Edizione 39
Guidare la rivoluzione dell'elettrificazione 4 I robot stanno arrivando
UK Edition
11 Quando il tuo prossimo trattore sarà un Tesla
French
18 Progettare ferrovie migliori
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Italian
Focus è la rivista trimestrale Avnet Abacus che pubblica analisi di approfondimento su tendenze e tecnologie, presentazioni di nuovi prodotti, notizie dalla comunità Avnet e interviste ai leader del mercato.
Avnet Abacus è un distributore paneuropeo impegnato a supportare i clienti nelle fasi che vanno dalla progettazione alla realizzazione. La nostra eccezionale linecard annovera fornitori di reputazione mondiale e una vasta gamma di componenti attivi, passivi ed elettromeccanici costituita da soluzioni di interconnessione, di alimentazione, di accumulo dell'energia, di rilevamento e di comunicazione wireless.
Tecnologie dei fornitori Connettori Amphenol: soluzioni per applicazioni di segnale e di potenza 23 Hirose:
Contributi I robot stanno arrivando
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Quando il tuo prossimo trattore sarà un Tesla
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Progettare ferrovie migliori
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Molex:
nutrire il mondo con un'agricoltura intelligente
Murata:
SCHA63T
Serie D2JW e G8N
Bourns: soluzioni innovative di rilevamento della posizione per applicazioni mobili off-highway e apparecchiature industriali
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Per maggiori informazioni sugli articoli pubblicati in questa edizione o per parlare con uno dei nostri ingegneri applicativi, contattateci al link avnet-abacus. eu/ask-an-expert avnet-abacus.eu/ask-an-expert Editor Anais Dupont Design Chiltern Graphics Stampa Image Evolution
Alimentazione
OMRON: 27
Intervista Gli entusiasmanti sviluppi delle batterie intelligenti che stanno alimentando i mercati della mobilità elettrica industriale
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Sensori
News Premio 5 Star 2021 Harwin
Serie DF50/DF50A
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Benvenuti al nuovo numero della rivista Focus. In questa edizione analizzeremo le trasformazioni del sistema elettrico in atto nel settore dei trasporti. Sebbene gran parte dell'interesse dei media per l'elettrificazione delle nostre reti di trasporto riguardi i veicoli elettrici (EV) su strada, questi rappresentano in realtà solo una parte della narrazione. I nostri articoli vanno oltre, affrontando l'argomento da diverse prospettive. Spiegheremo le dinamiche di mercato che stanno alimentando l'innovazione e gli ostacoli ingegneristici che devono essere superati. Nel nostro primo articolo, "I robot stanno arrivando", Hagen Götze esamina il crescente ricorso ai veicoli a guida automatizzata (AGV) dedicati allo svolgimento di funzioni di logistica e di movimentazione materiali nelle fabbriche intelligenti. Verranno analizzate le capacità avanzate di rilevamento necessarie affinché gli AGV possano spostarsi senza il rischio di ferire le persone, nonché i requisiti di comunicazione, elaborazione e alimentazione che consentiranno di operare secondo modalità efficienti e a bassa manutenzione.
Rudy Van Parijs President, Avnet Abacus
Le opportunità di elettrificazione delle macchine agricole e di movimento terra sono trattate nel nostro secondo articolo: "Quando il tuo prossimo trattore sarà un Tesla". I motori diesel utilizzati oggi verranno sostituiti con azionamenti di tipo elettrico. Ciò ridurrà i costi energetici, l'inquinamento acustico e le emissioni nocive, aumentando allo stesso tempo la produttività. Tuttavia, in tale contesto, l'elettrificazione presenta alcune sfide, prima tra tutte una richiesta di potenza molto elevata. Alessandro Mastellari descrive una potenziale soluzione: combinare batterie e supercondensatori per fornire quantità di energia superiori quando necessario. La ferrovia rimane vitale nell'ambito sia del trasporto merci che del pendolarismo. Le iniziative di decarbonizzazione in corso da diversi anni hanno comportato una riduzione dei costi legati al carburante e dell'inquinamento atmosferico. Tuttavia, c'è ancora molto da fare. Nel nostro articolo finale, "Progettare ferrovie migliori", Philip Lechner esplora le risorse avanzate di accumulo di energia e le tecnologie di conversione DC-DC che saranno necessarie per proiettare il trasporto ferroviario verso un futuro più verde e sostenibile. La tendenza ad adottare stili di vita più sostenibili in tutti gli aspetti della società ha reso evidente l'importante ruolo che l'industria dei trasporti deve svolgere. Ci auguriamo che questa edizione di Focus stimoli la riflessione e favorisca l'avvento di nuovi sviluppi nei vostri progetti.
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I robot stanno arrivando... ...a patto di chiarire alcuni dettagli!
I robot industriali possono essere estremamente efficaci per automatizzare processi ad alto valore, ripetitivi e spesso pericolosi, come la manipolazione di oggetti pesanti o la saldatura dei giunti di carrozzeria sulle linee di produzione dei veicoli. Questi sistemi possono offrire significativi vantaggi anche alle piccole e medie imprese che necessitano di un supporto flessibile in molteplici attività orientate ai processi. L'unico problema legato ai robot industriali è... usarli. Nonostante le sfide legate a questo aspetto, su cui torneremo a breve, negli ultimi due anni l'adozione dei robot ha beneficiato di una forte accelerazione. Questo vale soprattutto negli Stati Uniti, dove la domanda di robot è in crescita grazie agli investimenti delle aziende nel settore dell'automazione. Secondo l’associazione americana A3 (Association for Advancing Automation), nel primo trimestre del 2021 gli ordini totali di robot negli Stati Uniti sono cresciuti del 20% rispetto allo stesso trimestre del 2020. Le aziende che lavorano nel trattamento dei metalli hanno investito
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per i robot l'86% in più, quelle impegnate nelle scienze biologiche e farmaceutiche il 72% in più e quelle del settore alimentare e dei beni di consumo il 32% in più. Il resto delle industrie non-automotive ha investito complessivamente il 12% in più. I dati di A3 suggeriscono anche che il 2020 sia stato il primo anno in cui le aziende non-automotive hanno speso per la robotica di più rispetto alle case automobilistiche. Parlando in occasione della pubblicazione dei risultati, avvenuta nel maggio 2021, Jeff Burnstein, Presidente di A3, aveva dichiarato: “I progressi nella tecnologia, la facilità d'uso e le nuove applicazioni restano fattori chiave nell'adozione dei robot. Tuttavia, un fattore significativo nell'attuale espansione dell'uso di questi sistemi è la carenza di personale in campo manifatturiero, nella logistica e in altri settori. Il COVID non ha determinato il passaggio all'automazione, ma ha sicuramente accelerato le tendenze già in atto."
Uno sguardo alle tecnologie
Hagen Götze Senior Director Marketing, Avnet Abacus
VISIONE E INDUSTRY 4.0
LA SFIDA DELL'INTEGRAZIONE
Una delle ragioni per cui esiste un divario tra la nostra visione del valore dei robot industriali e la loro effettiva utilità potrebbe derivare dalla strategia Industry 4.0, introdotta dal governo tedesco nel 2011 e presentata per migliorare la produzione creando dei ponti tra il mondo fisico delle linee produttive e il mondo digitale della pianificazione del lavoro, del monitoraggio delle apparecchiature, del controllo statistico della qualità e della manutenzione predittiva.
Una delle maggiori sfide legate all'utilizzo dei robot industriali è l'integrazione nelle linee di produzione. I robot industriali sono spesso macchine grandi, veloci e potenti, che devono essere isolate per proteggere i lavoratori introducendo effetti distorsivi nei flussi di lavoro esistenti.
Secondo i dettami della strategia Industry 4.0, gli impianti manifatturieri evolvono inesorabilmente verso le "fabbriche intelligenti", in cui ogni azione fisica sulle linee di produzione è abbinata all'acquisizione di dati in tempo reale, ad analisi avanzate e a richieste di azione gestite da computer basati sul cloud, collegati tramite solide reti di comunicazione. Per molti, questa è ancora una visione lontana nel futuro. Una ricerca sullo stato e le prospettive della robotica industriale, presentata dall’Interactive Robotics Group al MIT nel novembre 2020, ha esposto alcuni motivi alla base di questa situazione.
I robot industriali possono essere difficili da programmare. Nell'industria manca un linguaggio comune con cui definire le traiettorie di movimento dei robot e ogni produttore tende ad avere la propria interfaccia utente. Anche i controller manuali differiscono tra loro. Ciò rende la programmazione dei robot una competenza così specialistica da essere spesso affidata a terze parti, il cui lavoro di integrazione può costare più dello stesso robot. Se una funzione già programmata deve essere modificata, ad esempio perché una parte è cambiata, potrebbe essere necessario l'intervento dell'integratore. Alcuni operatori del settore hanno persino lanciato l'idea di offrire i robot sotto forma di servizio, mettendo a disposizione delle aziende un modo per esternalizzare gli oneri necessari per far funzionare al meglio le macchine.
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I robot stanno arrivando Uno sguardo alle tecnologie
LA SFIDA DELLA FABBRICA INTELLIGENTE Anche le aziende che adottano i robot industriali possono essere scettiche su determinati elementi della strategia "smart-factory". Uno di questi riguarda l'Industrial Internet of Things (IIoT). Le perplessità principali considerano la privacy, la sicurezza e il mantenimento del controllo dei propri dati. Per raggiungere tutti i sensori e gli attuatori distribuiti, le fabbriche che utilizzano l'IIoT per monitorare le linee di produzione robotizzate devono implementare delle reti di comunicazione estremamente robuste. Ad esempio, quando Ocado (società di automazione dei centri di distribuzione e consegna di generi alimentari) ha dovuto gestire le comunicazioni per i suoi immensi magazzini robotizzati, ha installato una rete 4G privata. In tema di fabbrica intelligente non mancano le problematiche dovute all'utilizzo del cloud computing per raccogliere, archiviare, pulire e analizzare i dati. I presupposti del cloud computing prevedono la fornitura di potenza di elaborazione "su richiesta", come avviene per le utility. La realtà è che quando vengono utilizzati per gestire una linea di produzione, i sistemi di cloud computing possono comportare dei problemi che diventano "mission critical".
Il vero fraintendimento, tuttavia, riguarda il fatto che raccogliere molti dati non equivale a creare informazioni utili. Il senior management spesso considera il costo dell'implementazione dell'infrastruttura che trasforma un robot autonomo in un elemento di una fabbrica intelligente e si chiede: "Dov'è il ritorno sul mio investimento?" L'ALTERNATIVA COBOT Un'alternativa è il robot collaborativo, o cobot. Si tratta di un sistema che consente alle persone e ai robot di lavorare a stretto contatto senza mettere in pericolo la reciproca sicurezza. I cobot tendono ad essere bracci robotici più piccoli e leggeri, progettati per gestire meno massa e muoversi più lentamente rispetto ai robot standalone. Molti di questi "bracci" includono strutture di rilevamento che arrestano il movimento se incontrano un ostacolo, come ad esempio un arto umano. All'interno dell'area di lavoro, tali strutture possono includere sensori di contatto passivi, barriere fotoelettriche o laser, sensori di prossimità o persino "pelli" capacitive. Questo approccio, utilizzato da Bosch Rexroth nei suoi cobot APAS Production Assistant, permette di rilevare le persone che gravitano nell'area di lavoro senza entrare in contatto e rallentare o interrompere il funzionamento del cobot. A tale proposito, non sorprende il fatto che esista uno standard (ISO/TS 15066) che definisce i requisiti di sicurezza per i robot collaborativi.
Alcuni operatori del settore hanno persino lanciato l'idea di offrire i robot sotto forma di servizio, mettendo a disposizione delle aziende un modo per esternalizzare gli oneri necessari per far funzionare al meglio le macchine.
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Uno sguardo alle tecnologie
Un cobot che lavora parallelamente a un operatore su una catena di montaggio per aumentare la produttività.
I cobot sono soggetti a problemi di programmazione simili a quelli dei robot più grandi, tuttavia le loro dimensioni e la loro accessibilità possono semplificare l'acquisizione di una familiarità sufficiente per adattarli rapidamente alle nuove attività. VEICOLI A GUIDA AUTOMATIZZATA I veicoli a guida automatizzata (AGV Automated Guided Vehicles) rappresentano un'importante sottospecie di robot. Si tratta di sistemi in grado di navigare negli stabilimenti per trasferire il materiale sotto il proprio controllo, utilizzando dei sensori per trovare la strada ed evitare gli ostacoli. La buona notizia è che il lavoro di sviluppo di auto a guida autonoma sta facendo progredire lo stato dell'arte relativo a concetti chiave come la localizzazione e la mappatura simultanee, incoraggiando inoltre lo sviluppo di tecnologie di rilevamento più sofisticate come i sensori di tempo di volo e i LiDAR. La notizia meno buona è che la mancanza di standard rende più ardua la gestione collettiva delle flotte di AGV di più produttori.
TECNOLOGIE ABILITANTI Come dimostra l'esempio AGV, una delle tecnologie abilitanti fondamentali per la robotica del futuro saranno gli standard, che permetteranno un approccio comune a questioni chiave come la programmazione, le comunicazioni e il co-working. Per raggiungere questo obiettivo sono già in atto delle iniziative. Per esempio, il Robot Operating System (ROS) è una raccolta opensource di strumenti, librerie e convenzioni apprezzata e utilizzata da tecnici e accademici per creare comportamenti robotici complessi e affidabili sfruttando un'ampia varietà di piattaforme robotiche. Gli sviluppatori del ROS motivano il progetto in questo modo: “Come mai? Perché creare software per robot veramente robusti e generici è difficile. Dal punto di vista del robot, problemi che sembrano banali per gli esseri umani spesso sono basati su istanze di task e ambienti che variano enormemente. Affrontare queste variazioni è così difficile che nessun singolo individuo, laboratorio o istituzione può sperare di farlo da solo. Di conseguenza, ROS è stato creato da zero per incoraggiare lo sviluppo di software di robotica collaborativa."
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I robot stanno arrivando Uno sguardo alle tecnologie
L'altra grande categoria di tecnologie abilitanti fa riferimento ai sensori. Questi elementi possono rilevare qualsiasi aspetto, dallo stato della batteria di un AGV al microposizionamento di un manipolatore di un robot per raccogliere un componente. OMRON EMC’s B5L sensor
L'altra grande categoria di tecnologie abilitanti fa riferimento ai sensori. Questi elementi possono rilevare qualsiasi aspetto, dallo stato della batteria di un AGV al microposizionamento di un manipolatore di un robot per raccogliere un componente. I sensori devono essere robusti, precisi, avere una lunga vita operativa e produrre risultati omogenei in condizioni ambientali in rapido cambiamento. Ad esempio, gli autori del rapporto del MIT hanno scoperto che alcuni sofisticati sistemi di visione robotica funzionavano perfettamente in condizioni di laboratorio ma non funzionavano affatto con l'illuminazione variabile di una linea di produzione reale.
Una risposta potrebbe essere l'utilizzo di rilevatori del tempo di volo a infrarossi, come il sensore B5L di OMRON EMC (sopra). Tali rilevatori vengono utilizzati per misurare le distanze degli oggetti e creare modelli 3D della loro posizione nello spazio. Il rilevatore è progettato per ignorare gli effetti legati alla variazione della luce ambientale variabile ed è protetto contro le interferenze reciproche in modo che in un ambiente di lavoro possano convivere fino a 17 unità. Come discusso in precedenza, tuttavia, dei sensori con caratteristiche superiori sono utili solo se supportati da un'infrastruttura di comunicazione, elaborazione e attuazione decisionale in grado di assorbire, analizzare e agire abbastanza velocemente per offrire un vantaggio pratico al modo in cui opera il robot.
Conclusione La robotica industriale vanta una lunga storia di applicazioni di successo, soprattutto nell'industria automobilistica. Tuttavia, deve ancora affrontare alcuni dei problemi cui è soggetta da sempre, come comprendere la posizione degli oggetti nello spazio e sviluppare dei programmi che mettano in grado i sistemi di manipolare tali oggetti a distanza. Sebbene esistano percorsi e strategie che hanno l'obiettivo di favorire una diffusione più ampia della robotica, trasformare questa tecnologia in realtà comporterà la definizione di molti dettagli su più fronti.
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Murata SCHA63T
Murata GIROSCOPIO XYZ A 6 GRADI DI LIBERTÀ E ACCELEROMETRO XYZ CON INTERFACCIA SPI DIGITALE
APPLICAZIONI
Il dispositivo SCHA63T è destinato alle applicazioni che richiedono prestazioni elevate a fronte di severi requisiti ambientali.
Murata offre un sensore inerziale basato su MEMS e dotato di interfaccia SPI digitale. Il dispositivo è rivolto al controllo delle macchine industriali ad alta precisione e al supporto del posizionamento GNSS. Per misurare l'angolo di inclinazione rispetto al centro della terra viene utilizzato un accelerometro; per misurare la velocità con cui cambia un determinato angolo viene utilizzato un giroscopio. Il prodotto offre le massime prestazioni disponibili in termini di parametri chiave quali la stabilità della polarizzazione e il rumore.
Le applicazioni tipiche includono: • • • • •
CARATTERISTICHE
TIPOLOGIA DI PRODOTTO
Ω XYZ
ACC XYZ
SCHA63T-K03
±300 °/s
±6g
Ω XYZ
ACC XYZ
±300°/s
±6g
Filtro passa basso selezionabile dall'utente
13, 20, 46 or 300Hz
13, 20, 46 or 300Hz
Sensibilità (tipica)
80LSB/°/s
Gamma
Dipendenza dalla temperatura di offset Densità del rumore (tipica, filtro 13Hz)
Varianza di Allan Media X, Y, Z canale giroscopico, temperatura +23°C Deviazione di Allan (°/h)
+3 sigma media X, Y, Z
1000
100
10
1
0.1 0.01
1
10
100
1000
10000
Tau [sec.]
Output giroscopico in caso di vibrazione durante la guida
Z-Gyro, nuova generazione Z-Gyro, generazione precedente
30 25
4905LSB/g
Uscita giroscopica (dps)
CARATTERISTICHE METROLOGICHE
SIZE 19.71 X 12.15 X 4.6MM
Allan deviation [°/h]
• Componente single-package a 6 gradi di libertà (DOF) • Calibrazione dell'asse incrociato per un errore di ortogonalità migliore di 0,14° • Instabilità della polarizzazione giroscopica fino a 1°/h • Livello di densità del rumore giroscopico 0,0015°/s/√Hz • Offset e sensibilità stabili su tutta la gamma di temperature • Eccellenti prestazioni di linearità e vibrazione • Funzioni estese di autodiagnostica • Intervallo di misurazione della velocità angolare ±300°/s • Intervallo di misurazione dell'accelerazione ±6g • Intervallo di temperatura di esercizio da −40°C a +110°C • Tensione di alimentazione da 3,0V a 3,6V. • Alloggiamento del componente SOIC robusto e conforme RoHS Dimensioni: 19,71mm x 12,15mm x 4,6mm (l × w × h), 32 pin • Può essere utilizzato in applicazioni critiche per la sicurezza
Unità di misurazione inerziale (IMU) Navigazione e posizionamento Controllo e guida macchine Inclinazione dinamica Controllo robotico e UAV
20 15 10 5 0
Old gen: 40ms x 8dps> 0.32˚ heading error
-5
New gen: No drift
-10
(XY) ±0.65°/s (Z) ±0.85°/s
±7.3mg
0.0015 °/s/ √Hz
59.5mg/√Hz
-15
0.9
0.95
1
1.05
1.1
1.15
1.2
Tempo (s)
Per maggiori informazioni è possibile visitare il sito avnet-abacus.eu/murata
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NUTRIRE IL MONDO CON L’AGRICOLTURA INTELLIGENTE Il settore agricolo sta affrontando una serie scoraggiante di sfide legate a una popolazione globale che si prevede raggiungerà quasi 10 miliardi entro la metà del 21° secolo. L’agricoltura deve competere per l’uso del suolo, poiché una popolazione in crescita si traduce in una maggiore urbanizzazione. A ciò si aggiunge il fatto che la ricerca di fonti rinnovabili vedrà i terreni agricoli occupati da infrastrutture dedicate alla produzione di energia solare ed eolica. PRODURRE DI PIÙ CON MENO In tale contesto, gli agricoltori sono alla ricerca di nuovi modi per aumentare la produzione alimentare utilizzando sempre meno terra e meno risorse. L’agricoltura, comunque, è sempre stata un’industria innovativa e pronta ad adottare le più attuali tecnologie. La necessità di produrre più cibo per una popolazione in costante crescita può essere soddisfatta dai più recenti sviluppi nelle comunicazioni ad alta velocità, che stanno offrendo agli agricoltori delle soluzioni inedite.
L’ULTIMA TECNOLOGIA Nell’industria, le comunicazioni 5G presentano un enorme potenziale di utilizzo. Le capacità dei sistemi 5G offrono un potente strumento anche per il settore agricolo. Il 5G non solo compete con le alternative cablate, ma permette anche di collegare aree rurali che, tradizionalmente, non hanno mai avuto grandi possibilità di accesso alle comunicazioni ad alta velocità.
LA FATTORIA INTELLIGENTE
UN AMBIENTE DIFFICILE
Ciò ha favorito lo sviluppo di un’agricoltura intelligente o di precisione. Le comunicazioni 5G forniscono risorse di connettività sulle vaste aree coperte dalla smart farm, consentendo l’integrazione in una rete unificata delle aree più remote. Una rete di questo tipo può sfruttare le più recenti tecnologie di rilevamento, elaborazione e connettività, utilizzando i dati raccolti per consentire agli agricoltori di massimizzare i loro sforzi. I dati raccolti possono essere sfruttati anche per aiutare a decidere una strategia. Lo studio delle condizioni del suolo o il monitoraggio dello stato di salute del bestiame consentono all’agricoltore di gestire al meglio le risorse massimizzando la produttività. Le nuove tecnologie sono quindi fondamentali per gestire queste informazioni. I sistemi elettronici di nuova generazione offrono dimensioni ridotte, costi di produzione inferiori e un uso più efficiente delle risorse energetiche. Ciò consente di dislocare sensori e dispositivi collegati anche nelle aree più remote.
Questo nuovo approccio tecnologico sarà utilizzato in una varietà di applicazioni comprendenti sensori statici e macchinari pesanti di ultima generazione. L’agricoltura è un’attività ostica e le attrezzature devono essere in grado di resistere alle condizioni meteorologiche più estreme. L’ampia escursione, l’umidità e l’esposizione prolungata alla luce solare implicano per le attrezzature agricole una progettazione estremamente accurata.
COMUNICAZIONI RF Le comunicazioni a radiofrequenza sono al centro di molte di queste innovazioni. Nell’era delle tecnologie digitali, è facile dimenticare che i sistemi wireless dipendono ancora da trasmettitori e ricevitori radio ad alta frequenza. Con le apparecchiature più recenti, che inviano dati a velocità e con volumi sbalorditivi, i progettisti dipendono da connettori RF ad alte prestazioni.
IL VANTAGGIO DI MOLEX Molex ha al proprio attivo molti decenni di esperienza nella produzione di soluzioni complete per applicazioni RF. Abbracciando la più recente tecnologia 5G e caratterizzati da un’integrità di segnale superiore, i cavi e i connettori Molex sono disponibili per frequenze fino a 65 GHz e possono operare anche nelle difficili condizioni del settore agricolo. In collaborazione con Avnet, Molex è leader nell’innovazione dell’agricoltura intelligente, fornendo soluzioni di connettività per gli agricoltori di domani. Per maggiori informazioni è possibile visitare il sito avnet-abacus.eu/molex Molex è un marchio registrato da Molex LLC negli Stati Uniti d’America e può essere un marchio registrato in altri paesi; tutti gli altri marchi qui citati appartengono ai rispettivi titolari. ©2021 Molex
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Quando il tuo prossimo trattore sarà un Tesla
Image ref: https://www.deere.co.uk/ en/agriculture/future-of-farming/
Uno sguardo alle tecnologie
Alessandro Mastellari Technical Specialist Wireless & Sensors, Avnet Abacus
"La promessa di riduzione dei costi energetici, aumento della produttività e miglioramento dell'affidabilità, associata alla pressione derivante dalla regolamentazione delle emissioni, stanno alimentando una rapida innovazione in molte tipologie di NRMM." L'industria automotive si sta rapidamente orientando verso i veicoli elettrici (EV) ma c'è un'altra categoria di veicoli pronti per l'elettrificazione: si tratta delle "macchine mobili non stradali" o, come vengono chiamate dalle autorità normative, NRMM (NonRoad Mobile Machinery). Questa categoria comprende trattori e altre attrezzature agricole; macchine per
la manutenzione degli immobili pubblici e privati; sistemi di movimentazione e trasporto di materiali e merci; macchinari forestali, da costruzione e minerari. L'elettrificazione di questi veicoli non sarà semplice: a differenza dei veicoli elettrici stradali, prevedono cicli di lavoro più variabili e requisiti meccanici più complessi, senza contare che spesso richiedono molta
più potenza di quella che può erogare anche l'auto elettrica sportiva più veloce. Tuttavia, la promessa di riduzione dei costi energetici, aumento della produttività e miglioramento dell'affidabilità, associato alla pressione derivante dalla regolamentazione delle emissioni, sta alimentando una rapida innovazione in molte tipologie di NRMM."
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Quando il tuo prossimo trattore sarà un Tesla Uno sguardo alle tecnologie
L'imperativo dell'inquinamento e del clima L'UE ha iniziato a regolamentare le emissioni degli NRMM nel 1997, affrontando l'inquinamento causato da attrezzature da giardinaggio a motore, macchine agricole, treni, natanti per la navigazione interna e macchine edili. Da allora, la legislazione UE si è evoluta fino alla sua forma più recente, la Stage V, che prevede che le attrezzature attualmente in vendita producano il 97% in meno di particolato e il 94% in meno di emissioni di protossido di azoto e idrocarburi rispetto ai modelli prodotti nel 1997. Il raggiungimento di questi standard obbligherà i motori non stradali a ricorrere a tecnologie di mitigazione, tra cui catalizzatori di ossidazione, filtri antiparticolato, sistemi di ricircolo dei gas di scarico e iniezione common rail. I motori da oltre 56kW avranno anche bisogno di moduli di riduzione catalitica selettiva per contenere le emissioni di protossido di azoto. Questi sistemi saranno molto complessi da implementare e potrebbero limitare le prestazioni dei veicoli su cui sono montati. Poiché i regolamenti non affrontano esplicitamente le emissioni di anidride carbonica, alcuni osservatori sostengono che durante il processo di progettazione del veicolo potrebbero instaurarsi dei compromessi malsani tra riduzione degli inquinanti atmosferici e riduzione delle emissioni di gas serra. Considerando il ritmo con cui verranno applicate le normative, alcuni motori NRMM altamente inquinanti potrebbero rimanere in servizio fino agli anni 2030. Opportunità per elettrificare l'agricoltura Una risposta ai vincoli imposti da queste normative è l'elettrificazione delle attrezzature agricole. Un articolo del 2017 sull'ingegneria rurale, redatto da un team dell'Universidade Federal de Lavras (UFLA) in Brasile, ha esaminato l'impatto delle ricerche in corso. L'articolo sosteneva che, poiché i trattori devono talvolta fornire livelli di coppia
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molto elevati (specialmente quando si utilizzano accessori come gli aratri), nel contesto delle attività quotidiane risultano spesso sovradimensionati. Ciò riduce la loro efficienza quotidiana e li rende più difficili da elettrificare. Tuttavia, dovrebbe essere possibile realizzare dei trattori più piccoli, in grado di funzionare per una giornata lavorativa di otto ore con una singola carica della batteria. La transizione dal motore a combustione interna (ICE) al motore elettrico (EM) può offrire ai progettisti l'opportunità di modificare il tipo di trasmissione del trattore. Un primo passo sarebbe l'implementazione di sistemi ibridi leggeri, in cui un EM fornisce trazione a bassa velocità e coppia aggiuntiva quando richiesta dall'ICE. In questi veicoli è anche ipotizzata l'installazione, accanto alle batterie ricaricabili, di supercondensatori in grado di sostenere per brevi periodi le correnti estremamente elevate che l'EM è chiamato a erogare quando i livelli di coppia sono molto alti. Gli svantaggi legati a questo approccio includono la densità di energia relativamente bassa, le cospicue dimensioni e l'elevato costo dei supercondensatori. Sull’altro fronte, la loro robusta capacità di immagazzinare e scaricare energia permetterebbe di ridurre lo stress sulle batterie e di prolungarne la vita operativa. L'elettrificazione delle macchine agricole deve fare i conti con la stessa densità di energia e con gli stessi problemi di costo dell'industria automobilistica. Oltre a questo, si presenta un'altra sfida; quella di fornire grandi potenze di ricarica in un ambiente rurale. La risposta più ovvia (ma anche più costosa) è quella di utilizzare pannelli fotovoltaici e batterie per accumulare, durante il giorno, le riserve da utilizzare per ricaricare i veicoli durante la notte.
Ciò richiede controller sofisticati in grado di sfruttare al meglio l'energia solare, nonché un'elettronica di potenza idonea per gestire la carica delle batterie del veicolo. Un esperimento ibrido Un team dell'Università di Padova e il produttore di macchine agricole Carraro Agritalia, hanno intrapreso nel 2019 uno studio di fattibilità relativo alla costruzione di versioni elettriche dei trattorini utilizzati nei frutteti e nei vigneti. Uno dei motivi alla base dello studio era legato al fatto che i sistemi aggiuntivi di controllo delle emissioni, richiesti dalle normative Stage V relative ai NRMM, avrebbero potuto occupare così tanto spazio da impedire anche ai trattori più piccoli di lavorare negli stretti filari di un frutteto. Il team ha optato per un'architettura ibrida che permettesse al trattore di gestire sia il lavoro leggero che quello pesante. Per questo ha rielaborato un trattore ICE da 82 kW, ridimensionando il motore a 56 kW e aggiungendo un motore elettrico da 20 kW. I due propulsori sono collegati in un sistema di trasmissione ibrido parallelo, con una frizione aggiuntiva in grado di disaccoppiare l'ICE dall’azionamento puramente elettrico. Lo studio ha dimostrato che in modalità ibrida, il motore elettrico permette di compensare la perdita di coppia causata dal ridimensionamento dell'ICE. Lo studio ha messo anche in luce che il motore elettrico può essere utilizzato autonomamente per i lavori leggeri,
incluso il traino di un rimorchio pesante a velocità bassa e costante durante la raccolta.
Uno sguardo alle tecnologie
Il team ha proposto un progetto di motore elettrico idoneo al proprio sistema ibrido e ha notato che i circuiti del controller del propulsore avrebbero dovuto gestire sia le alte correnti necessarie per produrre la coppia di picco, sia la dinamica della domanda di assistenza per la coppia istantanea. Carraro sta ora sviluppando questo progetto. La pagina web dell'azienda descrive in dettaglio un trattore dotato di un propulsore ibrido leggero che utilizza un ICE da 55 kW, un motore elettrico da 20 kW e un pacco batteria LiFePO4 da 25 kWh. Il passaggio all'ICE più piccolo evita la necessità di installare il convertitore catalitico aggiuntivo richiesto dalle normative NRMM Fase V per i motori più grandi, risparmiando spazio e riducendo i costi. L'ibrido leggero Carraro impiega anche una trasmissione full powershift basata sul convertitore di coppia eTCH90 Long Drop dell'azienda, progettato per l'uso in un'ampia varietà di veicoli ibridi e completamente elettrici. Carraro sottolinea che il proprio sistema ibrido ridurrà il consumo di carburante, le emissioni, i costi di manutenzione (grazie alla minore usura dell'ICE), il rumore e le vibrazioni.
"In questi veicoli è anche ipotizzata l'installazione, accanto alle batterie ricaricabili, di supercondensatori in grado di sostenere per brevi periodi correnti estremamente elevate quando l'EM è chiamato a erogare livelli di coppia molto alti".
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Uno sguardo alle tecnologie
"Carraro sottolinea che il proprio sistema ibrido ridurrà il consumo di carburante, le emissioni, i costi di manutenzione (grazie alla minore usura dell'ICE), il rumore e le vibrazioni".
Quando il tuo prossimo trattore sarà un Tesla Oltre l'agricoltura elettrica L'esempio del trattore funge da modello per ciò che sta accadendo in altre aree del mercato NRMM. L'innovazione è guidata sia dalle opportunità che dalla normativa. Ad esempio, alcuni produttori di macchine per movimento terra stanno passando all'energia elettrica in quanto le città si stanno proclamando zone prive di emissioni in cui le apparecchiature tradizionali non possono operare. Molti produttori stanno iniziando a sostituire gli ICE con EM o a sviluppare versioni ibride dei loro macchinari più compatti. Gli innovatori devono affrontare la sfida legata alla rapida evoluzione dei cicli di lavoro degli NRMM. Un escavatore, per esempio, deve essere in grado di affrontare un trasferimento a bassa potenza verso il sito operativo, di erogare molta energia per sollevare o spostare il materiale e di recuperare tale energia quando la benna torna a riposo. Questi macchinari potrebbero anche essere chiamati a fornire potenza meccanica per azionare apparecchiature ausiliarie e pompe idrauliche, ciascuna con i propri cicli di lavoro. La complessità del ciclo di lavoro aggregato rende più difficile
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dimensionare correttamente le unità di propulsione (affinché siano in grado di fornire la potenza e la coppia necessarie per svolgere il lavoro) e controllare l'ottimizzazione dell'efficienza del sistema risultante. Le problematiche legate all'accumulo di energia nei veicoli elettrici sta alimentando una vasta opera di innovazione architetturale delle apparecchiature. Ad esempio, alcuni produttori stanno costruendo apparecchiature con batterie sostituibili a caldo. Altri stanno valutando l'integrazione nei loro progetti di soluzioni di accumulo, come supercondensatori e sistemi idraulici. Vale anche la pena ricordare che esiste un'intera classe di veicoli NRMM connessi (come le pale articolate utilizzate nelle miniere sotterranee) che sono permanentemente collegate alla rete elettrica o funzionano con una combinazione di alimentazione da rete e da batteria per una maggiore flessibilità. Tali apparecchiature potrebbero richiedere un cambiamento nelle pratiche di lavoro; tuttavia, assicurano un nuovo grado di libertà di progettazione a chi è disposto a utilizzare l'elettrificazione come opportunità per un ripensamento radicale della propria offerta.
Uno sguardo alle tecnologie
Un articolo pubblicato sulla rivista Energies nel 2021 ha individuato importanti innovazioni in altre aree del settore NRMM, tra cui spazzatrici stradali, camion per rifiuti, carrelli elevatori per carichi pesanti, escavatori, rulli stradali, caricatori, movimentatori di materiali, trattori da traino e così via. Sebbene in molti di questi
casi la sfida della elettrificazione totale sia tutt'altro che banale, la rapidità dell'innovazione, unita all'opportunità di utilizzare la pressione evolutiva per ripensare le offerte dei prodotti, dovrebbe vedere questa tecnologia diffondersi rapidamente al di là degli impieghi puramente stradali.
"Sebbene in molti di questi casi la sfida della elettrificazione totale sia tutt'altro che banale, la rapidità dell'innovazione, unita all'opportunità di utilizzare la pressione evolutiva per ripensare le offerte dei prodotti, dovrebbe vedere questa tecnologia diffondersi rapidamente". 15
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OMRON
Il dispositivo OMRON D2JW è un microinterruttore ultra-miniaturizzato e sigillato a tenuta stagna, equipaggiato con un contatto a barra trasversale in lega d'oro e una molla elicoidale che offrono una lunga durata e un'elevata affidabilità. L'unità vanta un'ampia temperatura di esercizio (da -40°C a +85°C). Il suo grado di protezione è conforme agli standard di impermeabilità JIS e IEC IP67 (esclusi i terminali nei relativi modelli con terminali). Il D2JW è progettato per le applicazioni in cui è richiesto un elevato livello di ripetibilità, come macchinari industriali e IIoT. CARATTERISTICHE • Conformità agli standard di impermeabilità JIS e IEC IP67 (esclusi i terminali nei modelli con terminali) • Ampia temperatura di esercizio: da -40°C a +85°C • Il contatto a barra trasversale in lega d'oro e a molla elicoidale offrono una lunga durata e un'elevata affidabilità Interruttore di base
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Relè automotive OMRON G8N PCB
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Progettare ferrovie migliori
"Per gli ingegneri, la complessità del mercato ferroviario globale e l'ampia gamma di tecnologie che lo contraddistinguono si traducono in grandi opportunità di innovazione per ottenere una maggiore efficienza e ridurre le emissioni nei decenni a venire". 18
Uno sguardo alle tecnologie
Philip Lechner Technicial Specialist Power, Avnet Abacus
La pressione per “decarbonizzare” l'economia riguarda ogni aspetto della nostra vita, da ciò che mangiamo a come ci spostiamo. Tale evoluzione sta alimentando una forte innovazione in tutto il settore dei trasporti. Ciò riguarda in particolare il settore ferroviario che, nonostante sia tra i meno inquinanti in termini di emissioni di biossido di carbonio equivalente (CO₂e) per chilometro percorso, è responsabile di così tanti trasferimenti da rendere il suo impatto molto significativo. "Per gli ingegneri, la complessità del mercato ferroviario globale e l'ampia gamma di tecnologie che lo contraddistinguono si traducono in grandi opportunità di innovazione per ottenere una maggiore efficienza e ridurre le emissioni nei decenni a venire".
L'imperativo della decarbonizzazione Perché la decarbonizzazione delle ferrovie è così importante? Secondo l'Office of Rail and Road del Regno Unito, nel periodo 2019-2020, i treni passeggeri hanno consumato 4.186 milioni di kWh di elettricità, con un aumento del 5,3% rispetto al periodo 20182019, e 476 milioni di litri di gasolio, in crescita dell'1,5% sull’analogo periodo 2018-2019. Questa tendenza al rialzo si è accompagnata all'aumento del numero di passeggeri. Ciò ha comportato una riduzione delle emissioni per chilometro-passeggero a 35,1g, -4,9% rispetto al periodo 2018-2019. Le emissioni aggregate di CO₂e per i treni passeggeri elettrici e diesel sono state di 2.400 mila tonnellate, il 2,7% in meno rispetto al 2018-2019.
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Progettare ferrovie migliori Uno sguardo alle tecnologie
Ciò che colpisce di questi numeri è l'impatto che avrebbe un miglioramento anche solo dell'1% nell'efficienza con cui l'energia viene convertita: una riduzione di quasi 4,2 milioni di kWh di elettricità, di quasi 5 milioni di litri di gasolio e di 2,4 kton di emissioni di CO₂e. Uno dei modi principali per ottenere questo tipo di aumento di efficienza, almeno su scala macro, è attraverso l'elettrificazione delle ferrovie. Secondo un piano del 2020 per la decarbonizzazione della trazione ferroviaria nel Regno Unito, Network Rail, organizzazione che gestisce l'infrastruttura in UK, ha affermato che dei 15.400 km di tratte non ancora elettrificate, ben 11.700 km dovrebbero esserlo. Per la parte rimanente, 900 km dovrebbero essere serviti da treni a idrogeno e 400 km da treni a batteria. La tecnologia giusta per i restanti 2.400 km di linea deve ancora essere decisa, ma il rapporto suggerisce ulteriori 1.340 km di elettrificazione, 400 km a idrogeno e 400 km a batteria. La scelta tecnologica per i restanti 260 km deve ancora essere finalizzata. Se questo piano verrà attuato, fino al 96% dei chilometri delle linee passeggeri sarà servito con trazione elettrica e il 4% con unità a idrogeno e a batteria. Per il trasporto merci, circa il 90% dei chilometri sarà alimentato elettricamente, mentre il resto utilizzerà gasolio o altre forme di trazione. Colmare il divario con le batterie La completa elettrificazione delle reti ferroviarie del Regno Unito richiederà decenni, durante i quali gli operatori ferroviari dovranno lavorare con reti parzialmente elettrificate. Un modo per farlo sarà utilizzare treni alimentati a batteria o potenziati a batteria, un'idea che ha già attirato l'attenzione sia delle start-up che dei produttori più affermati. La start-up Vivarail, con sede a Southam, nel Warwickshire, ha sviluppato un treno alimentato a batteria da utilizzare su linee metropolitane, pendolari e regionali. È potenziato da una delle tecnologie previste da Vivarail, con le quali l’azienda afferma di poter realizzare nuovi treni alimentati a batteria, convertire i treni diesel esistenti o aggiungere batterie ai treni elettrici per estendere la loro portata. Vivarail ha attualmente in servizio vari treni a batteria e ibridi: una delle varianti vanta un'autonomia di 60 miglia ricorrendo ai soli accumulatori. Vivarail ha anche realizzato un sistema di ricarica, costituito da un grande banco di batterie, mantenute dalla rete o da energia verde, e un sistema di collegamento pattino-rotaia posto sotto il treno. La società afferma che questo permette di ricaricare le batterie di bordo in dieci minuti. Hitachi Rail sta sviluppando treni elettrici in grado di assorbire energia dai cavi aerei. Ciò vale sia per la trazione che per la ricarica delle batterie. Queste ultime verrebbero utilizzate in esclusiva in aree in cui non è possibile o conveniente installare un'infrastruttura elettrica aerea. La società prevede inoltre di utilizzare le batterie per sostituire alcune delle unità di propulsione diesel sui suoi treni intercity attuali o futuri. Oltre a garantire al passeggero un ambiente più silenzioso e pulito, questi sistemi ridurrebbero i costi del carburante fino al 30% e consentirebbero ai convogli di entrare nelle stazioni non elettrificate.
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Hitachi ABB Power Grids sostiene l'iniziativa di Hitachi Rail fornendo sottostazioni di ricarica modulari e containerizzate che possono essere distribuite lungo le rotte più frequentate per fornire una ricarica regolare. La società sta già utilizzando un approccio simile per gli e-bus, ad esempio quelli in servizio sulla tratta tra l'aeroporto di Ginevra e la periferia. Qui, l'azienda ha installato stazioni di ricarica "flash" in 13 delle 50 fermate sul percorso. Quando un e-bus arriva a una fermata di ricarica, si collega a un gantry sopraelevato ed effettua una carica di 20 secondi a 600kW. CAF Power & Automation ha sviluppato e installato un sistema simile a Siviglia, in Spagna. Il sistema viene utilizzato per la ricarica rapida tramite un pantografo sopraelevato cui si collega il tram mentre è fermo al capolinea.
Uno sguardo alle tecnologie
Nei sistemi ferroviari, un sistema simile potrebbe attingere energia dalla rete nazionale, convertirla a 25kV ed erogarla su un breve tratto di cavi aerei, attraverso i quali il treno può ottenere una carica flash ad alta potenza per alcuni secondi. La sfida della conversione Come per molte soluzioni di mobilità elettrica, l'efficienza con cui l'energia viene convertita tra i moduli nei treni elettrici sarà fondamentale per ridurre il loro impatto sul pianeta. Se si considera che l'energia per una ferrovia elettrica può essere distribuita da una centrale a 400kV, e contemporaneamente i passeggeri si aspettano di poter caricare i propri telefoni da una porta USB a bordo da 5V, la conversione tra i due livelli di tensione implica un elevato potenziale di perdite. Questo aspetto non riguarda solo le ferrovie elettriche. I produttori di convertitori DC-DC e le società di semiconduttori che forniscono i dispositivi di commutazione sviluppano costantemente i circuiti e le architetture necessari per ottenere la maggiore efficienza possibile. Ciò che rende più difficile il processo per le aziende che servono il settore ferroviario sono gli ambienti difficili in cui lavorano e le elevate aspettative di vita operativa. L'elettronica per applicazioni ferroviarie deve sopravvivere in ambienti che la espongono a inquinamento e nebbia salina, ad ampi sbalzi di temperatura (da –40 a +85 ºC) e umidità elevata, nonché a urti e vibrazioni estremi. I sistemi elettronici inoltre devono essere resistenti al fuoco e al fumo e protetti da interruzioni, variazioni e inversioni della tensione di alimentazione.
"Come per molte applicazioni di e-Mobility, anche nei treni elettrici l'efficienza con cui l'energia viene convertita sarà fondamentale per ridurre il loro effetto sul pianeta".
Molti di questi requisiti sono stabiliti da standard rigorosi, che possono essere soddisfatti solo attraverso una buona attività ingegneristica abbinata a test elettrici e ambientali approfonditi. Le applicazioni dei convertitori DC-DC nell'industria ferroviaria tendono a essere suddivise in due categorie: impianti a terra e applicazioni di bordo.
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Uno sguardo alle tecnologie
"La sfida entusiasmante per gli ingegneri che lavorano per ridurre l'impronta carbonica degli spostamenti, consisterà nell'esplorare nuove opzioni di progettazione per ottenere dei vantaggi sistemici".
Progettare ferrovie migliori Gli impianti a terra possono includere funzioni di controllo di segnalamento ferroviario e l'implementazione dell'infrastruttura di comunicazione. Le applicazioni di bordo possono includere il controllo del sistema di trazione, dell’impianto frenante e della lubrificazione; i sistemi di sicurezza - come i controlli relativi a porte, sistemi antincendio, segnaletica e telecamere a circuito chiuso; le funzioni per il comfort dei passeggeri come illuminazione, infotainment e sistemi di riscaldamento e ventilazione. I moduli convertitori DC-DC a bassa tensione di bordo sono spesso incapsulati con una protezione antipolvere e anti-umidità. Possono anche prevedere un dissipatore di calore incorporato per condurre l'energia termica lontano dai circuiti integrati e consentire un raffreddamento efficace. Sono forniti in formati standard ampiamente diffusi nell'industria ferroviaria, come i cosiddetti package "half-, quarter- o eight-brick". Il passaggio al carburo di silicio La maggior parte dei moduli driver di trazione ferroviaria ad alta tensione si basa su IGBT, diodi e MOSFET in silicio. Poiché usare in modo efficiente l'energia diventa sempre più importante, alcuni produttori stanno sperimentando l'impiego di dispositivi al carburo di silicio (SiC). Questi dispositivi possono commutare più rapidamente dei dispositivi in silicio, il che significa che le parti risonanti dei circuiti di conversione dell'alimentazione, come le bobine, possono essere più piccole. Le loro temperature operative distruggerebbero un normale dispositivo in silicio: ciò significa che possono gestire più energia o di utilizzare meno risorse di raffreddamento. CAF Power & Automation, con sede nei Paesi Baschi, sta sviluppando un sistema di trazione elettrica basato su
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dispositivi SiC che, secondo l'azienda, potrebbe assicurare un risparmio energetico del 15% rispetto agli approcci convenzionali. Il produttore sta lavorando con il centro tecnologico IKERLAN e con Euskotren, un operatore di trasporto pubblico locale, per sviluppare e testare la tecnologia. CAF afferma che l'utilizzo dei dispositivi SiC ridurrà le perdite del convertitore di trazione del 70% e consentirà di raggiungere velocità di commutazione più elevate, migliorando l'efficienza. Rispetto al silicio, i dispositivi SiC supporteranno anche temperature operative molto più elevate e dissiperanno il calore più rapidamente poiché la loro conduttività termica è tre volte superiore. Ciò aiuta a semplificare il regime di raffreddamento, contribuendo così a ridurre del 25% il volume e la massa complessiva della soluzione di trazione. Oltre a questo, ciò renderà i treni più silenziosi, migliorando il comfort dei passeggeri. Il lavoro su tale sviluppo è in corso dal 2016 nell'ambito di un progetto di ricerca europeo Horizon 2020, finanziato dall'UE. La versione precedente del sistema di trazione utilizzava un inverter IGBT in silicio e dei diodi SiC, a dimostrazione che le nuove tecnologie possono essere adottate in modo incrementale contribuendo in modo significativo allo sviluppo dell'industria ferroviaria. L'innovazione nel settore ferroviario sarà caratterizzata da questo tipo di ottimizzazione di sistema, in cui il miglioramento di un aspetto limitato del progetto di un treno porterà dei vantaggi in altre aree. "La sfida entusiasmante per gli ingegneri che lavorano per ridurre l'impronta carbonica degli spostamenti, consisterà nell'esplorare nuove opzioni di progettazione per ottenere dei vantaggi sistemici".
Serie Hirose DF50/DF50A, passo 1mm, connettore cavoscheda con robusto blocco Questo robusto connettore a basso profilo con contatti a montaggio superficiale e passo di 1mm consente il massimo risparmio di spazio sulla scheda grazie alla riduzione dell'area necessaria.
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Intervista sulle tecnologie
Gli entusiasmanti sviluppi delle batterie intelligenti che stanno alimentando i mercati della mobilità elettrica industriale In termini di pulizia e sostenibilità, la e-Mobility offre entusiasmanti opportunità non solo nei trasporti individuali e pubblici, ma anche in una moltitudine di applicazioni industriali come i robot mobili, inclusi i veicoli a guida automatizzata (AGV) e i droni. In queste pagine, Hagen Götze, Senior Marketing Director di Avnet Abacus, si confronta con Marc Eichhorn, Product Marketing Manager for Batteries, su come gli ultimi sviluppi nel campo degli accumulatori possano contribuire a concretizzare tali opportunità. mentre il peso è ridotto. La presenza di circuiti di protezione, ovviamente, è indispensabile, sebbene di solito siano integrate anche funzionalità intelligenti come la comunicazione e la gestione a livello di sistema. HG: Quali sono le migliori chimiche al litio per l'e-Mobility?
Hagen Götze: Riceviamo richieste crescenti da clienti che stanno realizzando applicazioni imminenti rivolte a numerosi mercati, come l'automazione dei magazzini, l'agricoltura intelligente, i tosaerba professionali, l'esplorazione subacquea e così via. A nostro avviso ciò è dovuto a esigenze di catene di approvvigionamento più efficienti, maggiore produttività e, anche, analisi di carattere ambientale. La situazione COVID, inoltre, ha contribuito a focalizzare l'attenzione sull'aumento dell'automazione. Marc Eichhorn: Sì: per quanto riguarda in particolare l'automazione di magazzino, si prevede che il mercato degli AGV crescerà con un CAGR maggiore del 31% nei prossimi cinque anni, superando i 13 miliardi di dollari. Grazie alle ultime tecnologie di connettività e alla capacità di archiviare e analizzare i big data, questi veicoli offrono straordinarie opportunità per semplificare e ottimizzare i processi. Inoltre, si sono evidenziati alcuni importanti progressi nella tecnologia delle batterie che migliorano l'economicità e la fruibilità. HG: Storicamente, le batterie al piombo sono state scelte per alimentare un'ampia varietà di piccoli veicoli elettrici, come carrelli da golf e carrelli elevatori. Che cosa sta cambiando? ME: In effetti, la tecnologia piombo-acido è collaudata e testata e in molti casi rappresenta ancora una soluzione soddisfacente. In particolare, il suo costo è inferiore rispetto ad alternative come le batterie al litio ed è termicamente stabile. Tuttavia, per le nuove applicazioni, o per una prima elettrificazione, il litio di solito rappresenta la strada da percorrere. Questa tecnologia offre un'autonomia operativa estesa e costi di gestione inferiori. La densità di energia e la durata sono significativamente superiori,
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ME: Esistono due principali tecnologie al litio per le applicazioni di e-Mobility: la formula Litio-NichelManganese-Ossido di Cobalto (NMC), ampiamente utilizzata anche nei dispositivi di consumo e negli utensili elettrici, e la Litio-Ferro-Fosfato (LiFePO4). Benché tra le due la tecnologia NMC offra una densità di energia più alta, la Li-FePO4 vanta un numero di cicli operativi da 4 a 10 volte superiore. La scelta dipende quindi dalle priorità. HG: Quali altri fattori dovrebbero essere considerati? ME: La scelta tra una batteria standard e un design personalizzato può avere un effetto importante sul risultato finale. Una batteria personalizzata può essere progettata per fornire una tensione specifica o per essere conforme a forme fisiche o dimensioni particolari. D'altra parte, occorre considerare anche i costi di ingegneria non ricorrente (NRE) e i costi di omologazione del prodotto. Inoltre, l'intero processo può rappresentare una distrazione per il team di progettazione; se il focus di un'organizzazione riguarda, ad esempio, l'agricoltura di precisione o la gestione dei materiali, è meglio concentrarsi sulle competenze core o sulla proprietà intellettuale specifica che faranno risaltare il prodotto finale rispetto alla concorrenza. HG: Quindi, una batteria standard probabilmente permette di arrivare sul mercato e di conseguire dei ricavi più rapidamente? ME: Nella maggior parte dei casi sì. Inoltre, è possibile ottenere immediatamente dal magazzino dei campioni e un caricabatterie abbinato. Sono entusiasta del fatto che VARTA abbia recentemente introdotto due famiglie di batterie standard che soddisfano molto bene le applicazioni emergenti di mobilità elettrica. Queste famiglie di batterie mirate per applicazioni specifiche (ASB, Application-Specific Battery) sono disponibili sia nella formula Li-ion, agli ioni di litio, sia LiFePO4, con tensione nominale di 24V e 48V. La famiglia Easy Block LiFePO4 prevede batterie con capacità fino a 14,5kWh e fino a 10.000 cicli.
La seconda linea, Easy Blade, beneficia della maggiore densità di energia della chimica agli ioni di litio per offrire una capacità fino a 37,5 kWh e una durata di circa 1200 cicli. HG: Cosa puoi dirci di più? ME: Poiché si tratta di batterie pronte all'uso, i prodotti sono dotati di funzioni di sicurezza integrate e sono pre-omologati secondo IEC 62133-2:2017 e UN38.3. Naturalmente, le celle costituenti sono testate secondo UL 1642. Le batterie sono pronte per comunicare con il caricabatterie attraverso il robusto standard CANOpen, che semplifica la progettazione.
Applicazioni tipiche per i moduli batteria ASB VARTA
Intervista sulle tecnologie
HG: E il caricabatterie? ME: Per gestire questo aspetto, VARTA ha collaborato con Delta-Q. Hanno escogitato una soluzione scalabile basata su un design che viene fornito precaricato con il firmware. Il tutto consente di impilare fino a sei unità per soddisfare un'ampia gamma di requisiti di alimentazione a livello di sistema. Ciò significa che i clienti possono ottenere un caricabatterie chiavi-in-mano consegnabile il giorno successivo, se necessario. Come per le batterie, il caricabatterie è omologato secondo gli standard di sicurezza pertinenti. Questi includono gli standard UL 1564 ed EN 60335.
richiedono connessioni sia di alimentazione che di segnale; quindi, riunire il tutto nello stesso connettore consente di risparmiare tempo in termini di accoppiamento e disaccoppiamento. La serie BSM fornisce l'autocorrezione per deviazioni di posizione fino a ±2 mm sugli assi X e Y e fino a ±5 mm sull'asse Z, garantendo un accoppiamento rapido e sicuro. Sono disponibili secondo varie potenze nominali fino a 600VDC e 100A.
HG: E quando sono sul campo?
ME: Hai ragione: i progressi spesso sembrano lenti, anche se ci sono sempre miglioramenti e ottimizzazioni che permettono di attingere sempre di più da ciò che abbiamo. VARTA ha introdotto una nuova linea di celle agli ioni di litio che soddisfano le esigenze di ricarica rapida, aspetto molto importante nell'e-Mobility. Queste celle, denominate V4Drive, sono celle 21700 (21mm di diametro x 70mm di altezza) che si caricano completamente in meno di sei minuti, mantenendo la temperatura al di sotto dei +35°C e garantendo la stabilità della durata del ciclo. Sono progettate per assorbire l'energia rigenerativa in modo efficiente e presentano anche eccellenti prestazioni a bassa temperatura. Almeno una marca di veicoli di prestigio sta collaborando con VARTA per integrare queste celle nelle vetture stradali di prossima generazione. Sono ideali anche in applicazioni come utensili elettrici e apparecchiature cordless.
ME: Le batterie intelligenti, come le ASB VARTA, consentono il monitoraggio remoto e la manutenzione predittiva, che possiamo supportare attraverso le nostre soluzioni cloud Avnet IoTConnect. Ciò consente di proporre modelli di business futuribili, come ad esempio la "batteria-comeservizio". HG: In un progetto di elettrificazione completo c'è molto di più rispetto alla batteria. In quale altro modo Avnet Abacus può aiutare i clienti a realizzare una soluzione di successo? ME: Le sfide chiave della progettazione di sistema includono un'adeguata commutazione dell'alimentazione e l'isolamento attorno alla batteria. Oltre a questo, devono essere garantite connessioni di segnale e di alimentazione semplici e robuste. Un altro dei nostri fornitori, AVX, offre una soluzione di commutazione a stato solido per applicazioni fino a 48 V che si abbina perfettamente alle ASB VARTA. Gli switch si posizionano tra il sistema BMS, il veicolo e il caricabatterie, fornendo una protezione e scollegando elettronicamente in sicurezza la batteria quando necessario. Questi switch forniscono una protezione molto più rapida rispetto ai relè meccanici convenzionali e possono supportare funzionalità intelligenti come ad esempio la precarica. Oltre a essere fino all'85% più leggeri, possono avere una durata molto più lunga e sono anche silenziosi durante il funzionamento.
HG: Il ritmo di sviluppo della tecnologia delle batterie è ritenuto piuttosto lento. C'è qualcosa di veramente nuovo sul mercato?
HG: Avnet Abacus può aiutare i clienti a sfruttare queste tecnologie?
HG: Cosa dire a proposito dei collegamenti di segnale e alimentazione che hai menzionato?
ME: Sì. Siamo pronti a fornire le linee ASB e i relativi caricatori, mentre i nostri ingegneri stanno lavorano con i clienti e VARTA per gestire le specifiche esigenze di progettazione. È disponibile un'abbondante letteratura di riferimento, tra cui un manuale tecnico completo e una guida alla progettazione del caricabatterie. Il tutto è accessibile senza alcun impegno da parte del cliente. Per le batterie V4Drive, la produzione aumenterà nel 2022 al fine di soddisfare la domanda dei clienti chiave mentre la disponibilità sul mercato di massa inizierà nel 2023.
ME: I moduli di sostituzione della batteria, come la serie BSM di Amphenol, affrontano le sfide imposte sotto questo profilo. Le funzioni intelligenti delle batterie al litio
HG: Tutto ciò offre molto su cui riflettere per quanto riguarda i prossimi progetti di mobilità elettrica. Grazie Marc per aver condiviso questo approfondimento.
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Serie di seminari sull’alimentazione di Avnet Abacus Sei delle menti più brillanti e dei più grandi attori del settore dell’alimentazione illustrano le ultime sfide legate all’implementazione degli alimentatori
Per visualizzare le sessioni on demand, visita avnet-abacus.eu/power-masterclasses
5 star award 2021 di Harwin
Intervista sulle tecnologie
José Ramón Blázquez, Account Manager e Dieter Kuhn, Senior Field Application Engineer - Interconnect & Electromechanical in Avnet Abacus hanno ricevuto da Harwin il 5 Star Award 2021 per il loro eccezionale contributo al successo dell’intera linea a marchio Harwin. Il premio viene riconosciuto alle persone e alle organizzazioni che hanno supportato Harwin nel raggiungere una significativa presenza commerciale nell’ambito delle tecnologie di interconnessione, creando numerose e interessanti opportunità in inedite applicazioni e nuove aree geografiche.
“Questi riconoscimenti sono un’ottima occasione per dimostrare il nostro apprezzamento ai nostri partner commerciali. Durante quello che è stato un periodo impegnativo per tutta la catena di approvvigionamento globale, la reattività della rete di distribuzione e la vicinanza ai clienti si stanno dimostrando più importanti che mai.” Ha affermato Andrew McQuilken, Chief Revenue Officer di Harwin.
Da sinistra: José Ramón Blázquez Avnet Abacus, Eneko Ansoleaga, Business Manager for Southern Europe at Harwin e Dieter Kuhn, Avnet Abacus
José Ramón ha svolto un ruolo chiave nell’affermare i progetti vincenti Harwin in una varietà di mercati, incluso il settore sempre più dinamico dei veicoli elettrici. Dieter ha fornito un prezioso supporto tecnico per una serie di progetti personalizzati di alto profilo.
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Engineers’ Insight: il blog Avnet Abacus
Risolvere le sfide progettuali Il blog tecnico di Avnet Abacus, Engineers' Insight, è stato creato per aiutare ad affrontare le principali sfide che riguardano tutti i mercati che serviamo e tutte le tecnologie che proponiamo. Dai fenomeni elettronici come la resistenza in serie equivalente nei condensatori elettrolitici alle discussioni sui migliori approcci, dalle nuove tecnologie wireless fino alle guide di progettazione per le soluzioni di alimentazione: un blog scritto per gli ingegneri dagli ingegneri.
Vuoi scoprire di più?
avnet-abacus.eu/engineers-insight
