バッテリー駆動アプリケーションに適切な DC ギア モーターを選択する方法

48V パックで 8 時間のシフトを完了しなければならない無人搬送車は、1 日に数分間サイクルする携帯用医療ポンプとは異なるエンジニアリング上の問題です。バッテリー駆動のアプリケーションに適切な DC ギア モーターを選択することで、ソフトウェアのチューニングが役立つ前に、実行時間、ストール マージン、耐用年数が決まります。 DC ギア モーターは、永久磁石 DC モーターと一体型減速ギアボックスを組み合わせたもので、出力トルクを増加させ、固定比率で出力速度を低下させます。バッテリ機器では、12V、24V、および 48 V 巻線にわたる同じ設計のブラシ付きバージョンとブラシレス バージョンが利用可能です。

まず適切な DC ギア モーターのトルクと速度を選択する方法

モーターはカタログのワット数ではなく、出力トルクと速度によって定義されます。アクチュエータが実際に動かす負荷、つまりホイールまたはスピンドルでの動作トルク、起動時の離脱トルク、機械に必要な最高速度を測定します。ギアボックス比は、これらの値をモーター シャフトに関連付けます。負荷が 200 rpm で 12 Nm を要求し、減速段階が 10:1 の場合、モーターは 2000 rpm で 1.2 Nm を保持する必要があります。これは、コントローラーが損失する前の機械出力のおよそ 250 W に相当します。

巻線抵抗、バッテリーのたわみ、ギアボックスの摩擦については、最初の見積もりに 15 ～ 20 パーセントのヘッドルームを追加します。実際的な規則は P = T x n / 9.55 です。ここで、P は機械出力 (ワット)、T はトルク (Nm)、n は速度 (rpm) です。さまざまな荷重ケースでの実際の例については、ギア モーターのトルク計算のステップバイステップ ガイドを参照してください。

DC ギアモーターの巻線をバッテリー電圧に合わせる

性能比較を開始する前に、バッテリー電圧によってどのモーター ファミリが適格であるかが決まります。 24 V パックで 48 V で動作するように巻かれたモーターは、電力が電圧比の 2 乗に比例するため、定格電力の約 4 分の 1 を供給します。最初にパックの電圧を修正します。軽量のポータブルツールには 12 V、コンパクトな AGV ドライブと昇降コラムには 24 V、電流節約が最も重要な高電力物流プラットフォームには 48 V です。

パック電圧が固定された後、完全放電曲線に対して巻線をチェックします。 24 V のリチウム パックは、負荷がかかった状態で 20% の充電状態で 21 V 未満に保つことができ、巻線はその電圧でも有効なトルクを生成する必要があります。当社の低電圧ブラシレス ギア モーター ファミリは、まさにこの動作範囲に合わせて巻かれています。

低電圧バッテリーアプリケーション用の 24V ブラシレス DC ギアモーター この 24V ブラシレス ギア モーターは、リチウム パックの完全放電曲線全体にわたってトルクを維持するように巻かれており、バッテリー駆動システムに適しています。定格 25 ～ 400 W、3000 RPM、0.08 N·m トルクで、85 ～ 92% の効率を実現し、ブラシ付き代替品と比較して稼働時間を延長します。 製品を見る→

より高いトルク範囲を備えた 48V ブラシレス ギア モーター 高電圧バッテリー パックの場合、この 48V ブラシレス ギア モーターは、25 ～ 400W で 0.2 ～ 1.27 N·m のトルクを提供し、動作範囲全体で効率を維持します。ブラシレス設計によりメンテナンスと騒音が軽減され、オートメーションや電気自動車のドライブトレインに最適です。 製品を見る→

ブラシ付き DC ギア モーターとブラシレス DC ギア モーター: バッテリー駆動時間が決まる場所

ブラシレス DC ギア モーターは、その効率が動作範囲全体で維持されるため、同じバッテリーからより多くのエネルギーを返します。ブラシ付き DC ギア モーターのピークは通常 70% ～ 80% ですが、ブラシレス設計では同じフレーム サイズで 85 ～ 92% に達します。 100 Wh パックでは、90% 効率のモーターは約 90 Wh を負荷に供給します。効率 72% のブラシ付きモーターは 72 Wh を供給します。これは、ギア損失を含める前に 18 ～ 20% の実行時間の差になります。

負荷の種類と衝撃条件に応じてギアボックスを選択してください

減速ステージは、高速で低トルクのモーターをアプリケーションが必要とするトルクに変換しますが、ギアボックスのタイプによって、そのトルクがどの程度維持され、ステージがどのくらい持続するかが決まります。遊星ギアボックスは、複数の遊星ギアに負荷を分散するため、同じ直径の平行平段と比較して、トルク密度が増加し、バックラッシュが減少し、ラジアル荷重容量が向上します。直角遊星ユニットはステアリングおよびリフティングアセンブリのスペースを節約しますが、ベベルステージまたはウォームステージが追加され、それ自体の効率コストがかかります。

バッテリー駆動のロボットと AGV は、シフトごとに数千回の起動停止と反転サイクルを蓄積するため、データシートのピーク トルクよりも衝撃容量の方が重要です。また、バックラッシが 0.8 度未満の遊星ギアボックスにより、モーターが速度または位置制御で動作するときに、位置の再現性が維持されます。コンパクトな 42 mm ブラシレス遊星歯車モーターは、中型バッテリーロボットの実用的な出発点です。

広い減速比を備えた 42mm ブラシレス遊星歯車モーター このコンパクトな 42 mm ブラシレス遊星モーターは、3.7 ～ 307.54 の減速比を提供し、ロボットや AGV の正確な速度とトルク制御を可能にします。定格トルク0.048N・mと低バックラッシにより、起動停止サイクルや位置制御動作に適しています。 製品を見る→

デューティサイクル、温度上昇、実際の周囲環境を検証する

周囲温度 40°C での S1 連続使用定格のモーターは、密閉されたバッテリー筐体内では 55°C に達し、定格が低下します。ほとんどのバッテリ駆動アクチュエータは S2 短時間または S3 断続デューティで動作し、定格は巻線が絶縁クラスの制限を超える前にフル トルクをどれだけ長く保持できるかを定義します。データシートで絶縁クラス (通常は 155°C でクラス F) と許容温度上昇を確認してください。

24 V パックが 20% の充電状態で 21 V に低下すると、速度と利用可能なトルクは約 12% 低下します。静止電圧ではなく放電曲線の下限のモーターを指定し、コネクタとヒューズの両方が駆動されるため、ロックされたローター電流と定格電流を記録します。

DC ギアモーターのバッテリー駆動選択チェックリスト

見積もりを比較したり、サプライヤーの提案を確認したりする場合は、この順序を使用します。プロトタイプを作成する前に、サイジングと互換性のほとんどのエラーを検出します。

1. ギアボックス比を使用して、走行負荷トルクと最高速度をモーター シャフトの値に変換し、15 ～ 20% のヘッドルームを追加します。
2. バッテリーのアーキテクチャをロックし、モーターの巻線が放電曲線の下限に一致していることを確認します。
3. 実行時間、騒音、または耐用年数が仕様を左右する場合は、ブラシレスを選択してください。最初のコストとシンプルなコントローラーの方が重要な場合は、ブラシ付きを選択してください。
4. 大きなモーターを使用せずに、衝撃とラジアル荷重に耐えられるギアボックスを選択してください。
5. 実際のエンクロージャ周囲でのモーターの熱クラスに対してデューティ サイクルを検証します。

これらの確認後も要件が不明な場合は、ツーリングやサンプリングの前に、負荷プロファイルとバッテリーの仕様をエンジニアリング チームと共有し、モーターの仕様を検討してください。

バッテリー駆動の DC ギアモーターに関するよくある質問

バッテリー機器用の DC ギアモーターの選択で最もよくある間違いは何ですか?

連続負荷ではなくピークトルクに基づいてサイジングを行います。短い起動ピークは熱質量とわずかに大きいギアボックスによって処理できますが、失速トルクに近い連続運転は熱制限に引っかかり、ブラシの寿命が短くなり、実行時間の推定値よりも早くバッテリーが消耗します。

ブラシレス DC ギア モーターは同じバッテリーでどのくらい長く動作しますか?

実行時間は平均効率にほぼ直接比例します。 85 ～ 92% のブラシレスと 70 ～ 80% のブラシ付きでは、同じパックの動作時間が 12 ～ 20% 長くなり、さらに密閉されたバッテリ エンクロージャ内の廃熱が減少すると予想されます。

AGV ドライブには 24 V または 48 V モーターを選択する必要がありますか?

BMS とケーブル配線が小さい場合、最大約 250 W のコンパクト AGV には 24 V を使用します。約 250 W を超える 48 V に移行すると、電流が半分になり、導体サイズが縮小し、高出力バッテリの管理が簡素化されます。

バッテリー駆動のアプリケーションには遊星ギアボックスが必要ですか?

遊星ステージは複数のギアに負荷を分散するため、始動/停止、逆転、および衝撃負荷がかかるバッテリー用途のより安全なデフォルトです。負荷がスムーズで連続的な場合は、より低い比の平行軸ギアモーターの方がコスト効率が高くなります。