GaNの話

Humanoid robots are designed to mimic human movement and are seeing strong market growth across a wide variety of applications. Motor control forms a key design aspect in robotics, and in this article, we summarize the basic power architecture and the requirements for the power electronics that form the core components, along with examples of solutions available from Efficient Power Conversion Corporation (EPC).

Power Electronics News
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米ゴールドマン・サックスの調査レポートによると、人型ロボットの世界出荷台数は、2025年までに約1万5000台から2万台に達し、今後10年間の年平均成長率（CAGR）は40%を超えると予測しています。SFの世界から現実の世界へと移行するこの技術競争において、モーター駆動回路の高周波化、小型化、熱管理能力は、成功の鍵となる要素となります。この記事では、人型ロボットのパワー・アーキテクチャと、その中核となるパワー・エレクトロニクス部品の技術要件を概説し、業界をリードするEfficient Power Conversion Corporation（EPC）が提供するGaNソリューションを例に挙げて解説します。

モーター技術の進歩によって、電力密度が高くなりました。モーターは、より小さな形状で実現され、より高速で高精度な設計になっているので、より高い周波数が必要になります。

3相ブラシレスDC（BLDC）モーターは、出力定格の割に小型なので、正確に制御でき、高い電気機械効率を提供し、適切に制御された場合、最小限の振動で動作できます。これらのモーターは、サーボ駆動、外科ロボットなどのロボット、回転翼を4基搭載したドローンなどの精密な用途で、ますます、または排他的に使われています。電流リップルを適切な範囲内に維持するために、これらのモーターは、低いインダクタンスを考慮すると、最大100 kHzのスイッチング周波数が必要です。損失を最小限に抑えた上で、振動を発生させ、駆動精度を低下させ、効率を低下させるモーターのトルク・リップルを相殺するには、高周波で高効率に動作できるFETが必須です。

手術用ロボットを使った最小限の侵襲的手術は、次のレベルの精度を実現しようとしている外科医に前例のない制御手段を提供し、それによって、患者へのリスクや外傷を減らし、回復を早めます。非常に繊細な作業を実行するために、手術用ロボットに必要な自由度（DOF：degrees of freedom）や器用さを与えるアーム、関節、ツール制御などのさまざまなロボットの付属品を制御するために多くのモーターが必要になります。モーター制御回路の重さや大きさは、手術中にロボットの付属品を操作するモーターの大きさに直接影響するため、このようなロボットの設計では重要な要素になります。