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ロボットを強化: RECOMのDC電源ソリューションを見つけよう

02 10月 2022
黄色いロボットプラットフォームが、格子状に区切られた倉庫の床の上で段ボール箱を移動させています。
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高度なロボット工学用途向けの電力コンバータは、大きく2つのグループに分けられます。1つ目は、主にバッテリーで駆動するモバイルロボット(Mobots)であり、これにはドローン、自律型誘導車両(AGVs)、自律型モバイルロボット(AMRs)が含まれます。2つ目は通常電源で駆動する固定設置型ロボットであり、これにはロボットアーム、直線型組立ロボット、協働ロボット(Cobots)が含まれます。

ほとんどのロボットは、ブラシレス(BLDC)またはステッピングモーターを使用したDCドライブを採用しており、車輪、アクチュエータ、またはグリッパーメカニズムを操作しています。そのため、必要とされる基本的な電源ユニットは、移動型ロボット向けのDC/DCコンバーター、固定型ロボット向けのAC/DCコンバーターです。   特に倉庫での輸送や空港、建設現場、軍事用途などのオフロード環境で使用される重対応の移動型ロボットでは、2つのバッテリーシステムを搭載していることがあります。これには、高電圧の駆動用バッテリーと、オンボードコンバーターを介して供給される低電圧バッテリー(12Vまたは24V)が含まれます。

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A sleek blue industrial robotic arm displayed against a plain white background.

移動ロボット向けのボードマウント型DC/DCコンバーターは、コンパクトで軽量(特にドローン向け)であり、頑丈である必要があります。固定型ロボット向けのAC/DCコンバーターは、ユニバーサル入力電圧、高い電力密度を備え、ファンレスでの動作が可能である必要があります。

これらすべての変数が、広範な電源供給要件を生み出します:

ロボット用途におけるDC/DCコンバーター

蓄電池に蓄えられたエネルギーを可能な限り利用するためには、広い入力電圧範囲が必要です。例えば、48Vのリチウムイオンバッテリーでは、20V~60Vの定格入力電圧範囲を持つDC/DCコンバータが必要ですが、100Vの短時間の過渡電圧も処理可能である必要があります。

多くのバッテリー化学、特にリチウムイオン(Li-Ion)は、深放電によって回復不能な損傷を受ける可能性があります。そのため、電圧が過度に低下した場合に供給を自動的に切断する内蔵低電圧ロックアウト(UVLO)を備えたDC/DCコンバーターは便利です。

モボットは通常、高電圧のトラクションモーター用バッテリーを搭載しており、ロボットを動かすために必要な電力を供給できますが、センサー、カメラ、通信インターフェース、モーション検知器に電力を供給するためには、より低電圧のバス(通常は5V)が必要です。システムの故障耐性を最大化するために、これらのサブシステムのそれぞれを独立して駆動する複数の低電力DC/DCコンバーターを使用することが一般的です。各DC/DCコンバーターはコンパクトで軽量であり、連続短絡保護機能を備えている必要があり、正しい電源投入/遮断シーケンスを可能にするための有効化/無効化制御を備える必要があります。

DCモーターは、通常の動作電流と比較して非常に高い停止電流を持っていますが、急加速時には高いピーク電流を必要とする場合もあります。電源装置は、これらの高いピーク電流に対応する必要があるだけでなく、モーターがブレーキをかけた際に発生する逆起電力(バックEMF)の電圧にも対応する必要があります。また、短絡や長期間の停止状態が発生した際に負荷を安全に切断して、モーター巻線が過熱するのを防ぐ必要があります。たとえば、RPMGS-20は240Wの定格ですが、過負荷保護が作動する前に短期間(数秒間)480Wを供給することができます。

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A detailed view of an electric motor showcasing its internal components, including copper coils and a central shaft.

バック/ブーストDC/DCコンバーター(入力電圧に対して出力電圧が低くなる場合、高くなる場合、または同じ場合があるもの)は、変動するバッテリー電圧を固定供給電圧に安定化させるために使用でき、モーターの性能がバッテリーの充電状態に依存しないようにします。例えば、48Vリチウムイオンバッテリーは、フル充電後に53Vを供給し、ほぼ空の状態では43Vを供給します。RBBA3000は、バッテリーの充電範囲全体を通じて固定の48V出力を提供するようにプログラムできます。

コボットは人間と共に使用することを目的に設計されており、重い物を持ち上げる手助けをしたり、複雑な組立工程で小さな部品を選択して配置するなどの役割を担います。コボットは、力センサー、カメラを用いた仮想境界、AI音声操作などの技術を使用し、人間と同じ物理空間を安全に共有できるようにします。コボットは通常、電源に接続して動作しますが、分散型電源アーキテクチャを利用して、独立した単出力または二重出力DC/DCコンバータからこれらの異なるサブシステムを駆動することでシステムの安全性を向上させ、フェイルセーフで確実な運用を実現しています。

オンボードコンバーターは、DC/DCコンバーターの特別なカテゴリーに属します。それはモバイルであり、同じ過酷な環境条件にさらされるためです。例えば、高い衝撃や振動、湿気のある環境や濡れている、または汚れた環境での使用、特別な移動機器の安全規制を満たす必要があることなどが挙げられます。さらに、異なる牽引バッテリーパックから供給されるため、広い入力電圧範囲と調整可能な出力電流制限が役立ちます。
 

ロボット工学用途に適した選定されたRECOM製品:

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部品 出力 タイプ 入力 出力 モボット ロボット コボット
RP10-RAW 10W 絶縁型 36 – 160VDC 3.3 – 24V12V/24V @ 40A/21A / ±5V – ±15V x x x
RPMH-1.5 36W 降圧型 DC 最大 60VDC 3.3 – 24V @ 1.5A x   x
RPH-3.0 45W 降圧型 DC 最大 55VDC 1 – 15V @ 3A x   x
RPMA-8.0/OF 132W 降圧型 DC 最大 53VDC 3.3-16.5V @ 8A x   x
RPMGS-20 240W 降圧型 DC 最大 75VDC 3.3-8V または 8-24V @ 20A x x x
RPMGQ-20 240W 降圧型 DC 最大 75VDC 3.3-8V または 8-24V @ 20A x x x
RBBA3000 3 kW 降圧/昇圧型 DC 9 – 60VDC 0 – 60V @ 50A
調整可能電流制限
x x x
RMOD300-EW 300W オンボード型 DC 18 – 60VDC 12.2V/13.7V @ 24A/22A x    
RMOD300-UW 300W オンボード型 DC 18 – 106VDC 12.2V/13.7V/24.5V @ 24A/22A/12A x    
RMOD500-W 500W オンボード型 DC 32 - 96VDC 12V/24V @ 40A/21A x    
SD4000 4 kW 高電圧オンボード 320/450/600 VDC 24/48V @ 160/83A   x x
```

A collection of Recom power modules displayed against a white background.

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