由於世界各國即將跟進歐盟腳步，對機器人所產生的雜訊進行管制，因此機器人應用開發者必須採取對應的雜訊抑制對策。本文將針對輻射雜訊的來源進行深入分析，並介紹可行的抑制對策。

在30MHz~1GHz這個頻段，機器人的輻射雜訊主要來自馬達。根據機器人的應用場域，可能使用的馬達類型與適用的管制標準也會有不同。因此，本文將以使用有刷馬達的AGV與使用無刷馬達的服務型機器人作為研究對象。

有刷馬達輻射雜訊評估

針對有刷馬達，本文以內建直流有刷馬達的AGV作為調查對象。在本次調查中，研究團隊將磁帶黏貼在電波暗室的地板上，形成一圈，然後讓AGV圍繞磁帶做圓周運動並測量雜訊，測試環境如圖1。

 

圖1　直流有刷馬達雜訊評估環境。本測試參考CISPR11的測量環境，模擬實際使用環境的設備配置來評估輻射雜訊。

圖2是30MHz至1GHz的寬頻帶內觀測到的雜訊頻譜。由圖2可知，有部分頻代的雜訊強度已超過標準規範的容許值。

 

圖2　在30MHz~1GHz頻帶內觀測到的針狀雜訊頻譜

為進一步調查輻射雜訊的產生機制，研究團隊試圖對雜訊進行隔離，試圖確認輻射雜訊的天線與雜訊路徑。一般來說，有刷馬達的雜訊來源是馬達的放電雜訊，該雜訊會傳導到馬達電纜，並以電纜作為輻射天線。因此研究團隊特別針對圖3區域進行調查。

 

圖3　有刷馬達的雜訊隔離實驗

研究團隊將一個鐵氧體磁芯安裝在連接馬達與控制板的電纜上後，再次進行量測，結果發現全頻帶的輻射雜訊頻譜都減少了(圖4)。因此可以認為，整個系統中的雜訊源、傳導路徑跟輻射天線如圖5的(1)~(4)所示。

 

圖4　安裝鐵氧體磁芯後，觀測到的雜訊水準明顯降低

 

圖5　本案例中的雜訊產生機制

有刷馬達運轉時會產生電刷雜訊。這種電刷雜訊是有刷馬達運作時必定會產生的雜訊。電刷雜訊會傳導至圖5(2)所示的電纜上，這裡機器人使用的電纜大部分都是乙烯基護套電纜，很少使用遮罩電纜。也就是說，如果雜訊傳導至乙烯基護套電纜，這些雜訊就會輻射到空間中。

在連接馬達和控制板，即圖5(2)標示的電纜上配置鐵氧體磁芯後，馬達產生的電刷雜訊就會被鐵氧體磁芯阻擋，難以流入電纜，因為鐵氧體磁芯增加了電纜的阻抗，導致雜訊難以傳導。由於雜訊難以傳導至圖5(2)的電纜，電纜輻射雜訊因此減少。

電刷雜訊的有效解法

下面將介紹利用濾波器抑制電刷雜訊的應用案例。在此案例中，我們使用了共模扼流圈(PLT10HH)和X電容器(0.1uF) (圖6)。透過插入濾波器，成功地在全頻帶減少了雜訊頻譜，使其能符合雜訊容許值要求。且只使用少量零件，就能得到這個效果(圖7)。

圖6　在電纜上安裝濾波器，即可預防馬達產生的電刷雜訊傳導至電纜

圖7　插入濾波器前後的輻射雜訊比較