Lo último en sistemas de movimiento EV, eBike y AGV

Por Mike Santora | 20 de marzo de 2023

Recientemente preguntamos a varios expertos de la industria sobre las tendencias que están viendo en el diseño y uso de vehículos eléctricos (EV), scooters, eBikes y vehículos terrestres autónomos (AGV). Esto es lo que esos expertos tenían que decir.

Ian Blasch | Director sénior: desarrollo comercial • JabilJames Gallant | Director de operaciones • ISL Products International Ltd.Jarod Garbe | Gerente del segmento de la industria automotriz • FestoChris Gottlieb | Director: accionamientos y controles • KollmorgenLawrence Lin | gerente de desarrollo de negocios de baterías EV • FestoRobert Luchars | Vicepresidente de desarrollo comercial • Tecnología de estator de PCB ECMMatt Mowry | Gerente de producto: rodamientos lineales drylin • igus Inc.Biren Patel | Gerente de desarrollo comercial: soluciones de movilidad • maxonBruce Rose | Ingeniero principal de aplicaciones • CUI Inc.Dave Schellenberger | Gerente — unidad de negocios de productos automotrices (América) • Tecnología de microchipYoshitaka Umeno | Gerente de mercado global: medicina y robótica • Kollmorgen Corp.

Galante: Especificamos nuestros motores de CC y motores de engranajes en estos tipos de aplicaciones y dispositivos EV, eBike y AGV. Para el control de movimiento, los clientes suelen solicitar que se agregue uno de nuestros codificadores magnéticos incrementales a nuestro motor de CC/motor de engranajes en estas aplicaciones. Para cualquiera de nuestras soluciones de motor BLDC, se requiere un controlador de motor adicional. Proporcionamos controladores de motor BLDC estándar. Para los clientes que desean un controlador de motor totalmente personalizado, brindamos soporte técnico a sus ingenieros electrónicos durante el diseño de PCB.

Rosa: Con voltajes de entrada admitidos desde menos de 10 V CC hasta más de 1000 V CC, los convertidores CC-CC se utilizan en drones y bicicletas con baterías pequeñas y de bajo voltaje hasta autobuses y camiones comerciales con baterías grandes y de alto voltaje. Las fuentes de alimentación de CA-CC y los convertidores de CC-CC se utilizan en sistemas de carga de baterías que van desde drones y cargadores de bicicletas con enchufe de pared hasta cargadores de instalación fija de alta potencia para automóviles, camiones y autobuses.

Más interesante que los numerosos sensores en los vehículos eléctricos son las tecnologías de energía y comunicaciones empleadas para habilitar los sensores y transferir enormes cantidades de datos desde ellos. La distribución de energía en automóviles, camiones, autobuses y aviones se está transformando en una situación similar a la que se usa en los centros de datos. Cada vez es más común tener una red troncal de suministro de energía de 48 V CC empleada con muchas ramas y convertidores CC-CC de punto de carga asociados. Los convertidores POL reducen el voltaje distribuido al nivel requerido por cada sensor o actuador. El peso y el volumen de cobre necesarios para la distribución de energía se reducen considerablemente al implementar esta topología.

El demostrador de cámara 3D infrarroja de longitud de onda corta de Jabil funciona a una longitud de onda de 1130 nm, lo que la convierte en una buena opción para aplicaciones en exteriores.

Mowry: Cuanto más autónomos se vuelven los vehículos eléctricos, más automatización se realiza dentro de la cabina para mejorar la experiencia del conductor y los pasajeros. Hemos visto nuevas aplicaciones para nuestros tornillos de avance en la apertura automatizada de puertos de carga, ventanas corredizas eléctricas en la parte trasera de camionetas y sistemas lineales que pueden cambiar la posición del tablero, el volante u otras partes del interior para crear más espacio de uso para los pasajeros.

La figura de la planta destaca la capacidad del demostrador de cámara 3D SWIR de Jabil para capturar información de profundidad de un objeto parcialmente iluminado por el sol y parcialmente protegido del sol.

Luchars: Los motores eléctricos con estator de PCB de ECM son el componente central para convertir la energía eléctrica en par, caballos de fuerza, salida mecánica y movimiento hacia adelante en aplicaciones de movilidad eléctrica. De hecho, nuestro acoplamiento de placa de circuito impreso, topología de motor de flujo axial a una plataforma SaaS representa una nueva herramienta tecnológica para la movilidad eléctrica. Los motores eléctricos PCB Stator de ECM son más livianos, rápidos, silenciosos y logran eficiencias mucho más altas que las máquinas convencionales. Lo conectamos a nuestro software de CAD para motores, PrintStator, que ofrece una flexibilidad de diseño sin precedentes. La plataforma SaaS de ECM toma entradas discretas: cuánto par, potencia y velocidad de rotación deseada, y las convierte en un diseño para un estator de PCB personalizado utilizado en máquinas de flujo axial.

Los diseños de motor de ECM en máquinas con núcleo de aire de flujo axial tienen un par máximo y una potencia superior en un espacio mucho más pequeño. Esto presenta numerosos beneficios de diseño y rendimiento para aplicaciones eléctricas, como drones, bicicletas eléctricas y ciertos vehículos marinos. Las ventajas más obvias incluyen un peso reducido junto con un rendimiento mejorado y una mayor eficiencia de la batería.

Schellenberger: Microchip Technology ofrece una gama de soluciones basadas en semiconductores para el mercado de la movilidad eléctrica. Nuestras soluciones de carburo de silicio (SiC) permiten la conversión, regulación y control de energía de alto voltaje necesarios para la propulsión en vehículos eléctricos, bicicletas eléctricas y scooters. Nuestros controladores de señal digital (DSC) listos para AUTOSAR con un motor DSP de alto rendimiento y periféricos especializados dan como resultado ganancias de rendimiento sorprendentes en aplicaciones de energía digital. Junto con estos componentes centrales, también ofrecemos soluciones de administración de energía, conectividad, temporización y seguridad, entre otras, para ayudar a los clientes a construir una solución de sistema total para aplicaciones de E-Mobility.

En términos de detección, LiDAR, radar, sistemas ultrasónicos y basados ​​en cámaras lideran el camino para los vehículos autónomos. Además, nuestras soluciones de detección inductiva son clave para aplicaciones de control de motores y detección de posición para vehículos eléctricos. En el lado de la transmisión, los sistemas de alto voltaje necesarios para la propulsión de vehículos eléctricos han creado la demanda de MOSFET y diodos de SiC que sean capaces de soportar cientos de voltios.

Lin: Considere cómo se usa el control de movimiento en la producción de baterías EV. Hay dos ambientes de operación en la fabricación de baterías: en un cuarto seco (punto de rocío < -20 °C) antes de sellar las baterías prismáticas, cilíndricas y tipo bolsa, y en el ambiente de la fábrica, donde se colocan las celdas de ensamblaje selladas. en módulos. Una vez que las celdas se colocan en módulos, se aseguran en el módulo con adhesivo, se cierran a presión y se colocan en un paquete de baterías EV para su instalación en los vehículos.

Los robots de pórtico cartesianos de Festo se utilizan para operaciones de recogida, colocación, sellado y prensado en la fábrica. Los pórticos, que para empezar son compactos, utilizan cerca del 100 % del espacio de trabajo, lo que reduce el espacio ocupado en la planta de producción. Los pórticos requieren menos protección, lo que ahorra costos y espacio. El movimiento del pórtico es rápido y preciso para el movimiento de tres ejes de toma y colocación, sellado y prensado.

Para ser competitivos, los OEM de baterías para vehículos eléctricos deben ser mejores, más rápidos y ofrecer sistemas superiores en términos de rendimiento. Festo desarrolló la herramienta de productividad de ingeniería Handling Guide Online que reduce el tiempo de diseño del pórtico de un promedio de la industria de dos semanas a 20 minutos. Con esta herramienta en línea gratuita, los ingenieros ingresan los parámetros básicos de la aplicación, como la masa, el par y la velocidad, y Handling Guide Online diseña el pórtico óptimo. Al final de una sesión de diseño, el ingeniero recibe un dibujo CAD en 3D, una lista de materiales, una fecha de entrega estimada y una cotización del costo del sistema. Con un dibujo CAD en 3D, el OEM puede continuar con el diseño de la máquina mientras espera la entrega del pórtico y mantener el proyecto en marcha.

Festo ofrece pórticos totalmente probados, que se envían como kits de montaje rápido o como sistemas totalmente montados y listos para instalar. Cada OEM recibe un número de pieza único para el pórtico para una fácil reordenación e identificación de componentes. Cuando llega el pórtico y el armario de control de Festo, el OEM conecta la alimentación junto con los cables de control y utiliza bloques de funciones preinstalados para programar la unidad. El Festo Motion Control Package permite al OEM comprimir el tiempo de puesta en marcha estándar de una semana a uno o dos días.

Los componentes de Festo se utilizan en la producción de baterías para vehículos eléctricos. Aquí se muestra el interior de la máquina Festo GBBatterie.

En honor de: En la producción de baterías para vehículos eléctricos, existe una enorme presión para el rápido diseño, construcción y puesta en marcha de máquinas automatizadas para la producción. Estas máquinas deben exhibir un tiempo de actividad superior, precisión, adquisición de datos y confiabilidad. Junto con la creciente demanda de vehículos eléctricos por parte de los consumidores y el impulso para ser un líder del mercado para las empresas automotrices, la Ley de Reducción de la Inflación ha estimulado a la industria a moverse aún más rápido que antes debido a los incentivos fiscales en el proyecto de ley. Hay inmensos objetivos de producción hasta 2030. La única forma en que los fabricantes de automóviles alcanzarán estos objetivos es a través de métodos de producción altamente automatizados y confiables. En la producción de baterías para vehículos eléctricos, los OEM utilizan pórticos basados ​​en movimiento lineal por su precisión frente a los robots de seis ejes. A medida que un brazo de seis ejes se aleja más de su base, los robots pierden precisión. Un pórtico mantiene una alta precisión dentro de todo el entorno de trabajo. Descubrimos que los OEM en la industria de las baterías no quieren comprar componentes de múltiples proveedores. El uso de numerosos proveedores complica los pedidos en términos de tiempo, inventario y soporte para sistemas de múltiples componentes/múltiples proveedores y corre el riesgo de que los componentes tengan problemas de interoperabilidad.

Las curvas de aprendizaje para la programación y el cableado también requieren mayores recursos internos. Los OEM quieren que sus máquinas se entreguen y pongan en marcha más rápido, con un alto rendimiento confiable y más fácil de mantener. Todo esto conduce a la consolidación de proveedores. Handling Guide Online reduce el tiempo de entrega de un robot de pórtico de un promedio de la industria de ocho semanas a tres.

Imagen de producción de baterías EV: Festo

Patel: maxon ha desarrollado una unidad motriz ligera montada en el centro que proporciona apoyo cuando es necesario y puede integrarse en el cuadro. La unidad motriz Bikedrive AIR pesa solo 1,9 kg y tiene un factor Q a partir de 155 mm y tecnología de rueda libre que no ofrece resistencia perceptible. Esto significa que cuando se pedalea hacia atrás y se conduce sin ayuda, no hay fuerza de fricción que vencer debido al motor. La unidad motriz de bajo perfil permite a los fabricantes de bicicletas de carrera, gravel, urbanas, para niños y de montaña seguir utilizando diseños de cuadros tradicionales.

Para AGV, maxon continúa desarrollando accionamientos integrados y ha ampliado esta oferta con el lanzamiento del IDX 70. Los accionamientos compactos IDX70 se pueden configurar fácilmente en línea y ofrecen un par máximo de hasta 87,5 Nm cuando se combinan con la caja de cambios de 70 mm GPX70.

Umeno: Kollmorgen ha proporcionado muchas soluciones de automatización para la producción de baterías para vehículos eléctricos. Nuestro éxito y experiencia en el apoyo al gran mercado asiático existente se están aprovechando para respaldar las producciones en Europa y América del Norte. El proceso de recubrimiento es fundamental en la producción de baterías de iones de litio. Los fabricantes de máquinas de recubrimiento confían en la tecnología de transmisión directa de Kollmorgen para cumplir con los requisitos de los fabricantes para un alto rendimiento.

paja: Jabil ha desarrollado una cámara 3D de próxima generación con la capacidad de operar sin problemas en entornos interiores y exteriores hasta un rango de 20 metros. Jabil, ams OSRAM y Artilux combinaron sus tecnologías patentadas en el diseño de arquitectura de detección 3D, láseres semiconductores y conjuntos de sensores de germanio-silicio (GeSi) basados ​​en una plataforma de tecnología de semiconductores de óxido de metal complementario escalable (CMOS), respectivamente, para demostrar una Cámara 3D que opera en el infrarrojo de longitud de onda corta (SWIR), a 1130 nanómetros. La cámara funciona en el infrarrojo de onda corta, 1130 nm, lo que mejora en gran medida la relación señal-ruido utilizada para calcular la profundidad. la señal ToF. En segundo lugar, la magnitud de la señal también se puede aumentar, ya que los umbrales de seguridad ocular del láser son más altos a 1130 nm que a 850 nm o 940 nm. El resultado es una cámara 3D capaz de funcionar con luz solar brillante, rango operativo extendido y mejor precisión de profundidad.

La implicación clave es que las plataformas robóticas ya no están restringidas a la operación en interiores. Dado el alto costo de los robots móviles autónomos (AMR) y otras plataformas autónomas, aumentar su utilidad, seguridad y confiabilidad beneficia a todos en la industria. La planificación de rutas para evitar obstáculos como ventanas o puertas abiertas ya no es un problema.

Nuestro objetivo, en colaboración con muchos proveedores de componentes en el mercado, es crear sensores 3D de bajo costo que permitan carretillas elevadoras, AMR, equipos agrícolas, plataformas de apoyo a las operaciones de aeronaves y más, cuyo rendimiento sea indiferente a las condiciones ambientales. El uso de cámaras 3D a 1130 nm también se puede instalar en AGV, especialmente para evitar colisiones. Se debe considerar el uso de 1130nm para los AGV que deseen moverse a lo largo de los muelles de carga, entre edificios o funcionar completamente en entornos al aire libre.

Gottlieb: Kollmorgen es un proveedor clave de AGV; mejoramos la eficiencia en la fabricación y el almacenamiento sin realizar inversiones significativas. Las tendencias del mercado apuntan a más envíos directos al consumidor, y las estrategias de gestión de almacenes habilitadas por las herramientas más eficientes elevarán a los ganadores a la participación de mercado. Kollmorgen Motion Control también vende en el mercado de drones y vehículos eléctricos. Nuestros productos se ajustan a la perfección en tecnología de transmisión directa, precisión y velocidad de transmisión, y tiempo de comercialización más rápido con ingenieros asesores.