ロボット回生ブレーキとDC-Link設計

命令されたトルクがモーター回転数に逆らうと、ロボットの軸は機械的エネルギーを電気エネルギーに変換します。インバーターはそのエネルギーを直流リンクに戻します。バス電圧が機器の限界を超える前に、もう一つの加速軸、受容電池、回生電源、またはブレーキ抵抗がそれを受け入れなければなりません。

ピーク再生力と減速あたりのエネルギーは異なるサイズ量です。静電容量は短いパルスを吸収できますが、繰り返しまたは長時間のブレーキングには持続的な経路が必要です。最悪の場合、バッテリーが満タンまたは冷えている場合、複数の軸が同時にブレーキをかけている場合、またはベンチ電源が電流を流せない場合に起こることが多いです。

このガイドをDC バス選択ガイド および モーターサイズガイドと組み合わせてご利用ください。停止動作と電源保護は別途検証が必要です。

ジョイントから直流リンクへとエネルギーを追いかけます

機械的制動力はおおよそトルク×角速度です。モーターとインバーターの損失の後、残りの電力がバスに入ります。符号の規則は重要で、同じ電流変数がドライブによって正または負の電流として報告されることがあります。

計器のモーター速度、トルクまたはq軸電流、直流電圧、直流電流を1クロックに表示します。 ODriveハードウェアのドキュメント では、製品に関する再生電力と負の直流電流について説明しています。各ドライブメーカーの正確な定義を適用してください。

ピークパワーとエネルギーは別々に計算する

ピークパワーは瞬時電流、チョッパー、半導体ストレスを設定します。集積エネルギーセット:コンデンサの電圧上昇、バッテリー充電の寄与、抵抗パルス加熱。短い高出力停止と長い降下はエネルギーが同じですが、ハードウェアの限界が異なります。

最悪のロボット軌道、ペイロードと重力の両方から両方の値を導出します。同時軸と機械効率を含めましょう。すべての運動エネルギーがバスに届くと仮定するのではなく、摩擦と駆動損失後に残るエネルギーを記録しましょう。

行き先	有用な区間	プライマリー・リミット	失敗
直流リンクコンデンサ	短トランジェント	静電容量と電圧	過電圧
バッテリー	ミッションスケール	電荷電流、SoC、温度	BMS 却下
加速軸	同時運動	タイミングとバス電流	同時需要はない
再生供給	継続輸出	逆パワー評価	補給航海
ブレーキ抵抗	余剰エネルギー	パルス、平均熱、表面温度	過熱

DCリンクの容量をパルスバッファとして扱う

コンデンサのエネルギーは電圧の二乗に比例して増加します。利用可能な吸収量は、初期バス電圧、最大許容電圧、有効容量に依存します。寄生インダクタンスや配線は、大量計算では見逃すより速い局所スパイクを生み出すことがあります。

ドライブ端子で十分な帯域幅を測定してください。コンデンサのリップル電流、温度、寿命を確認してください。事前充電、突入、放電時間、故障エネルギーを確認しずに制御不能な容量を追加しないでください。

バッテリーが充電を受けられるか確認する

バッテリーの受け入れは、電池の化学成分、充電状態、温度、健康状態、 BMS 限界に依存します。満杯で冷えたパックや劣化したパックは、回生電流がほとんどない場合があります。パック電圧は BMS が開く前にドライブ最大値に近づくこともあります。

セルレベルのリミットと協調トルクデレートを使いましょう。再生中にコンタクタが開くなら、別のエネルギー経路がすでに存在しているはずです。バッテリーが接続されたままでいると仮定するのではなく、切り替えを試してみてください。

共有多軸バス上でエネルギーを再利用する

1つのブレーキジョイントは共通バス上の別の加速ジョイントに電力を供給し、源電流を減少させます。その利点はタイミングとパワーレベルに依存します。モーションプランニングはオーバーラップを改善することができますが、騒動によってタイミングが変わるため、それだけが過電圧保護にはなりません。

ログソース、軸ごとの値、抵抗値の再利用を定量化します。すべての関連軸が一緒にブレーキをかけ、消費者がいない場合に備えたサイズ保護。

テストケース	発生源の条件	運動条件	受理証拠
正常周期	ミッドSoCバッテリー	混合軸	電圧とエネルギー収支
フルバッテリー	チャージ制限	シングルハードブレーキ	クランプ作動
コールドバッテリー	受容率の低下	繰り返される停車	BMS旅行はない
ベンチ供給	逆流しはなし	軸の減速	抵抗経路の動作
緊急事態	不確かな出典	同時軸	予測可能な安全状態

サイズ、ブレーキ抵抗、パルスエネルギー、冷却

ブレーキ抵抗器は余剰電気エネルギーを熱に変換します。抵抗は駆動電流とチョッパーの限界を満たしつつ、効果的にクランプしなければなりません。パルスエネルギー定格、平均出力、デューティサイクル、ケージ温度、安全な表面配置などが重要です。

サプライヤーのパルスカーブと熱モデルを使い、繰り返しの最悪サイクルで温度を測定します。施設に適したクリアランス、警戒、射撃の考慮事項を提供します。抵抗は動きが止まった後も熱いままです。

検証済みバス電圧からブレーキチョッパーを制御

チョッパーは、バス電圧や再生電力が閾値を超えると抵抗の特性を変調します。閾値はハードウェアの過電圧トリップより下、通常の充電電圧を超える余裕が必要です。測定遅延やノイズはピーククランプ性能に影響を与えます。

センサーバイアス、チョッパーのオープンおよびショート故障、切断抵抗、飽和熱容量のテスト。ソフトウェアの有効ビットはエネルギー経路が物理的に無傷であることの証拠ではありません。

交流/直流電源が電流を吸収できるとは思わないでください

多くの電源は電力を供給しますが、逆流を吸収することはできません。再生は出力電圧やトリップ保護を上げることができます。ブロッキングダイオードは一部のアーキテクチャで電源を保護することができますが、その場合はロボットに検証済みクランプや再生フロントエンドが必要です。

電源のリバースパワー仕様を読んでテストしてください。例えば、あるドライブ製品から異なるバスや故障電流レベルに電圧マージンやダイオードの選択を一般化するのは避けてください。

緊急停止を効率制御から独立させる

回生ブレーキは制御減速を提供しますが、インバーター、バッテリー、バスに故障がある場合には利用できなくなることがあります。緊急停止には、機械リスク評価によって定義された予測可能な停止アーキテクチャが必要であり、ブレーキや安全運転機能も含まれる可能性があります。

停車中のバス受付喪失をテストしてください。システムは単にエネルギー回収効率を守るためだけに停止距離を延長してはなりません。すべての故障状態で制動トルクを生み出す機構を記録してください。

最悪の減速から逆算する

まずはペイロード、速度、高度、同時軸の場合から始めます。機械的エネルギー、予測される電気的帰還、電源受容、コンデンサ上昇、残留抵抗エネルギーを計算します。半導体、コンタクタ、ケーブル、ヒューズストレス、そして抵抗器もチェックしてください。

バス電圧、温度、部品許容差の最小・最大で繰り返します。タイモーションの吸収制限は、測定、遅延、フォールバック挙動が検証された場合にのみ適用されます。

フルチャージ、冷却パック、同期ブレーキのテスト

ノーマルモーション、急減速、垂直降下、バッテリー満タン、バッテリーコールド、電源のみ、通信損失のケースを実行。同時にブレーキをかけるコマンドは信頼できるものでした。バスピーク、持続時間、ソース電流、抵抗温度および保護シーケンスを測定します。

制御された器具にプラグを抜いた抵抗とソーストリップを注入します。エラーの識別と物理的な停止を確認してください。テールイベントは平均回収エネルギーよりも重要です。

電圧マージンと熱的証拠から動作

最大バス電圧、余裕、再生電流、エネルギー目的地、抵抗器の負荷と温度、さらにアクティブ減格を露出させます。回収したワット時を示すダッシュボードだけで、縮小する過電圧マージンを隠すことができます。

テスト可能なチェックリストとともにリリース判定を行います。

• 各ブレーキケースごとにパワーとエネルギーを計算してください。
• バッテリーと電源の逆電流制限を確認してください。
• サイズの容量、チョッパーと抵抗を合わせて。
• フルチャージと同時軸条件をテストしてください。
• 安全停止はエネルギー回復とは独立して保ちましょう。

よくある質問

再生を無効にするとブレーキエネルギーは消えますか？

いいえ。機械的エネルギーは依然として熱や電気バスエネルギー、その他の損失となり、制御された経路が必要です。

バッテリーはブレーキ抵抗の必要をなくすのでしょうか？

いつもではありません。電荷の受け入れはSoC、温度、健康状態、または BMS 状態によって制限されることがあります。

正しい抵抗値があればブレーキ抵抗を選ぶのに十分でしょうか？

いいえ。パルスエネルギー、平均出力、デューティサイクル、冷却、電圧、物理温度も重要です。

異なるロボットアックスは再生エネルギーを再利用できますか？

はい、ブレーキングと加速が重なる共有バスでは保護が必要ですが、オーバーラップなしの場合は保護が必要です。

回生ブレーキは非常停止機能の代わりになるのでしょうか？

いいえ。必要な停止動作は、インバーター、バス、バッテリー、制御の故障間で有効でなければなりません。

再生エネルギーと停止関数境界

回生システムは危険な電圧、電流、熱を生み出すことがあります。製品固有の制限を適用し、電気・熱・機械安全の認定審査を行います。