Guide de calcul du couple du moteur AGV: Formules, Exemples travaillés & Sélection du moteur
Les erreurs de calcul du couple sont la cause première la plus courante des pannes du système d'entraînement des AGV : surchauffe en service continu., patinage des roues lors de l'accélération, et puissance de montée insuffisante sur les rampes. De nombreuses équipes d'ingénierie sélectionnent les moteurs en fonction du couple maximal du catalogue ou de leur expérience antérieure en matière de projet., puis découvrez que l'AGV ne peut pas maintenir sa vitesse dans des conditions réelles au sol.
Ce guide fournit un aperçu complet, méthodologie référencée par les normes pour calculer le couple du moteur d'entraînement AGV - du modèle d'équilibre des forces à la sélection du rapport de boîte de vitesses, correspondance d'inertie, validation thermique, et spécifications du moteur par classe de charge utile. Il suit des principes de calcul cohérents avec CEI 60034-1 (machines électriques tournantes — caractéristiques et performances) et PAS DE MG 1 (moteurs et générateurs), et fait référence à la documentation technique de Maxon, Faulhaber, et Yaskawa.
Pour un aperçu plus large des types de moteurs AGV et des critères de sélection, voir notre guide compagnon: Comment choisir un moteur pour les applications AGV.
1. Pourquoi le calcul du couple est important
Un moteur d'entraînement AGV ne fonctionne pas à un seul point en régime permanent. Il passe par l'accélération, croisière à vitesse constante, ralentissement, tournant, et montée de pente - chacun imposant une demande de couple différente sur l'arbre du moteur. Sélection d'un moteur par le seul couple nominal, sans cartographier le cycle de service complet, conduit à l’un des deux résultats:
| Mode de défaillance | Cause première | Symptôme typique |
|---|---|---|
| Surcharge thermique | Le couple continu dépasse la limite thermique du moteur dans le cadre du cycle de service réel (CEI 60034-1 Classement S1 ou S5) | La température de l'enroulement du moteur dépasse la limite de la classe d'isolation; le contrôleur se déclenche sur la protection thermique après 15 à 30 minutes |
| Saturation du couple | Le couple maximal pendant l'accélération ou le virage dépasse le pic du moteur/la zone de fonctionnement sûre | L'AGV cale sur les rampes, les roues patinent pendant le lancement, dépassement de positionnement pendant l'arrêt |
| Inadéquation d'inertie | L'inertie de la charge réfléchie dépasse l'inertie du rotor du moteur de >10:1 (pas à pas) ou >5:1 (servomoteur) | Oscillation lors des transitions de vitesse, bourdonnement audible, perte de pas dans les systèmes en boucle ouverte |
| Sous-dimensionnement de la boîte de vitesses | Facteur de service non appliqué au couple nominal de la boîte de vitesses | Usure prématurée des engrenages, augmentation du jeu, défaillance du roulement de sortie |
Comme le note Yaskawa dans son livre blanc sur la sélection des servomoteurs, le bon dimensionnement nécessite d’analyser le profil de mouvement du mécanisme, calculer le couple requis à chaque phase, et vérifier que les deux (RMS) et le couple maximal se situe dans l’enveloppe de fonctionnement sûre du moteur [1]. Le même principe s'applique à Moteurs BLDC utilisé dans les systèmes d'entraînement AGV.
2. Modèle de résistance à la conduite AGV
Pour les AGV industriels fonctionnant à des vitesses inférieures 2 MS, la traînée aérodynamique est négligeable. La force motrice totale doit surmonter trois résistances principales, plus une quatrième condition (tournant) qui s'applique aux configurations à entraînement différentiel [2][3].
L’équilibre fondamental des forces est:
Ftotal =Frouler + Fgrade + Facc
Uniquement lorsque la force de traction entraînée par le moteur est égale ou supérieure à Ftotal l'AGV peut-il maintenir un mouvement stable.
2.1 Résistance au roulement (Frouler)
La résistance au roulement résulte de la déformation élastique entre la roue et la surface du sol. C'est la résistance dominante lors d'un fonctionnement à vitesse constante sur terrain plat..
Frouler = m × g × Crr × parce que(je)
| Paramètre | Symbole | Unité | Description |
|---|---|---|---|
| Masse du véhicule (brut) | m | kg | Châssis AGV + charge utile + marge de sécurité |
| Accélération gravitationnelle | g | 9.81 m/s² | Gravité standard |
| Coefficient de résistance au roulement | Crr | sans dimension | Dépend du matériau des roues et du type de sol (voir le tableau dans la section 8) |
| Angle de pente | je | rad ou degré | Angle de rampe maximal sur la trajectoire de déplacement |
Sur terrain plat (θ = 0), cos(je) = 1, simplifier l'expression en Frouler = m × g × Crr.
2.2 Pente / Résistance de qualité (Fgrade)
Quand l'AGV monte une rampe, la gravité produit une composante le long de la pente qui s'oppose au mouvement vers l'avant.
Fgrade = m × g × péché(je)
Pour les petits angles que l'on trouve couramment dans les entrepôts (2–5% de note), le péché d'approximation(je) ≈ bronzage(je) ≈ le rapport de notes est acceptable. Pour un 3% grade:
Fgrade ≈ m × 9.81 × 0.03 = 0.294 ×m (N par kg de masse du véhicule)
Pour un 500 kg AGV sur un 3% grade: Fgrade ≈ 147 N. Ceci est à peu près égal à la résistance au roulement sur du béton lisse, ce qui signifie que la résistance à la pente peut double la force de traction totale requise par rapport au fonctionnement sur sol plat.
2.3 Résistance à l'inertie d'accélération (Facc)
La deuxième loi de Newton régit la force nécessaire pour accélérer la masse du véhicule:
Facc = m × une
| Application AGV | Accélération recommandée | Raisonnement |
|---|---|---|
| AGV logistique standard | 0.4–0,6 m/s² | Équilibre le débit avec les limites de traction des roues |
| Collaboration homme-robot (CRH) | 0.2–0,3 m/s² | ISO 3691-4 contrainte de sécurité; limite la force sur le contact humain |
| AGV robuste (1,000+ kg) | ≤ 0.2 m/s² | Empêche le patinage des roues et protège la charge utile du déplacement |
| AMR à grande vitesse (marchandises à personne) | 0.6–1,0 m/s² | Acceptable dans les environnements clôturés ou contrôlés |
2.4 Résistance au virage (Entraînement différentiel)
Pour AGV à entraînement différentiel (deux roues motrices, plusieurs roulettes), la rotation sur place est généralement la condition de couple la plus exigeante - souvent 2 pour 5 fois supérieur au couple en ligne droite [3]. Pendant la rotation, les roulettes génèrent une résistance de direction importante, et une roue motrice avance tandis que l'autre recule.
Une approximation technique de la force de résistance au spin est:
Frotation = (2 ×Frouler × √(W² + L²)) / O
Où W est la trace des roues (distance entre les roues motrices gauche et droite) et L est la longueur du véhicule. Le couple résultant par roue:
Trotation =Frotation × (D / 2)
Dans la plupart des applications AGV réelles, le couple de rotation sur place définit le culminer exigence de couple moteur, tandis que le mouvement en ligne droite définit le continu exigence de couple [3]. Cette distinction est essentielle pour une sélection appropriée du moteur - voir notre Moteur pour AGV: Guide de sélection complet pour les comparaisons de types de moteurs.
3. Formules de calcul du couple de base
Une fois la force motrice totale déterminée, convertissez-le en couple côté roue, puis au couple côté moteur via la boîte de vitesses.
3.1 Couple côté roue
Troue = (Ftotal ×r) / nconduire
| Paramètre | Symbole | Valeur typique |
|---|---|---|
| Force motrice totale | Ftotal | Calculé à partir du modèle de résistance (N) |
| Rayon de roue chargé | r | 0.065–0,150 m (utiliser le rayon chargé, pas nominal) |
| Nombre de roues motrices | nconduire | 1 (lecteur unique), 2 (différentiel), 4 (4DEO) |
Note d'ingénierie: Utilisez toujours le chargé rayon de roue, pas le diamètre nominal du catalogue. Les roues en polyuréthane se compriment de 3 à 8 % sous charge, réduire le rayon effectif et augmenter le couple requis [4].
3.2 Couple côté moteur (Après la boîte de vitesses)
Tmoteur =Troue / (je × ng)
| Type de boîte de vitesses | Efficacité typique (leg) | Plage de rapport | Contrecoup |
|---|---|---|---|
| Planétaire à un étage | 0.94 (94%) | 3:1–10:1 | <5 arc-min |
| Planétaire à deux étages | 0.88 (88%) | 10:1–80:1 | <7 arc-min |
| Planétaire à trois étages | 0.82 (82%) | 100:1–200:1 | <10 arc-min |
| Réducteur à vis sans fin | 0.60–0,70 | 5:1–60:1 | Autobloquant (varie) |
| Engrenage droit (arbre parallèle) | 0.90–0,95 | 3:1–50:1 | Varie selon la qualité |
Pour une comparaison détaillée entre éperon et. réducteurs planétaires pour applications AGV, voir Moteur à engrenages droits vs moteur à engrenages planétaires. Le choix entre les types de boîtes de vitesses affecte directement à la fois le terme de rendement ηg et le calcul de l'inertie réfléchie.
3.3 Vérification de la puissance
Proue =Ftotal ×v
Pmoteur =Proue / (leg ×nmoteur)
Où ηmoteur pour les moteurs BLDC varie généralement de 0.85 pour 0.92 à charge et vitesse nominales, comme documenté dans le guide de sélection des moteurs de Maxon [5] et informations techniques sur le moteur à courant continu de Faulhaber [6]. La puissance nominale continue du moteur doit dépasser Pmoteur avec une marge de 30 à 50 % pour tenir compte des transitoires thermiques et des variations du rapport cyclique.
3.4 Calcul de vitesse
Vm = (v × 60) / (2p × r) × je (régime moteur)
La vitesse cible du moteur sous charge doit se situer dans la plage d’efficacité maximale du moteur., généralement 60 à 80 % de la vitesse à vide pour les moteurs BLDC [5][6]. Opérant ci-dessous 1,000 Le régime augmente le couple d'engrenage et l'ondulation du couple; fonctionnant au-dessus 3,500 Le régime augmente l'usure des roulements et le bruit audible [4].
4. Exemple travaillé 1: 200 kg RAM (Biens à personne)
Cet exemple illustre le calcul du couple pour un AMR léger utilisé dans le cadre du commerce électronique..
4.1 Paramètres d'entrée
| Paramètre | Valeur |
|---|---|
| Masse totale (m) | 200 kg (150 kg de charge utile + 50 kg châssis) |
| Vitesse cible (v) | 1.5 MS |
| Accélération (un) | 0.5 m/s² |
| Diamètre de roue | 200 millimètre (r = 0.10 je suis chargé) |
| Coefficient de résistance au roulement (Crr) | 0.015 (Roue PU sur béton lisse) |
| Pente | 0° (sol plat) |
| Roues motrices (n) | 2 (entraînement différentiel) |
| Facteur de sécurité | 1.5× |
4.2 Calcul étape par étape
| Étape | Formule | Résultat |
|---|---|---|
| 1. Force de roulement | Frouler = 200 × 9.81 × 0.015 × parce que(0) | 29.4 N |
| 2. Force de pente | Fgrade = 200 × 9.81 × péché(0) | 0 N |
| 3. Force d'accélération | Facc = 200 × 0.5 | 100 N |
| 4. Force totale | Ftotal = 29.4 + 0 + 100 | 129.4 N |
| 5. Couple de roue par roue | Troue = (129.4 × 0.10) / 2 | 6.47 N·m |
| 6. Appliquer un facteur de sécurité | Troue,conception = 6.47 × 1.5 | 9.71 N·m |
| 7. Couple moteur (20:1 planétaire, η=0,88) | Tmoteur = 9.71 / (20 × 0.88) | 0.55 N·m |
| 8. Régime des roues à 1.5 MS | RPM = (1.5 × 60) / (2p × 0.10) | 143 RPM |
| 9. Régime du moteur | RPMmoteur = 143 × 20 | 2,860 RPM |
| 10. Puissance continue par roue | P = (9.71 × 15.0) / (0.88 × 0.88) | 187.7 W → sélectionnez 100 W BLDC par roue avec une marge thermique de 1,5 × |
Système recommandé: 2 × Moteurs BLDC 24 V 100 W avec 20:1 planétaire à deux étages boîte de vitesses, contrôlé par double canal contrôleurs de moteur via RS485 Modbus RTU.
5. Exemple travaillé 2: 1,200 kg AGV lourd (Ligne de fabrication)
5.1 Paramètres d'entrée
| Paramètre | Valeur |
|---|---|
| Masse totale (m) | 1,200 kg (1,000 kg de charge utile + 200 kg châssis) |
| Vitesse cible (v) | 0.5 MS |
| Accélération (un) | 0.2 m/s² |
| Diamètre de roue | 250 millimètre (r = 0.125 je suis chargé) |
| Coefficient de résistance au roulement (Crr) | 0.020 (Roue PU sur béton industriel) |
| Pente maximale | 3% grade (θ ≈ 1,72°) |
| Roues motrices (n) | 2 (propulsion arrière) |
| Facteur de sécurité | 2.0× |
5.2 Calcul étape par étape
| Étape | Formule | Résultat |
|---|---|---|
| 1. Force de roulement | Frouler = 1200 × 9.81 × 0.020 × parce que(1.72°) | 235.3 N |
| 2. Force de pente | Fgrade = 1200 × 9.81 × péché(1.72°) | 353.4 N |
| 3. Force d'accélération | Facc = 1200 × 0.2 | 240 N |
| 4. Force totale | Ftotal = 235.3 + 353.4 + 240 | 828.7 N |
| 5. Couple de roue par roue | Troue = (828.7 × 0.125) / 2 | 51.8 N·m |
| 6. Appliquer un facteur de sécurité | Troue,conception = 51.8 × 2.0 | 103.6 N·m |
| 7. Couple moteur (50:1 planétaire, η=0,88) | Tmoteur = 103.6 / (50 × 0.88) | 2.36 N·m |
| 8. Régime des roues à 0.5 MS | RPM = (0.5 × 60) / (2p × 0.125) | 38.2 RPM |
| 9. Régime du moteur | RPMmoteur = 38.2 × 50 | 1,910 RPM |
| 10. Puissance continue par roue | P = (103.6 × 4.0) / (0.88 × 0.88) | 535.5 W → sélectionnez 400 W BLDC par roue avec freinage par récupération |
Système recommandé: 2 × Moteurs BLDC 48 V 400 W avec 50:1 réducteur planétaire à deux étages, Contrôleurs de classe BLD6010 avec freinage par récupération activé. Le circuit de freinage par récupération dissipe l'énergie contre-EMF pendant la décélération du 1,200 kg masse, protéger le contrôleur des déclenchements par surtension [4].
6. Correspondance d'inertie et sélection du rapport de transmission
Le couple ne représente que la moitié de l'équation de dimensionnement. L'adaptation de l'inertie entre la charge et le rotor du moteur détermine la qualité de la réponse dynamique – la rapidité avec laquelle l'AGV accélère, comme ça s'arrête proprement, et si la boucle de contrôle reste stable.
6.1 Inertie de charge équivalente
La masse du véhicule, réfléchi à travers la roue et la boîte de vitesses, apparaît comme une inertie de rotation équivalente au niveau de l'arbre du moteur:
Jcharger = (m / nconduire) ×r² / je²
Où i est le rapport de boîte de vitesses. La boîte de vitesses réduit l'inertie de charge réfléchie du carré du rapport - un 20:1 la boîte de vitesses réduit l'inertie de la charge d'un facteur 400. C'est pourquoi les réducteurs planétaires à rapport élevé sont si efficaces pour améliorer la stabilité du contrôle du moteur dans les applications AGV..
6.2 Lignes directrices sur le rapport d'inertie
| Type de moteur | Recommandé Jcharger/Jrotor Rapport | Conséquence du dépassement |
|---|---|---|
| Servomoteur CA (en boucle fermée) | ≤ 5:1 | Difficulté de réglage de la boucle; oscillation lors des transitions de vitesse; bande passante réduite |
| Servomoteur BLDC (en boucle fermée avec encodeur) | ≤ 5:1 pour 10:1 | Dépassement de position; résonance audible à certaines vitesses |
| BLDC standard (Commutation du capteur à effet Hall) | ≤ 10:1 pour 15:1 | Réponse à l'accélération lente; erreurs de synchronisation de commutation sous un pas de charge élevé |
| Moteur pas à pas (boucle ouverte) | ≤ 10:1 | Perte de pas lors de l'accélération; résonance à basse vitesse; caler sous un changement soudain de charge |
Ces rapports sont conformes aux directives de sélection de servomoteurs publiées par Yaskawa [1] et la méthodologie de dimensionnement du moteur décrite dans le document de sélection du type de moteur de Maxon [5]. Pour les applications de moteur pas à pas dans les AGV, voir notre Servomoteur vs moteur pas à pas comparaison.
6.3 Méthode de sélection du rapport de transmission
Le rapport de démultiplication optimal satisfait trois contraintes simultanées:
- Contrainte de vitesse: je = tr/minmoteur,cible / RPMroue, où RPMmoteur,cible est de 1 500 à 3 000 tr/min (plage d'efficacité maximale pour la plupart des moteurs BLDC) [5][6]
- Contrainte de couple: je dois être assez haut pour que Tmoteur correspond au couple nominal continu du moteur sélectionné
- Contraintes d'inertie: je dois être assez haut pour que Jcharger/Jrotor se situe dans le ratio recommandé
En pratique, commencer par la contrainte de vitesse pour déterminer un ratio candidat, puis vérifier les contraintes de couple et d'inertie. Si le rapport d'inertie est trop élevé, augmentez le rapport de démultiplication ou sélectionnez un moteur avec une inertie de rotor plus élevée. Pour les applications nécessitant une précision de positionnement élevée, un moteur à entraînement direct vs motoréducteur une analyse de compromis peut être justifiée.
7. Pic vs. Couple continu: Validation thermique
Les fiches techniques du moteur spécifient deux valeurs de couple: culminer (maximum) et continu (noté). Le couple continu est limité par la capacité thermique du moteur — la classe d'isolation du bobinage et la méthode de refroidissement déterminent la quantité de chaleur que le moteur peut dissiper en fonctionnement stable..
7.1 CEI 60034-1 Cycles de service
CEI 60034-1 définit dix classes de cycle de service (S1 à S10) qui spécifient comment la valeur thermique d'un moteur s'applique à différents modèles de fonctionnement [7]. Pour les applications AGV, les plus pertinents sont:
| Classe de service | Description | Pertinence des AGV |
|---|---|---|
| S1 (Continu) | Fonctionnement à charge constante jusqu'à ce que l'état thermique stable soit atteint | Remorquage longue distance sur un itinéraire fixe; AGV suiveur de convoyeur |
| S2 (Courte durée) | Charge constante pour une durée spécifiée, insuffisant pour atteindre l’état d’équilibre thermique | Transport intermittent de charges lourdes avec de longues périodes de repos |
| S3 (Périodique intermittent) | Séquence de cycles de service identiques avec périodes de charge et de repos; pas d'échauffement significatif au démarrage | AMR de marchandises à personne avec des arrêts de prélèvement/placement fréquents |
| S4 (Périodique intermittent avec démarrage) | Comme S3 mais le courant de démarrage affecte considérablement l'augmentation de la température | AGV avec des démarrages fréquents à pleine vitesse depuis le repos (entrepôt typique AMR) |
| S5 (Périodique intermittent avec freinage) | Comme S4 mais inclut des périodes de freinage électrique | AGV avec freinage régénératif à chaque cycle d'arrêt (profil du monde réel le plus courant) |
Pour service S5 (le profil AGV le plus courant), le RMS (racine quadratique moyenne) le couple sur le cycle complet détermine l'exigence de couple continu efficace:
TRMS = √[(Tacc² × tacc) + (Tcourir² × tcourir) + (Tdéc² × tdéc)] / (tacc + tcourir + tdéc + tarrêt)
Le moteur continue (S1) Le couple nominal doit dépasser TRMS, et le couple nominal maximal du moteur doit dépasser le couple instantané maximum (généralement Tacc ou Trotation). L'outil de dimensionnement AGV d'Oriental Motor implémente ce calcul RMS avec une accélération configurable, courir, ralentissement, et paramètres de temps d'arrêt [8].
7.2 PAS DE MG 1 Classifications de couple
PAS DE MG 1 classe les moteurs en quatre types de conception en fonction des caractéristiques de couple [9]. Alors que les normes NEMA s'appliquent principalement aux moteurs à induction AC, le cadre de classification du couple est utile pour comprendre le comportement du moteur:
| Conception NEMA | Couple de rotor bloqué | Couple de traction | Couple de rupture | Application typique |
|---|---|---|---|---|
| Conception A | Moyen | Moyen | Haut | Ventilateurs, souffler (pas typique pour les AGV) |
| Conception B | Moyen | Moyen | Moyen | Usage général; Équivalent à la conception N de la CEI; moteur industriel le plus courant |
| Conception C | Haut | Haut | Moyen | Charges à couple de démarrage élevé; Équivalent CEI Conception H; le convoyeur démarre |
| Conception D | Très élevé | Varie | Non spécifié | Démarrages à forte inertie; presses à poinçonner |
Pour BLDC et servomoteurs utilisés dans les AGV, les paramètres analogues sont le couple maximal (correspondant au rotor bloqué ou au couple de démarrage), le couple continu (correspondant au couple nominal ou de claquage), et la forme de la courbe couple-vitesse. La documentation technique de Faulhaber recommande de faire fonctionner le moteur dans la plage où le couple de charge est inférieur à 50% du couple de décrochage et de la vitesse est supérieur à 50% de vitesse à vide pour une efficacité et une durée de vie optimales [6].
7.3 Déclassement thermique
Les couples nominaux du moteur dans les fiches techniques sont spécifiés à une température ambiante de référence (typiquement 25°C par Maxon [5] ou 40°C selon CEI 60034-1 [7]). À des températures ambiantes plus élevées, le moteur doit être déclassé:
| Température ambiante | Couple continu disponible | Courant continu disponible |
|---|---|---|
| 25°C (référence catalogue) | 100% | 100% |
| 40°C | ~90% | ~80% |
| 50°C | ~75% | ~65% |
| 60°C | ~60% | ~50% |
Pour les AGV fonctionnant dans des environnements supérieurs à 40°C (fonderie, aciéries, opérations estivales en plein air), spécifier les moteurs de classe F (155°C) ou Classe H (180°C) isolation pour maintenir la capacité de couple nominale. Notre normes d'essai des moteurs électriques la page détaille comment GreenSky valide les performances thermiques selon la CEI 60034-1 conditions.
8. Référence du coefficient de résistance au roulement
Le coefficient de résistance au roulement (Crr) a la plus grande variance de tous les paramètres d'entrée - elle peut varier d'un facteur 8× en fonction de la combinaison roue-fond. L'utilisation d'une valeur incorrecte est l'erreur de calcul la plus fréquente identifiée par les fournisseurs de systèmes d'entraînement AGV. [2][3][4].
| Matériau de la roue | Surface du sol | Crr Gamme | Remarques |
|---|---|---|---|
| Polyuréthane (Unité centrale) | Époxy lisse | 0.015–0,025 | Résistance la plus faible; sol typique d'un entrepôt |
| Polyuréthane (Unité centrale) | Béton lisse | 0.018–0,025 | État du sol AGV le plus courant |
| Polyuréthane (Unité centrale) | Béton brut avec joints | 0.020–0,040 | Les articulations augmentent considérablement la résistance |
| Polyuréthane (Unité centrale) | Asphalte extérieur | 0.035–0,050 | En fonction de la météo; la surface mouillée augmente Crr |
| Caoutchouc | Béton | 0.020–0,030 | Adhérence plus élevée mais résistance au roulement plus élevée |
| Acier | Rail en acier | 0.001–0,002 | C le plus bas possiblerr; AGV sur rail uniquement |
| Nylon | Béton | 0.025–0,040 | Roue dure; bruyant sur des sols inégaux |
Recommandation: Mesurez ou calibrez toujours Crr avec les données de terrain avant de finaliser la sélection du moteur. Le guide de calcul du couple du fabricant de la roue motrice AGV recommande d'utiliser la limite supérieure de la plage pour le dimensionnement initial., puis validation avec un test de décélération en charge sur le sol d'installation réel [2].
9. Erreurs de calcul courantes
| # | Erreur | Impact | Pratique correcte |
|---|---|---|---|
| 1 | Utiliser le diamètre nominal de la roue au lieu du rayon chargé | Sous-estime le couple de 3 à 8 % (Compression PU) | Mesurer le rayon de roue à pleine charge; soustraire la flèche de compression |
| 2 | Ignorer le couple de pente car les rampes sont “court” | L'AGV cale sur la rampe; déclenchement par surintensité du moteur pendant la montée | Incluez toujours la rampe du pire des cas dans le modèle de force, même si c'est 2 m de long |
| 3 | Sélection du moteur par couple maximal uniquement | Le moteur surchauffe après 10 à 15 minutes de cycle continu | Calculer le couple RMS sur le cycle de service complet; vérifier par rapport à la note S1 ou S5 |
| 4 | Utilisation du même rendement de boîte de vitesses pour tous les types de boîtes de vitesses | 30%+ erreur de couple moteur (ver contre. planétaire) | Recherchez l'efficacité du type de boîte de vitesses spécifique et du nombre d'étages |
| 5 | Ne pas appliquer un facteur de sécurité/service | La conception marginale échoue lorsque les conditions du sol se dégradent ou que la charge utile augmente | Appliquer 1,5 à 2,0 × pour les AGV industriels; 2.5× pour les situations critiques pour la sécurité (médical, nourriture) |
| 6 | Oublier de vérifier l'adhérence des roues | La roue patine lors de l'accélération; le moteur tourne librement sans déplacer l'AGV | Vérifier μ × Fnormale ≥Ftraction; ajouter un ressort de précharge si nécessaire |
| 7 | Confondre coefficient de résistance au roulement et coefficient de frottement | Paramètres fondamentalement différents; en utilisant le frottement μ comme Crr surestime la résistance au roulement de 20 à 50 fois | Résistance au roulement (Crr): ~0,01–0,05. Coefficient de frottement (m): ~0,3–0,75. Ne jamais échanger. |
10. Sélection du moteur par classe de charge utile
Une fois le calcul du couple terminé, mapper les résultats aux spécifications du moteur par classe de charge utile. Le tableau ci-dessous fournit des configurations de point de départ validées sur plusieurs déploiements AGV [4][10].
| Paramètre | RAM légère (<100 kg) | AGV moyen (100–500 kg) | AGV lourd (500–3 000kg) | Transports lourds (3,000+ kg) |
|---|---|---|---|---|
| Plage de vitesse | 1.5–2,0 m/s | 1.0–1,5 m/s | 0.5–1,0 m/s | 0.3–0,5m/s |
| Tension | 24V CC | 24V / 36V CC | 48V CC | 48V CC (double moteur) |
| Type de moteur | 42mm BLDC | 57–BLDC 86 mm | 86–BLDC 115 mm | 2×Servo BLDC 86-120 mm |
| Puissance par moteur | 100–300W | 300–800W | 1,000–2 000 W | 500–3 000 W chacun |
| Boîte de vitesses | 2-scène planétaire 10:1–25:1 | 2-scène planétaire 20:1–50:1 | 2-scène planétaire 30:1–80:1 | 2-scène planétaire 30:1–80:1 avec frein |
| Couple de roue (suite.) | 2–8 N·m | 8–30 N·m | 30–120 N·m | 120–500 N·m |
| Couple moteur (suite.) | 0.1–0,5 N·m | 0.3–1,5 N·m | 0.5–3,0 N·m | 1.0–5,0 N·m chacun |
| Manette | 10UN, RS485 | 10-25A, RS485/CAN | 25UN, CANopen | 2× 25A, synchronisation à deux moteurs |
| Encodeur | Capteurs à effet Hall | Salle + incrémentiel | 17-un peu absolu | 17-un peu absolu + multitour |
| Frein | Facultatif | Recommandé | Requis (holding) | Requis (double circuit) |
Pour les configurations de moteur personnalisées en dehors de ces plages standard, Offres GreenSky moteur électrique sur mesure services de conception avec CEI 60034-1 tests conformes. Comprendre les différences plus larges entre les plates-formes AGV et AMR qui influencent la sélection du moteur, voir notre AGV contre AMR guide de comparaison.
11. 7-Flux de travail de calcul du couple pas à pas
Le flux de travail suivant consolide le processus de calcul complet en une procédure d'ingénierie reproductible:
| Étape | Action | Sortie clé | Erreur courante |
|---|---|---|---|
| 1 | Définir les paramètres du véhicule: masse, vitesse, accélération, pente maximale, diamètre de roue, nombre de roues motrices | Feuille de paramètres d'entrée | Utiliser le diamètre nominal de la roue au lieu du rayon chargé |
| 2 | Calculer les forces de résistance: Frouler, Fgrade, Facc | Ftotal (N) | Utiliser le coefficient de frottement au lieu du coefficient de résistance au roulement |
| 3 | Calculer le couple de roue par roue motrice: Troue = (Ftotal ×r) / n | Troue (N·m) | Ne pas diviser par le nombre de roues motrices |
| 4 | Appliquer un facteur de sécurité (1.5–2,5×) pour obtenir le couple de conception | Troue,conception (N·m) | Application d'un facteur de sécurité au couple moteur au lieu du couple roue |
| 5 | Sélectionner le rapport de boîte de vitesses à partir de la contrainte de vitesse; vérifier les contraintes de couple et d'inertie | Rapport de démultiplication i, type de boîte de vitesses | Sélection du rapport sans vérifier le rapport d'inertie |
| 6 | Calculer le couple côté moteur: Tmoteur =Troue,conception / (je × ng) | Tmoteur (N·m) | Utilisation d'un mauvais rendement de boîte de vitesses pour le type sélectionné |
| 7 | Calculer le couple RMS sur le cycle de service; vérifier par rapport à la valeur nominale continue du moteur; vérifier le couple maximal par rapport à la valeur nominale maximale du moteur; vérifier le déclassement thermique à température ambiante | Spécification du moteur validée | Ignorer le calcul RMS; je ne vérifie pas le déclassement thermique |
12. Vérification de l'adhérence et du patinage des roues
Le calcul du couple garantit que le moteur peut produire force suffisante. La vérification de l'adhérence garantit que la roue peut transmettre qui force au sol sans glisser. Il s'agit de contrôles indépendants : un moteur peut générer suffisamment de couple pour faire tourner la roue sans déplacer le véhicule..
La contrainte d’adhésion est:
m × Fnormale ≥Ftraction
| État des surfaces | Coefficient de frottement (m) | Qualité d'adhésion |
|---|---|---|
| Sol époxy sec | 0.75 | Excellent |
| Béton sec | 0.65 | Bien |
| Gravier sec | 0.54 | Adéquat |
| Béton humide | 0.35 | Marginal – réduire l’accélération |
| Surface mouillée (général) | 0.30 | Mauvais – risque de glissade |
| Glace/neige | 0.25 | Inacceptable pour le fonctionnement d'AGV |
Si l'adhérence est insuffisante, les options incluent: augmenter la force normale via des ressorts de précharge, ajout de roues motrices, ou réduire l'objectif d'accélération. La force de précharge requise est Fnormale =Ftraction / m, avec une marge de fatigue de 10 à 20 % sur la raideur du ressort [3].
13. Constantes de couple moteur et interprétation de la fiche technique
Les fabricants de moteurs spécifient le couple en termes de constante de couple (Kt), qui relie le courant du moteur au couple de sortie. Comprendre Kt est essentiel pour traduire le couple moteur calculé en réglage de courant du contrôleur.
Tmoteur =Kt × je
Où Kt est en N·m/A et I est le courant de phase du moteur en ampères. Documentation sur les données moteur de Maxon, Kt a des tolérances allant jusqu'à ± 10 % et diminue avec la température du moteur en raison de l'affaiblissement de l'aimant [5]. Les informations techniques de Faulhaber indiquent également que la constante de couple est spécifiée à 25°C et peut varier dans les conditions de fonctionnement. [6].
| Taille du châssis du moteur | K typiquet (N·m/A) | Courant continu typique (UN) | Couple continu (N·m) |
|---|---|---|---|
| 42mm BLDC (24V) | 0.025–0,050 | 3–8 | 0.08–0,40 |
| 57mm BLDC (24V/36V) | 0.040–0,090 | 5–15 | 0.20–1,35 |
| 86mm BLDC (48V) | 0.080–0,180 | 8–25 | 0.64–4,50 |
| 115mm BLDC (48V/72V) | 0.150–0,350 | 15–40 | 2.25–14,0 |
Pour les comparaisons entre BLDC et servomoteurs dans les applications AGV, y compris les différences de constante de couple, bande passante de la boucle de contrôle, et exigences en matière d'encodeur - consultez notre BLDC vs servomoteurs pour AGV analyse.
14. Références académiques et normatives
La méthodologie de calcul du couple décrite dans ce guide est fondée sur la mécanique classique et validée par plusieurs sources académiques et industrielles.. Les références clés incluent:
- CEI 60034-1:2022 — Machines électriques tournantes — Partie 1: Notation et performances. Définit les classes de cycle de service (S1 à S10), classement thermique, et définitions de couple [7].
- PAS DE MG 1-2021 — Moteurs et générateurs. Définit les classifications de couple de conception NEMA A/B/C/D et les équivalences de conception CEI N/H. [9].
- Sélection du type de moteur Maxon — Document technique couvrant la constante de couple, courbes vitesse-couple, et méthodologie de dimensionnement des moteurs pour les moteurs DC et BLDC [5].
- Informations techniques sur les moteurs à courant continu Faulhaber — Manuel technique couvrant les caractéristiques couple-vitesse des moteurs à courant continu sans noyau, limites thermiques, et recommandations de plage de fonctionnement [6].
- Livre blanc sur le logiciel de dimensionnement Yaskawa SigmaSelect — Note d'application décrivant la méthodologie de sélection des servomoteurs, y compris l'analyse du mécanisme, calcul du profil de couple, et vérification du couple RMS [1].
- Calculs paramétriques de moteur pour la locomotion des robots (Mdpi, 2022) — Article évalué par des pairs présentant la méthodologie de sélection du couplage moteur-transmission pour les systèmes d'entraînement de robots mobiles, y compris l'analyse de la plage de fonctionnement dynamique [11].
- Comment modéliser des moteurs électriques sans balais pour la conception d'applications robotiques (arXiv, 2023) — Tutoriel décrivant les équations régissant la modélisation des moteurs BLDC, y compris la production de couple, contre-EMF, et contraintes thermiques [12].
- Université technologique du Michigan — Calculs moteurs — Document de référence d'ingénierie couvrant la construction de courbes couple-vitesse à partir de mesures de données brutes, utile pour interpréter les fiches techniques des moteurs AGV [13].
15. FAQ
Quelle est la formule du couple du moteur AGV?
La formule de base est Troue = (Ftotal ×r) / n, où Ftotal =Frouler + Fgrade + Facc, r est le rayon de la roue chargée, et n est le nombre de roues motrices. Le couple côté moteur est Tmoteur =Troue / (je × ng), où i est le rapport de boîte de vitesses et ηg est l'efficacité de la boîte de vitesses.
Quel facteur de sécurité dois-je utiliser pour le couple du moteur AGV?
Pour les AGV industriels standards, appliquer 1,5 à 2,0 × au couple de roue calculé. Pour les applications critiques en matière de sécurité (médical, préparation des aliments, collaboration homme-robot), utiliser 2,5×. Le facteur de sécurité tient compte de la dégradation de l’état du sol, variation de la charge utile, et usure mécanique à long terme [2][4].
Comment calculer le couple RMS pour un cycle de service AGV?
Le couple RMS est la moyenne quadratique du profil de couple sur un cycle complet: TRMS = √[S(Tje² × tje) / Σtje]. Inclure l'accélération, à vitesse constante, ralentissement, et phases d'arrêt. Le moteur continue (S1) Le couple nominal doit dépasser TRMS. Ceci est conforme à la CEI 60034-1 Analyse du cycle de service S5 [7][8].
Quel coefficient de résistance au roulement dois-je utiliser pour les calculs AGV?
Pour roues en polyuréthane sur béton lisse (le plancher AGV le plus courant), utiliser Crr = 0,018-0,025. Pour sols époxy, utiliser 0,015 à 0,025. Pour béton brut avec joints, utiliser 0,020 à 0,040. Utilisez toujours la limite supérieure pour le dimensionnement initial et validez avec des mesures sur le terrain [2][3].
Quel rapport d'inertie est acceptable pour les moteurs AGV?
Pour les systèmes d'asservissement en boucle fermée et d'asservissement BLDC, maintenir Jcharger/Jrotor ≤ 5:1. Pour BLDC standard avec commutation Hall, ≤ 10:1 pour 15:1. Pour les steppers en boucle ouverte, ≤ 10:1. Des ratios plus élevés entraînent une instabilité du contrôle, oscillation, et bande passante réduite [1][5].
Puis-je utiliser un moteur avec un couple supérieur à celui calculé?
Oui, un surdimensionnement de 20 à 50 % est acceptable et offre une marge thermique. Cependant, surdimensionnement excessif (>2×) gaspille l'énergie de la batterie, augmente le coût du contrôleur, et peut faire fonctionner le moteur en dessous de sa plage de vitesse efficace. Vérifiez que le moteur fonctionne toujours à 60–80 % de sa vitesse à vide sous une charge typique. [5][6].
Références
- Yaskawa Amérique, Inc., “Logiciel de dimensionnement SigmaSelect: Sélection appropriée du système d'asservissement,” Livre blanc WP.MTN.13. [En ligne]. Disponible: https://www.yaskawa.com/delegate/getAttachment?documentId=WP.MTN.13
- Roue motrice AGV, “Comment calculer le couple de la roue motrice de l'AGV et le dimensionnement du moteur,” Avr. 2026. [En ligne]. Disponible: https://agvdrivewheel.com/blog/how-to-calculate-agv-drive-wheel-torque-and-motor-sizing
- Équipement intelligent de Yikong (Bicontrôles), “Guide de dimensionnement du moteur AGV à roue motrice différentielle: Calcul du couple et adaptation de l'inertie,” Juin. 2026. [En ligne]. Disponible: https://en.bicontrols.com/news_detail/104.html
- Moteur Shenghe (NBshzl), “Conception du système d'entraînement AGV — BLDC + Boîte de vitesses + Référence d'ingénierie du contrôleur,” Juin. 2026. [En ligne]. Disponible: https://www.nbshzl-motor.com/agv-drive-system/
- Groupe Maxon, “Sélection du type de moteur,” Document technique, Août. 2019. [En ligne]. Disponible: https://www.maxongroup.us/medias/sys_master/root/8835096313886/5-Motor-Type-Selection.pdf
- Docteur. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG, “Informations techniques sur les moteurs à courant continu,” Avr. 2026. [En ligne]. Disponible: https://www.faulhaber.com/fileadmin/Import/Media/EN_TI_DC-MOTORS.pdf
- Commission électrotechnique internationale, CEI 60034-1:2022 Machines électriques tournantes — Partie 1: Notation et performances, Genève, Suisse: CEI, 2022. [En ligne]. Disponible: https://webstore.iec.ch/publication/60796
- Oriental Motor États-Unis. Corp., “AGV — Outil de dimensionnement automatique des véhicules,” Juin. 2026. [En ligne]. Disponible: https://www.orientalmotor.com/motor-sizing/agv-sizing.html
- Association nationale des fabricants d'électricité, PAS DE MG 1-2021: Moteurs et générateurs, Rosslyn, Virginie: IL N'Y A PAS, 2021. Référence de classification de couple: https://www.engineeringtoolbox.com/iec-nema-standards-torques-d_741.html
- Équipement intelligent de Yikong (Bicontrôles), “Guide de sélection du système d'entraînement AGV: Méthode de calcul dynamique pour les roues motrices, Servomoteurs et servomoteurs basse tension,” Juillet. 2026. [En ligne]. Disponible: https://en.bicontrols.com/news_detail/111.html
- C. T. Yen et Y. H. Tsaï, “Calculs paramétriques de moteur pour la locomotion des robots,” Actes d'ingénierie, vol. 20, Non. 1, p. 8, Juillet. 2022. [En ligne]. Disponible: https://www.mdpi.com/2673-4591/20/1/8
- S. P. N. Singh et C.. E. Hubert, “Comment modéliser des moteurs électriques sans balais pour la conception d'applications robotiques,” arXiv préimpression arXiv:2310.00080, Octobre. 2023. [En ligne]. Disponible: https://arxiv.org/pdf/2310.00080
- Université technologique du Michigan, “Calculs de moteur — Construction de courbes couple-vitesse à partir de données brutes,” Juin. 2003. [En ligne]. Disponible: https://pages.mtu.edu/~wjendres/ProductRealization1Course/DC_Motor_Calculations.pdf
Besoin d'aide pour calculer le couple pour votre projet AGV? Contacter GreenSky Power avec les paramètres de votre véhicule - masse, vitesse, accélération, pente, diamètre de la roue - et notre équipe d'ingénieurs vous renverra une feuille de calcul avec le moteur recommandé, boîte de vitesses, et spécifications du contrôleur. Découvrez notre gamme complète catalogue de produits ou en savoir plus à propos de GreenSky Power.
