Simple „Ein/Aus-Motoren“ ersetzen Digitale Antriebssysteme sind die Zukunft

Antonio Fernandez, EBV

»Der Markt erkennt zunehmend die Vorteile der digitalen Antriebstechnik: In aller Kürze sind das erhebliche Energieeinsparungen, geringere Betriebsgeräusche und Vibrationen, höhere Zuverlässigkeit sowie höhere Präzision und Leistung.«
Antonio Fernandez, EBV: »Der Markt erkennt zunehmend die Vorteile der digitalen Antriebstechnik: In aller Kürze sind das erhebliche Energieeinsparungen, geringere Betriebsgeräusche und Vibrationen, höhere Zuverlässigkeit sowie höhere Präzision und Leistung.«

»Alle neuen Entwicklungen in der Motorsteuerung sollten digitale Steuerungen berücksichtigen“, sagt Antonio Fernandez, Vice President Technical Development bei EBV.

Markt&Technik: Was verstehen Sie unter Digital Motor-Control?

Antonio Fernandez: Es ist eine Kombination verschiedener Aspekte: Ganz allgemein umfasst es die Verwendung von Software in Verbindung mit digitalen Embedded-Controllern und Leistungshalbleitern zur Steuerung von Motoren. Dies ermöglicht Vorteile wie erhebliche Energieeinsparungen und höchste Leistung bei mehreren Arbeitsbedingungen.

Digitale Antriebe, Mechatronik – alles Themen, die schon seit 10, 15 Jahren diskutiert werden; die grundlegenden Technologien sind auch schon lange entwickelt. Was ist jetzt neu?

Rund die Hälfte des weltweiten Gesamt­energieverbrauchs wird durch Motoren verbraucht. Leider haben immer noch die meisten dieser Motoren eine einfache Ein-/Aus-Regelung. Der schrittweise Ersatz solcher Systeme durch moderne, umrichterbasierte Systeme mit digitaler Motorsteuerung spart Energie, erhöht die Leistung und ermöglicht neue Anwendungen.

Es gibt eine neue Generation von Mikrocontrollern auf dem Markt, die über digitale Rechenfunktionen, Timer und Peripheriegeräte verfügen. Sie wurden speziell entwickelt, um Motoren zu sehr günstigen Kosten zu steuern. Zusammen mit Softwarebibliotheken, die bewährte Algorithmen bieten, mit denen Designer anspruchsvolle Steuerungsschemata umsetzen können, ist das ein echter Wendepunkt. Tatsächlich sollten alle neuen Entwicklungen in der elektrischen Antriebstechnik die digitale Steuerung übernehmen.

Welche Produkte hat EBV für dieses Segment im Portfolio?

Das Portfolio von EBV umfasst alle relevanten Halbleiter, die für die Motorsteuerung benötigt werden. Im Einzelnen bieten wir Mikrocontroller, Anwendungsprozessoren, ­FPGAs und anwendungsspezifische Standardprodukte an. Für die Leistungsstufe umfasst unser Portfolio isolierte Gate-Treiber, MOSFETs, IGBTs und integrierte Leistungsmodule. Darüber hinaus haben wir eine Vielzahl von Lösungen zur Erfassung von Position, Temperatur, Vibration, Schall, Strom und Spannung. Diese Lösungen werden durch alle Arten von Peripheriegeräten, Speichern, Energiemanagement, Kommunikations- und Schnittstellenschaltungen ergänzt. EBV bietet und unterstützt auch Softwarebibliotheken und Referenzdesigns für Motorsteuerung, Anomalieerkennung, industrielle Konnektivität und funktionale Sicherheit.

Ist digitale Antriebstechnik nicht ein Feld, das von den Herstellern von Elektromotoren gut abgedeckt wird? Inwiefern ist das für EBV dann noch interessant?

Das ist nicht mehr der Fall. Die meisten Motorenhersteller arbeiten mit Elektronikherstellern zusammen, um digitale Steuerungssysteme, Servoantriebe usw. zu entwickeln. Es besteht ein wachsendes Interesse daran, die Sensoren und Steuerelektronik zusammen mit dem Motor in einer kompakten Einheit zu integrieren. EBV verbindet reine Motorsteuerungshersteller mit Elektronikspezialisten und unterstützt das gesamte Projekt, um es zum Erfolg zu führen und die Markteinführung zu beschleunigen.

Wer sind Ihre Kunden in diesem Segment?

Wir bedienen Kunden aus den unterschiedlichsten Märkten und Anwendungen – von der Fabrikautomatisierung bis hin zu Haushaltsgeräten, von Elektrowerkzeugen bis hin zur Robotik und allen Arten von Ventilatoren, Pumpen und Kompressoren. Ein Hauptmarkt ist der Automobilsektor, nicht nur mit Anwendungen in der E-Mobilität, sondern auch alle Arten von Antrieben, die zum Beispiel für Sitzverstellung, elektrisch verstellbare Spiegel, Scheibenwischer und so weiter benötigt werden.

Welche Rolle spielt die Halbleiter-Technik grundsätzlich bei der digitalen Antriebstechnik?

Die Entwicklung neuer Motoren, die effizienter und zuverlässiger sind, ist nur dank einer ausgeklügelten digitalen Steuerung möglich, mit der Drehmoment, Phase, Position, Richtung und Geschwindigkeit des Motors gesteuert werden können. Auf der anderen Seite ist die Leistungselektronik auch ein Schlüssel, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen und mit höheren Schaltfrequenzen zu arbeiten.

Welche Entwicklungen in der Halbleiter-Technologie sind für Sie im Hinblick auf die Antriebstechnik zurzeit besonders spannend?

Derzeit finden viele spannende Entwicklungen statt. Eine davon ist sicherlich der Einsatz von Sensoren und maschinellem Lernen, um Anomalien zu erkennen und vorausschauende Wartung durchzuführen. Dann gibt es neue Hochgeschwindigkeits-Mikrocontroller auf dem Markt – mit spezieller Motorsteuerungsperipherie, integrierter Floating-Point-Unit und digitalen Signalverarbeitungsfunktionen, die proprietäre DSPs ersetzen. Auch im Bereich der Leistungsstufe gibt es sehr interessante Entwicklungen: Zum Beispiel die Einführung von SiC- und GaN-Technologien zusammen mit neuen Leistungstopologien, die die Effizienz erhöhen. Und neue intelligente Gate-Treiber werden die Zuverlässigkeit und Leistung der Endstufe erhöhen. Nicht zuletzt wird die Einführung von Echtzeit-Ethernet in die Antriebe zu leistungsfähigeren Werkzeugmaschinen und Robotern führen.

Welche Märkte bzw. Anwendungsgebiete sorgen aktuell maßgeblich für steigende Implementierungs-Zahlen digitaler Antriebstechnik?

Elektrofahrzeuge sind wahrscheinlich aktuell der wichtigste Faktor; das Wachstum erfolgt jedoch in allen Bereichen, einschließlich Haushaltsgeräten und industrielle Anwendungen. Motoren sind überall.

Was sind die Treiber des Marktes?

Der Markt erkennt zunehmend die Vorteile der digitalen Antriebstechnik: In aller Kürze sind das erhebliche Energieeinsparungen, geringere Betriebsgeräusche und Vibrationen, höhere Zuverlässigkeit sowie höhere Präzision und Leistung.

Wie hilft EBV einem Hersteller, der vielleicht noch nicht so viel Erfahrung mit Elektronik hat?

EBV verfügt über das perfekte Produktportfolio für Motorsteuerungen, die von erstklassigen Halbleiterpartnern geliefert werden. Ein Team von Field Application Engineers mit Hard- und Software-Expertise unterstützt den Kunden bei all seinen Design-Herausforderungen.

EBV initiiert und produziert selbst Halbleiterlösungen in Form seiner EBVChips. Betrachten Sie in diesem Zusammenhang auch Lösungen für die digitale Antriebstechnik?

Das EBVChips-Programm ermöglicht EBV einen tieferen Dialog mit Elektronikdesignern, sodass wir gemeinsam mit unseren Fertigungspartnern neue Halbleiter entwickeln können, die heute so nicht verfügbar sind. Motor Control ist ein wichtiges Anwendungsgebiet für EBV.