ノイズ対策技術 / 事例紹介（民生）

サービスロボットのノイズ対策-2（2/3）

2021/11/10

INDEX

4. ノイズ状況の確認と対策手法の検討

エミッション、イミュニティのそれぞれにおいて、現状がどのようになっているかを確認して、ノイズ対策手法を検討しました。

5. エミッション（放射ノイズ）に対するノイズ対策

まず、エミッションノイズの状況を確認しました。市販のサービスロボットの放射ノイズを測定します。

測定系はCISPR16-2-3を参考にした
ノイズ許容値は、共通規格であるIEC61000-6-3（住宅・商業環境）を参考にした

6. ノイズ対策前の放射ノイズ状況（初期状態）

30MHz-200MHzの帯域でノイズがIEC61000-6-3の規格値を超えていることが確認されました。多くのサービスロボットでは、この帯域のノイズが問題となることが多いです。

ノイズ対策前の放射ノイズ状況（初期状態）の図 — ノイズ対策前の放射ノイズ状況（初期状態）

7. エミッション（放射ノイズ）問題発生のメカニズム

ノイズ源と伝播経路について検討しました。
今回評価した機器にはブラシレスモーターが採用されていました。ブラシレスモーターを駆動するためにドライバ回路が使われますが、ブラシレスモーターのドライバ回路としては一般的に三相PWM制御回路が使われます。この制御回路には、各相あたり2個、全部で6個のスイッチング素子が使われており、これらの素子がスイッチングノイズを発生します。このスイッチングノイズがケーブルに伝導しますが、ロボットで使用されるケーブルはシールドのない絶縁被覆ケーブルであることが多いため、ケーブルから外部にノイズが放射します。また、モーター内のコイルにもノイズが伝導するため、モーター本体からもノイズが放射します。

ドライバ回路のスイッチング素子により、スイッチングノイズが発生する
スイッチングノイズがケーブルに伝導し、ケーブルからノイズが放射する（放射ノイズA）
スイッチングノイズがブラシレスモーターの巻線に伝導し、モーターからノイズが放射する（放射ノイズB）

8. エミッション（放射ノイズ）のノイズ対策手法

モータードライバ回路で発生したスイッチングノイズがケーブルに伝導してケーブルから放射したり、モーター本体から放射しているため、ケーブルへの伝導を防げば良いことがわかります。
このため、ケーブルのコネクタ付近にノイズフィルタを挿入します。ノイズの周波数が30MHz～200MHz（場合によっては300MHz）の帯域であるため、この周波数帯に効果のある部品を選定します。NFZ2HBMやNFZ32BW、NFZ5BBWなどのNFZシリーズ、BLT5BPTシリーズなどが適しています。なお、モーターが何らかの理由によりロックした場合、瞬間的なスパイク電流が流れることがあるため、部品の定格電流は通常の電流の3～5倍となるものを選ぶことが望ましいです。今回はNFZ2HBMを使用しました。