可穿戴电动机和驱动技术的进步

手机

有没有想过你的手机是怎么震动的？让我们看看。你的手机里有一个小型发动机，每当你收到通知时，它都会摇动你的手机。我在一部摩托罗拉手机上观察到了这种现象，我把手机的封底拿掉，拨打了那个号码。有趣的是，有一个半切缸(沿其轴线切断)连接到电机的轴，旋转非常快，以产生振动。
运动是使用发动机的主要动机。在嵌入式系统中，广泛使用电机的一个领域是机器人。如果你仔细研究一个类人机器人的结构图，你很可能会在完成评估时忘记动作数量。每个关节本质上都是一个发动机，有些关节还有多个发动机。

图1: 应用中的电机驱动器

种类及进展
让我们以人形机器人为例。对于不同的用例，我们需要大量的马达。例如，一种电动机用于提升机器的重型部件，而另一种电动机则用于控制机器各个部件的运动。然后，这些应用程序又需要类似的不同驱动程序。使用电机的系统设计正在赶上的一个趋势是使用直流电动机。“从汽车、风扇到可穿戴设备，我们看到无刷直流(BLDC)电动机的增加,
随着他们在嵌入式系统设计中越来越多的使用，通过不断的迭代和技术进步，电机的尺寸变得比以往任何时候都小。发动机和它们的驱动器正朝着更小、更智能、更安全和更快的解决方案发展。公司董事总经理 t. Anand 说: “驾驶员内置的霍尔传感器输入和反电磁力传感能力。”。他补充说，“这使得设计师可以减少零件数量，从而降低 BOM 成本。”
在家庭自动化和工业应用中，驱动程序也可以与无线电频率芯片组集成进行远程控制，从而实现远端诊断驱动。
无传感器控制
Kamat 说，“无传感器控制的 BLDC 电机的实施在许多最近的应用中被看到。消除像霍尔传感器这样的转子定位传感器不仅降低了成本，而且增加了可靠性无传感器驱动是基于检测由于定子绕组前方的电磁力永磁体转子的运动而引起的反向传感器。
InstaSPIN 是另一项技术，监测电机的通量，以确定什么时候换向电机。

德州仪器(印度)有限公司技术销售工程师 Anatya vallaph 说，为了实现无传感器控制、自动和集成状态机逻辑控制电机等功能，“需要高度智能的算法来控制系统。”。他补充道，“这些应该遵循旋转发动机的理论机制。”此外，还要注意操作过程中可能出现的实际故障。
Vallaph 解释说，“例如，无传感器控制背后的动机是最终用途的适用性。”德州仪器(印度) Pvt 有限公司的模拟应用工程师 Naveen Bevara 补充说，“电机通常包括所谓的位置传感器，它可以识别转子的位置(电机的移动部分)。识别转子位置对于电机在不同转速和负载变化时的控制至关重要。”
速度控制的可靠性
马达在当今应用领域(如空调、冰箱压缩机、洗衣机和冷却风扇)的创新用途之一是以可变速度驱动和控制马达，有时甚至关闭它，以提高产品效率。电机必须能够然后重新启动迅速和可靠的100% 的时间。这使得制造商能够提高产品的可靠性，通过使用变速马达技术提高效率，并从系统中淘汰昂贵的位置传感器。
自动调谐
在步进电机应用程序中运行驱动程序需要调整。如果使用手动调谐，则在调谐时很难找到要设置的精确点。自动调谐是一种智能系统，它寻求电机的最佳参数。自动调谐抑制振荡，产生摩擦补偿。它不需要你的任何输入。电动机将执行一系列的运动，以确定负载类型的控制和类型的耦合。这种调优包括大多数性能良好的应用程序。
意法半导体的 STSPIN 电机驱动器可以广泛应用于机器人定位系统、打印机电动机、相机自动对焦装置、牙刷电动机或注射泵，但不适用于便携式和可穿戴设计。尺寸为3毫米 × 3毫米，被称为最小的尺寸。

图2: 应用中的电动机

电源应用程序
提高功率效率始终是技术发展趋势的指导因素。贝瓦拉解释说: “在电力应用方面，更高的电能效率始终是新技术的指导因素。”电动机的功率范围从毫瓦到百万瓦不等。“电机和驱动电路的智能性能和提高效率是设计的重点领域,”他补充说。
当涉及到驱动电机的电子设备时，拓扑学、电力设备和集成领域的创新正在定义路线图。阿南德补充说，“这些系统的关键元素之一是能够在峰值时提供更高电流的电源。”
综合解决方案
现在可以使用集成电源设备和状态机来控制低功耗(大约/小于50w)的解决方案。例如，drv10983是一种集成功率 mosfet 的三相无传感器电机控制器，可以提供高达2a 的连续驱动电流。
与集成状态机，驱动器和功率 mosfet，它使用一个专有的无传感器控制方案，提供连续的正弦驱动，从而减少纯音音响，通常发生的结果是整流。设备的接口设计简单灵活。EEPROM 集成在 drv10983作为存储器的电机参数和操作设置。
Drv10970是一款集成的三相无刷直流电机驱动器，用于家用电器、散热风扇和其他通用电机控制应用。嵌入式智能、外形要素小、引脚结构简单，具有设计复杂、板空间大、系统成本低等优点。综合保护可以密切关注系统的鲁棒性和可靠性。
TC78S122FNG 是一种低功耗模块，具有多达四个通道的直流电刷电机。应用领域包括监控摄像头、银行终端机、视频老虎机以及冰箱和空调等家用电器。目前可在 DIP 包，东芝还计划推出一个四平套件很快。

值得期待的特性
基尔比实验室的工程师们开发了一种无传感器控制算法，并申请了专利，该算法将电力电子转化为智能门驱动器，并且不再需要位置传感器。最终的结果是一个更可靠的电机系统，将启动电机每次满负荷条件下。该系统还继续驱动和控制电机负载和速度性能的变化，根据应用程序的要求。
Kamat 说，“我们现在有很多种可供选择。”随着我们的前进，提高效率将永远是我们的重点。阿南德补充说，“最小化功耗是设计的一个关键目标。”氮化镓、碳化硅和其他这类新型半导体材料可能达到更高的效率。
总谐波失真是汽车驾驶应用中的另一个问题。目前使用的无源滤波在一定程度上缓解了这一问题，但由于其体积庞大，可能会引入基于负载的谐振。然而，结合主动和被动方法(混合)或纯主动方法可能是提高系统性能的可行解决方案。一些研发中心正在研究这些技术。