産業用ロボットの重要な分野である協働ロボットは、近年急速にグローバルで普及しています。高い柔軟性、安全性、使いやすさを備えており、自動車、医療、製造業界など幅広い分野で広く採用され、産業の自動化および知能化発展を推進するキーテクノロジーとなっています。
1. 協働ロボットとは？
ロボットの知能化アップグレードは新たな産業革命の特徴です。しかし、特定の製品分野や生産ラインにおいては、人的関与は依然として不可欠です。たとえば、高精度部品の組み立てや高い柔軟性を要する労働集約的な作業において、協働ロボットはオペレーターと共同で作業を行い、ロボットの効率性と人間の知能を最大限に活用します。従来の産業用ロボットと比較して、協働ロボットはより優れたコストパフォーマンス、安全性の向上、利便性の向上を実現し、製造企業の発展を大きく前進させます。
協働ロボットの主な特徴：
◾ 軽量: 操作性と安全性を向上させます。
◾ ユーザーに優しい設計 滑らかな表面と関節を備え、オペレーターに危害を及ぼすような鋭い角や隙間がありません。
◾ 環境認識： 周囲の状況を感知し、環境の変化に基づいて動作を調整することが可能です。
◾ 人とロボットの協業： 高感度の力覚フィードバックを装備。プリセットされた力のしきい値に達すると瞬時に停止するため、人間とロボットの安全な協働が可能になる。場合によっては安全バリアなしでも実現可能である。
2. 協働ロボット用モータードライブの電源システムにおけるトレンド
ロボットは、その用途や機能に応じて、接続性、視覚認識、位置検出、モータ制御などの複数の機能要素を統合している。また、AC-DC変換、バッテリ管理、DC-DC変換、多相コンバータ、センサー、モータドライバなど、さまざまな電源サブシステムも含んでいる。これら当中、モータ駆動システムは協働ロボットの核となる部分であり、主に正確な関節動作制御および電力供給を担当している。
従来のモータードライブシステムは長年12Vソリューションに依存してきました。48Vシステムの台頭は、48Vが最も高い普遍的に認められた安全電圧であるためです。直接商用電源で駆動されるデバイスと比較して、ハードウェアエンジニアはシステム保護設計を簡素化し、製品サイズを縮小することで、重量やコスト、電力損失を抑えることができます。48Vから直接給電されるモーターは一般的に小型であるため、よりコンパクトで軽量なジョイントを可能にし、エネルギー効率や俊敏性、信頼性を高めるとともに、重量やコストを削減します。これによりロボット応用の新たな可能性が広がり、産業用オートメーションが加速されます。
3. 48Vモータードライブ電源システムにおけるインダクタ選定
インダクターは48Vモータードライブ電源システムにおいて重要なコンポーネントであり、主にDC-DCコンバーター（例えば、降圧、昇圧、降圧昇圧回路）に使用されます。その主な機能には、エネルギーの蓄積、フィルタリング、妨害の抑制、およびシステムの安定性の確保が含まれます。損失が少なく、飽和電流および定格電流が高いインダクターを選定することで、システム効率と安定性を大幅に向上させることができます。さらに、インダクターは強力なEMI抑制機能を提供し、DC-DCスイッチングノイズが他の敏感な回路に与える干渉を低減します。
48Vモータードライブ電源システムにおいて、インダクタの性能はシステムの安定性、効率性、信頼性に直接影響を与えます。したがって、ハードウェアエンジニアにとって適切なインダクタの選定が極めて重要です。インダクタンス値、飽和電流、直流抵抗、動作周波数など、主要なパラメータを慎重にバランスさせる必要があります。
インダクタ選定における主要パラメータ：
◾ インダクタンス：リップル電流の大きさおよびエネルギー蓄積容量を決定します。適切なインダクタンス値は、電流リップルを平滑化し、システムの安定性を高します。
◾ 飽和電流：磁気コアが飽和する際の直流電流です。高い飽和点と優れた熱安定性を持つ材料を選定することで、安定した動作を確保します。
◾ 直流抵抗（DCR）：DCRが低いほど電力損失が減少し、効率が向上します。フラットワイヤーモノリシック構造は、低DCRと高電力密度のバランスを実現します。
◾ 動作周波数：ワイドバンドギャップ半導体（SiC、GaN）の採用により、スイッチング周波数はMHz範囲まで上昇しています。高周波、コンパクト、高電流の電力用インダクタは、効率的かつ安定したシステム動作に不可欠です。
4. コダカ インダクタソリューション
独自の研究開発と技術革新を通じて、CODACAは協働ロボットにおける48Vモータードライブ電源システム向けに包括的なインダクタソリューションを提供しており、産業用自動化の進展を支援しています。当社は多様な製品カテゴリやモデルを提供しており、それぞれがユニークな電気特性を持ち、これらのシステムの高パフォーマンス要求に応えます。
4.1 高電流電源インダクタ
フラットワイヤ巻線を備えた磁性粉末コアを使用し、高い飽和電流、低損失、高変換効率、広い動作温度範囲を特徴としています。高電流、低損失、高電力密度が求められる48V DC-DCコンバータに最適です。
4.2 鋳造された電源ストローク
低損失粉末磁芯素材を用いた一体成型構造で、完全シールド構造により優れたEMI耐性を発揮します。直流抵抗が低く、大電流容量と低磁芯損失を実現しています。小型、大電流、優れたEMI性能を必要とするシステム要件に対応します。
4.3 SMD電力インダクタ
高周波、低損失磁性コアを採用し、高周波損失を最小限に抑えることができます。コンパクトなサイズは高密度実装に適しており、磁気シールド設計により優れたEMI耐性を提供します。小型で高性能な電源システムに最適です。
協働ロボットがさまざまな業界に広がるにつれ、その48Vモータードライブ電源システムの性能と信頼性はますます重要になっています。インダクタンス、飽和電流、直流抵抗、動作周波数などを考慮したインダクタの適切な選定により、安定的かつ高効率で高性能な動作が保証されます。CODACAなどの企業が提供する革新的なソリューションを活用することで、協働ロボットはより高いエネルギー効率と精度、信頼性を実現し、次世代の産業用オートメーションおよびスマート製造を推進することができます。
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