חידוש עולמי – סדרת מנועים עם דרייבר המשלבת טכנולוגיית סמיקונדקטורס GaN לביצועים משופרים

image_pdfimage_print

בינואר 2019 נשיק בישראל סדרת מוצרים ייחודית – SGF7 – מנועים קומפקטיים עם דרייבר מוכלל.

חברת יאסקווה פיתחה במשך שנים את המנוע, שביצועיו זהים למנועים הסטנדרטיים מהסדרה המתקדמת סיגמא-7, על מנת שיכלול בתוכו גם את הדרייבר, במימדים קומפקטיים ועם אטימות מלאה למים לפי סטנדרט IP67.

האתגר הפיתוחי היה גדול, בגלל הניגודיות בדרישות הבסיס מהמוצר, שהרי מנוע שעובד בעצימות גבוהה (High Duty Cycle) מצריך פינוי חום גבוה ויעיל, אולם הגודל הקומפקטי מחייב את פינוי החום בשטח קטן והאטימות למים מחייבת פינוי חום מהדרייבר ללא מאוורר. זאת ועוד, מכיוון שהדרייבר מוצמד למנוע, הם מחממים זה את זה, בעייה שלא קיימת בדרייבר סטנדרטי בגודל מלא.

תמונה 1: תמונת מנוע SGF7J
400W ללא בלם

הפתרון הגיע באמצעות שימוש בטכנולגיית מוליכים למחצה חדשנית, העושה שימוש בניטריד-גליום (GaN), תרכובת של היסודות גליום וחנקן, במקום השימוש המסורתי בסיליקון.

בעוד מוליכים למחצה ליישומי הספק המבוססים על סיליקון, מוליכים למחצה מבוססי GaN מאפשרים עבודה בטמפרטורות גבוהות עם יחס התפלגות דיאלקטרית גבוה יותר, ובכך מאפשרים שליטה טובה יותר בשינויי המוליכות.

בשל היתרונות האלו, ובתוספת יכולות מיתוג מהירות מאוד, טכנולוגיית המוליכים למחצה ליישומי הספק GaN Power, איפשרה את פיתוח המוצר החדשני במימדיו הנוכחיים.

בכדי להגיע לגודל הדרייבר הנוכחי, מתח האספקה הוא בזרם DC ישר ומגיע ישירות ל DC-Bus. העובדה שהמרת זרם החילופין המסופק מרשת החשמל, לזרם ישר, נעשית מחוץ לדרייבר, מצמצמת באופן ניכר את גודל הדרייבר הדרוש.

תמונה 2: ההבדלים בין קונפיגורציית מערכת רגילה לבין קונפיגורציית
מערכת עם דרייברים מוכללים

מסיבה זו, המערכת כוללת ממיר AC/DC אחד שמקבל את מתח הרשת ומייצר DC-Bus משותף לכל המנועים, הממיר שומר כמובן שרמת המתח ב DC-Bus תישאר בתחום המותר ומגן על הקו מחריגות במתח. דבר זה מאפשר למעשה את העברת המתח בשרשור ממנוע למנוע וחוסך את התצורה המקובלת של חיבור כל מנוע בנפרד ללוח הפיקוד.  כאשר המרחק בין המנועים ללוח הפיקוד גדול, או כאשר המרחק בין מנוע למנוע גדול, יתרון זה הופך למשמעותי מאוד וחוסך מאות אחוזים מאורך הכבלים הנדרש. חיסכון בכבלים הוא חיסכון בכסף, במקום, ובאחזקה.

מאידך, מרחק בין המנועים לממיר בצירוף העובדה שאנו משתמשים בזרם ישר, מחייבת לקחת בחשבון את הניחות במתח. לכן כשאנו מתכננים מערכת הינע עם ה SGF7, יש לנו כלי מידול המתייחס למספר המנועים, להספק הנדרש מכל מנוע ולמרחק בין המנועים. בעזרת כלי המידול נבחר באיזה ממיר AC/DC להשתמש ומה המרחק המירבי בו נוכל להציב אותו.

המנועים מסופקים כסטנדרט עם אנקודר 24 ביט (רזולוציה מעל 16 מיליון פולסים לסיבוב) אבסולוטי רב-סיבובי ללא צורך בסוללה (Batteryless. קיים גם במנועי Sigma-7 סטנדרטיים). כמקובל ביאסקווה, הלקוח יכול להגדיר אם הוא משתמש באנקודר כאבסולוטי, דהיינו מעקב אחרי המיקום גם כשהמערכת מנותקת מחשמל, או כאינקודר אינקרמנטלי, דהיינו איפוס המיקום בעת ניתוק מחשמל וקביעת נקודת האפס מחדש לאחר ההדלקה באמצעות תהליך הומינג.

אם נחזור לעניין החיסכון הניכר בכבלים, כבלי אנקודר אינם נדרשים כלל מפני שהדרייבר מוצמד למנוע. כבלי התקשורת המהירה Mechatrolink-III משורשרים בין המנועים גם הם.

העובדה שמערכת הבקרה מנוהלת בתקשורת המהירה Mechatrolink-III, שפותחה במיוחד ליישומי בקרת הינע (בשונה מרוב תקשורות ה Fieldbus הנפוצות האחרות), בצירוף העובדה שלמנועים אנקודר ברזולוציה גבוהה מאוד, מאפשרת לבצע תנועות מסונכרנות ומדויקות מאוד במהירות גבוהה.

היתרון האיכותי הזה משפיע מאוד על איכות התוצר ביישומים כמו הדפסות תלת-מימד או דו-מימד, חריטה ועיבוד שבבי, זרועות רובוטיות, חיתוך בתנועה ועוד. זאת לצד מגוון יישומי הסרוו בתעשיה הכללית, תעשיית המזון, הפלסטיקה, מכונות אריזה וכדומה.

בכדי להתחבר למנוע לצורך הרצות ראשוניות, הגדרת פרמטרים וכיול אין צורך בבקר ההינע. ניתן לפתוח פקק אטימה קטן (IP67 כבר אמרנו?) ולהתחבר ישירות באמצעות כבל USB-mini סטנדרטי.

תמונה 3: מפרט טכני

היתרונות של המוצר הם רבים ומתאימים למגוון רחב של יישומים:

  1. במקרים רבים, הגודל כן קובע – במקרים של לוח פיקוד צפוף או מוגבל במקום, הוויתור על דרייברים בתוך הלוח יכול לאפשר שימוש בשטח קטן הרבה יותר ולפעמים לחסוך חלוקה למספר לוחות חשמל. חיסכון במקום, עבודה ועלויות חיווט רבות.
  2. חיסכון עצום בכבלים – העובדה שכבל הכוח משורשר ממנוע למנוע, כבל התקשורת משורשר אף הוא, וכבל אנקודר בכלל לא נצרך, יכולה לחסוך כמות עצומה של כבלים.

ניקח לדוגמא אפליקציה של 5 מנועים המרוחקים 20 מטר מלוח הפיקוד. שימוש במנועים סטנדרטיים עם דרייברים בלוח יצריך מאיתנו שימוש ב-100 מטר כבלי כח, 100 מטר כבלי אנקודר ומספר כבלי תקשורת קצרים. עם סדרת SGF7 נזדקק למעט יותר מ-20 מטר כבלי כח ומעט יותר מ-20 מטר כבלי תקשורת. חשבו על כמות הכבלים הנחסכת ועל התעלות והשרשרות שהיו אמורות להסיע אותם…

  1. הפחתת רעש אלקטרומגנטי – הצמדת המנוע לדרייבר מפחיתה מאוד את הרעש שמייצר מנוע הסרוו.
  2. חסכון באנרגיה – השימוש בקו DC משותף מאפשר העברת אנרגיה ממנוע למנוע ומביא לחיסכון רב בפרופילי תנועה הכוללים האצה והאטה של מנועים שונים בזמנים שונים.
  3. אטימות למים – העובדה שגם הדרייבר אטום למים IP67, ולא רק המנוע, משמעותית עבור אפליקציות רבות.

הסדרה SGF7J כוללת בשלב זה מנועים בהספק 100, 200 ו-400 וואט, עם או ללא בלם מובנה. הממיר AC/DC זמין בגרסאות 15 ו-30 אמפר.

הכותב הוא מנהל מחלקת סרוו ובקרה בחברת יאסקווה אירופה טכנולוגיות

 

דוד אלדר, יאסקווה אירופה טכנולוגיות

תגובות סגורות