사회 기반 시설을 위한 필수 Daifuku 기술 당사의 D-PAD 무선 충전 시스템은 소형화와 급속 충전을 결합합니다
공장과 물류센터를 자동화하는 데 필요한 AGV(무인운반차)와 AMR(자율이동로봇)의 안정적인 운영을 위해서는 배터리 방전을 방지하는 것이 필수적이다. 충전 작업의 자동화는 노동력 부족이 계속됨에 따라 또 다른 주요 과제입니다. 그렇기 때문에 D-PAD 무선 충전 시스템을 훨씬 더 작고 가볍게 만들어 저플랫폼 AGV와 같은 장비를 충전하는 데 사용할 수 있습니다. 최대 100A에서 급속 충전이 가능한 모델도 출시했습니다. 작업 사이에 빈번한 충전 충전이 가능하고 작업 효율성을 높이는 데 도움이 됩니다. 시스템 개발자인 클린룸 사업부 생산 운영 전력 장치 부서의 관리자인 Makoto Nunoya와 그의 동료 Diazo Ninomiya가 이에 대해 자세히 설명했습니다.
D-PAD는 어떤 시스템인가요?
AGV나 AMR과 같은 장비에 부착하면 자동으로 무선으로 배터리를 충전하는 시스템이다.
AGV의 안정적인 운영을 위해서는 배터리 소모를 방지하는 것이 필수적입니다. 그러나 이를 교체하는 데 시간과 노력이 필요하고, 최근 몇 년 동안 공장과 물류센터가 일손 부족으로 어려움을 겪고 있어 이를 자동화하는 시스템이 요구되고 있다. 플러그와 같은 부품을 갖춘 접촉식 충전 시스템도 상용화되고 있지만, 충전 중 작은 진동에도 스파크가 발생해 화재로 이어질 수 있다.
D-PAD 무선 충전 시스템은 이러한 문제를 해결합니다. D-PAD 사용하는 경우, 공장 조립 공정이나 물류 센터 피킹 공정 등 AGV가 일시적으로 정지하는 위치에 충전소를 배치합니다. AGV가 정지된 상태에서 충전하면 배터리가 방전될 염려가 없습니다.
관련된 기술적 강점은 무엇입니까?
D-PAD 코일과 페라이트에 의한 전자기유도를 통해 생성된 전력을 공진회로를 활용해 접촉 없이 효율적으로 배터리에 전기를 전달할 수 있다. 이 원리는 오래전부터 알려져 왔으나, 원형 코일을 활용하는 기존의 전자기 유도 시스템은 장거리 전송을 위해 큰 크기가 필요해 AGV 등 장비에 부착하기가 어려웠다.
D-PAD는 이러한 단점을 극복했으며, 가장 중요한 점은 독점 D형 코일을 활용한다는 것입니다. D형 코일을 사용하면 같은 크기의 원형 코일보다 더 긴 전송 거리를 얻을 수 있습니다. D-PAD 원형 코일을 사용하는 비슷한 크기의 시스템의 전송 거리를 대략 두 배로 늘릴 수 있었습니다. 충전 스테이션에 설치된 송전 패드와 AGV에 설치된 수신 패드 사이의 거리가 약 3cm(100A 모델은 6cm) 정도라도 충전이 가능하다.
D-PAD (오른쪽) 전송 거리가 기존 장치(왼쪽)의 두 배입니다.
Daifuku는 비접촉식 전원 공급 장치를 갖춘 세계 최초의 전기 모노레일 운송 시스템을 상용화했습니다.
개발 과정에 대해 알려주세요.
1992년에 Daifuku는 무선 전원 공급 기술과 관련하여 뉴질랜드 오클랜드 대학교와 제휴를 맺었고, 1993년에는 비접촉 전원 공급 장치를 갖춘 세계 최초의 전기 모노레일 운송 시스템을 상용화했습니다. Daifuku는 무선 전원 공급 장치 기술을 적용하여 D-PAD 충전 시스템을 개발했습니다. D-PAD 구성은 다음과 같습니다. 충전소에 기기가 정지되면 D-PAD 인버터(1)에서 송전 패드(2)로 고주파 전류가 흐른다. 전자기 유도는 수신기 패드(3)에 전력을 전달하는 데 활용됩니다. 충전 컨트롤러(4)는 해당 전력을 사용하여 배터리와 같은 저장 시스템을 충전합니다.
우리는 2013년에 대형 AGV용 시스템 마케팅을 시작했고, 2016년에 일반 AGV용으로 더욱 컴팩트한 D-PAD 개발했습니다. D-PAD 충전 컨트롤러는 2019년 4월에 출시된 새 모델에서 훨씬 더 컴팩트해졌습니다. 17 x 23 x 7 cm로 이전 모델보다 부피가 약 60% 작아졌습니다. 무게도 약 70% 정도 가벼워졌습니다.
D-PAD 무선충전 시스템의 구조
왜 더 콤팩트하게 만들었을까?
최근에는 로우 플랫폼 AGV 및 AMR이 공장 및 물류 센터에서 널리 활용되고 있으므로 이에 대응할 수 있도록 보다 콤팩트한 모델을 만들었습니다.
D-PAD 활용하기 위해서는 AGV나 AMR 표면에 수신기 패드를 부착하고 내부에 충전 컨트롤러를 설치해야 한다. 하지만 로우 플랫폼 AGV, AMR 등 소형 운반 장치 내부에는 빈 공간이 많지 않아 충전 컨트롤러를 장착하기가 어려웠습니다. 기존 AGV, AMR에 설계 변경 없이 설치가 가능하도록 충전 컨트롤러를 더욱 컴팩트하게 만들었습니다.
AGV에 설치된 D-PAD. AGV에 장착되는 충전 컨트롤러는 이전 모델에 비해 부피가 약 60% 작아져 낮은 플랫폼의 AGV에도 설치할 수 있습니다.
장치를 더 작게 만들기 위해 무엇을 했습니까?
우리는 다양한 아이디어를 생각해냈는데 그 중 하나가 냉각 시스템을 수정하는 것이었습니다. 충전 컨트롤러는 많은 열을 발생시키므로 냉각 시스템이 필수적입니다.
이전 모델은 반도체 공장과 같은 클린룸에서 사용하는 것을 전제로 설계됐으며 실내 공기가 흔들리지 않도록 핀을 이용한 냉각 시스템을 설치했다. 하지만 신규 모델은 일반 공장 및 물류센터에서 운영되는 AGV, AMR 등의 기기를 대상으로 하여 팬을 활용한 냉각 방식으로 변경하였습니다. 특수 전자 부품을 사용하는 것과 같은 다른 개선 사항을 통해 충전 컨트롤러를 훨씬 더 작게 만들 수 있었습니다.
충전 컨트롤러의 기능적 강점에 대해 알려주세요.
AGV에는 다양한 배터리가 사용되므로 사용자가 컴퓨터에서 충전 설정을 조정하고 시스템이 다양한 전압, 전류 및 배터리 유형과 호환되도록 만들었습니다.
또한 충전 컨트롤러에는 송전 패드와 수신 패드가 너무 가까워지거나 어긋나면서 자속의 급격한 변화와 같은 충전 전류 변화로 인해 배터리가 손상되는 것을 방지하는 기능도 탑재되어 있습니다. 정렬의.
어떤 종류의 고객 기반을 구상하고 있습니까?
D-PAD가 설치된 AGV를 판매하는 대신 충전 시스템을 별도로 판매합니다. 이미 작동 중인 AGV 및 AMR에 개조할 수 있으므로 이러한 운반 장치의 최종 사용자에게 판매할 예정입니다.
100A의 더 높은 전력 용량 모델 개발로 자원 절약에 도움
100A 모델은 어떻게 생겨났나요?
최근 몇 년 동안 사람들은 작동하는 데 더 많은 전기가 필요한 더 복잡한 기능을 가진 AMR을 사용하기 시작했습니다. 이로 인해 다음과 같은 문제가 발생했습니다. AMR이 충전을 위해 자주 중지해야 하는 경우 작동 속도가 감소하고 AMR이 충전하는 데 오랜 시간이 걸리면 충전소가 너무 오래 점유됩니다. 이에 따라 이동이나 피킹 작업을 위해 기기가 멈췄을 때 잦은 충전의 필요성이 커졌다. 그래서 작업 사이에 충분한 충전을 보장하기 위해 급속 충전이 가능한 100A의 더 높은 전력 용량을 가진 모델을 개발했습니다.
개발 과정에서 어떤 어려움을 겪었나요?
작업 사이에 빈번한 추가 충전은 전송 측면에서 수십 대의 AGV가 하루에 수천 번 한 위치에서 충전됨을 의미합니다. 100A 전류는 산업용으로 큰 편인데, 이러한 전류가 반복적으로 발생되면 열수축으로 인해 전송 패드가 갈라지거나 절연 문제가 발생할 위험이 있습니다. 이로 인해 설계가 복잡해 지지만 간단한 구조의 반도체를 활용하고 열수축을 해결하기 위해 절연 재료를 추가하거나 수정했습니다.
또한 AMR 자체도 로봇팔이 움직일 때 진동하기 때문에 충전 시 거리가 멀거나 가까워질수록 수신 전력의 변동이 크다. 또한 팔의 움직임으로 인해 전기 부하가 변동합니다. 한편, 리튬 배터리에 대한 충전 출력은 고정밀화되어야 하며, 이러한 장비에 장착된 리튬 배터리를 보호하기 위해 때때로 충전 전류가 갑자기 차단될 수 있습니다. 따라서 우리는 빠른 응답과 전류 및 전압의 정밀한 제어를 모두 보장하는 방법을 고안했습니다.
배터리는 추가 충전으로 자주 충전하므로 낮은 방전 깊이로 사용할 수 있습니다. 이는 배터리의 평생 충전/방전 용량을 효율적으로 사용할 수 있음을 의미하므로 자원 절약에 도움이 됩니다. 이와 같은 방식으로 Daifuku는 제품과 시스템을 통해 지속 가능한 사회를 만드는 데 도움을 주기 위해 최선을 다하고 있습니다.
- *이 기사는 DAIFUKU NEWS No.224(2019년 7월 발행)에 실린 "신기술에 대한 개발자의 흥미로운 정보" 내용과 새로운 인터뷰를 기반으로 합니다.