支持社会基础设施的大福技术非接触式充电系统“D-PAD”实现小型化和快速充电
如果要确保工厂和物流中心自动化所需的 AGV（自动导引车）和 AMR（自主移动机器人）的稳定运行，防止电池耗尽至关重要。随着劳动力短缺的持续加剧，充电工作的自动化是另一项重大挑战。这就是我们将 D‑PAD 无线充电系统做得更小、更轻的原因，以便它可以用于为低平台 AGV 等设备充电。我们还推出了一款能够以高达 100 A 的速度快速充电的型号。它可以在执行任务之间频繁充电，有助于提高工作效率。该系统的开发人员、洁净室部门生产运营功率设备部经理布谷诚和他的同事二宫大造向我们介绍了更多相关信息。
D-PAD（非接触式充电系统）是什么系统？
这是一个当连接到 AGV 或 AMR 等设备时，可以自动为电池无线充电的系统。
如果要确保 AGV 的稳定运行，防止电池耗尽至关重要。然而，更换它们需要时间和精力，而且工厂和配送中心近年来一直在努力解决劳动力短缺问题，因此需要能够自动完成任务的系统。带有插头等部件的接触式充电系统也正在商业化，但即使是很小的振动也可能在充电过程中产生火花，从而引发火灾。
D-PAD（非接触式充电系统）无线充电系统解决了这个问题。使用D-PAD（非接触式充电系统）时，充电站放置在AGV临时停靠的位置，例如在工厂的装配过程中或在配送中心的拣选过程中。在 AGV 停止时进行充电，可确保无需担心电池电量耗尽。
涉及哪些技术优势？
D-PAD（非接触式充电系统）利用线圈和铁氧体的电磁感应产生的电能的谐振电路，以无接触方式有效地将电能传输到电池。这个原理早已为人所知，但使用圆形线圈的传统电磁感应系统需要大尺寸才能进行长距离传输，因此很难将它们安装到 AGV 等设备上。
D-PAD（非接触式充电系统）克服了这个缺点，最重要的一点是它利用了我们专有的 D 形线圈。使用D形线圈可以实现比相同尺寸的圆形线圈更长的传输距离。D-PAD（非接触式充电系统）已经能够将使用圆形线圈的类似尺寸系统的传输距离大致增加一倍。即使充电站中安装的电力传输垫和 AGV 中安装的接收器垫之间的距离约为 3 厘米（100 A 型号为 6 厘米），也可以进行充电。
D-PAD（非接触式充电系统）（右）传输距离是传统设备（左）的两倍
大福优先于同行将非接触式供电的电动单轨运输系统商业化
请介绍一下开发过程。
1992 年，大福与新西兰奥克兰大学就无线供电技术结成联盟，并于 1993 年优先于同行将采用非接触供电的电动单轨运输系统商业化。大福应用无线供电技术开发了D-PAD（非接触式充电系统）充电系统。D-PAD（非接触式充电系统）配置如下。当设备停在充电站时，高频电流从D-PAD（非接触式充电系统）逆变器 (1) 流向电力传输垫 (2)。利用电磁感应将电力传输到接收器垫 (3)。充电控制器 (4) 使用该电力为电池等存储系统充电。
我们于 2013 年开始销售用于大型 AGV 的系统，并于 2016 年开发了用于常规 AGV 的更紧凑的D-PAD（非接触式充电系统）。在 2019 年 4 月推出的新型号中，D-PAD（非接触式充电系统）充电控制器变得更加小型化。尺寸约为 17 x 23 x 7 厘米，体积比之前的型号缩小了大约 60%。它的重量也减轻了大约 70%。
D-PAD（非接触式充电系统）无线充电系统结构
为什么要让它更加小型化？
近年来低平台AGV和AMR广泛应用于工厂和配送中心，所以我们做了一个更加小型化的模型来兼容它们。
为了使用D-PAD（非接触式充电系统），必须在 AGV 或 AMR 的表面安装一个接收器垫，并在内部安装一个充电控制器。但低平台AGV、AMR等小型搬运设备内部空间不大，很难安装充电控制器。我们使充电控制器更加小型化，无需对现有 AGV 和 AMR 进行设计更改即可安装。
安装在D-PAD（非接触式充电系统）中的方向键。安装在 AGV 中的充电控制器比以前的型号体积缩小了大约 60%，这意味着它也可以安装在低平台 AGV 中。
您是如何让设备更加小型化的？
我们想出了各种办法，其中之一就是修改冷却系统。充电控制器会产生大量热量，因此冷却系统必不可少。
以前的型号是在半导体工厂等无尘室使用的前提下设计的，为了不扰动室内空气，安装了使用翅片的冷却系统。然而，新模型针对的是在普通工厂和配送中心运行的 AGV 和 AMR 等设备，因此我们更改为使用风扇的冷却系统。另外，我们还采用特殊电子元件，使我们能够使充电控制器更加小型化。
请您谈谈充电控制器的功能优势。
AGV 中使用的电池种类繁多，因此我们让用户可以在计算机上调整充电设置，并使系统兼容各种电压、电流和电池类型。
此外，充电控制器还配备了一项功能，可防止电池因充电电流的变化而损坏，例如由于电力传输和接收垫靠得太近或移出而导致磁通量突然变化对齐方式。
主要面向哪些的客户群？
我们不销售安装了D-PAD（非接触式充电系统）的 AGV，而是单独销售充电系统。它可以改装到已经运行的 AGV 和 AMR 上，因此我们将把它推销给这些运输设备的最终用户。
我们开发了具有 100 A 更高功率容量的型号，有助于节约资源
100 A 模型是如何开发的？
近年来，人们开始使用功能更复杂、需要更多电力才能运行的 AMR。这导致了以下问题：如果AMR必须频繁停车充电，则开工率会下降；如果AMR充电时间过长，充电站将被占用太久。因此，当设备停止执行传输或拣选工作时，对频繁充电的需求越来越大。因此，为了确保在执行任务之间的充足充电，我们开发了一种具有 100 A 更高功率容量的模型，可以提供快速充电。
在开发过程中遇到了什么样的挑战？
执行任务间的频繁充电意味着在传输方面，数十台AGV一天要在一个地点充电数千次。 100A的电流对于工业用途来说已经偏大，反复产生这样的电流时，存在热收缩导致传输焊盘开裂或绝缘问题的风险。这使设计变得复杂，但我们利用结构简单的半导体，并添加或修改绝缘材料来解决热收缩问题。
此外，AMR本身在机械臂移动时也会产生振动，因此随着充电距离的远近，接收功率也会出现较大的波动。此外，机械臂的运动导致电负载波动。同时，对锂电池的充电输出需要做的非常精确，充电电流有时会突然被切断，以保护安装在此类设备中的锂电池。因此，我们设计了一种方法来确保电流和电压的快速响应和精确控制。
因为电池经常断断续续地进行充电，因此可以在低深度放电的情况下使用。这意味着可以有效地使用电池的使用寿命充电/放电容量，从而有助于节约资源。大福将通过新产品和系统的开发为实现可持续发展的社会做贡献。
- *本文基于《DAIFUKU NEWS》第 224 期（2019 年 7 月出版）刊登的“来自开发人员的有关新技术的有趣信息”的内容和新采访。