下面进行无线通信电波近距离照射抗扰度试验。由于此试验没有官方噪声标准,因此我们构建了自己的测量系统。
假定外部电波为LTE和WiFi通信电波,在相应的700MHz-2600MHz频段每隔100MHz以10MHz的步长放射电波,并通过电机转速和电流消耗来确认电机的行为是否发生变化。
下图左侧显示电机正常运行时的电机转速和电流波形。查看转速可以发现每隔1.5秒就重复一次正转和反转。另一方面,看电流波形则会发现有特征性变化。切换电机旋转方向的瞬间流过大电流(本例中为605mA),之后稳定为小电流(100mA)。进行抗扰度试验时,进行该反转时的电流最大值增加。由此可知它受到了外部噪声的影响。此外,该变化量的影响程度根据所照射的电波的频率而有差异。
推测此问题按照以下机制发生。
当外部电波作为噪声照射时,噪声与基板导线等通过共模相结合。电机的运行由安装在基板上的主IC控制,电机和主IC之间由反馈电路构成,因此共模结合后的噪声叠加在反馈信号上。混有噪声的反馈信号输入到主IC后,部分共模噪声会在IC内部转换为差模。主IC接收到混入了噪声的错误反馈值后,会输出错误的控制信号。在本例中,流过的电流超过了电机旋转所需要的电流,因此多余的电流被作为无用的能源浪费掉了。
在这种情况下,从输入到主IC的反馈信号中去除共模分量的噪声是有效的。由于三相电机的反馈信号由3线组成,因此使用了3线相结合的共模扼流线圈(CMCC)。
应用共模扼流线圈后进行相同的测试时发现,流过电机的最大电流的增加量显著减小。
通过这种方法,即使有外部噪声进入,也能防止电机控制受到干扰。此外,由于没有不必要的电流流动,因此可以防止电池容量的浪费。
由于服务机器人用于家庭环境,因此噪声对策很重要。在发射问题中,人们关注的是由电机驱动器产生的开关噪声放射引起的问题。在抗扰度问题中,外来噪声会进入驱动器的反馈信号线,并将错误的控制信号传输到电机,导致其可能产生误动作。