چه موتورهایی در سیستم های AGV استفاده می شود و چگونه موتور محرک AGV مناسب را انتخاب می کنید؟

موتور محرک حیاتی ترین جزء الکترومکانیکی در خودروهای هدایت شونده خودمختار (AGV) است. تعیین می‌کند که AGV چگونه شتاب می‌گیرد، با چه دقتی خود را قرار می‌دهد، چه مقدار بار می‌تواند حرکت کند، چه مدت باتری آن بین شارژ دوام می‌آورد، و چه مدت خودرو قبل از اینکه سیستم درایو نیاز به تعمیر و نگهداری داشته باشد، کار می‌کند. یک AGV با یک موتور محرکه کم توان یا مشخص شده نادرست نمی تواند نیازهای بار و سرعت خود را در تولید برآورده کند. یکی با راندمان ضعیف موتور باتری را سریعتر از آنچه عملیات لجستیک می تواند در خود جای دهد تخلیه می کند. یکی با موتور محرکی که نیاز به تعمیر و نگهداری مکرر دارد، خرابی برنامه‌ریزی نشده‌ای را در سیستمی ایجاد می‌کند که کل ارزش پیشنهادی آن عملکرد مستقل و مداوم قابل اعتماد است.

برای یکپارچه‌کننده‌های سیستم AGV، مهندسان رباتیک که اجزای درایو را مشخص می‌کنند، تیم‌های اتوماسیون انبار که پلت‌فرم‌های AGV را ارزیابی می‌کنند، و توسعه‌دهندگان تجهیزات OEM که وسایل نقلیه جدید AGV را طراحی می‌کنند، درک فناوری‌های موتوری مورد استفاده در سیستم‌های درایو AGV - و پارامترهای مشخصاتی که تعیین می‌کنند کدام فناوری با کدام کاربرد مناسب است - دانش ضروری برای تصمیم‌گیری صحیح قطعات است. این راهنما انواع موتور محرک AGV، پارامترهای انتخاب و الزامات خاصی را که کاربردهای موتور AGV را از کاربردهای عمومی موتور صنعتی متمایز می کند، پوشش می دهد.

چرا الزامات موتور درایو AGV با الزامات عمومی موتور صنعتی متفاوت است؟

موتورهای محرک AGV در مجموعه ای از شرایط سخت و متمایز کار می کنند که آنها را از اکثر کاربردهای عمومی موتور صنعتی جدا می کند:

منبع تغذیه باتری. همه AGV ها با باتری کار می کنند - آنها از یک بسته باتری DC (معمولاً 24 ولت، 36 ولت یا 48 ولت اسمی) بدون اتصال به برق AC کار می کنند. این اساساً به موتورهای درایو سازگار با DC نیاز دارد. موتورهای AC را می توان با اینورترهای داخلی استفاده کرد، اما جریمه بازده وارونگی DC به AC در سیستم های باتری دار قابل توجه است. موتورهای DC - و به ویژه موتورهای BLDC - انتخاب غالب هستند زیرا انرژی باتری را مستقیماً (یا از طریق مبدل DC-DC) بدون جریمه وارونگی می‌پذیرند.

چرخه های شروع و توقف مکرر AGV ها از حالت سکون به سرعت حرکت می کنند، به یک نقطه برداشت یا سپرده حرکت می کنند و متوقف می شوند - به طور مکرر، صدها یا هزاران بار در روز. موتور محرک باید این چرخه استارت-استاپ را بدون گرم شدن بیش از حد یا فرسودگی بیش از حد انجام دهد، که این امر بر مدیریت حرارتی موتور و برای موتورهای برس خورده، کموتاتور و مجموعه برس که جریان های گذرا راه اندازی با جریان بالا را کنترل می کند، نیاز دارد.

عملیات دو طرفه AGV ها باید هم به جلو و هم به سمت عقب حرکت کنند - و باید بین جهت ها به طور تمیز و بدون شوک مکانیکی تغییر مسیر دهند. موتور و کنترل کننده آن باید از کنترل سرعت دو طرفه صاف پشتیبانی کنند. برای AGVهای دیفرانسیل فرمان (که در آن کنترل مستقل سرعت چرخ در سمت چپ و راست باعث ایجاد چرخش می شود)، دو موتور محرک باید دقیقاً در پاسخ سرعت-گشتاور خود برای فرمان دادن دقیق مطابقت داشته باشند.

کنترل سرعت و موقعیت دقیق دقت ناوبری در AGV های مدرن - به ویژه AGV های هدایت لیزری (LiDAR)، هدایت بینایی یا مسیر مغناطیسی - به کنترل دقیق سرعت و در برخی سیستم ها به بازخورد موقعیت دقیق از رمزگذار موتور محرک نیاز دارد. موتور باید با سرعت های ثابت و کنترل شده در سرتاسر بار و محدوده زمین بدون شکار سرعت یا ناپایداری کار کند.

راندمان بالا برای عمر باتری. در یک وسیله نقلیه خودمختار با باتری، راندمان موتور به طور مستقیم زمان کارکرد بین شارژ را تعیین می کند. یک سیستم موتور محرک که با راندمان 85 درصد به جای 75 درصد کار می کند، محدوده عملیاتی خودرو را تقریباً 13 درصد افزایش می دهد که در یک برنامه لجستیکی ممکن است تفاوت بین خودرویی باشد که مسیر خود را در یک چرخه باتری کامل می کند و نیاز به توقف شارژ برنامه ریزی نشده دارد. بهره وری انرژی یک نیاز مشخصات درجه یک در انتخاب موتور AGV است، نه یک ملاحظات ثانویه.

انواع موتورهای اصلی مورد استفاده در سیستم های محرک AGV

موتورهای دنده DC بدون جاروبک (BLDC): تکنولوژی غالب درایو AGV

موتورهای دنده DC بدون جاروبک، فناوری موتور محرکه ترجیح داده شده برای سیستم های مدرن AGV هستند. موتور BLDC جایگزین کموتاتور مکانیکی و مونتاژ برس یک موتور DC سنتی برس خورده با کموتاسیون الکترونیکی می‌شود - یک کنترل‌کننده موتور موقعیت روتور را می‌خواند (از طریق سنسورهای اثر هال یا بازخورد رمزگذار) و سیم‌پیچ‌های استاتور را به ترتیب صحیح تغییر می‌دهد تا چرخش را بدون تماس فیزیکی برس حفظ کند. این کموتاسیون الکترونیکی همان چیزی است که به موتورهای BLDC مزایای تعیین کننده آنها را نسبت به موتورهای برس خورده در زمینه AGV می دهد:

بدون سایش برس = عدم نگهداری برس. در یک موتور DC برس خورده، برس‌های کربنی که روی حلقه‌های کموتاتور فشار می‌آورند، به طور مداوم در حین کار سایش می‌شوند. در چرخه های کاری بالا - AGV ها 20 ساعت در روز در عملیات لجستیکی سه شیفت کار می کنند - فواصل جایگزینی برس را می توان در عرض چند ماه به دست آورد که نیاز به توقف برنامه ریزی شده و نیروی کار جایگزین دارد. موتورهای BLDC هیچ برس برای پوشیدن ندارند. تنها اجزای سایش، بلبرینگ‌های موتور هستند که عمر مفید آنها در هزاران ساعت اندازه‌گیری می‌شود. برای یک ناوگان AGV که به طور مداوم کار می کند، حذف تعمیر و نگهداری برس یک مزیت عملیاتی بالا و مزیت زمان کار است.

راندمان بالاتر. موتورهای BLDC معمولاً 90 تا 95 درصد راندمان الکتریکی به مکانیکی را در نقطه کار نامی خود به دست می‌آورند، در مقایسه با 75 تا 85 درصد برای موتورهای DC مسواک‌شده معادل. در یک AGV با باتری، این تفاوت راندمان مستقیماً به زمان کار بیشتر در هر چرخه شارژ تبدیل می شود.

عملکرد حرارتی بهتر گرمای موتور BLDC عمدتاً در سیم‌پیچ‌های استاتور که در تماس مستقیم با محفظه موتور هستند، تولید می‌شود و اتلاف گرما را کارآمد می‌سازد. موتورهای برس شده هم در سیم پیچ ها و هم در نقطه تماس کموتاتور/برس گرما تولید می کنند و نقطه تماس برس در قسمت داخلی موتور است که در آن اتلاف گرما کمتر موثر است. موتورهای BLDC چرخه کار مداوم بالاتری را بدون گرم شدن بیش از حد حفظ می کنند.

کنترل دقیق سرعت کموتاسیون الکترونیکی با رمزگذار یا بازخورد سنسور هال، کنترل دقیق سرعت حلقه بسته را در محدوده عملیاتی گسترده ای امکان پذیر می کند. الگوریتم‌های ناوبری AGV به بازخورد دقیق سرعت چرخ برای تخمین موقعیت بی‌حساب بین اصلاح‌های موقعیت مطلق بستگی دارد - موتورهای BLDC با بازخورد رمزگذار این دقت را به‌طور قابل اعتماد ارائه می‌دهند.

موتورهای دنده DC برس خورده: مقرون به صرفه برای کاربردهای AGV با وظیفه پایین تر

موتورهای دنده DC برس خورده در کاربردهای AGV که در آن سیکل کارکرد پایین تر است (نه کار مداوم 24 ساعته)، جایی که نیازهای محموله کم است، و جایی که هزینه موتور کمتر در پلت فرم های AGV حساس به هزینه اولویت دارد، همچنان مورد استفاده قرار می گیرند. در AGVهای طراحی شده برای تدارکات داخلی سبک - حمل و نقل قطعات کوچک، تحویل اسناد، پشتیبانی خط تولید سبک - الکترونیک کنترل ساده‌تر مورد نیاز موتورهای DC برس (بدون نیاز به کنترل‌کننده کموتاسیون) و هزینه واحد پایین‌تر آنها ممکن است انتخاب آن‌ها از جایگزین‌های BLDC را علی‌رغم نیاز به نگهداری برس توجیه کند.

موتورهای DC برس دار همچنین گشتاور راه اندازی بسیار بالایی را ارائه می کنند - بالاتر از یک موتور BLDC با اندازه معادل در برخی طراحی ها - که می تواند برای AGV هایی که تحت بار در شیب راه اندازی می شوند مفید باشد. با این حال، کنترل‌کننده‌های موتور BLDC مدرن می‌توانند این رفتار گشتاور راه‌اندازی بالا را از طریق استراتژی‌های کنترل میدان‌گرا تکرار کنند و مزیت تاریخی موتور برس‌خورده را در این زمینه کاهش دهند.

موتورهای دنده سیاره ای برای چرخ های محرک AGV

صرف نظر از اینکه عنصر موتور برس دار است یا بدون برس DC، چرخ های محرک AGV تقریباً به طور کلی از کاهش دنده سیاره ای بین موتور و چرخ استفاده می کنند. پیکربندی چرخ دنده سیاره ای به چند دلیل نوع گیربکس ترجیحی برای کاربردهای AGV است:

چرخ دنده‌های سیاره‌ای بالاترین چگالی گشتاور را ارائه می‌کنند - بالاترین گشتاور خروجی برای یک قطر بیرونی جعبه دنده معین - که در مجموعه‌های چرخ AGV که در آن واحد موتور-گیربکس-چرخ کامل باید در محدودیت‌های ابعادی محکم روی شاسی خودرو قرار گیرد، حیاتی است. هم ترازی ورودی/خروجی کواکسیال یک گیربکس سیاره ای امکان یک مجموعه فشرده درون خطی را فراهم می کند: موتور → جعبه دنده سیاره ای → چرخ محرک، همه روی یک محور، بدون افست ایجاد شده توسط دنده خار یا کاهش دنده حلزونی.

گیربکس های سیاره ای همچنین بازده بالایی (92-97٪ در هر مرحله) در مقایسه با جایگزین های چرخ دنده حلزونی (معمولاً 50-85٪ بسته به نسبت و زاویه سرب) ارائه می دهند که در کاربرد AGV حیاتی از نظر کارایی باتری مهم است. یک موتور محرک AGV چرخ دنده حلزونی که با راندمان گیربکس 70 درصد کار می کند 30 درصد انرژی الکتریکی ورودی موتور را برای گرما در گیربکس به تنهایی از دست می دهد - جریمه ای غیرقابل قبول برای وسیله نقلیه ای که با باتری کار می کند.

پارامترهای کلیدی مشخصات برای انتخاب موتور محرک AGV

نحوه محاسبه گشتاور موتور محرک مورد نیاز AGV

گشتاور مورد نیاز برای راندن یک AGV با سرعت ثابت روی سطح صاف باید بر مقاومت غلتشی غلبه کند. در یک شیب، گرانش یک جزء مقاومت درجه اضافه می کند. محاسبه برای یک AGV معمولی دو چرخ متحرک:

وزن کل وسیله نقلیه: W = (حداکثر بار وزنی AGV) × گرم [نیوتن]

نیروی مقاومت غلتشی: F_غلت = W × μ_r، که در آن μ_r ضریب مقاومت غلتشی است (معمولاً 0.01-0.02 برای چرخ های لاستیکی روی بتن صاف؛ 0.02-0.05 برای کف های نرم یا سطوح ناهموار)

نیروی مقاومت درجه (برای شیب): F_grade = W × sin(θ)، که در آن θ زاویه درجه است (برای یک درجه 5٪، θ ≈ 2.86 درجه، sin(θ) ≈ 0.05)

کل نیروی محرکه: F_total = F_rolling F_grade

گشتاور مورد نیاز در چرخ محرک (هر موتور، با فرض دو موتور محرک): T_wheel = (F_total / 2) × r_wheel، که r_wheel شعاع چرخ محرک بر حسب متر است.

گشتاور موتور مورد نیاز: T_motor = T_wheel / (i × η)، که در آن i نسبت کاهش دنده و η راندمان گیربکس است.

به عنوان مثال، یک AGV با وزن کل بارگذاری شده 500 کیلوگرم، چرخ های محرک با قطر 150 میلی متر، روی درجه 3 درصد، با گیربکس سیاره ای 25:1 با راندمان 0.95:

• W = 500 × 9.81 = 4905 نیوتن
• F_rolling = 4905 × 0.015 = 73.6 نیوتن
• F_grade = 4905 × 0.03 = 147.2 نیوتن
• F_total = 220.8 N; در هر موتور = 110.4 نیوتن
• T_wheel = 110.4 × 0.075 = 8.28 نیوتن متر
• T_motor = 8.28 / (25 × 0.95) = 0.35 نیوتن متر گشتاور نامی پیوسته

2× ضریب ایمنی برای گشتاور شتاب اضافه کنید: حداکثر گشتاور مورد نیاز موتور ≈ 0.70 نیوتن متر. یک موتور دنده سیاره ای BLDC با حداکثر گشتاور 0.70 نیوتن متر در 48 ولت با نسبت 25:1 این نیاز را برآورده می کند. درجه گشتاور پیوسته باید در برابر گشتاور مورد نیاز پیوسته (0.35 نیوتن متر در بار کامل روی درجه) با حاشیه حرارتی کافی تأیید شود.

سوالات متداول

چگونه پیکربندی فرمان یک AGV بر انتخاب موتور تأثیر می گذارد؟

AGV ها از چندین پیکربندی فرمان استفاده می کنند که هر کدام نیازمندی های موتور متفاوتی دارند. درایو دیفرانسیل (دو چرخ محرک مستقل، بدون فرمان) با به کار انداختن دو موتور محرک با سرعت های مختلف، پیچ ها را ایجاد می کند - این امر مستلزم آن است که هر دو موتور از نظر ویژگی های سرعت-گشتاور خود کاملاً مطابقت داشته باشند و توسط یک موتور هماهنگ شده کنترل شوند که می تواند به طور همزمان سرعت دیفرانسیل را روی هر دو چرخ فرمان دهد. فرمان سه چرخه (یک چرخ محرک در جلو، دو چرخ غیرفعال در عقب) از یک موتور تک محرکه با یک محرک فرمان جداگانه استفاده می کند - انتخاب موتور ساده است، اما یکپارچه سازی محرک فرمان باید در نظر گرفته شود. درایوهای همه جهته (چرخ‌های مکانیوم یا omni در هر گوشه) از چهار موتور کنترل‌شده جداگانه استفاده می‌کنند و امکان حرکت جانبی و مورب را می‌دهند - کنترل‌کننده‌های موتور باید هماهنگی چهار کاناله را انجام دهند و موتورها باید ویژگی‌های تطبیق سرعت عالی در محدوده عملکرد خود داشته باشند.

چه نوع رمزگذار برای موتورهای درایو AGV توصیه می شود؟

رمزگذارهای افزایشی (خروجی A/B مربعی) رایج ترین نوع برای کیلومتر شماری موتور محرک AGV هستند - آنها تعداد پالس در هر دور را که کنترل کننده ناوبری به مسافت طی شده چرخ و سرعت تبدیل می کند، ارائه می دهد. انکودرهای مطلق گهگاه در برنامه‌هایی استفاده می‌شوند که کنترل‌کننده باید موقعیت را بدون هومینگ پس از روشن شدن بداند، اما برای کیلومتر شماری (اندازه‌گیری فاصله)، رمزگذارهای افزایشی استاندارد هستند. وضوح 500-1000 PPR در شفت موتور معمولاً برای دقت کیلومتر شماری با نسبت های استاندارد کاهش دنده سیاره ای کافی است. وضوح بالاتر (PPR 2000-4096) کیلومتر شماری را در سیستم‌های با نسبت پایین بهبود می‌بخشد که در آن شفت چرخ کسری بیشتری از یک دور را در هر دور موتور حرکت می‌دهد.

آیا می توان از موتورهای محرک AGV با ترمز احیا کننده استفاده کرد؟

بله - کنترل‌کننده‌های موتور BLDC در کاربردهای AGV معمولاً از ترمز احیاکننده پشتیبانی می‌کنند، جایی که موتور در طول کاهش سرعت به عنوان یک ژنراتور عمل می‌کند و انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند که باتری را دوباره شارژ می‌کند. ترمز احیا کننده مصرف باتری را کاهش می دهد (مخصوصاً در مسیرهای توقف و حرکت AGV با رویدادهای مکرر کاهش سرعت)، سایش ترمز را کاهش می دهد و بدون حرارت مکانیکی ترمز باعث کاهش سرعت بیشتر می شود. راندمان بازیابی انرژی ترمز احیا کننده در یک برنامه معمولی AGV 15 تا 30 درصد انرژی مورد استفاده برای شتاب گیری است که در عملیات مسیر کوتاه با فرکانس بالا معنی دار است. قابلیت احیاگری مستلزم آن است که کنترل کننده موتور از جریان دو طرفه پشتیبانی کند و سیستم مدیریت باتری جریان شارژ بازسازی شده را بدون وارد شدن به حفاظت اضافه ولتاژ بپذیرد.

موتورهای درایو AGV از تولید هوشمند ژجیانگ سایا

شرکت تولید هوشمند ژجیانگ ساییا با مسئولیت محدود ، Deqing، Zhejiang، موتورهای دنده سیاره ای BLDC، موتورهای دنده سیاره ای DC برس خورده، و مجموعه موتورهای محرک کامل AGV را برای کاربردهای خودروهای هدایت شونده مستقل تولید می کند. طیف محصولات AGV واحدهای موتور محرک را با رمزگذارهای یکپارچه در ولتاژ اسمی باتری 24 ولت، 36 ولت و 48 ولت، در اندازه‌های قاب از 32 میلی‌متر تا 82 میلی‌متر، با نسبت‌های کاهش دنده سیاره‌ای از 5: 1 تا بیش از 500: 1، پوشش می‌دهد و کلاس‌های بار از سکوهای حمل و نقل سبک AG تا سکوهای حمل و نقل کوچک AG را پوشش می‌دهد. مشخصات موتور AGV سفارشی - ولتاژ، نسبت، وضوح رمزگذار، نصب، رتبه IP و کانکتور - از طریق سرویس توسعه OEM/ODM این شرکت در دسترس است.

با مشخصات AGV خود - وزن وسیله نقلیه، بار محموله، حداکثر سرعت، ولتاژ باتری، قطر چرخ و محیط کار - با ما تماس بگیرید تا توصیه و پیشنهاد موتور محرکه را دریافت کنید.

محصولات مرتبط: محصولات پروژه AGV | موتورهای دنده DC بدون جاروبک | موتور دنده سیاره ای | گیربکس سیاره ای دقیق | موتور دنده DC برس خورده