Wesentliche Daifuku-Technologien für die soziale Infrastruktur Unser kabelloses D-PAD Ladesystem kombiniert Kompaktheit und schnelles Laden

  • Innovation

Es ist wichtig, zu verhindern, dass die Batterien leer werden, wenn Sie einen stabilen Betrieb der AGVs (Automatic Guided Vehicles) und AMRs (autonome mobile Roboter) sicherstellen wollen, die für die Automatisierung von Fabriken und Distributionszentren benötigt werden. Die Automatisierung von Ladearbeiten ist eine weitere große Herausforderung, da der Arbeitskräftemangel weiterhin anhält. Aus diesem Grund haben wir unser kabelloses Ladesystem D-PAD viel kleiner und leichter gemacht, damit es zum Aufladen von Geräten wie AGVs mit niedriger Plattform verwendet werden kann. Außerdem haben wir ein Modell auf den Markt gebracht, das mit bis zu 100 A schnell aufgeladen werden kann. Es ermöglicht ein häufiges Aufladen zwischen den Aufgaben und trägt zur Steigerung der Arbeitseffizienz bei. Die Entwickler des Systems, Makoto Nunoya, Leiter der Abteilung Production Operations Power Device Department der Reinraumabteilung, und sein Kollege Diazo Ninomiya haben uns mehr darüber erzählt.

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 kabellose Ladesystem D-PAD löst dieses Problem. Beim Einsatz des D-PAD werden Ladestationen an Orten platziert, an denen AGVs vorübergehend anhalten, beispielsweise während des Montageprozesses in einer Fabrik oder des Kommissionierungsprozesses in einem Vertriebszentrum. Durch das Aufladen der Ladung, während das AGV angehalten ist, besteht keine Gefahr, dass die Batterie leer wird.

Welche technischen Stärken sind damit verbunden?

Das D-PAD nutzt einen Resonanzkreis für die durch elektromagnetische Induktion von Spulen und Ferriten erzeugte Energie, um Strom 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 weite Entfernungen übertragen zu können, was ihre Anbringung an Geräten wie AGVs erschwert.

Das D-PAD überwindet diesen Nachteil. Der wichtigste Punkt ist die Verwendung unserer proprietären D-förmigen Spule. Durch die Verwendung von D-förmigen Spulen kann eine längere Übertragungsdistanz erreicht werden als mit einer kreisförmigen Spule gleicher Größe. Mit dem D-PAD konnte die Übertragungsdistanz von Systemen ähnlicher Größe, die kreisförmige Spulen verwenden, etwa verdoppelt werden. Das Laden ist bereits 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.

(1) Spule (2) Ferrit (3) Magnetfluss (4) Übertragungsentfernung
Die D-PAD Übertragungsentfernung (rechts) ist doppelt so groß wie die eines herkömmlichen Geräts (links).

Daifuku hat das weltweit erste elektrifizierte Einschienen-Fördersystem mit berührungsloser Stromversorgung kommerzialisiert

Bitte teilen Sie uns den Entwicklungsprozess mit.

Im Jahr 1992 schloss Daifuku eine Allianz mit der University of Auckland in Neuseeland bezüglich der drahtlosen Stromversorgungstechnologie und im Jahr 1993 brachten wir das weltweit erste elektrifizierte Einschienenbahn-Transportsystem mit berührungsloser Stromversorgung auf den Markt. Daifuku nutzte diese drahtlose Stromversorgungstechnologie, 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 genutzt, um Energie an das Empfängerpad (3) zu übertragen. Der Laderegler (4) nutzt diese Energie, um ein Speichersystem, beispielsweise eine Batterie, aufzuladen.

Wir begannen 2013 mit der Vermarktung des Systems für große AGVs und entwickelten 2016 ein kompakteres D-PAD für reguläre AGVs. Der D-PAD Laderegler wurde im neuen Modell, das im April 2019 auf den Markt kam, deutlich kompakter gestaltet. Mit Abmessungen von ca Mit 17 x 23 x 7 cm ist es etwa 60 % kleiner im Volumen als das Vorgängermodell. Außerdem ist es etwa 70 % leichter.

(1) D-PAD Wechselrichter (2) Leistungsübertragungspad (3) Empfängerpad (4) Laderegler
Der Aufbau des kabellosen 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 nutzen zu können, muss ein Empfängerpad an der Oberfläche des AGV oder AMR angebracht und im Inneren ein Laderegler installiert werden. Da in kleinen Transportgeräten wie AGVs und AMRs mit niedriger Plattform jedoch nicht viel freier Raum vorhanden ist, war es schwierig, dort einen Laderegler zu installieren. Wir haben den Laderegler kompakter gemacht, sodass er ohne konstruktive Änderungen an vorhandenen AGVs und AMRs installiert werden kann.

Ein D-PAD installiert in einem AGV. Der in AGVs verbaute Laderegler wurde im Vergleich zum Vorgängermodell im Volumen um rund 60 % verkleinert, sodass er auch in Niederflur-FTFs 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 befindlichen AGVs und AMRs nachgerüstet werden, sodass wir es an Endbenutzer solcher Transportgeräte vermarkten werden.

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.

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