省電力コンポーネントが産業効率を推進：次世代デジタル製造の鍵

IIoTとインダストリー4.0は従来、センサー、スイッチ、データ分析、接続性に焦点を当ててきましたが、次のデジタル製造の波は「エネルギー効率」によって駆動されます。

産業プラントは最大の電力消費者の一つであり、信頼性の高い電力供給はすべての高度なプロセスの基盤です。国際エネルギー機関（IEA）によると、産業部門は2016年に世界の電力消費の41.6%を占めました。

効果的な電力管理は、産業用ロボットを最小限のダウンタイムで稼働させます（1ミリ秒が命取りになります）。信頼性向上に加え、効率改善は大幅なリソース節約をもたらします。

エネルギー性能を向上させる複数の戦略があります：

• 再生可能エネルギーのピークに合わせた生産スケジューリング
• 単にプログラムを高速化するのではなく、ロボット動作速度を最適化（最大30%の節約可能）
• 3Dプリントによる材料廃棄の削減
• 予防保全の導入による修理時のエネルギー削減
• スマートメーターとリモートコントローラーの後付け導入
• 工場フロアと設備システムの両方でエネルギー使用を抑える完全自動化「ライツアウト」環境の実装
• 低消費電力コンポーネントの全面採用

これらの対策の組み合わせ（単一の戦術ではない）が、真の成果を生み出します。

省電力コンポーネントの最新動向

大幅な消費電力削減を実現するいくつかの新製品を紹介します：

インフィニオン テクノロジーズ – EasyPACK 2B ハイブリッドSiCパワーモジュール

1200Vファミリーの一部であるEasyPACK 2Bは、炭化ケイ素（SiC）とIGBT技術を融合し、システム効率99%以上を達成。最大48kHzのスイッチング周波数で、SiCの低損失により高い電力密度と小型ヒートシンクを実現します。

ハイブリッドEasyPACK 2Bモジュールは高電力密度と48kHzスイッチングを実現（画像：Infineon Technologies AG）

STマイクロエレクトロニクス – STM32WBx5 & STM32G4 マイクロコントローラ

STM32WBx5は、デュアルコア処理にBluetooth 5、OpenThread、ZigBee 3.0接続性を統合。13nAのシャットダウンモード、適応電圧スケーリング、リアルタイムARTアクセラレーターにより、センサー、ウェアラブル、ドローン、IoTデバイス向けに超低消費電力を実現。

STM32G4は、CORDICベース計算を高速化する2つのハードウェア数学アクセラレーターを搭載し、モーター制御と信号フィルタリングを強化しながら、スマートファクトリーおよびエネルギー管理アプリケーションでのエネルギー使用を削減。

STのSTM32WBx5 MCUは統合接続性で超低消費電力性能を提供（画像：STMicroelectronics）

STM32G4アクセラレーターが性能とエネルギー効率を向上（画像：STMicroelectronics）

マイクロチップ テクノロジー – スマート組み込みビジョン & PolarFire FPGA

マイクロチップのスマート組み込みビジョンイニシアチブは、低消費電力・小型フォームファクタのマシンビジョン設計向けにFPGA中心のIPとツールを提供。PolarFireファミリーは、SRAMベースFPGA比で30〜50%低消費電力、静的消費電力は5〜10倍低減し、エッジコンピューティングと熱制約の厳しい環境に最適。

マイクロチップのスマート組み込みビジョンが低消費電力マシンビジョンIPを提供（画像：Microchip Technology Inc.）

ルネサス エレクトロニクス – RX72M マイクロコントローラ

RX72Mファミリーは、統合EtherCATスレーブコントローラー、1MB SRAM、4MBフラッシュを搭載し、この容量を持つ初のRXマイコンに。コンパクトな産業用ロボット、PLC、リモートI/O、ゲートウェイ向けに設計され、従来比で基板面積を約50%削減。

RX72Mデバイスは回路基板面積を約50%削減（画像：ルネサス エレクトロニクス）

Eta Compute – TENSAI 機械学習SoC

TENSAIは、画像分類、キーワードスポッティング、ウェイクアップ検出を超低消費電力モードで実行。遅延非依存ロジックにより最低供給電圧で動作し、単一画像分類にわずか0.4mJを消費（競合比30分の1）。

まとめ

IoTがレガシーシステムに取って代わるにつれ、産業オートメーションはさらに成長します。振動収集や光発電で駆動される高度なロボティクス、AI、クラウド分析、センサーネットワークが製造業を再構築します。インダストリー4.0への初期投資は高いものの、旧来コンポーネントを置き換える省電力システムが長期的なコスト削減をもたらします。

>> この記事はもともと姉妹サイトElectronic Productsで「Achieving energy efficiency on the factory floor.」として公開されました。