산업 로봇의 핵심 분야로서 협동 로봇은 최근 전 세계적으로 빠르게 확산되고 있습니다. 높은 유연성, 향상된 안전성 및 사용 편의성 등의 장점을 지닌 협동 로봇은 자동차, 의료, 제조업 등 다양한 산업 분야에서 널리 채택되며, 산업 자동화 및 지능형 발전을 이끄는 주요 요소로 부상하고 있습니다.
1. 협동 로봇이란 무엇인가?
로봇의 지능형 업그레이는 새로운 산업 혁명의 핵심 특징입니다. 그러나 특정 제품 분야와 생산 라인에서는 여전히 인간의 역할이 대체할 수 없는 부분이 있습니다. 예를 들어, 고정밀 부품 조립이나 높은 유연성을 요하는 노동 집약적 작업에서는 협동 로봇이 작업자와 함께 작업함으로써 로봇의 효율성과 인간의 지능을 극대화합니다. 전통적인 산업용 로봇에 비해 협동 로봇은 우수한 비용 효율성, 향상된 안전성, 더 큰 편의성을 제공하며, 제조 기업의 발전을 크게 앞당기고 있습니다.
협동 로봇의 주요 기능:
◾ 가벼운 무게: 제어성과 안전성을 향상시킵니다.
◾ 사용자 친화적인 디자인: 매끄러운 표면과 관절을 갖추고 있어 작업자에게 위험을 줄 수 있는 날카로운 모서기나 틈이 없습니다.
◾ 환경 인식 기능: 주변 환경을 감지하고 환경 변화에 따라 동작을 조정할 수 있습니다.
◾ 인간-로봇 협업: 민감한 힘 피드백 기능이 탑재되어 사전 설정된 힘 임계값에 도달하면 즉시 정지하여, 일부 상황에서는 안전 장벽이 없어도 안전한 인간-로봇 협업이 가능합니다.
협동 로봇 모터 구동용 전원 공급 시스템의 트렌드
로봇은 용도 및 기능에 따라 커넥티비티, 시각 인식, 위치 감지, 모터 제어 등의 다양한 기능 요소를 통합합니다. 또한 AC-DC 변환, 배터리 관리, DC-DC 변환, 다상 컨버터, 센서 및 모터 드라이버 등 다양한 전원 서브시스템을 포함합니다. 이 중 모터 구동 시스템은 협동 로봇의 핵심으로, 주로 정밀 조인트 운동 제어 및 전력 공급을 담당합니다.
기존의 모터 구동 시스템은 오랫동안 12V 솔루션에 의존해 왔습니다. 48V 시스템의 등장은 48V가 전 세계적으로 인정받는 안전 전압 중 가장 높은 수준인 데에서 비롯됩니다. 직접 전원에 연결된 장치에 비해 하드웨어 엔지니어는 시스템 보호 설계를 단순화하고, 제품 크기를 축소함으로써 무게와 비용, 전력 손실을 줄일 수 있습니다. 48V에서 직접 구동되는 모터는 일반적으로 크기가 작아 더 콤팩트하고 가벼운 조인트를 구현할 수 있으며, 이는 에너지 효율성과 민첩성, 신뢰성을 높이면서 무게와 비용을 절감합니다. 이는 로봇 응용 분야에 새로운 가능성을 열어주고 산업 자동화를 가속화합니다.
3. 48V 모터 구동 전원 시스템용 인덕터 선정
인덕터는 48V 모터 구동 전력 시스템에서 주로 DC-DC 컨버터(예: 벅, 부스트, 벅-부스트 회로)에 사용되는 핵심 구성 요소입니다. 주요 기능으로는 에너지 저장, 필터링, 간섭 억제 및 시스템 안정성 보장이 있습니다. 저손실, 고포화전류, 고전류 인덕터를 선택하면 시스템 효율성과 안정성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 또한, 인덕터는 강력한 EMI 억제 기능을 제공하여 DC-DC 스위칭 소음을 다른 민감한 회로에 간섭하는 것을 줄여줍니다.
48V 모터 구동 전력 시스템에서 인덕터 성능은 시스템의 안정성, 효율성 및 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 하드웨어 엔지니어에게 올바른 인덕터 선택은 매우 중요합니다. 인덕턴스 값, 포화 전류, 직류 저항 및 동작 주파수를 포함한 주요 파라미터는 신중하게 균형 있게 선택해야 합니다.
주요 인덕터 선택 파라미터:
◾ 인덕턴스: 리플 전류의 크기와 에너지 저장 용량을 결정합니다. 적절한 인덕턴스 값은 전류 리플을 완화시키고 시스템 안정성을 향상시킵니다.
◾ 포화 전류: 자성 코어가 포화 상태에 도달하는 직류 전류입니다. 높은 포화점과 우수한 열 안정성을 갖춘 소재를 선택함으로써 안정적인 동작이 보장됩니다.
◾ 직류 저항(DCR): 낮은 DCR은 전력 손실을 줄이고 효율성을 개선시킵니다. 평면 와이어 일체형 구조는 낮은 DCR과 높은 전력 밀도 사이의 균형을 잘 유지합니다.
◾ 작동 주파수: SiC 및 GaN과 같은 광대역 갭 반도체의 채택으로 스위칭 주파수가 MHz 범위로 증가했습니다. 고효율 및 안정적인 시스템 작동을 위해 고주파, 소형, 고전류 파워 인덕터가 필수적입니다.
4. Codaca 인덕터 솔루션
독립적인 연구개발과 기술 혁신을 통해 CODACA는 협동로봇의 48V 모터 구동 전원 시스템을 위한 포괄적인 인덕터 솔루션을 제공하며, 산업 자동화 기술 발전을 지원하고 있습니다. 회사는 다양한 제품 카테고리와 모델을 제공하며, 각각 고성능 시스템의 요구사항을 충족시키는 독특한 전기적 특성을 가지고 있습니다.
4.1 고전류 전력 인덕터
플랫 와이어 권선이 적용된 자기 분말 코어를 사용하여, 포화 전류가 높고 손실이 낮으며, 변환 효율이 우수하고 작동 온도 범위가 넓습니다. 고전류, 저손실, 고전력 밀도가 요구되는 48V DC-DC 컨버터에 적합합니다.
4.2 형 전력 기
저손실 분말코어 소재로 성형되고 완전 차폐 구조를 채택하여 강력한 EMI 저항성, 낮은 직류 저항, 높은 전류 용량 및 낮은 코어 손실을 제공합니다. 소형 크기, 고전류 및 강력한 EMI 성능이 요구되는 시스템 사양을 충족시킵니다.
4.3 SMD 전력 인덕터
고주파, 저손실 자기코어를 적용하여 고주파 손실을 최소화하였습니다. 소형 설계로 고집적 마운팅에 적합하며, 자기 차폐 설계는 강력한 EMI 저항성을 제공합니다. 이는 소형이면서 고성능 전원 시스템에 이상적인 선택입니다.
협동 로봇이 다양한 산업 분야로 확대됨에 따라, 이들 로봇의 48V 모터 드라이브 전원 시스템의 성능과 신뢰성은 점점 더 중요해지고 있습니다. 인덕터 선택 시 인덕턴스, 포화 전류, 직류 저항, 작동 주파수 등을 면밀히 고려함으로써 안정적이고 효율적이며 고성능의 작동을 보장할 수 있습니다. CODACA와 같은 업체들의 혁신적인 솔루션을 통해 협동 로봇은 더 높은 에너지 효율성과 정밀도, 신뢰성을 달성할 수 있으며, 이는 차세대 산업 자동화 및 스마트 제조를 선도하는 계기가 될 것입니다.
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