje ležajev

• Preklopne izgube krmilnika

• Izgube menjalnika

• Izgube pnevmatik in kotaljenja

Pravilno dimenzioniran motor je zato treba izbrati glede na zahteve za neprekinjeno delovanje , ne le glede na kratkoročno največjo zmogljivost.

Toplotna zasnova mora upoštevati celoten sistem

Pomembne spremenljivke vključujejo:

Temperatura okolja

Delovni cikel

Frekvenca največje obremenitve

Stalni navor

Montaža motorja

Oblikovanje ohišja

Pretok zraka

Prenos toplote na ohišje

Cilj je stabilna delovna temperatura v celotnem vlečnem sistemu.

Kakšna je merljiva donosnost naložbe in zmanjšanje TCO pri uvajanju nizkonapetostnih enosmernih servomotorjev v skladišča v ZDA?

Finančno vrednost servo nadgradnje je treba izmeriti iz dejanskih podatkov o voznem parku.

Preprosta nakupna cena motorja ne predstavlja dejanskih stroškov lastništva.

Praktičen model AGV TCO

TCO = strojna oprema + energija + vzdrževanje + izpadi + baterija + zamenjava + polnilna infrastruktura

Nizkonapetostni enosmerni servo sistem lahko potencialno vpliva na več teh spremenljivk hkrati.

Poraba energije

Ukrep:

kWh na delovno uro

Toda še močnejši operativni KPI je:

Wh na zaključen transportni cikel

To omogoča primerjavo različnih pogonskih tehnologij pod isto potjo in pogoji tovora.

Poraba baterije

Manjša poraba energije lahko podaljša uporabni čas delovanja med cikli polnjenja, odvisno od:

• Kemija baterije

• Strategija polnjenja

• Tovor

• Razdalja potovanja

• Delovno okolje

• Delovni cikel

Vzdrževanje

Pogoni z zaprto zanko lahko zagotovijo dodatne diagnostične podatke.

Odvisno od sistema lahko vzdrževalne ekipe spremljajo:

Napake kodirnika

Nadtok

Previsoka temperatura

Komunikacijske napake

Motorno stanje

Alarmi za vožnjo

Boljša diagnostika lahko pomaga zmanjšati čas za odpravljanje težav.

Izpadi

Za avtomatizirana skladišča imajo lahko izpadi večji finančni učinek kot sama nakupna cena motorja.

Vlečni sistem, ki ga je lažje diagnosticirati, zamenjati in vzdrževati, lahko zagotovi vrednost, ki presega začetne stroške strojne opreme.

Produktivnost koristnega tovora

Obremenitev je treba meriti skupaj s porabo energije.

Namesto da samo vprašate:

'Koliko kilogramov lahko nosi AGV?'

Bolj uporabna operativna metrika je lahko:

'Koliko kilogramov lahko AGV prepelje z enim polnjenjem baterije?'

Drugi uporabni KPI-ji vključujejo:

kg prepeljanih na delovno uro

opravljenih misij na polnjenje

Wh na tonski kilometer

zaračunavanje dogodkov na izmeno

Te metrike dajejo upravljavcem voznih parkov jasnejšo sliko dejanske produktivnosti pogonskega sklopa.

Kako izboljšati življenjsko dobo baterije AGV in zmogljivost nosilnosti z uporabo nizkonapetostnih enosmernih servo motorjev: 1,5-tonska študija primera preoblikovanja AMR

Ta projekt preoblikovanja se je osredotočil na 1,5-tonski težki latentni AGV / potopni AMR, ki ga je razvil evropski proizvajalec intralogistične avtomatizacije.

Stranka se je soočila s tremi praktičnimi težavami:

Velika teža šasije je zmanjševala dejansko nosilnost.

Čas delovanja baterije je bil pod želenim 8-urnim ciljem delovanja.

Omejen prostor na šasiji in pretirano ožičenje sta oteževala električno integracijo.

Rešitev je bila nadomestiti običajno arhitekturo z deljenim motorjem in pogonom z dvojno 48 V nizkonapetostni integrirani enosmerni servo motorji , ki združujejo motor in pogonsko elektroniko v kompaktne module kolesnega pogona s komunikacijo CANopen/EtherCAT.

Rezultati preoblikovanja

Ključni rezultat: Preoblikovan AGV je zmanjšal maso pogonskega sklopa za 7,3 kg , povečal vzdržljivost delovanja s 7,5 na 10,2 ure in zvišal efektivno koristno obremenitev s 1000 kg na 1250 kg z uporabo istega paketa litijevih baterij 48 V/100 Ah.

Prvotna zasnova AGV in njene omejitve

Prvotno vozilo je uporabljalo običajno arhitekturo z deljenim motorjem in voznikom.

Motorji so bili nameščeni v bližini pogonskih koles, medtem ko so bili servo pogoni nameščeni ločeno znotraj glavnega električnega prostora.

Ta arhitektura je povzročila več izzivov pri kompaktnem težkem AMR.

1. Prevelika teža pogonskega sklopa

Skupna teža obeh motorjev, zunanjih servo pogonov, kabelskih snopov, konektorjev, oklopa in montažnih komponent je dosegla približno 18,5 kg.

Pri vozilu s fiksno omejitvijo bruto teže je ta dodatna masa neposredno zmanjšala količino tovora, ki bi ga AGV lahko zakonito in mehansko prevažal.

2. Dolgi visokonapetostni kabli

Arhitektura ločenega pogona je zahtevala visokonapetostne motorne kable za pot med osrednjim električnim ohišjem in sklopi kolesnega pogona.

V kompaktnem AMR ti kabli zavzamejo dragocen prostor za namestitev in otežijo napeljavo.

Prav tako lahko povzročijo dodatne električne izgube zaradi upora kabla.

3. Omejen notranji prostor

Dva zunanja servo pogona zahtevata namensko omarico in prostor za montažo na DIN-letev.

To je zmanjšalo prostor, ki je na voljo za:

Sestavni deli baterije

PLC in I/O

Varnostna strojna oprema

Komunikacijska oprema

Komponente za upravljanje toplote

Dostop do storitve

4. Čas delovanja baterije pod ciljem

Prvotni sistem je dosegel približno 7,5 ur delovanja z uporabo 48 V/100 Ah litijeve baterije.

Pri težkem vozilu, ki naj bi podpiralo razširjene skladiščne operacije, je to pustilo malo operativne marže.

Integrirana servo rešitev 48 V DC

Za sočasno reševanje treh težav je stranka sistem deljenih pogonov zamenjala z dvema 48 V nizkonapetostni integrirani enosmerni servo motorji.

Nova arhitektura integrira motor in pogonsko elektroniko neposredno v modul kolesnega pogona.

Nova arhitektura pogona

48V baterija

↓

Glavni krmilnik AGV / PLC

↓

Komunikacijsko vodilo CANopen / EtherCAT

↓

Dvojni 48V integrirani enosmerni servo motorji

↓

Pogonska kolesa

S tem se bistveno zmanjša količina vgrajene opreme v centralni elektro omarici.

Nova rešitev podpira tudi visok konični preobremenitveni navor , krmiljenje z zaprto zanko in komunikacijo na podlagi vodila.

Kako je integrirani enosmerni servo sistem podaljšal življenjsko dobo baterije

Izboljšanje časa delovanja baterije je prišlo zaradi številnih inženirskih sprememb in ne zaradi povečanja baterije.

Zmanjšane izgube kablov

V prvotnem sistemu so visokotokovni motorni kabli povezovali centralno pogonsko elektroniko s pogonskimi motorji.

Izgubo električne energije v prevodniku je mogoče približno oceniti z:

P = I²R

kjer:

• P = izguba moči

• I = tok

• R = odpornost kabla

S premikom pogonske elektronike neposredno na sklop motorja postane visokotokovna povezava izjemno kratka.

V tem projektu je bila razdalja fazne žice med gonilnikom in motorjem zmanjšana na manj kot 5 cm.

Rezultat je bilo znatno zmanjšanje izgub, povezanih s kabli, in čistejša arhitektura napajanja.

Delovanje 48 V Zmanjšano povpraševanje po toku

Preoblikovanje je tudi preselilo napajalno arhitekturo AGV s 24 V na 48 V DC.

Za enako mehansko izhodno moč:

I = P / U

Povečanje sistemske napetosti zmanjša potreben tok za dano raven moči.

Nižji tok lahko omogoči:

Manjši prerez kabla

Manjše uporovne izgube

Zmanjšano ogrevanje kabla

Bolj kompaktno ožičenje

To je še posebej uporabno pri mobilni opremi visoke moči, kjer lahko dolgi kabli postanejo pomemben del električne zasnove.

Regenerativno zaviranje

Integrirani servo krmilniki so optimizirali tudi regenerativno zaviranje.

Med upočasnjevanjem ali gibanjem navzdol lahko vlečni motorji delujejo kot generatorji.

Namesto da bi razpršil vso razpoložljivo kinetično energijo kot toploto, sistem preusmeri energijo, ki jo je mogoče obnoviti, nazaj proti vodilu 48 V DC in sistemu baterij , odvisno od sprejemljivosti baterije in omejitev krmilnika.

To postane še posebej dragoceno pri težkih AGV, ker 1,5-tonsko vozilo med premikanjem prenaša precejšnjo kinetično energijo.

Pogosteje ko vozilo pospešuje in zavira, pomembnejša postane regenerativna regeneracija energije.

Vektorski nadzor FOC

Integrirani servo sistem uporablja krmiljenje, usmerjeno v polje (FOC) za uravnavanje toka in navora motorja.

Z natančnejšim nadzorom magnetnega polja motorja in toka, ki ustvarja navor, lahko sistem deluje bližje zahtevani točki obremenitve.

Praktični cilji so:

Stabilna proizvodnja navora

Učinkovita izraba toka

Zmanjšajte nepotrebno ogrevanje

Gladko pospeševanje in zaviranje

Izboljšan nadzor pri nizkih hitrostih

Pri težkem AMR, ki neprekinjeno deluje v več izmenah, lahko te lastnosti vplivajo tako na porabo energije kot na toplotno stabilnost.

Ključne tehnične izboljšave in podatki o donosnosti naložbe

Inženirski poglobljeni potop: kako integrirani enosmerni servo motorji rešujejo dvojni izziv

1. Podaljšanje življenjske dobe baterije

• Odprava izgube bakra v kablu: Tradicionalne zasnove AGV napeljujejo visokotokovne fazne kable od centralne krmilne omarice do pogonskih koles. Nizkonapetostni integrirani enosmerni servomotorji združijo gonilnik neposredno z zadnjim delom dajalnika motorja in skrajšajo razdaljo med faznimi žicami na manj kot 5 cm.
• Optimizacija regenerativnega zaviranja: integrirani krmilniki zajamejo kinetično energijo med upočasnjevanjem in gibanjem po strmini navzdol, pri čemer dovajajo enosmerni tok neposredno nazaj v 48-voltni baterijski paket.
• Visoko učinkovit vektorski nadzor FOC: optimizirani algoritmi krmiljenja, usmerjenega v polje, ohranjajo nizke delovne temperature pod neprekinjeno obremenitvijo in ohranjajo porabo toka pri optimalnih delovnih ciklih.

2. Povečanje nosilnosti

• Zmanjšanje teže ohišja: Odprava ohišij zunanjih gonilnikov, težkih zaščitnih kablov in namestitve na DIN-letev sprosti skoraj 7,3 kg lastne teže. Vsak kilogram, prihranjen pri masi šasije, se neposredno prenese v večjo nosilnost.
• Visoka zmogljivost preobremenitvenega navora: Integrirani nizkonapetostni enosmerni servo motorji zmorejo do 3-kratni nazivni navor med začetnim pospeševanjem velike obremenitve in vzpenjanjem po klančini (do 5° naklonov), kar preprečuje napake pri zastoju brez potrebe po prevelikih motorjih.

3. Izvedbeni koraki

1. Migracija napajalnega sistema: Nadgradite sistemsko vodilo s 24 V na 48 V DC. Višja napetost zmanjša skupni obratovalni tok ( I = P/U ), zmanjša zahteve glede prereza kabla in odvajanje toplote.

2. Mehanska modularizacija pogonskega modula: Namestite dvojne integrirane servomotorje DC 48 V neposredno na diferencialna pogonska kolesa ali sklope krmilnih koles.

3. Topologija komunikacijskega vodila: napeljite verižni kabel z enim oklopom CANopen/EtherCAT med glavnim krmilnikom AGV PLC in obema integriranima motorjema ter nadomestite 16+ ločenih krmilnih žic.

Izmerjeni rezultati prej in potem

Preoblikovanje je povzročilo merljive izboljšave v ključnih kazalnikih zmogljivosti AGV , vključno s težo pogonskega sklopa, notranjim prostorom, učinkovitostjo, vzdržljivostjo baterije in nosilnostjo.

Skupni rezultat: Z integracijo enosmernih servo pogonov neposredno v kolesne module je AGV dosegel nižjo težo pogonskega sklopa, manjše zahteve glede notranjega prostora, večjo učinkovitost sistema, daljšo vzdržljivost baterije in večjo efektivno nosilnost.

Ti rezultati kažejo, da je preoblikovanje hkrati izboljšalo zmogljivost baterije in nosilnost s kombinacijo integracije pogonskega sklopa, zmanjšanih izgub v ožičenju, izboljšanega nadzora motorja in manjše mase vozila.

Povratne informacije strank

'S prehodom na 48 V integrirane nizkonapetostne enosmerne servo motorje smo skrajšali naš čas sestavljanja AGV za 40 % zaradi poenostavljenega napeljave kabelskega snopa. Še pomembneje je, da so naše stranke dosegle popolno 3-izmensko operativno pokritost (24 ur) s samo dvema kratkima priložnostnima polnjenjema na dan.'

— Vodja oddelka za raziskave in razvoj, rešitve za industrijske protimikrobne odpornosti

Kaj prikazuje ta 1,5-tonska prenova AMR

Ta projekt izpostavlja več pomembnih lekcij za proizvajalce AGV in AMR težkih vozil.

Življenjska doba baterije je težava pogonskega sistema

Povečanje kapacitete baterije ni edini način za doseganje daljšega časa delovanja.

Zmanjšanje električnih izgub, izboljšanje nadzora motorja, povrnitev zavorne energije in zmanjšanje mase vozila lahko prispevajo k večji uporabni vzdržljivosti.

Na nosilnost vpliva vsak kilogram mase vozila

Motor, pogon, ohišje, montažna oprema in teža kabla porabijo del proračuna skupne teže vozila.

Bolj integrirana vlečna arhitektura lahko torej ustvari dodatno nosilnost, ne da bi zgolj povečala velikost motorja.

Arhitektura 48 V postaja vse bolj privlačna z naraščanjem moči

Višja sistemska napetost lahko zmanjša tok za dano zahtevo po moči, kar proizvajalcem AGV pomaga upravljati velikost kabla, uporovne izgube in toplotno obremenitev.

Integrirana servo arhitektura poenostavlja kompaktne AMR-je

Kombinacija motorja in pogona v enem modulu lahko odpravi zunanje pogonske omare in skrajša visokotokovno ožičenje.

To lahko izboljša mehansko pakiranje in učinkovitost sestavljanja.

Najvišji navor je kritičen za težka vozila

1,5-tonski AGV potrebuje več kot dovolj navora za križarjenje.

Prav tako mora pospešiti iz stanja mirovanja, prenesti največjo koristno obremenitev, vzpenjati se po klančinah in obvladati kratkotrajne preobremenitve.

Zaradi tega sta zmogljivost največjega navora in zmogljivost pri preobremenitvi pomembna izbirna merila.

Povzetek končnih rezultatov

Za težke AGV in AMR lahko integrirana nizkonapetostna enosmerna servo arhitektura zagotovi praktično pot do večje nosilnosti, daljšega časa delovanja, čistejšega ožičenja in bolj kompaktne integracije vlečnega sistema, ko je motor pravilno usklajen z dejanskim delovnim ciklom vozila.

Kako pristopamo Zasnova nizkonapetostnega enosmernega servo motorja za AGV

Za proizvajalce OEM AGV standardni motor ni vedno dovolj.

Različni AGV imajo lahko povsem različne zahteve za:

Tovor

Premer kolesa

Teža vozila

Hitrost potovanja

Pospešek

naklon

Napetost baterije

Delovni cikel

Kontrolni protokol

Okoljski pogoji

Motor, menjalnik, kodirnik, krmilnik in kolo je zato treba obravnavati kot en integriran vlečni sistem.

Končni zaključek za proizvajalce originalne opreme AGV

Izboljšanje življenjske dobe baterije AGV in zmogljivosti nosilnosti ni le stvar namestitve večje baterije ali motorja z večjo močjo.

Najučinkovitejši pristop je optimizacija celotnega vlečnega sistema.

Pravilno zasnovan nizkonapetostni enosmerni servo motor lahko prispeva z:

Visoko učinkovito delovanje

Regulacija vrtilnega momenta in hitrosti v zaprtem krogu

Regenerativno zaviranje

Visoka gostota navora

Kompaktna integracija

Izboljšana toplotna zmogljivost

Boljša diagnostika

Ko so te značilnosti pravilno usklajene z menjalnikom, kolesom, baterijo, krmilnikom in delovnim ciklom AGV, so lahko rezultat merljive izboljšave v:

Čas delovanja baterije + izkoristek tovora + energetska učinkovitost + toplotna stabilnost + produktivnost voznega parka

Za proizvajalce originalne opreme in upravljavce skladišč zato najbolj smiselno vprašanje ni preprosto 'Kateri motor ima večjo moč?'

Boljše vprašanje je:

'Kateri pogonski sklop lahko zagotovi zahtevani navor kolesa in zmogljivost gibanja ob porabi najmanj praktične energije, teže, prostora in vzdrževanja?'

Ta pristop na sistemski ravni zagotavlja močnejšo podlago za oblikovanje učinkovitih, zanesljivih in razširljivih vlečnih platform AGV.