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空の移動革命：アーバンエアモビリティの未来

Published Date

 

電動垂直離着陸（eVTOL）航空機、いわゆる「空飛ぶクルマ」は、電気自動車が自動車業界を一変させたように、今、航空宇宙分野で革命を起こしています。この12年間で、eVTOL産業は128億ドル（1）もの投資を呼び込み、世界では約200社による開発プロジェクトが進められています。eVTOLは汎用性が高く、特に都市交通に適しています。eVTOLの登場によって、都市部から空港への移動手段として、これまでのヘリコプターに代わって、より環境にやさしく、より速く、より効率的に移動できる空中タクシーの開発が期待できます。eVTOLは、騒音と大気汚染を最小限に抑え、さらには、24時間運行も可能にするかもしれません。また、垂直方向と水平方向の両方の推進力を発生させるよう設計されています。 従来の航空機よりも小型で軽量であるため、eVTOLの設計は、安全性とパフォーマンスを確保するために堅牢な素材を採用する必要があります。

eVTOL航空機が実用化された世界では、設計上のあらゆる選択が重要になります。このアーバンエアモビリティ（UAM：都市型航空交通）という新たな領域は、過酷な飛行環境での電力とデータの管理など、エンジニアに多くの課題を投げかけます。その課題の中で最も重要となるのが、優れたバッテリマネジメントシステム（BMS）の開発です。BMSが、航空機のピーク性能、安全性、および航空機のエネルギー源の最大持続時間を保証する重要なコンポーネントとなるからです。この記事では、eVTOLのBMSにおいてパワーおよびシグナル・インテグリティが果たす重要な役割について解説します。

 

なぜeVTOLにとってBMSが重要なのか

 

eVTOL航空機の主電源は、電気自動車で使用されるものと同じような大型リチウムイオンバッテリです。ただし、eVTOLサービスの要求は高く、電源管理の課題も文字通り極めて高くなります。地上何千メートルもの上空を飛行中の航空機に、バッテリや電源システムに障害が発生すれば、極めて深刻な事態を招くことになるからです。

BMSは、電流、電圧、温度などのパラメーターを常時監視・制御し、バッテリの健全性を維持する上で極めて重要です。これにより、最適な性能と効率が保証され、乗客の安全を確保することができます。BMSにエラーや障害が発生すると、電源喪失により急激に高度が低下するなど、危険な事態を招くことがあります。そのため、相互接続部品など、BMSに使用するあらゆるコンポーネントは、慎重に選択し、設計しなければなりません。

 

最適なコネクタを選ぶ

 

eVTOLのバッテリマネジメントシステムに最適なコネクタを選択することは、さまざまな重要な要素を考慮しなければならない複雑な作業です。電気推進力に大きく依存するeVTOLは、スペースに制約があるため、基板スペースを最小限に抑え、薄型化を可能にするコンパクトな部品を採用する必要があります。eVTOLのバッテリパックは多くのリチウムイオンセルで構成されていることが多いため、コネクタにもコンパクト性が求められます。高密度コンタクト配列によるコンパクトなコネクタは、データ取得を効率化し、また効率的なバッテリ管理を可能にします。

eVTOL設計では重量に厳しい制約があるため、重量を考慮することも同様に重要になります。旅客や貨物の積載量を最大化し、航空機の運用効率を高めるためには、機体も搭載部品も軽量でなければなりません。サイズや重量以外には、信頼性や堅牢性も重要な要因になります。乗客の安全のためにも、コネクタは、故障することなく長い動作寿命が保証され、衝撃、振動、極端な温度などの過酷な条件にも耐える必要があります。

もう1つの重要な考慮事項は、電磁干渉（EMI）感受性です。これらの部品がさまざまな電源に近接することを考えると、バッテリマネジメントシステムの判断を誤らせるようなデータ品質の低下を防ぐためにも、EMIシールドは必須となります。

コストに敏感なeVTOL業界では、部品表を効果的に管理することも重要な課題になります。企業は、品質基準を維持しながらコストを抑えるためにも、カスタム部品よりも市販品（COTS）製品を選ぶべきです。

品質に関して言えば、世界的に認められた品質基準を遵守するコネクタメーカーの製品を使用することが重要になります。航空宇宙産業では、わずかな製造上のばらつきが悲惨な結果を招くことになるため、完全な生産再現性を確保することが必須になります。これらの要素を慎重に考慮した上ではじめて、安全で信頼性が高く、効率的なeVTOLソリューションを市場に送り出すことができます。

 

Datamateコネクタ：eVTOL BMSの接続の完全性を確保

 

このような品質基準を遵守する数あるコネクタメーカーの中でも、Harwinと同社のDatamateコネクタは、卓越した品質を実現しています。この高信頼性コネクタは過酷な環境向けに開発され、eVTOL環境に共通する振動、衝撃、および極端な温度に耐えるように設計されています。Harwin Datamateコネクタは、100Gの耐衝撃性、40Gの耐バンプ性、10Gの耐振動性を備え、3A （コンタクトごとに3.3A）の電流を流すことができ、-55℃～+125℃という極端な温度条件でも動作できます。コンタクトは、Harwinの特許取得済み4フィンガーベリリウム銅コンタクト技術を採用し、強力な機械的および電気的復元力を提供します。これにより、正確で信頼性の高いBMS機能を維持するために不可欠な、データ損失のない接続の完全性が確保されます。

Datamateコネクタは小型・軽量設計のため、スペースと重量が設計上の重要な制約となるeVTOLに最適です（図1）。しかも、小型にもかかわらず、妥協のない堅牢性と信頼性を備えています。高レベルの衝撃や振動に耐えながら、最適な動作を維持します。

図1：小型・軽量のHarwin Datamate 2mmピッチHi-Relコネクタは、特許取得済みの4フィンガー設計により、激しい衝撃、振動、極端な温度による相互接続への影響を防ぐなど、eVTOL設計に大きな利点を提供します。（出典：マウザー・エレクトロニクス）

またDatamateコネクタは、EMIの影響を受けにくいという、BMSによって監視・制御されるデータの品質を確保する上で極めて重要な利点を備えています。さまざまなラッチ機構が用意されているため、設計柔軟性があり、エンジニアはスペースと動作条件に最適なソリューションを見つけることができます。

 

まとめ

 

eVTOLによる空のモビリティ革命が到来し、これまでの都市モビリティが大きく変わろうとしています。世界中の企業が競って航空機の開発を進めるなか、信頼性が高く効率的なBMSの実装など、多くの複雑な設計上の課題に取り組む必要があります。HarwinのDatamateコネクタは、コンパクト性、軽量設計、堅牢性、高信頼性を備え、BMS相互接続に最適なソリューションを提供し、eVTOL航空機の安全かつ効率的な運用を可能にします。新たなテクノロジーやモビリティの世界に挑むとき、あらゆる部品、あらゆる細部、あらゆる設計の選択が重要になります。Harwinは、そんな新たな世界への挑戦を支援します。

 

執筆者

 

Nicolette Emmino（ニコレット・エミノ）はReBoot eMediaのコンテンツストラテジスト兼共同リーダー。10年以上にわたる業界知識を生かしながら、コンテンツ制作へ情熱を注ぎ、エレクトロニクス業界に向けて複雑な概念をわかりやすく伝えるコンテンツ制作に取り組んでいる。メーカーやディストリビューターにトレンドの最新情報を提供するだけではなく、各分野の最前線での活躍に役立つコンテンツを目指している。

 

出典

 

  1. A milestone year for future air mobility, February 8, 2022. https://www.mckinsey.com/industries/aerospace-and-defense/our-insights/future-air-mobility-blog/a-milestone-year-for-future-air-mobility.

    会社概要会社概要

 

​​​​​​​会社概要

 

Harwinは、過酷な環境に向けた信頼性の高い相互接続製品のメーカーであり、極度の振動、衝撃、温度に耐える製品を提供しています。Datamate、Gecko、およびM300の製品ラインは、防衛、航空宇宙、およびその他のセーフティークリティカル市場で実績があります。また、ボードレベルのソリューションには、自動配置により信頼性、柔軟性、コスト削減を実現するEMCシールド製品があります。業界標準のコネクタとPCBハードウェアも、商用アプリケーション向けにHarwinから入手可能です。