Les derniers systèmes de mouvement EV, eBike et AGV

Par Mike Santora | 20 mars 2023

Nous avons récemment interrogé plusieurs experts du secteur sur les tendances qu'ils observent dans la conception et l'utilisation des véhicules électriques (VE), des scooters, des vélos électriques et des véhicules terrestres autonomes (AGV). Voici ce que ces experts avaient à dire.

Ian Blasch | Directeur principal — développement des affaires • JabilJames Gallant | Directeur des opérations • ISL Products International Ltd.Jarod Garbe | Responsable du segment industrie automobile • FestoChris Gottlieb | Directeur — commandes et commandes • KollmorgenLawrence Lin | responsable du développement commercial batteries VE • FestoRobert Luchars | Vice-président du développement commercial • ECM PCB Stator TechnologyMatt Mowry | Chef de produit — Paliers linéaires drylin • igus Inc.Biren Patel | Responsable du développement commercial — solutions de mobilité • maxonBruce Rose | Ingénieur d'application principal • CUI Inc.Dave Schellenberger | Manager — unité commerciale des produits automobiles (Amériques) • Microchip TechnologyYoshitaka Umeno | Responsable de marché mondial — médical et robotique • Kollmorgen Corp.

Galant: Nous spécifions nos moteurs à courant continu et moteurs à engrenages dans ces types d'applications et d'appareils EV, eBike et AGV. Pour le contrôle de mouvement, les clients demandent généralement que l'un de nos codeurs magnétiques incrémentaux soit ajouté à notre moteur à courant continu/moteur à engrenages dans ces applications. Pour toutes nos solutions de moteur BLDC, un contrôleur de moteur supplémentaire est requis. Nous fournissons des contrôleurs de moteur BLDC standard. Pour les clients qui souhaitent un contrôleur de moteur entièrement personnalisé, nous fournissons un support technique à leurs ingénieurs en électronique lors de la conception du PCB.

Rose: Avec des tensions d'entrée prises en charge de moins de 10 Vdc à plus de 1000 Vdc, les convertisseurs dc-dc sont utilisés dans les petits drones et vélos à batterie basse tension via les bus et camions commerciaux à batterie large et haute tension. Les alimentations AC-DC et les convertisseurs DC-DC sont utilisés dans les systèmes de charge de batterie allant des drones et chargeurs de vélo alimentés par prise murale, aux chargeurs à installation fixe haute puissance pour voitures, camions et bus.

Plus intéressantes que les nombreux capteurs des véhicules électriques sont les technologies d'alimentation et de communication utilisées pour activer les capteurs et transférer d'énormes quantités de données à partir d'eux. La distribution d'énergie dans les automobiles, les camions, les bus et les avions se transforme en une situation similaire à celle utilisée dans les centres de données. Il est de plus en plus courant d'avoir une dorsale d'alimentation de 48 Vcc utilisée avec de nombreuses branches et des convertisseurs cc-cc de point de charge associés. Les convertisseurs POL réduisent la tension distribuée au niveau requis par chaque capteur ou actionneur. Le poids et le volume de cuivre requis pour la distribution d'énergie sont fortement réduits par la mise en œuvre de cette topologie.

Le démonstrateur de caméra 3D infrarouge à courte longueur d'onde de Jabil fonctionne à une longueur d'onde de 1130 nm, ce qui en fait un bon choix pour les applications extérieures.

Moury : Plus les véhicules électriques deviennent autonomes, plus l'automatisation se fait à l'intérieur de la cabine pour améliorer l'expérience du conducteur et des passagers. Nous avons vu de nouvelles applications pour nos vis-mères dans l'ouverture automatisée des ports de charge, les vitres coulissantes électriques à l'arrière des camionnettes et les systèmes linéaires qui peuvent changer la position du tableau de bord, du volant ou d'autres parties de l'intérieur pour créer plus d'espace utilisateur pour les passagers.

La figure de la plante met en évidence la capacité du démonstrateur de caméra SWIR 3D de Jabil à capturer les informations de profondeur d'un objet partiellement éclairé par le soleil et partiellement ombragé par le soleil.

Vous combattrez : Les moteurs électriques PCB Stator d'ECM sont le composant central pour convertir l'énergie électrique en couple, puissance, puissance mécanique et mouvement vers l'avant dans les applications de mobilité électrique. En fait, notre couplage d'une carte de circuit imprimé, d'une topologie de moteur à flux axial à une plate-forme SaaS représente un nouvel outil technologique pour la mobilité électrique. Les moteurs électriques PCB Stator d'ECM sont plus légers, plus rapides, plus silencieux et atteignent des rendements beaucoup plus élevés que les machines conventionnelles. Nous connectons cela à notre logiciel de CAO moteur, PrintStator, qui offre une flexibilité de conception sans précédent. La plate-forme SaaS d'ECM prend des entrées discrètes : le couple, la puissance et la vitesse de rotation souhaitée‚ et les convertit en une conception pour un stator PCB personnalisé utilisé dans les machines à flux axial.

Les conceptions de moteur d'ECM dans les machines à noyau d'air à flux axial ont un couple maximal et une puissance supérieure dans un encombrement beaucoup plus petit. Cela présente de nombreux avantages en matière de conception et de performances pour les applications à propulsion électrique, telles que les drones, les vélos électriques et certains véhicules marins. Les avantages les plus évidents incluent un poids réduit couplé à des performances améliorées et à une plus grande efficacité de la batterie.

Schellenberg : Microchip Technology propose une gamme de solutions à base de semi-conducteurs pour le marché de la mobilité électrique. Nos solutions en carbure de silicium (SiC) permettent la conversion, la régulation et le contrôle de l'alimentation haute tension nécessaires à la propulsion des véhicules électriques, des vélos électriques et des scooters. Nos contrôleurs de signaux numériques (DSC) compatibles AUTOSAR avec un moteur DSP hautes performances et des périphériques spécialisés permettent des gains de performances époustouflants dans les applications d'alimentation numérique. Parallèlement à ces composants de base, nous proposons également des solutions de gestion de l'alimentation, de connectivité, de synchronisation et de sécurité, entre autres, pour aider les clients à créer une solution système complète pour les applications de mobilité électrique.

En termes de détection, les systèmes LiDAR, radar, ultrasons et caméras ouvrent la voie aux véhicules autonomes. De plus, nos solutions de détection inductive sont essentielles pour les applications de commande de moteur et la détection de position pour les véhicules électriques. Du côté de l'entraînement, les systèmes haute tension nécessaires à la propulsion des véhicules électriques ont créé la demande de MOSFET SiC et de diodes capables de supporter des centaines de volts.

Lin : Considérez comment le contrôle de mouvement est utilisé dans la production de batteries EV. Il existe deux environnements de fonctionnement dans la fabrication de batteries - dans une pièce sèche (point de rosée < -20 ° C) avant que les batteries prismatiques, cylindriques et de type pochette ne soient scellées - et dans l'environnement ambiant de l'usine, où les cellules d'assemblage scellées sont placées dans des modules. Une fois les cellules placées dans les modules, elles sont fixées dans le module avec de l'adhésif, fermées par pression et placées dans un bloc-batterie EV pour être installées dans les véhicules.

Les robots portiques cartésiens Festo sont utilisés pour les opérations de prélèvement, de placement, de scellage et de pressage en usine. Les portiques, compacts au départ, utilisent près de 100 % de l'enveloppe de travail, ce qui réduit l'encombrement au sol de l'usine. Les portiques nécessitent moins de protection, ce qui permet d'économiser de l'argent et de l'espace. Le mouvement du portique est rapide et précis pour le mouvement à trois axes de prélèvement et de placement, de scellage et de pressage.

Pour être compétitifs, les équipementiers de batteries de véhicules électriques doivent être meilleurs, plus rapides et proposer des systèmes supérieurs en termes de performances. Festo a développé l'outil de productivité d'ingénierie Handling Guide Online qui réduit le temps de conception du portique d'une moyenne de l'industrie de deux semaines à 20 minutes. Grâce à cet outil en ligne gratuit, les ingénieurs saisissent les paramètres d'application de base tels que la masse, le couple et la vitesse, et le Handling Guide Online conçoit le portique optimal. À la fin d'une session de conception, l'ingénieur reçoit un dessin CAO 3D, une nomenclature, une date de livraison estimée et un devis pour le coût du système. Avec un dessin CAO 3D, l'OEM peut procéder à la conception de la machine en attendant la livraison du portique et faire avancer le projet.

Festo fournit des portiques entièrement testés, qui sont expédiés sous forme de kits à montage rapide ou de systèmes entièrement assemblés et prêts à installer. Chaque OEM reçoit un numéro de pièce unique pour le portique afin de faciliter la commande et l'identification des composants. Lorsque le portique Festo et l'armoire de commande arrivent, l'OEM connecte l'alimentation avec les câbles de commande et utilise des blocs fonctionnels préinstallés pour programmer l'unité. Le Festo Motion Control Package permet à l'OEM de réduire le temps de mise en service standard d'une semaine à un ou deux jours.

Les composants Festo sont utilisés dans la production de batteries de véhicules électriques. Montré ici est l'intérieur de la machine Festo GBBatterie.

En l'honneur de: Dans la production de batteries EV, il existe une pression énorme pour la conception, la construction et la mise en service rapides de machines automatisées pour la production. Ces machines doivent présenter une disponibilité, une précision, une acquisition de données et une fiabilité supérieures. Parallèlement à la demande croissante des consommateurs pour les véhicules électriques et à la volonté d'être un leader du marché pour les constructeurs automobiles, la loi sur la réduction de l'inflation a incité l'industrie à évoluer encore plus rapidement qu'auparavant en raison des incitations fiscales contenues dans le projet de loi. Il existe d'immenses objectifs de production jusqu'en 2030. La seule façon pour les constructeurs automobiles d'atteindre ces objectifs est de recourir à des méthodes de production hautement automatisées et fiables. Dans la production de batteries de véhicules électriques, les équipementiers utilisent des portiques à mouvement linéaire pour leur précision par rapport aux robots à six axes. À mesure qu'un bras à six axes s'éloigne de sa base, les robots perdent en précision. Un portique maintient une grande précision dans toute l'enveloppe de travail. Nous constatons que les équipementiers de l'industrie des batteries ne souhaitent pas acheter des composants auprès de plusieurs fournisseurs. L'utilisation de nombreux fournisseurs complique la commande en termes de temps, d'inventaire et de support pour les systèmes multi-composants/multi-fournisseurs et risque que les composants aient des problèmes d'interopérabilité.

Les courbes d'apprentissage pour la programmation et le câblage nécessitent également des ressources internes plus importantes. Les équipementiers veulent que leurs machines soient livrées et mises en service plus rapidement, avec des performances élevées et plus faciles à entretenir. Tout cela conduit à la consolidation des fournisseurs. Le Handling Guide Online réduit le délai de livraison d'un robot portique d'une moyenne industrielle de huit semaines à trois.

Image de production de la batterie EV : Festo

Patel : maxon a développé une unité d'entraînement centrale légère qui offre un soutien en cas de besoin et peut être intégrée dans le cadre. L'unité d'entraînement Bikedrive AIR ne pèse que 1,9 kg et dispose d'un facteur Q à partir de 155 mm et d'une technologie de roue libre qui n'offre aucune résistance notable. Cela signifie que lorsque vous pédalez en arrière et que vous roulez sans assistance, il n'y a pas de force de frottement à surmonter en raison du moteur. L'unité d'entraînement à profil bas permet aux fabricants de vélos de course, de gravier, urbains, pour enfants et de montagne de continuer à utiliser des conceptions de cadre traditionnelles.

Pour les AGV, maxon continue de développer des entraînements intégrés et a complété cette offre avec le lancement de l'IDX 70. Les entraînements compacts IDX70 peuvent être facilement configurés en ligne et offrent un couple maximal de 87,5 Nm lorsqu'ils sont combinés avec la boîte de vitesses de 70 mm GPX70.

Uméno : Kollmorgen a fourni de nombreuses solutions d'automatisation pour la production de batteries pour véhicules électriques. Notre succès et notre expertise dans le soutien du vaste marché asiatique existant sont mis à profit pour soutenir les productions en Europe et en Amérique du Nord. Le processus de revêtement est essentiel dans la production de batteries lithium-ion. Les fabricants de machines de revêtement s'appuient sur la technologie d'entraînement direct de Kollmorgen pour répondre aux exigences des fabricants en matière de rendement élevé.

blabla: Jabil a développé une caméra 3D de nouvelle génération capable de fonctionner de manière transparente dans des environnements intérieurs et extérieurs jusqu'à une portée de 20 mètres. Jabil, ams OSRAM et Artilux ont combiné leurs technologies exclusives de conception d'architecture de détection 3D, de lasers à semi-conducteurs et de réseaux de capteurs au germanium-silicium (GeSi) basés sur une plate-forme technologique complémentaire évolutive métal-oxyde-semi-conducteur (CMOS), respectivement, pour démontrer une caméra 3D qui fonctionne dans l'infrarouge à courte longueur d'onde (SWIR), à 1130 nanomètres. La caméra fonctionne dans l'infrarouge à ondes courtes, 1130 nm, améliorant considérablement le rapport signal sur bruit utilisé pour calculer la profondeur. Tout d'abord, en ciblant 1130 nm, la caméra profite d'un écart dans le spectre solaire du soleil, réduisant le bruit de fond impactant le signal ToF. Deuxièmement, l'amplitude du signal peut également être augmentée, car les seuils de sécurité oculaire du laser sont plus élevés à 1130 nm qu'à 850 nm ou 940 nm. Le résultat est une caméra 3D capable de fonctionner en plein soleil, avec une plage de fonctionnement étendue et une meilleure précision de profondeur.

La principale implication est que les plates-formes robotiques ne sont plus limitées à un fonctionnement en intérieur. Compte tenu du coût élevé des robots mobiles autonomes (AMR) et d'autres plates-formes autonomes, l'augmentation de leur utilité, de leur sécurité et de leur fiabilité profite à tous les acteurs de l'industrie. La planification d'itinéraire pour éviter les obstacles tels que les fenêtres ou les portes ouvertes n'est plus un problème.

Notre objectif, en collaboration avec de nombreux fournisseurs de composants sur le marché, est de créer des capteurs 3D à faible coût permettant aux chariots élévateurs, aux AMR, aux équipements agricoles, aux plates-formes d'appui aux opérations aériennes, etc., dont les performances sont indifférentes aux conditions environnementales. L'utilisation de caméras 3D à 1130nm peut également être installée sur les AGV, notamment pour éviter les collisions. L'utilisation de 1130 nm doit être envisagée pour les AGV qui peuvent vouloir se déplacer le long des quais de chargement, entre les bâtiments ou fonctionner complètement dans des environnements extérieurs.

Gottlieb : Kollmorgen est un fournisseur clé pour les AGV ; nous améliorons l'efficacité de la fabrication et de l'entreposage sans faire d'investissements importants. Les tendances du marché sont pour des expéditions plus directes au consommateur, et les stratégies de gestion d'entrepôt rendues possibles par les outils les plus efficaces permettront aux gagnants de gagner des parts de marché. Kollmorgen Motion Control vend également sur le marché des drones et des véhicules électriques. Nos produits sont à la hauteur de la technologie d'entraînement direct, de la précision et de la vitesse d'entraînement, et d'une mise sur le marché plus rapide avec des ingénieurs consultatifs.