モーター駆動のプロセスにおいて、DC-DCコンバータはゲート駆動の信頼性と安全性において非常に重要な役割を果たします。さらに、モーターの動作の安定性のために、ワイヤレス振動センサーを使用してモーターの異常な動作を事前に検出することもできます。本稿では、村田製作所のDC-DCコンバータとワイヤレス振動センサの特徴と、モータ駆動への応用について紹介する。
モーター駆動の信頼性と安全性を実現
モーターを駆動する場合、集積回路によって生成される低電力信号を制御し、パワークリスタル（IGBTなど）のゲートを駆動するためのゲートドライバが必要です。 /シリコンカーバイド またはパワーMOSFET。これらのアプリケーションの環境条件は非常に厳しく、DC-DCコンバータが重要な役割を果たすゲート ドライブ アプリケーションに必要な信頼性と安全性を確保するには、電源の耐性を向上させる必要があります。
村田製作所は、関連するアプリケーション要件を考慮して、MGJシリーズDC-DCコンバータを導入しました。これらは、絶縁バリアに測定可能な破壊が生じることなく、高dv/dtおよびDCリンク条件に耐えられるように特別に設計およびテストされています。村田製作所のDC-DCコンバータの一般的な応用分野には、モーター駆動/モーション制御、太陽光インバータ、溶接、医療用ポンプ コントローラ、医療用X線システム、HVACインバータ システム、高出力AC-DC変換、電動輸送システム、ポンプおよびバルブ制御などがあります。
さまざまな仕様や要件を持つ多様な製品ラインをサポート
MGJファミリのDC-DCコンバータには幅広い製品があり、その重要な機能を以下に説明します。
MGJ1は、1W表面実装ゲート ドライブDC-DCコンバータで、最適化されたIGBT/SiCおよびMOSFETゲート ドライバのバイポーラ出力電圧を備え、5V、12V、15V、24V入力、+15V/-9V、+15V/-5V、+19V/-5V出力をサポートし、250Vrms動作電圧での絶縁を強化するUL60950安全仕様認証、250Vrms動作電圧で2 MOPPをサポートするANSI/AAMI ES60601-1認証、連続バリア耐圧絶縁3kVDC、絶縁テスト電圧5.7kVDC、沿面距離と空間距離9mm、超低絶縁容量3pFを備え、-40から120 ℃ の温度範囲で動作できます。 ℃ +105まで℃。
MGJ2は2Wスルーホールです ゲート ドライブDC-DCコンバーター。5V、12V、15V、24V入力、+15V/-5V、+15V/-8.7 V、+20/-3.5 V、+20V/-5V出力をサポートします。最近追加されたのは +15V/-3Vと +18V/2.5Vです。連続バリア耐電圧は2.4kVDC、絶縁容量は3pF（標準）です。最適化されたIGBT/SiCおよびMOSFETゲート ドライバーのバイポーラ出力電圧により、UL60950認証を取得し、150Vrms動作電圧で強化絶縁をサポートし、300Vrms動作電圧で基本/補足絶縁を提供します。また、ANSI/AAMI ES60601-1も認識し、300Vrms動作電圧で1 MOPPをサポートし、200Vrms動作電圧で2 MOOP/1 MOPPをサポートします。絶縁テスト電圧は5.2 kVDC、沿面距離と空間距離は2mm、超低絶縁容量は通常3pFです。特性CMTI >200kV/µS SIPにパッケージ化されており、-40℃ ～ +100℃ の温度範囲で動作できます。
さらに、MGJ2表面実装という新製品があります。これは、最適化されたIGBT/SiCおよびMOSFETゲート ドライバーのバイポーラ出力電圧をサポートし、絶縁性が強化されており、UL60950およびANSI/AAMI ES60601-1認証を認識して5.7kVDC絶縁テスト電圧をサポートし、超低結合容量で12Vおよび15V入力、+15V/-9V、+15V/-5V、+20V/-5V出力をサポートします。 独自の部分放電性能により、連続バリア耐電圧3kVDCをサポートします。
MGJ3は、光アイソレータ フィードバックのない3W表面実装ゲート ドライブDC-DCコンバータで、すべてのゲート ドライブ アプリケーション用に構成可能なデュアル出力を備え、5V、12V、24V入力と、+15V/-5V、+15V/-10V、+20V/-5V出力をサポートします。連続バリア耐電圧 は3kVDC、絶縁容量は15pF（標準）で、最適化されたIGBT/SiCおよびMOSFETゲートドライバのバイポーラ出力電圧をサポートします。250Vrms動作電圧での強化絶縁に対するUL60950認証を認識し、250Vrms動作電圧で1 MOPP/2 MOOPをサポートするANSI/AAMI ES60601-1認証を認識します。 絶縁試験電圧は5.2kVDC、沿面距離および空間距離は7mm、特性CMTIは >100kV/μSです。-40℃～+105℃ の温度範囲で動作可能です。
複数のパッケージ形式がさまざまな要件に対応
MGJ6のSIP、DIP、ロープロファイル バージョンは、5V、12V、24V入力と、+15V/-5V、+15V/-10V、+20V/-5V出力をサポートする6W表面実装ゲート ドライブDC-DCコンバータです。連続バリア耐電圧は3kVDC、絶縁容量は15pF (標準) で、最適化されたIGBT/SiCおよびMOSFETゲート ドライバーのバイポーラ出力電圧をサポートします。250Vrms動作電圧での強化絶縁に対するUL60950認証を認識し、250Vrms動作電圧で1 MOPP/2 MOOPをサポートするANSI/AAMI ES60601-1認証を認識します。絶縁テスト電圧は5.2kVDCで、CMTI特性は >100kV/μSです。低絶縁容量は15pFで、沿面距離とクリアランス距離はシリーズに応じて7mmまたは8mmです。SIP、DIP、薄型表面実装パッケージで提供され、-40℃ ～+105℃の温度範囲で動作できます。
MGJ6のもう1つのハーフブリッジ、フルブリッジ、および3相バージョンは、6Wの表面実装ゲート ドライブDC-DCコンバータで、5V、12V、および24Vの2:1ワイド入力電圧、15pF (標準) の絶縁容量、および最適化されたIGBT/SiCおよびMOSFETゲート ドライバのバイポーラ出力電圧をサポートします。出力は、適切な外部ツェナー/抵抗器の組み合わせを使用して構成できます。強化絶縁のUL60950認証を取得し、250Vrms動作電圧で2 MOPPをサポートするANSI/AAMI ES60601-1認証も取得しています。連続バリア耐性は3kVDC、絶縁テスト電圧は5.7kVDC、特性CMTIは >100kV/μSです。部分放電性能を備え、低結合コンデンサは15pF、沿面距離と空間距離は8mmです。
また、光アイソレータ フィードバックがなく、最適化されたIGBT/SiCおよびMOSFETゲート ドライバのバイポーラ出力電圧をサポートする14mmのMGJ6もあり、+15V/-5V、+15V/-10V、+20V/-5V出力、および5V、12V、24V入力電圧を含むすべてのゲート ドライブ アプリケーション用に構成可能なデュアル出力を備えています。690Vrms動作電圧での強化絶縁に対するUL60950認証を取得していますが、IEC 61800-5-1認証もまだ取得しています。 690Vrmsの動作電圧に基づき、連続バリア耐性は3kVDCで、特性CMTI >100kV/μS、沿面距離およびクリアランス距離は14mmです。絶縁容量の標準値は13pF で、-40℃ ～ +105℃の温度範囲で動作できます。
MGJ6Dは、12V入力と +15V/-4Vおよび +18V/-2.5V出力をサポートする6W表面実装ゲート ドライブDC-DCコンバータです。連続バリア耐圧は3kVDC、絶縁容量の標準値は13pFで、Rohm/WolfspeedおよびSiCゲート ドライバに最適化されたバイポーラ出力電圧をサポートします。250Vrms動作電圧での強化絶縁に対するUL60950認証を申請中であり、250Vrms動作電圧で1 MOPP/2 MOOPをサポートするANSI/AAMI ES60601-1認証（未定）を申請中である。 絶縁テスト電圧は5.7 kVDCで、SIP、DIP、薄型表面実装パッケージで提供されます。沿面距離および空間距離は8mmで、-40℃～+105℃の温度範囲で動作します。
ワイヤレスセンシングはダウンタイムの損失を削減できる
工場環境では、機械が正常に動作しているかどうかを知るには、機械が故障するまで待つ必要があることがよくあります。このとき、システムはシャットダウンされ、生産ラインは停止し、生産プロセスと製品の納品に大きな影響と損失が発生します。機械が故障する前に異常状態を事前に発見できれば、早期に対応でき、停止による影響を軽減することができます。
村田製作所は、センサーデータや有用な情報を提供し、工場や設備の予知保全、省エネ、生産性向上に活用できるワイヤレスセンシングソリューションを多数提供しています。これは、時間ベースのモニタリング (TBM) から状態ベースのモニタリング (CBM) への変更です。既存の設備にワイヤレスセンサーを設置することで、従来の定時メンテナンスモードから、機械の異常状態を適時に特定してから事前にメンテナンスするモードに変更され、予期せぬダウンタイムを削減し、生産品質を安定させることができます。
村田製作所のワイヤレスセンサーソリューションは設置が非常に簡単で、監視対象の機械にワイヤレスセンサーノードを設置するだけでシステムのインストールが完了します。このシステムは、1GHz以下の安定した無線通信と中継器を使用しており、製鉄所などの過酷な環境でも動作できます。
このソリューションは拡張性と柔軟性に優れています。必要に応じていつでも既存のシステムにセンサーを追加できます。APIを使用すると、独自の視覚化またはメンテナンス ソリューションを開発して、収集されたセンサー データに基づいて統合データ管理を実行し、メンテナンス プロセスを最適化することもできます。
モーターの異常振動を検知し、問題を早期発見
村田製作所のLBAC0ZZ1LZワイヤレス振動センサーユニットを例に挙げると、村田製作所の長年の圧電セラミック材料に関する専門知識を活用して、振動センサーユニットの幅広い測定周波数とより長いバッテリー寿命を実現しています。ポンプやファンモーターなどの回転機器に設置し、振動により異常を検知することで設備メンテナンスの効率化を実現します。
LBAC0ZZ1LZワイヤレス振動センサーユニットのサイズはわずか38 x 24 x 38 mm、重量はわずか50g（電池含む）です。専用のISM無線通信インターフェース サブ1GHzを使用し、地域/国別に認定されており、ピーク加速度、ピーク加速度の周波数、加速度RMS、尖度、温度などのデータを測定できます。絶対最大定格は ±30G、解像度は28mGに達します。検出周波数の範囲は12.5Hz～10,000Hzです。検出方向はZ軸です。動作温度範囲は-10～ ℃ 85まで ℃。解像度は0.1 ℃ @25 ℃。測定精度は ±振動は3dB。気温は1 ℃ @25 ℃。本体（周囲温度）は-10℃でも動作可能℃ - 60 ℃ 湿度90%未満（結露なし）で動作し、センサーは（表面）温度-10℃で動作できる。 ℃ - 85 ℃ 相対湿度90%未満（結露なし）。IP65準拠です。塩化チオニルリチウム電池を使用し、動作寿命は5年（1時間ごとに報告し、動作環境は25℃）です。 ℃）、測定間隔は15秒、30秒、1分、5分、10分、15分、30分、1時間、2時間、6時間、12時間、24時間から設定できます。
免責事項: これらの製品はすべて、日本、タイ、シンガポールでのみ認定されています。その他の国・地域につきましては、詳細につきましてはお問い合わせください。
結論
DC-DCコンバータはモーターの動作の安定性に重要な役割を果たし、ワイヤレス振動センサーはモーターの異常な振動を検出して早期メンテナンスを実行し、シャットダウンによる損失を削減します。村田製作所が導入したこれらのソリューションは、工場用モーターの動作効率と安定性の向上に大いに役立ちます。