Cách chọn động cơ bánh răng DC phù hợp cho các ứng dụng chạy bằng pin

Một phương tiện được dẫn hướng tự động phải hoàn thành ca làm việc kéo dài 8 giờ trên bộ 48 V là một vấn đề kỹ thuật khác với một máy bơm y tế di động quay vòng vài phút mỗi ngày. Việc chọn động cơ hộp số DC phù hợp cho các ứng dụng chạy bằng pin sẽ quyết định thời gian chạy, biên độ ngừng hoạt động và tuổi thọ sử dụng trước khi có bất kỳ sự điều chỉnh phần mềm nào có thể trợ giúp. Động cơ bánh răng DC kết hợp động cơ DC nam châm vĩnh cửu với hộp số giảm tốc tích hợp giúp tăng mô-men xoắn đầu ra và giảm tốc độ đầu ra theo một tỷ lệ cố định; trong thiết bị pin, thiết kế tương tự có sẵn ở các phiên bản có chổi than và không chổi than trên các cuộn dây 12 V, 24 V và 48 V.

Cách chọn mô-men xoắn và tốc độ động cơ bánh răng DC phù hợp đầu tiên

Mô-men xoắn và tốc độ đầu ra xác định động cơ chứ không phải công suất danh mục. Đo tải mà bộ truyền động thực sự di chuyển: mô-men xoắn chạy ở bánh xe hoặc trục chính, mô-men xoắn khi khởi động và tốc độ tối đa mà máy cần. Tỷ số hộp số sau đó liên hệ các giá trị đó với trục động cơ. Khi tải yêu cầu 12 Nm tại 200 vòng/phút và mức giảm là 10:1, động cơ phải giữ 1,2 Nm tại 2000 vòng/phút, tức là công suất cơ học khoảng 250 W trước khi bộ điều khiển bị mất.

Kích thước động cơ bánh răng DC cho tải liên tục trong trường hợp xấu nhất, sau đó để hộp số hấp thụ các cú sốc cực đại: 12 Nm tại 200 vòng/phút thông qua tỷ lệ 10:1 tương đương 1,2 Nm tại 2000 vòng/phút tại trục động cơ.

Thêm khoảng trống 15-20 phần trăm vào ước tính đầu tiên về điện trở cuộn dây, độ võng của pin và ma sát hộp số. Quy tắc thực tế là P = T x n / 9,55, trong đó P là công suất cơ học tính bằng watt, T là mô-men xoắn tính bằng Nm và n là tốc độ tính bằng vòng/phút. Để biết ví dụ hoạt động với các trường hợp tải khác nhau, hãy xem hướng dẫn từng bước của chúng tôi về tính toán mô-men xoắn cho động cơ bánh răng.

Khớp cuộn dây động cơ DC Gear với điện áp pin

Điện áp pin quyết định dòng động cơ nào đủ điều kiện trước khi bắt đầu so sánh hiệu suất. Một cuộn dây động cơ chạy với điện áp 48 V trên bộ 24 V cung cấp khoảng một phần tư công suất định mức vì công suất tỉ lệ với bình phương của tỷ số điện áp. Trước tiên, hãy cố định điện áp gói: 12 V cho các dụng cụ cầm tay nhẹ, 24 V cho bộ truyền động AGV nhỏ gọn và cột nâng, 48 V cho nền tảng hậu cần công suất cao hơn, nơi việc tiết kiệm dòng điện là quan trọng nhất.

Đấu dây ứng cử viên động cơ 250 W vào các kiến trúc pin thông thường.
Kiến trúc	Hiện tại ở 250 W	Gia đình xe máy	Tác động dây điện
12 V	20,8 A	chải 90-120 W	Dây dẫn nặng, cầu chì 30 A
24 V	10,4 A	Chải 90-250 W, BLDC	Cáp tiêu chuẩn, 20-50 A BMS
48 V	5,2 A	BLDC 120 W trở lên	Dây dẫn mỏng, sạc nhanh

Mỗi 250 W tải liên tục có giá khoảng 5,2 A trên bus 48 V, 10,4 A trên bus 24 V và 20,8 A trên bus 12 V. Hệ thống dây điện hạ thế nhanh chóng trở nên đắt đỏ.

Sau khi cố định điện áp gói, kiểm tra cuộn dây theo đường cong phóng điện hoàn toàn. Một gói lithium 24 V có thể ở mức dưới 21 V ở trạng thái sạc 20% khi có tải và cuộn dây vẫn phải tạo ra mô-men xoắn hữu ích ở điện áp đó. Dòng động cơ bánh răng không chổi than điện áp thấp của chúng tôi được trang bị chính xác cho phạm vi hoạt động này.

24V Brushless DC Gear Motor for Low-Voltage Battery Applications

Động cơ bánh răng DC không chổi than 24V cho các ứng dụng pin điện áp thấp Động cơ bánh răng không chổi than 24V này được quấn để duy trì mô-men xoắn trên đường cong phóng điện hoàn toàn của gói lithium, phù hợp với các hệ thống chạy bằng pin. Công suất định mức 25-400W ở tốc độ 3000 vòng/phút với mô-men xoắn 0,08 N·m, nó mang lại hiệu suất 85-92%, kéo dài thời gian chạy so với các lựa chọn thay thế chổi than. Xem sản phẩm →

48V Brushless Gear Motor with Higher Torque Range

Động cơ bánh răng không chổi than 48V với dải mô-men xoắn cao hơn Đối với các bộ pin có điện áp cao hơn, động cơ bánh răng không chổi than 48V này cung cấp mô-men xoắn 0,2-1,27 N·m trên 25-400W, duy trì hiệu suất trong phạm vi hoạt động. Thiết kế không chổi than của nó giúp giảm thiểu việc bảo trì và tiếng ồn, lý tưởng cho hệ thống truyền động tự động hóa và xe điện. Xem sản phẩm →

Động cơ bánh răng DC không chổi than và không chổi than: Thời gian chạy pin được quyết định ở đâu

Động cơ bánh răng DC không chổi than trả lại nhiều năng lượng hơn từ cùng một loại pin vì hiệu suất của chúng duy trì trong phạm vi hoạt động. Động cơ bánh răng DC có chổi than thường đạt mức tối đa từ 70% đến 80%, trong khi thiết kế không chổi than đạt 85-92% ở cùng kích thước khung. Trên gói 100 Wh, động cơ có hiệu suất 90% sẽ cung cấp khoảng 90 Wh cho tải; một động cơ chổi than hiệu suất 72% cung cấp 72 Wh, khoảng cách thời gian chạy 18-20% trước khi tính đến tổn thất truyền động.

Động cơ bánh răng DC chải

Chi phí bộ điều khiển thấp hơn và khả năng đảo chiều đơn giản làm cho bộ phận chải trở nên hấp dẫn đối với các công cụ sử dụng pin chu kỳ ngắn. Chổi than bị mòn, tạo ra bụi và hiệu suất giảm mạnh khi tải một phần.

Động cơ bánh răng DC không chổi than

Hiệu suất cao hơn, tuổi thọ dài hơn, EMI thấp hơn và hoạt động không có cảm biến yên tĩnh phù hợp với chuyển động liên tục, chạy bằng pin. Chi phí trả trước cao hơn và bắt buộc phải có bộ điều khiển.

Xu hướng hiệu suất điển hình của động cơ bánh răng DC 40-120 W trong phạm vi 24-48 V.

Trong chuyển động chạy bằng pin, hiệu suất không phải là phần thưởng trên bảng dữ liệu. Khoảng cách hiệu suất 15 điểm sẽ khiến nhiệt bên trong vỏ tăng thêm khoảng 30% và thời gian chạy ít hơn 15-20% ở cùng một tải.

Chọn hộp số theo loại tải và điều kiện sốc

Giai đoạn giảm tốc chuyển đổi một động cơ nhanh, mô-men xoắn thấp thành mô-men xoắn mà ứng dụng cần, nhưng loại hộp số quyết định lượng mô-men xoắn đó tồn tại và giai đoạn này kéo dài bao lâu. Hộp số hành tinh phân phối tải trên một số bánh răng hành tinh, giúp tăng mật độ mô-men xoắn, giảm phản ứng ngược và cải thiện khả năng tải xuyên tâm so với giai đoạn thúc đẩy song song có cùng đường kính. Các bộ phận hành tinh góc vuông tiết kiệm không gian trong các bộ phận lái và nâng nhưng lại bổ sung thêm một giai đoạn côn hoặc trục vít với chi phí hiệu quả riêng.

Các giai đoạn giảm phổ biến cho chuyển động chạy bằng pin.
Loại hộp số	Phản ứng dữ dội	Tải xuyên tâm	Hiệu quả từng giai đoạn	Sử dụng pin tốt nhất
Thúc đẩy, song song	0,5-1,0 độ	Hạ xuống	97-98%	Thiết bị truyền động nhẹ, sốc thấp
hành tinh	0,3-0,8 độ	Cao hơn	95-97%	Dẫn động AGV, nâng hạ, chống sốc
Góc vuông	0,5-1,5 độ	Trung bình	90-95%	Tay lái nhỏ gọn, thang máy

Các rô-bốt và AGV chạy bằng pin tích lũy hàng nghìn chu kỳ khởi động-dừng và đảo chiều trong mỗi ca, do đó khả năng chống sốc quan trọng hơn mô-men xoắn cao nhất trong bảng dữ liệu. Hộp số hành tinh có độ phản ứng ngược dưới 0,8 độ cũng giữ cho việc định vị có thể lặp lại khi động cơ chạy ở chế độ điều khiển tốc độ hoặc vị trí. Động cơ bánh răng hành tinh không chổi than 42 mm nhỏ gọn là điểm khởi đầu thiết thực cho rô-bốt chạy pin công suất trung bình.

Trong chế tạo robot dùng pin, mức độ sốc của hộp số quyết định tuổi thọ sử dụng nhiều hơn số mô-men xoắn cực đại của động cơ. Một bệ hành tinh có phản ứng ngược dưới 0,8 độ duy trì khả năng lặp lại định vị qua hàng nghìn chu kỳ.

42mm Brushless Planetary Gear Motor with Wide Reduction Ratios

Động cơ bánh răng hành tinh không chổi than 42mm với tỷ lệ giảm rộng Động cơ hành tinh không chổi than 42mm nhỏ gọn này cung cấp tỷ lệ giảm từ 3,7 đến 307,54, cho phép kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn chính xác cho robot và AGV. Với mô-men xoắn định mức 0,048 N·m và độ phản ứng ngược thấp, nó phù hợp với các chu trình khởi động-dừng và chuyển động được điều khiển theo vị trí. Xem sản phẩm →

Xác minh chu kỳ nhiệm vụ, tăng nhiệt độ và môi trường thực

Một động cơ được xếp hạng cho hoạt động liên tục S1 ở nhiệt độ môi trường xung quanh 40°C sẽ giảm hoạt động bên trong vỏ pin kín đạt tới 55°C. Hầu hết các bộ truyền động chạy bằng pin đều chạy ở chế độ làm việc gián đoạn S2 hoặc S3 và định mức xác định thời gian có thể giữ toàn bộ mô-men xoắn trước khi cuộn dây vượt quá giới hạn cấp cách điện. Xác nhận lớp cách điện, điển hình là Lớp F ở 155°C và mức tăng nhiệt độ cho phép trên biểu dữ liệu.

Động cơ DC nam châm vĩnh cửu chạy ở tốc độ không tải tỷ lệ với điện áp và phát triển mô men xoắn tỷ lệ với dòng điện. Độ võng của pin sẽ ghi lại cả hai giá trị trong thời gian thực.

Khi gói 24 V giảm xuống còn 21 V ở trạng thái sạc 20%, tốc độ và mô-men xoắn khả dụng giảm khoảng 12%. Chỉ định động cơ ở đầu dưới của đường cong phóng điện thay vì điện áp nghỉ và ghi lại dòng điện rôto bị khóa cũng như dòng điện định mức vì cả kích thước đầu nối truyền động và cầu chì.

85-92% Hiệu suất cao nhất không chổi than điển hình

20,8 đến 5,2 A Dòng điện cho 250 W từ 12 V đến 48 V

10.000-20.000 giờ không chổi than service life in continuous duty

10:1 Ví dụ về tỷ số truyền, đầu ra 0,3 đến 3,0 Nm

Danh sách kiểm tra lựa chọn chạy bằng pin cho động cơ bánh răng DC

Sử dụng trình tự này khi so sánh báo giá hoặc xem xét đề xuất của nhà cung cấp. Nó phát hiện hầu hết các lỗi về kích thước và khả năng tương thích trước khi tạo nguyên mẫu.

Chuyển đổi mômen tải đang chạy và tốc độ tối đa thành giá trị trục động cơ bằng tỷ số hộp số, sau đó thêm khoảng không 15-20%.
Khóa cấu trúc pin và xác nhận cuộn dây động cơ khớp với đầu dưới của đường cong xả.
Chọn không chổi than khi thời gian chạy, tiếng ồn hoặc tuổi thọ vận hành quyết định thông số kỹ thuật; chọn chải khi chi phí đầu tiên và bộ điều khiển đơn giản quan trọng hơn.
Chọn hộp số có khả năng chịu tải va đập và hướng tâm mà không cần sử dụng động cơ lớn hơn.
Xác minh chu kỳ làm việc theo cấp nhiệt động cơ ở môi trường xung quanh vỏ thực tế.

Nếu hai nhà cung cấp đề xuất các loại hộp số khác nhau cho cùng một tải, hãy so sánh tuổi thọ sử dụng khi tải va đập chứ không phải mô-men xoắn cực đại. Báo giá rẻ hơn thường có giá cao hơn trong suốt vòng đời của máy.

Nếu yêu cầu vẫn chưa rõ ràng sau những lần kiểm tra này, hãy chia sẻ cấu hình tải và thông số kỹ thuật của pin với nhóm kỹ thuật của chúng tôi để đánh giá thông số kỹ thuật của động cơ trước khi chế tạo dụng cụ hoặc lấy mẫu.

Câu hỏi thường gặp về động cơ bánh răng DC chạy bằng pin

Sai lầm phổ biến nhất trong việc lựa chọn động cơ bánh răng DC cho thiết bị ắc quy là gì?

Định cỡ bằng mô-men xoắn cực đại thay vì tải liên tục. Thời gian khởi động cao nhất trong thời gian ngắn có thể được xử lý bằng khối nhiệt và hộp số lớn hơn một chút, nhưng hoạt động liên tục gần mô-men xoắn ngừng hoạt động sẽ vượt qua giới hạn nhiệt, rút ngắn tuổi thọ chổi than và tiêu hao pin nhanh hơn ước tính về thời gian chạy.

Động cơ bánh răng DC không chổi than sẽ chạy trên cùng một loại pin trong bao lâu?

Chạy quy mô thời gian gần như trực tiếp với hiệu quả trung bình. Ở mức 85-92% không chổi than so với 70-80% có chổi than, thời gian hoạt động của cùng một gói sẽ tăng thêm 12-20%, cộng với lượng nhiệt thải ít hơn bên trong vỏ pin kín.

Tôi nên chọn động cơ 24 V hay 48 V cho biến tần AGV?

Sử dụng 24 V cho các AGV nhỏ gọn có công suất lên tới khoảng 250 W trong đó BMS và hệ thống cáp vẫn còn nhỏ. Di chuyển đến 48 V trên khoảng 250 W để giảm một nửa dòng điện, thu nhỏ kích thước dây dẫn và đơn giản hóa việc quản lý pin có công suất cao hơn.

Tôi có cần hộp số hành tinh cho ứng dụng chạy bằng pin không?

Các giai đoạn hành tinh là mặc định an toàn hơn cho các ứng dụng ắc quy khởi động-dừng, lùi và tải sốc vì chúng phân phối tải trên nhiều bánh răng. Nếu hoạt động trơn tru và liên tục, động cơ hộp số trục song song ở tỷ số thấp hơn có thể tiết kiệm chi phí hơn.