社會基礎設施所需的大福技術我們的D-PAD無線充電系統集緊湊性和快速充電於一體
如果要確保工廠和配送中心自動化所需的 AGV（自動導引車）和 AMR（自主移動機器人）穩定運行，防止電池耗盡至關重要。隨著勞動力短缺的持續加劇，充電工作的自動化是另一個重大挑戰。這就是為什麼我們將 D‑PAD 無線充電系統做得更小、更輕，以便它可以用於為低平台 AGV 等裝置充電。我們還推出了能夠以高達 100 A 快速充電的型號，可在任務之間頻繁補充充電，有助於提高工作效率。該系統的開發者、無塵室事業部生產營運功率元件部經理 Makoto Nunoya 和他的同事 Diazo Ninomiya 向我們介紹了更多相關資訊。
D-PAD是一個什麼樣的系統？
這是一個系統，當連接到 AGV 或 AMR 等設備時，可以自動為電池無線充電。
如果要確保 AGV 的穩定運行，防止電池耗盡至關重要。然而，更換它們需要時間和精力，而且工廠和配送中心近年來一直在努力解決勞動力短缺問題，因此需要能夠自動完成任務的系統。帶有插頭等部件的接觸式充電系統也正在商業化，但即使是很小的振動也可能在充電過程中產生火花，從而引發火災。
D-PAD無線充電系統解決了這個問題。使用D-PAD時，充電站放置在AGV暫時停止的位置，例如在工廠的組裝過程或配送中心的揀選過程中。在 AGV 停止時補充充電可確保無需擔心電池電量耗盡。
涉及哪些技術優勢？
D-PAD利用諧振電路透過線圈和鐵氧體的電磁感應產生電力，以非接觸方式有效地將電力傳輸到電池。這項原理早已為人所知，但利用圓形線圈的傳統電磁感應系統需要大尺寸才能長距離傳輸，因此很難將其安裝到 AGV 等設備上。
D-PAD克服了這個缺點，最重要的一點是它採用了我們專有的 D 形線圈。使用D形線圈可以實現比相同尺寸的圓形線圈更長的傳輸距離。D-PAD能夠將使用圓形線圈的類似尺寸系統的傳輸距離增加一倍。即使充電站中安裝的輸電墊與 AGV 中安裝的接收墊之間的距離約為 3 cm（100 A 型號為 6 cm），也可以進行充電。
D-PAD（右）傳輸距離是傳統裝置（左）的兩倍
大福將世界上第一個非接觸式供電的電動單軌運輸系統商業化
請介紹一下開發過程。
1992年，大福與紐西蘭奧克蘭大學就無線供電技術結盟，並於1993年將全球第一個非接觸式供電的電氣化單軌運輸系統商業化。大福應用無線供電技術開發了D-PAD充電系統。D-PAD配置如下。當設備停在充電站時，高頻電流從D-PAD逆變器(1)流向電力傳輸墊(2)。利用電磁感應將電力傳送到接收器墊 (3)。充電控制器(4)使用此電力為諸如電池之類的儲存系統充電。
我們於 2013 年開始行銷大型 AGV 系統，並於 2016 年開發了用於常規 AGV 的更緊湊的D-PAD在 2019 年 4 月推出的新型號中D-PAD充電控制器變得更加緊湊。尺寸約為17 x 23 x 7 厘米，體積比之前的型號小約 60%。它還輕了大約 70%。
D-PAD無線充電系統結構
你為什麼讓它更緊湊？
近年來低平台AGV和AMR廣泛應用於工廠和配送中心，所以我們做了一個更緊湊的模型來兼容它們。
為了使用D-PAD，必須在AGV或AMR的表面安裝接收器墊，並在內部安裝充電控制器。但低平台 AGV 和 AMR 等小型運輸設備內部沒有太多空閒空間，因此很難在其中安裝充電控制器。我們讓充電控制器更加緊湊，因此無需對現有 AGV 和 AMR 進行設計變更即可安裝。
安裝在 AGV 中的D-PAD。安裝在 AGV 中的充電控制器的體積比之前的型號縮小了大約 60%，這意味著它也可以安裝在低平台 AGV 中。
你做了什麼使設備更緊湊？
我們想出了各種想法，其中之一就是修改冷卻系統。充電控制器會產生大量熱量，因此冷卻系統必不可少。
以前的型號是在半導體工廠等無塵室使用的前提下設計的，為了不擾動室內空氣，安裝了使用翅片的冷卻系統。然而，新模型針對的是在普通工廠和配送中心運行的 AGV 和 AMR 等設備，因此我們更改為使用風扇的冷卻系統。其他改進，例如採用特殊電子元件，使我們能夠使充電控制器更加緊湊。
請告訴我們充電控制器的功能優勢。
AGV 中使用的電池種類繁多，因此我們讓用戶可以在計算機上調整充電設置，並使系統兼容各種電壓、電流和電池類型。
此外，充電控制器還配備了一項功能，可防止電池因充電電流的變化而損壞，例如由於電力傳輸和接收墊靠得太近或移出而導致磁通量突然變化對齊方式。
您設想什麼樣的客戶群？
我們不銷售安裝了D-PAD的 AGV，而是單獨銷售充電系統。它可以對已經投入運作的 AGV 和 AMR 進行改裝，因此我們將把它推銷給此類輸送設備的最終用戶。
我們開發了具有 100 A 更高功率容量的型號，有助於節約資源
100 A 模型是如何產生的？
近年來，人們開始使用功能更複雜、需要更多電力才能運行的 AMR。這導致了以下問題：如果AMR必須頻繁停車充電，則開工率會下降；如果AMR充電時間過長，充電站將被佔用太久。因此，當設備停止執行傳輸或揀選工作時，對頻繁充電的需求越來越大。因此，為了確保任務之間的充足充電，我們開發了一種具有 100 A 更高功率容量的模型，可以提供快速充電。
在開發過程中遇到了什麼樣的挑戰？
任務間的頻繁補電意味著在傳輸側，數十台AGV一天要在一個地點充電數千次。 100A的電流對於工業用途來說已經偏大，反復產生這樣的電流時，存在熱收縮導致傳輸焊盤開裂或絕緣問題的風險。這使設計變得複雜，但我們利用結構簡單的半導體，並添加或修改絕緣材料來解決熱收縮問題。
此外，AMR本身在機械臂移動時也會產生振動，因此隨著充電距離的遠近，接收功率也會出現較大的波動。此外，臂的運動導致電負載波動。同時，對鋰電池的充電輸出需要做的非常精確，充電電流有時會突然被切斷，以保護安裝在此類設備中的鋰電池。因此，我們設計了一種方法來確保電流和電壓的快速響應和精確控制。
電池經常通過充值充電進行充電，因此可以在低深度放電的情況下使用。這意味著可以有效地使用電池的使用壽命充電/放電容量，從而有助於節約資源。通過這樣的方式，大福致力於通過其產品和系統幫助創建一個可持續發展的社會。
- *本文基於 DAIFUKU NEWS 第 224 期（2019 年 7 月出版）刊登的“來自開發人員的有關新技術的有趣信息”的內容和新採訪。