製造業やサービス業における自動化需要の高まりにより、ヒューマノイドロボットの急速な発展が促されています。自由度（DOF）の増加と環境に対する応答速度の向上により、ヒューマノイドロボットは人間の動きをより現実的に模倣できるようになり、より高度になっています。自由度が高くなるほど、より多くのモータードライブが必要となり、インダクタはヒューマノイドロボットのモータ制御、電源管理および信号処理システムにおいて重要な役割を果たします。
1- ヒューマノイドロボットにおけるインダクタの主な用途
インダクタは主に、ヒューマノイドロボットのモータードライブ、電源管理および信号処理に使用されます。
モータードライブ： 市場に出ている高級ヒューマノイドロボットは通常、40～50個の関節用モーターを備えており、これらがロボットの自由度と柔軟性を決定します。インダクタはエネルギーを蓄積し、電流を平滑化することでモーターをスムーズに回転させ、ヒューマノイドロボットのモーター制御システムが関節の動き、姿勢調整および動的バランスを実現するのを支援します。モータードライブや高出力負荷では、瞬間的な電流変動に対応するために、高飽和電流特性と高電流耐量を持つインダクタが必要です。同時に、損失を低減してシステム効率を向上させ、バッテリー寿命を延ばす必要があります。
電力管理 インダクタは電源管理システムにおけるDC-DCコンバータ（例えばバック回路やブースト回路など）の主要構成部品であり、AIプロセッサ、センサー、通信モジュールなどに対して異なる電圧で安定した電力供給を行い、エネルギー分配および変換効率を最適化します。低直流抵抗（DCR）、高変換効率による損失の低減、高飽和電流および良好な温度安定性が求められます。
信号処理： 信号処理システムでは、インダクタは主に高周波ノイズおよびEMIの抑制に用いられ、信号の純度を確保します。たとえば、知覚システムにおいては、ヒューマノイドロボットが外部環境を認識し、インタラクティブなフィードバックを実現するのに役立ちます。通信および制御システムでは、EMI設計によりレーダー、カメラ、無線通信などのモジュールの耐干渉性能を確保し、装置の運転安定性を向上させます。
図1：ヒューマノイドロボットの関節モーターの主な配置場所（TI社提供の画像）
2- ヒューマノイドロボット用インダクタの需要
ヒューマノイドロボットの電子システムは複雑であり、精密な動作制御と信頼性の高い通信を実現するためには、インダクタなどの基本部品のサポートが不可欠である。また、ヒューマノイドロボットの技術的特徴は、インダクタ製品の性能および構造設計に対して高い要求を課している。主な要求事項は以下の通りである。
2.1 ミニチュア化および高電力密度
人間型ロボットの内部空間は非常にコンパクトであり、多数のモーター、コンピューティングユニット（CPU/GPU）、センサーなどが集積されています。そのため、電源回路基板（POL、ポイント・オブ・ロードコンバーターなど）も小型化が求められます。インダクタはコンパクトな構造設計に適合するために小型・軽量であることが必要であり、同時に小さな占有面積で高電力を扱えるよう高い電力密度を備えていなければなりません。成形またはシールド構造のインダクタは、小型サイズでありながら非常に大きな磁気飽和電流および温度上昇電流に耐えることができ、限られた空間での高電力出力を実現するために不可欠です。
2.2 強い電磁干渉防止性能
ロボット内部の電磁環境は複雑であり、高速デジタル回路やモータードライバからの強いスイッチングノイズ、IMUやカメラなどの感度の高いセンサーが共存しています。無shieldedインダクタを使用すると、強い磁界が発生し、電磁妨害（EMI）の発生源となるため、センサー出力や制御システムの安定性に深刻な影響を及ぼします。一方、shieldedインダクタは磁気漏れが極めて少なく、電磁妨害を効果的に低減でき、システム内の他のコンポーネントの信頼性ある動作を確保できます。したがって、モールドインダクタ、高電流パワーコイルなど、磁気シールド構造を持つパワーインダクタがより理想的な選択肢となります。
2.3 高飽和電流
ロボットの動的負荷は、急な起動、走行、重物の持ち上げなどにより急激に変化し、モーターや演算ユニットの電流が瞬間的に急上昇します。インダクタは高電流時において磁気飽和を回避できる必要があり（すなわち、インダクタンス値が急激に低下しないこと）、そうでなければ電源ループが制御不能となり、システム電圧が崩壊して再起動が発生します。したがって、インダクタンスは「ソフトサチュレーション」の特性を持つ必要があります。つまり、飽和電流に近づいたとき、インダクタンス値が崖のように落ち込むのではなく、緩やかに減少するということです。これにより、電源制御システムにバッファを提供し、システムの信頼性を高めます。
2.4 優い振動および衝撃に対する耐性
ヒューマノイドロボットは頻繁に動き、多くの機械的振動があるため、インダクタは振動や衝撃に耐える必要があり、はんだ接合部は堅牢でなければならず、外装および内部のコイルは機械的応力を耐えられる必要があります。成形構造のインダクタは磁性材料内部でコイルを完全に固めることにより、非常に高い機械的強度を持ち、極めて優れた耐衝撃性を有するため、ヒューマノイドロボットシステムで広く使用されています。
2.5 高周波および高温環境への適応
インダクタは良好な高周波特性を持つ必要があり、高周波干渉を効果的に抑制し、リップルおよびノイズを低減し、高周波においても低損失を維持して変換効率を向上させる必要があります。
さらに、インダクタは高温環境下でもインダクタンス値を安定して保持でき、Q値の低下が小さく、性能が劣化しにくいことが求められます。これにより、ロボットのインダクタンス性能が長期間の動作においても信頼性を保てるようになります。
図2 人型ロボットにおけるインダクタの応用
3- コダカ 人型ロボット向けインダクタソリューション
高出力密度、高効率、高信頼性、複雑なEMI環境、過酷な機械的条件が組み合わさる人型ロボットなどの応用分野では、高電流対応、シールド構造、合金粉末コアのインダクタが、その包括的な性能の利点から、特にコア演算ユニットや関節モータドライブ向けのPOL電源を含む電源回路における断然の主流選択となっています。その設計は、性能、サイズ、信頼性という3つの主要な課題を理想的にバランスさせています。
独自の研究開発と技術革新により、Codacaはヒューマノイドロボット向けに適応型インダクタソリューションを提供しています。同社は、磁気シールド構造の高電流電力用インダクタ、薄型軽量モールドインダクタ、共通モードチョークなど、複数のカテゴリ・モデルの製品をすでに市場に投入しています。これらの製品は、ヒューマノイドロボットのさまざまなシーンにおける高性能インダクタ要件を満たすために、異なる電気的特性を提供可能であり、ロボットの通信・ナビゲーションモジュール、電源モジュール、モータードライブモジュール、ロボット制御基板などの各種モジュールに広く使用されています。
3.1 コンパクト高電流電力用インダクタ
低圧高電流電源誘導器 主に人間型ロボットのモータードライブおよび電源管理システムにおけるDC-DCモジュールで使用されます。大電流インダクタは、コダカが独自に開発した低損失金属磁性粉末コア材料を採用しており、高飽和電流、低損失、高変換効率、高動作温度といった特徴を持ち、人間型ロボットの性能と耐久性を保証します。大電流インダクタは最大422Aまで対応可能で、動作温度は最大170°Cまで耐えられます。同時に、製品は磁気シールド構造を採用しており、優れた電磁干渉（EMI）対策性能を備えています。人間型ロボットが求める高飽和電流、高動作温度、低電磁干渉のニーズに十分に対応しています。
おすすめモデル： CSBX , CSBA , CSCM , CSUT , CSCIL 、など。
3.2 薄型・軽量成形インダクタ
モールドインダクタ 主にヒューマノイドロボットのディスプレイモジュール、タッチスクリーン制御モジュール、DC-DCモジュールなどに使用されます。成形電力チョークはCODACAが独自に開発した低損失合金粉末を採用しており、損失が低く、高効率で、広い使用周波数範囲を持ち、ノイズを極めて低く抑えることができます。薄型・軽量設計を採用（最小サイズ2mm）しており、PCBスペースを節約し、高密度実装に適しています。また、機械的ショックや振動に対する耐性が強く（耐振動性は10G以上）、ヒューマノイドロボットの高出力密度および高安定性の要求を満たします。
おすすめモデル： CSAG , CSAC , CSAB , CSEB , CSHB 、など。
3.3 SMD電力インダクタ
Codaca SMD電力インダクタ カメラモジュール、オーディオモジュール、DC-DCモジュールなどに主に使用され、小型インダクタサイズ、大電流、高変換効率などの要求を満たすことができます。
おすすめモデル： SPRHS , CSUS , CRHSM , VCRHS , SPQ 、など。
磁気部品技術分野の主要サプライヤーとして、Codaca Electronicsは24年間にわたりインダクタの開発に注力してきました。エンジニアは、ヒューマノイドロボットの各サブシステムの特定の性能要件に応じて、適切なインダクタンス値、定格電流、スイッチング周波数、製品サイズなどをマッチさせることができます。詳細については、Codacaの営業担当までお問い合わせください。
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