Aké motory sa používajú v systémoch AGV a ako si vyberiete správny hnací motor AGV?

Hnací motor je najdôležitejším elektromechanickým komponentom v autonómnom riadenom vozidle (AGV). Určuje, ako AGV zrýchľuje, ako presne sa umiestni, koľko užitočného zaťaženia sa môže pohybovať, ako dlho vydrží jeho batéria medzi jednotlivými nabitiami a ako dlho bude vozidlo v prevádzke, kým si systém pohonu nevyžiada údržbu. AGV s nedostatočným výkonom alebo nesprávne špecifikovaným hnacím motorom nemôže splniť svoje požiadavky na užitočné zaťaženie a rýchlosť vo výrobe; motor so slabou účinnosťou motora vybíja batériu rýchlejšie, ako to dokáže logistická operácia; jeden s hnacím motorom vyžadujúcim častú údržbu vytvára neplánované prestoje v systéme, ktorého celkovou hodnotou je spoľahlivá, nepretržitá autonómna prevádzka.

Pre systémových integrátorov AGV, robotických inžinierov špecifikujúcich komponenty pohonu, tímy pre automatizáciu skladov vyhodnocujúcich platformy AGV a vývojárov zariadení OEM, ktorí navrhujú nové vozidlá AGV, je pochopenie motorových technológií používaných v pohonných systémoch AGV – a parametrov špecifikácie, ktoré určujú, ktorá technológia sa hodí pre ktorú aplikáciu – základnými znalosťami pre správne rozhodnutia o komponentoch. Táto príručka obsahuje typy hnacích motorov AGV, parametre výberu a špecifické požiadavky, ktoré odlišujú aplikácie motorov AGV od všeobecných aplikácií priemyselných motorov.

Prečo sa požiadavky na motor AGV líšia od všeobecných požiadaviek na priemyselné motory

Hnacie motory AGV pracujú v náročných a charakteristických podmienkach, ktoré ich oddeľujú od väčšiny všeobecných aplikácií priemyselných motorov:

Napájanie z batérie. Všetky AGV sú napájané z batérie – fungujú z jednosmernej batérie (typicky 24V, 36V alebo 48V nominálneho) bez pripojenia k elektrickej sieti striedavým prúdom. To zásadne vyžaduje hnacie motory kompatibilné s jednosmerným prúdom. Striedavé motory je možné použiť s integrovanými invertormi, ale zníženie účinnosti inverzie jednosmerného prúdu na striedavý prúd v systéme napájanom z batérie je značné. Jednosmerné motory – a najmä BLDC motory – sú dominantnou voľbou, pretože prijímajú energiu z batérie priamo (alebo cez DC-DC konvertor) bez inverznej penalizácie.

Časté cykly štart-stop. AGV zrýchli z pokoja na rýchlosť jazdy, naviguje na miesto odberu alebo uloženia a zastavuje – opakovane, stovky alebo tisíckrát za deň. Hnací motor musí zvládnuť tento cyklus štart-stop bez prehriatia alebo nadmerného opotrebovania, čo kladie nároky na tepelný manažment motora a pri motoroch s kefou aj na zostavu komutátora a kefy, ktorá zvláda vysokoprúdové rozbehové prechody.

Obojsmerná prevádzka. AGV musia jazdiť dopredu aj dozadu – a musia prechádzať medzi smermi čisto bez mechanického nárazu. Motor a jeho ovládač musia podporovať plynulé obojsmerné ovládanie rýchlosti. V prípade AGV s diferenciálom riadenia (kde nezávislé ovládanie rýchlosti kolies vľavo a vpravo vytvára zatáčanie) musia byť dva hnacie motory presne zladené v odozve rýchlosti a krútiaceho momentu, aby bolo riadenie presné.

Presné ovládanie rýchlosti a polohy. Presnosť navigácie v moderných AGV – najmä laserom navádzaných (LiDAR), zrakovo navádzaných alebo magnetických AGV – vyžaduje presné riadenie rýchlosti a v niektorých systémoch presnú spätnú väzbu polohy z kódovača hnacieho motora. Motor musí pracovať pri konštantných, kontrolovaných rýchlostiach v celom svojom užitočnom zaťažení a rozsahu terénu bez zvyšovania rýchlosti alebo nestability.

Vysoká účinnosť pre životnosť batérie. V autonómnom vozidle poháňanom batériou účinnosť motora priamo určuje prevádzkový čas medzi jednotlivými nabitiami. Systém hnacieho motora pracujúci s účinnosťou 85 % namiesto 75 % predlžuje prevádzkový dosah vozidla približne o 13 %, čo môže byť v logistickej aplikácii rozdiel medzi vozidlom, ktoré dokončí svoju trasu v rámci cyklu batérie a vyžaduje neplánované zastavenie nabíjania. Energetická účinnosť je prvotriednou požiadavkou špecifikácie pri výbere motora AGV, nie sekundárnym faktorom.

Hlavné typy motorov používané v systémoch pohonu AGV

Bezuhlíkové jednosmerné prevodové motory (BLDC): Dominantná technológia pohonu AGV

Bezuhlíkové jednosmerné prevodové motory sú prevažne preferovanou technológiou hnacích motorov pre moderné systémy AGV. BLDC motor nahrádza mechanický komutátor a zostavu kefy tradičného brúseného jednosmerného motora elektronickou komutáciou – ovládač motora sníma polohu rotora (prostredníctvom Hallovho efektu snímačov alebo spätnej väzby kódovača) a prepína vinutia statora v správnom poradí, aby sa zachovala rotácia bez akéhokoľvek fyzického kontaktu kefy. Táto elektronická komutácia je to, čo dáva BLDC motorom ich definujúce výhody oproti kartáčovaným motorom v kontexte AGV:

Žiadne opotrebovanie kefy = žiadna údržba kefy. V brúsenom jednosmernom motore sa uhlíkové kefky, ktoré tlačia na krúžky komutátora, počas prevádzky neustále opotrebovávajú. Pri vysokých pracovných cykloch – AGV prevádzkované 20 hodín denne v trojzmennej logistickej prevádzke – je možné intervaly výmeny kief dosiahnuť v priebehu mesiacov, čo si vyžaduje plánované odstávky a náhradné práce. BLDC motory nemajú žiadne kefy na opotrebovanie; jediným opotrebovaným komponentom sú ložiská motora, ktorých životnosť sa meria v tisíckach hodín. Pre vozový park AGV pracujúci nepretržite je eliminácia údržby kief vysokou prevádzkovou cenou a výhodou prevádzkyschopnosti.

Vyššia účinnosť. Motory BLDC zvyčajne dosahujú 90 – 95 % elektricko-mechanickej účinnosti vo svojom menovitom prevádzkovom bode, v porovnaní so 75 – 85 % pri ekvivalentných jednosmerných motoroch s kefou. V AGV poháňanom batériou sa tento rozdiel v účinnosti priamo premieta do dlhšieho pracovného času na jeden nabíjací cyklus.

Lepší tepelný výkon. Teplo motora BLDC sa vytvára predovšetkým vo vinutiach statora, ktoré sú v priamom kontakte s krytom motora, vďaka čomu je odvod tepla efektívny. Kartáčované motory generujú teplo na vinutí aj na kontaktnom bode komutátora/kefy a kontaktný bod kefy je vo vnútri motora, kde je odvod tepla menej účinný. BLDC motory udržujú vyššie nepretržité pracovné cykly bez prehrievania.

Presné ovládanie rýchlosti. Elektronická komutácia s enkodérom alebo spätnou väzbou Hallovho snímača umožňuje tesné riadenie otáčok v uzavretej slučke v širokom prevádzkovom rozsahu. Navigačné algoritmy AGV závisia od presnej spätnej väzby rýchlosti kolesa pre odhad polohy medzi absolútnymi fixami polohy – motory BLDC so spätnou väzbou z enkodéra túto presnosť spoľahlivo poskytujú.

Kartáčované jednosmerné prevodové motory: Nákladovo efektívne pre aplikácie AGV s nižším zaťažením

Prevodové motory s kartáčovaným jednosmerným prúdom sa naďalej používajú v aplikáciách AGV, kde je prevádzkový pracovný cyklus nižší (nie nepretržitá prevádzka 24/7), kde sú požiadavky na užitočné zaťaženie skromné a kde sú nižšie náklady na motor prioritou v platformách AGV citlivých na náklady. V AGV navrhnutých pre ľahkú internú logistiku – preprava malých dielov, doručovanie dokumentov, podpora ľahkej výrobnej linky – jednoduchšia riadiaca elektronika, ktorú vyžadujú kartáčované jednosmerné motory (nie je potrebný žiadny komutačný regulátor) a ich nižšie jednotkové náklady môžu odôvodniť ich výber pred alternatívami BLDC napriek požiadavke na údržbu kefy.

Kartáčované jednosmerné motory tiež poskytujú veľmi vysoký rozbehový krútiaci moment – ​​vyšší ako ekvivalentný motor BLDC v niektorých konštrukciách – čo môže byť užitočné pre AGV štartujúce pri zaťažení na svahoch. Moderné ovládače motorov BLDC však dokážu replikovať toto správanie s vysokým rozbehovým momentom prostredníctvom stratégií riadenia orientovaných na pole, čím sa zníži historická výhoda brúseného motora v tejto oblasti.

Planétové prevodové motory pre hnacie kolesá AGV

Bez ohľadu na to, či je motorový prvok kartáčovaný alebo bezkomutátorový jednosmerný prúd, hnacie kolesá AGV takmer univerzálne používajú planétovú redukciu medzi motorom a kolesom. Konfigurácia planétového prevodu je preferovaným typom prevodovky pre aplikácie AGV z niekoľkých dôvodov:

Planétové prevody poskytujú najvyššiu hustotu krútiaceho momentu – najvyšší výstupný krútiaci moment pre daný vonkajší priemer prevodovky – čo je rozhodujúce pri zostavách kolies AGV, kde sa kompletná jednotka motor-prevodovka-koleso musí zmestiť do úzkych rozmerových obmedzení na podvozku vozidla. Koaxiálne zarovnanie vstupu/výstupu planétovej prevodovky umožňuje kompaktnú inline zostavu: motor → planétová prevodovka → hnacie koleso, všetko na jednej osi, bez presadenia vytvoreného čelným ozubeným kolesom alebo závitovkovou redukciou.

Planétové prevodovky tiež poskytujú vysokú účinnosť (92 – 97 % na stupeň) v porovnaní s alternatívami závitovkového prevodu (zvyčajne 50 – 85 % v závislosti od prevodového pomeru a uhla predstihu), čo je dôležité pri aplikácii AGV kritickej z hľadiska účinnosti batérie. Motor so závitovkovým prevodom AGV, ktorý beží so 70 % účinnosťou prevodovky, stráca 30 % vstupnej elektrickej energie motora na ohrev samotnej prevodovky – čo je neprijateľná penalizácia pre vozidlo poháňané batériou.

Kľúčové parametre špecifikácie pre výber hnacieho motora AGV

Ako vypočítať požadovaný krútiaci moment hnacieho motora AGV

Krútiaci moment potrebný na pohon AGV konštantnou rýchlosťou na rovnom povrchu musí prekonať valivý odpor; na stúpaní pridáva gravitácia zložku odporu. Výpočet pre typické dvojkolesové AGV:

Celková hmotnosť vozidla: W = (maximálna užitočná hmotnosť vlastnej hmotnosti AGV) × g [Newtony]

Sila valivého odporu: F_rolling = W × μ_r, kde μ_r je koeficient valivého odporu (zvyčajne 0,01–0,02 pre gumené kolesá na hladkom betóne; 0,02–0,05 pre mäkké podlahy alebo drsné povrchy)

Stupeň odporu sily (pre stúpanie): F_grade = W × sin(θ), kde θ je uhol sklonu (pre 5 % sklon, θ ≈ 2,86°, sin(θ) ≈ 0,05)

Celková hnacia sila: F_total = F_rolling F_grade

Požadovaný krútiaci moment na hnacom kolese (na motor, za predpokladu dvoch hnacích motorov): T_wheel = (F_total / 2) × r_wheel, kde r_wheel je polomer hnacieho kolesa v metroch

Požadovaný krútiaci moment motora: T_motor = T_wheel / (i × η), kde i je prevodový pomer a η je účinnosť prevodovky

Napríklad AGV s celkovou naloženou hmotnosťou 500 kg, hnacími kolesami s priemerom 150 mm, na sklone 3 %, s planétovou prevodovkou 25:1 s účinnosťou 0,95:

• W = 500 × 9,81 = 4 905 N
• F_rolling = 4 905 × 0,015 = 73,6 N
• F_grade = 4 905 × 0,03 = 147,2 N
• F_total = 220,8 N; na motor = 110,4 N
• T_wheel = 110,4 × 0,075 = 8,28 Nm
• T_motor = 8,28 / (25 × 0,95) = 0,35 Nm menovitý trvalý krútiaci moment

Pridajte 2× bezpečnostný faktor pre krútiaci moment zrýchlenia: požiadavka na špičkový krútiaci moment motora ≈ 0,70 Nm. Túto požiadavku spĺňa BLDC motor s planétovou prevodovkou so špičkovým krútiacim momentom ≥ 0,70 Nm pri 48 V s pomerom 25:1. Menovitý trvalý krútiaci moment by sa mal overiť vzhľadom na trvalý požadovaný krútiaci moment (0,35 Nm pri plnom užitočnom zaťažení na svahu) s primeranou tepelnou rezervou.

Často kladené otázky

Ako ovplyvňuje konfigurácia riadenia AGV výber motora?

AGV používajú niekoľko konfigurácií riadenia, z ktorých každá má iné požiadavky na motor. Diferenciálny pohon (dve nezávislé hnacie kolesá, bez volantu) vytvára zákruty spustením dvoch hnacích motorov pri rôznych rýchlostiach – to si vyžaduje, aby boli oba motory úzko zladené vo svojich charakteristikách otáčok a krútiaceho momentu a boli riadené koordinovaným motorovým ovládačom, ktorý môže ovládať diferenciálnu rýchlosť na oboch kolesách súčasne. Riadenie trojkolky (jedno riadené hnacie koleso vpredu, dve pasívne zadné kolesá) používa jeden hnací motor so samostatným ovládačom riadenia – výber motora je jednoduchý, ale treba zvážiť integráciu ovládača riadenia. Všesmerové pohony (mecanum alebo omni kolesá v každom rohu) používajú štyri samostatne ovládané motory a umožňujú bočný a diagonálny pohyb – ovládače motorov musia zvládnuť štvorkanálovú koordináciu a motory musia mať vynikajúce charakteristiky prispôsobenia rýchlosti v celom svojom prevádzkovom rozsahu.

Aký typ snímača sa odporúča pre hnacie motory AGV?

Inkrementálne kódovače (kvadratúrny výstup A/B) sú najbežnejším typom pre odometriu motora pohonu AGV – poskytujú počet impulzov na otáčku, ktorý navigačný ovládač prevádza na prejdenú vzdialenosť kolesa a rýchlosť. Absolútne enkodéry sa príležitostne používajú v aplikáciách, ktoré vyžadujú, aby kontrolér poznal polohu bez navádzania po zapnutí, ale pre odometriu (meranie vzdialenosti) sú štandardné inkrementálne enkodéry. Rozlíšenie 500–1 000 PPR na hriadeli motora je zvyčajne dostatočné na dobrú presnosť odometrie so štandardnými prevodovými pomermi planétových prevodov. Vyššie rozlíšenie (2000–4096 PPR) zlepšuje odometriu na systémoch s nízkym pomerom, kde sa hriadeľ kolesa pohybuje o väčší zlomok otáčky na otáčku motora.

Môžu sa hnacie motory AGV používať s regeneratívnym brzdením?

Áno – ovládače motora BLDC v aplikáciách AGV zvyčajne podporujú regeneratívne brzdenie, kde motor počas spomaľovania funguje ako generátor a premieňa kinetickú energiu späť na elektrickú energiu, ktorá dobíja batériu. Regeneračné brzdenie znižuje spotrebu batérie (najmä na trasách AGV typu stop-and-go s častým spomaľovaním), znižuje opotrebovanie bŕzd a umožňuje rýchlejšie spomalenie bez zahrievania mechanických bŕzd. Účinnosť rekuperácie energie pri regeneratívnom brzdení v typickej aplikácii AGV je 15–30 % energie použitej na zrýchlenie, čo má význam pri vysokofrekvenčných operáciách na krátkej trase. Regeneračná schopnosť vyžaduje, aby riadiaca jednotka motora podporovala obojsmerný tok prúdu a aby systém riadenia batérie akceptoval regenerovaný nabíjací prúd bez vstupu do prepäťovej ochrany.

Hnacie motory AGV od spoločnosti Zhejiang Saiya Intelligent Manufacturing

Zhejiang Saiya Intelligent Manufacturing Co., Ltd. , Deqing, Zhejiang, vyrába BLDC planétové prevodové motory, brúsené jednosmerné planétové prevodové motory a kompletné zostavy hnacieho motora AGV pre aplikácie autonómnych riadených vozidiel. Produktový rad AGV zahŕňa hnacie motorové jednotky s integrovanými enkodérmi pri nominálnom napätí batérie 24 V, 36 V a 48 V, vo veľkostiach rámu od 32 mm do 82 mm priemeru, s prevodovými pomermi planétového prevodu od 5:1 do viac ako 500:1, pokrývajúce triedy užitočného zaťaženia od ľahkých AGV na prepravu malých dielov až po platformy na manipuláciu s ťažkým materiálom. Vlastné špecifikácie motora AGV – napätie, pomer, rozlíšenie kódovača, montáž, hodnotenie IP a konektor – sú dostupné prostredníctvom vývojovej služby spoločnosti OEM/ODM.

Kontaktujte nás s vašimi špecifikáciami AGV – hmotnosť vozidla, užitočné zaťaženie, maximálna rýchlosť, napätie batérie, priemer kolesa a prevádzkové prostredie – a získajte odporúčanie a cenovú ponuku hnacieho motora.

Súvisiace produkty: Projektové produkty AGV | Bezkartáčové jednosmerné prevodové motory | Planetárne prevodové motory | Presná planétová prevodovka | Kartáčované jednosmerné prevodové motory $