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UAV

無人水中探査機(ROV)

電源システムの設計上3つに分けられます。1つめは長いワイヤーを使う構成、2つめはバッテリーを搭載する構成、3つめは短いワイヤーを使う構成です。この違い以外は、すべての構成で同じ機材を搭載することができます。

優れた電力供給ネットワーク (PDN)を、Vicorの高効率で高電力密度の電源モジュールを組合わせて構成しました。 1つめの例ではVicorのDC-DCコンバーターDCMを用いて、長いワイヤーで供給される400Vを48Vに変換します。2つめの例ではPRM昇降圧DC-DCコンバーターを用いて、冗長構成にした48Vバッテリーの電圧を48Vに調整します。これらの例では、どちらも、48Vから搭載機器に給電する電圧へ変換するために、高効率の電圧変換比固定のローボルテージBCMを使用しています。

3つめの例の短いワイヤーの構成では、給電システムの上流へハイボルテージBCMを配置して、72Vを給電します。 BCMはVicor独自のSAC(Sine Amplitude Converter)技術を用いた、入力電圧36Vから800Vに対応するDC-DCコンバーターで電圧変換比(Kファクタ)が固定でさまざまな値の設定があり、広い用途で使うことができます。

ハイボルテージBCMは、電力密度が2,400W/in³、ピーク効率は98%です。複数のBCMを並列接続することで大電力出力が可能で、出力を直列に接続して高電圧を出力することもできます。

構成例

ワイヤーが長い場合には、ACを整流した400Vを直接ワイヤーに給電します。ROVではワイヤーに電圧を受けて、DC-DCコンバーターDCMにより、絶縁され48Vに変換・安定化されます。DCMは、ワイヤーから受ける電圧に応じて、対応する入力電圧レンジのものを使用します。安定化された48Vバス電圧は、スラスターに直接給電されます。そのほかの搭載機器への給電のために2つのBCMを用いて、95%の高い変換効率で48Vバス電圧を24Vと12Vに変換します。

ROVを冗長構成の2つの48Vバッテリーで動かす場合は、各々のバッテリー電圧は、昇降圧DC-DCコンバーターPRMにより48Vに安定化されて、その後、1つに接続されます。

ワイヤーが短い場合には、ハイボルテージBCMを使用します。ホストプラットホームのAC電源を整流した400Vを、出力を直列接続したBCMを用いて72Vに変換して、ワイヤーへ給電します。ROVの内部では72Vから12Vに降圧されます。

無人水中探査機(ROV)

世界で最も高性能な完全電動ワーククラスROV、eWROVです。eWROVでは、放熱の課題を解決し、積載物のスペースを大幅に拡大し、電子機器のサイズと重量を低減しています。高電圧のDC電力を使うことで、ケーブルのサイズと重量を大幅に減らしながら、250馬力の油圧式海底探査機と同等の性能を実現します。従来の油圧式ROVと異なり、eWROVは完全電動システムであり、大量の油圧作動油が不要で、効率が向上しているため、環境への影響とリスクが軽減します。

構成例

電力密度が極めて高いため、積載物のためのスペースが大幅に増え、油圧式ROVを上回る性能を出せることで、eWROVの高度な機能が実現しました。電力供給ネットワーク(PDN)は、Vicorの電圧変換比固定バスコンバーター(BCM)と、電圧安定化DC-DCコンバーター(DCM)を用いた、600V DC電力の伝送と電圧変換が中心となっており、サブシステムの低電圧給電を高性能で実現します。Vicorの電源モジュールは放熱性に優れており、幅広い選択肢があるため、電力供給ネットワークのサブシステムを、特定の業界標準である24V48Vにカスタマイズすることもできます。オンボードコンピューターやセンサー、ビデオカメラ、照明、ナビゲーション機器には、このような電圧が必要です。小型の電源にすることで、eWROV内のスペースを空けることができ、電子機器を追加して搭載できるようになり、全体の性能とデータ伝送速度が向上します。

ドローン

有線ドローン

小型の飛行船型無人機をワイヤーでつないだ初期の実験では、強風の中では空中で静止することが困難で失敗に終わりました。その後も、リモート通信、諜報、偵察活動(ISR)用途ではさらに要求が厳しく、失敗に終わりました。決められた場所でホバリングができる新しいカテゴリーの有線ドローンを開発しました。このドローンは、垂直に上昇下降でき、非常に強力なパワーを備え、過酷な環境で、何週間もホバリングができます。
 ミリタリ/産業グレードの無人マルチローター空中中継器(UMAR)有線ドローンは、最高500フィートの高度で運用でき、細くて軽いワイヤーによる連続給電ができるため、稼働時間が400時間を超えます。そのためには、非常に細くて軽いワイヤーが必要であり、電流値を極端に下げるために非常に高い電圧(500~800V)でホスト側の船舶からマルチロータードローンに電力を供給する必要があります。これにより、ドローンの機動力が上がり、積載量が増やせます。また、高電圧変換をするコンバーターは、出来る限り小型で軽量にする必要があります。UMARにはPCB回路で複雑に相互接続された8つのローターがあり、電力変換のコンポーネントのサイズを小さくすることで、別の付加価値のあるコンポーネントを搭載することができます。

構成例

電力供給ネットワーク (PDN)は、Vicorの薄型であるVIAパッケージのハイボルテージBCM4144(4.35 x 1.4 x 0.37in)で構成されており、UMAR有線ドローンの内部で、高効率で800Vから50Vに電圧変換します。BCMは小型でどこにでも取付けられるので、電力密度の高いボード構成をするために必要でした。8個のVicorのハイボルテージBCMが並列接続して、UMARの8つの独立したローターへ電力を供給します。ローター間で電力を共有して冗長性を高めます。BCM内部に組み込まれたフィルターの効果と合わせて、EMIノイズを非常に小さくすることができます。

UAV向け水素燃料電池パワーパック

バッテリーの4~5倍のエネルギー密度をもつ画期的な水素燃料電池パワーパックを世界で初めて製品化し、ドローンの飛行時間を最大2時間にまで伸ばしました。航続距離が伸びた水素燃料電池パワーパックの搭載ドローンで、DMIは世界的な人道支援を行っています。アメリカ本土からヴァージン諸島へマスクや緊急物資を輸送したり、医療用AEDを韓国本土から済州島に輸送し、韓国で一番高い山・漢拏山の頂上に届けました。
パワーパックには、主電源の電力供給ネットワーク (PDN)が2つあり、ドローンのローターと、2つの燃料電池スタックを制御するインテリジェント・コントローラーに給電します。出力電圧は40~74Vと広い範囲で変動するため、パワートレインで正確な電圧調整を行い、ローターのモーターに48V、12Aを燃料電池スタック制御ボードとファンには12V、8Aを確実に出力するように設計されています。

構成例

高効率と高エネルギー密度の電力供給ネットワーク (PDN)を実現するため、DMIは Vicorの PRM™ 昇降圧レギュレーターと Vicor ZVS 降圧レギュレーター を採用しました。PRMは、水素燃料電池スタックの開回路電圧 (OCV) を最大74Vまで入力可能で、電圧48Vへ調整し安定化します。ローターへ給電する方のPDNは、2つ並列接続されたPRM昇降圧レギュレーター (PRM48AF480T400A00) で構成され、ローターに必要な12Aを供給します。燃料電池スタック内のデジタル制御ボードのPDNには、低電力のPRM (PRM48AH480T200A00) と直列に、48Vから12Vに変換するZVS降圧レギュレーター (PI3546-00-LGIZ) を使用しています。

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