Wesentliche Daifuku-Technologien für die soziale Infrastruktur Unser drahtloses D-PAD Ladesystem kombiniert Kompaktheit und schnelles Aufladen
Es ist wichtig zu verhindern, dass Batterien leer werden, wenn Sie einen stabilen Betrieb der AGVs (fahrerlose Transportfahrzeuge) und AMRs (autonome mobile Roboter) sicherstellen möchten, die zur Automatisierung von Fabriken und Distributionszentren benötigt werden. Die Automatisierung der Ladearbeit ist eine weitere große Herausforderung, da der Arbeitskräftemangel weiterhin zunimmt. Aus diesem Grund haben wir unser kabelloses D-PAD-Ladesystem viel kleiner und leichter gemacht, damit es zum Laden von Geräten wie Low-Platform-FTS verwendet werden kann. Wir haben auch ein Modell auf den Markt gebracht, das mit bis zu 100 A schnell geladen werden kann. Es ermöglicht häufiges Aufladen zwischen Aufgaben und hilft, die Arbeitseffizienz zu steigern. Die Entwickler des Systems, Makoto Nunoya, Manager der Cleanroom Division Production Operations Power Device Department, und sein Kollege Diazo Ninomiya erzählten uns mehr darüber.
Was für ein System ist das D-PAD?
Es handelt sich um ein System, das die Batterie automatisch und drahtlos auflädt, wenn es an Geräten wie AGV oder AMR angeschlossen ist.
Um einen stabilen Betrieb von AGVs sicherzustellen, ist es wichtig, das Auslaufen der Batterien zu verhindern. Es erfordert jedoch Zeit und Mühe, sie zu ersetzen, und Fabriken und Vertriebszentren hatten in den letzten Jahren mit Arbeitskräftemangel zu kämpfen, sodass ein Bedarf an Systemen besteht, die diese Aufgabe automatisieren. Kontaktladesysteme mit Komponenten wie Steckern werden ebenfalls kommerzialisiert, aber selbst eine kleine Vibration kann während des Ladens Funken verursachen, die zu Bränden führen können.
Das drahtlose Ladesystem D-PAD löst dieses Problem. Beim Einsatz des D-PAD werden Ladestationen dort platziert, wo AGVs vorübergehend anhalten, etwa während des Montageprozesses in einer Fabrik oder des Kommissionierprozesses in einem Distributionszentrum. Das Aufladen der Ladung während das AGV angehalten wird, stellt sicher, dass Sie sich keine Sorgen machen müssen, dass die Batterie leer wird.
Welche technischen Stärken sind damit verbunden?
Das D-PAD verwendet einen Resonanzkreis für die Energie, die durch elektromagnetische Induktion durch Spulen und Ferrit erzeugt wird, um Elektrizität effizient und berührungslos an eine Batterie zu übertragen. Dieses Prinzip ist seit langem bekannt, aber herkömmliche elektromagnetische Induktionssysteme, die kreisförmige Spulen verwenden, erfordern große Abmessungen, um über große Entfernungen zu übertragen, was es schwierig macht, sie an Ausrüstungen wie AGVs anzubringen.
Das D-PAD überwindet diesen Nachteil, wobei der wichtigste Punkt die Verwendung unserer proprietären D-förmigen Spule ist. Die Verwendung von D-förmigen Spulen ermöglicht es, eine längere Übertragungsdistanz zu erreichen als eine kreisförmige Spule gleicher Größe. Das D-PAD konnte die Übertragungsreichweite von ähnlich großen Systemen, die kreisförmige Spulen verwenden, ungefähr verdoppeln. Das Laden ist sogar bei einem Abstand von etwa 3 cm (6 cm beim 100-A-Modell) zwischen dem in der Ladestation installierten Stromübertragungspad und dem im AGV installierten Empfängerpad möglich.
Die Übertragungsreichweite des D-PAD (rechts) ist doppelt so hoch wie bei einem herkömmlichen Gerät (links)
Daifuku hat das weltweit erste elektrifizierte Einschienen-Fördersystem mit berührungsloser Stromversorgung kommerzialisiert
Bitte teilen Sie uns den Entwicklungsprozess mit.
1992 ging Daifuku eine Allianz mit der University of Auckland in Neuseeland bezüglich drahtloser Stromversorgungstechnologie ein, und 1993 vermarkteten wir das weltweit erste elektrifizierte Einschienen-Transportsystem mit berührungsloser Stromversorgung. Daifuku wandte diese drahtlose Stromversorgungstechnologie an, um das D-PAD Ladesystem zu entwickeln. Die D-PAD Konfiguration ist wie folgt. Wenn ein Gerät an der Ladestation angehalten wird, fließt ein hochfrequenter elektrischer Strom vom D-PAD Wechselrichter (1) zum Stromübertragungspad (2). Elektromagnetische Induktion wird verwendet, um Energie zum Empfängerpad (3) zu übertragen. Der Laderegler (4) verwendet diese Energie, um ein Speichersystem wie eine Batterie aufzuladen.
Wir haben 2013 mit der Vermarktung des Systems für große AGVs begonnen und 2016 ein kompakteres D-PAD für normale AGVs entwickelt. Der D-PAD Laderegler wurde in dem neuen Modell, das im April 2019 eingeführt wurde, viel kompakter. Mit Abmessungen von ca 17 x 23 x 7 cm ist er etwa 60 % kleiner im Volumen als das Vorgängermodell. Es ist auch ungefähr 70% leichter.
Die Struktur des drahtlosen Ladesystems D-PAD
Warum hast du es kompakter gemacht?
In den letzten Jahren wurden AGVs und AMRs mit niedriger Plattform in Fabriken und Vertriebszentren weit verbreitet, daher haben wir ein kompakteres Modell entwickelt, das mit ihnen kompatibel ist.
Um das D-PAD zu verwenden, muss ein Empfängerpad an der Oberfläche des AGV oder AMR angebracht und ein Laderegler im Inneren installiert werden. Aber es gibt nicht viel Platz in kleinen Transportgeräten wie AGVs und AMRs mit niedriger Plattform, daher war es schwierig, einen Laderegler darin zu installieren. Wir haben den Laderegler kompakter gemacht, sodass er ohne konstruktive Änderungen an bestehenden AGVs und AMRs installiert werden kann.
Ein in einem AGV installiertes D-PAD. Der in AGVs verbaute Laderegler wurde gegenüber dem Vorgängermodell im Volumen um rund 60 % verkleinert, wodurch er auch in AGVs mit niedriger Plattform eingebaut werden kann.
Was haben Sie getan, um das Gerät kompakter zu machen?
Wir hatten verschiedene Ideen, eine davon war, das Kühlsystem zu modifizieren. Der Laderegler erzeugt viel Wärme, daher ist das Kühlsystem unerlässlich.
Das Vorgängermodell wurde unter der Annahme entwickelt, dass es in Reinräumen, beispielsweise in Halbleiterfabriken, verwendet werden würde, und wurde mit einem Kühlsystem installiert, das Lamellen verwendet, damit es die Luft im Raum nicht bewegt. Das neue Modell zielt jedoch auf Geräte wie AGVs und AMRs ab, die in normalen Fabriken und Vertriebszentren betrieben werden, daher haben wir auf ein Kühlsystem umgestellt, das einen Lüfter verwendet. Durch weitere Verbesserungen, wie den Einsatz spezieller elektronischer Bauteile, konnten wir den Laderegler deutlich kompakter gestalten.
Nennen Sie uns bitte die funktionalen Stärken des Ladereglers.
In AGVs werden verschiedene Batterien verwendet, daher haben wir es Benutzern ermöglicht, die Ladeeinstellungen an einem Computer anzupassen und das System mit den verschiedenen Spannungen, Strömen und Batterietypen kompatibel zu machen.
Darüber hinaus ist der Laderegler mit einer Funktion ausgestattet, die verhindert, dass der Akku durch eine Änderung des Ladestroms beschädigt wird, z. B. durch eine plötzliche Änderung des magnetischen Flusses aufgrund eines zu nahen Zusammenrückens oder Verschiebens der Stromübertragungs- und Empfängerpads der Ausrichtung.
Welchen Kundenstamm stellen Sie sich vor?
Anstatt unsere AGVs mit installiertem D-PAD zu verkaufen, verkaufen wir das Ladesystem separat. Es kann an bereits in Betrieb befindliche AGVs und AMRs nachgerüstet werden, daher werden wir es an Endverbraucher solcher Fördergeräte vermarkten.
Unsere Entwicklung eines Modells mit einer höheren Stromkapazität von 100 A hilft Ressourcen zu schonen
Wie ist das 100-A-Modell entstanden?
In den letzten Jahren haben die Menschen begonnen, AMRs mit komplexeren Funktionen zu verwenden, die mehr Strom zum Betrieb benötigen. Dies führte zu folgenden Problemen: Die Auslastung würde sinken, wenn AMRs häufig zum Laden anhalten müssten, und die Ladestation würde am Ende zu lange belegt sein, wenn die AMRs lange zum Laden brauchten. Infolgedessen bestand ein wachsender Bedarf an häufigem Aufladen, wenn Geräte angehalten wurden, um Transfers oder Kommissionierarbeiten durchzuführen. Um eine ausreichende Ladung zwischen den Aufgaben sicherzustellen, haben wir ein Modell mit einer höheren Stromkapazität von 100 A entwickelt, das eine schnelle Ladung ermöglicht.
Mit welchen Herausforderungen waren Sie im Entwicklungsprozess konfrontiert?
Häufiges Aufladen zwischen den Aufgaben bedeutet, dass auf der Übertragungsseite Dutzende von AGVs an einem Ort tausendfach am Tag geladen werden. Ein Strom von 100 A ist für industrielle Zwecke zu groß, und wenn ein solcher Strom wiederholt erzeugt wird, besteht die Gefahr einer thermischen Kontraktion, wodurch das Übertragungspad reißt oder zu Isolationsproblemen führt. Dies verkompliziert das Design, aber wir verwenden Halbleiter mit einer einfachen Struktur und hinzugefügten oder modifizierten Isoliermaterialien, um der thermischen Kontraktion entgegenzuwirken.
Außerdem vibriert der AMR selbst auch, wenn sich sein Roboterarm bewegt, sodass es zu großen Schwankungen in der empfangenen Leistung kommt, wenn der Abstand während des Ladevorgangs größer oder kleiner wird. Außerdem verursachen die Bewegungen des Arms Schwankungen der elektrischen Last. Unterdessen muss der Ladeausgang zu einer Lithiumbatterie hochpräzise gemacht werden, und der Ladestrom kann manchmal plötzlich unterbrochen werden, um die in solchen Geräten installierte Lithiumbatterie zu schützen. Wir haben daher einen Weg gefunden, um sowohl eine schnelle Reaktion als auch eine präzise Steuerung von Strom und Spannung zu gewährleisten.
Der Akku wird häufig mit Top-up-Ladung aufgeladen, sodass er mit einer geringen Entladetiefe verwendet werden kann. Dadurch kann die lebenslange Lade-/Entladekapazität der Batterie effizient genutzt und so Ressourcen geschont werden. Auf diese Weise engagiert sich Daifuku dafür, mit seinen Produkten und Systemen zur Schaffung einer nachhaltigen Gesellschaft beizutragen.
- * Dieser Artikel basiert auf dem Inhalt von „Interessante Infos von Entwicklern über neue Technologien“ in DAIFUKU NEWS Nr. 224 (veröffentlicht im Juli 2019) und auf einem neuen Interview.