logotypen
 
 

IN FOCUS

Gallimnitridi tuo laatua, kestävyyttä ja luotettavuutta

Gallium-nitridi (GaN) tarjoaa merkittäviä etuja tehokkuuden ja tehotiheyden lisäämisessä, mikä mahdollistaa suunnittelijoille huomattavasti haastavampien virtalähdemääritysten täyttämisen verrattuna piipohjaisiin MOSFET-komponentteihin. Yksi kohtuullinen huolenaihe minkä tahansa uuden, merkittäviä etuja tarjoavan teknologian suhteen on sen kestävyys ja luotettavuus. Poistaaksemme mahdolliset epäilykset, joita käyttäjillä saattaa olla, tarkastellaan GaN-teknologian kestävyyttä, luotettavuutta ja laatua.

Lue lisää...

Automaation etuja halutaan hyödyntää yhä useammilla aloilla. Tämä taas kasvattaa merkittävästi sähkömoottorien ja niiden ohjausjärjestelmien kysyntää. Suunnittelijoiden haasteena on luoda innovaatioita yhä nopeammassa kehitysaikataulussa, mikä tekee oikeantyyppisen ohjausjärjestelmän valinnasta ensiarvoisen tärkeää.

Artikkelin kirjoittaja Steve Ikei toimii ON Semiconductorin moottorinohjaustuotteiden markkinointipäällikkönä.

Tutkimuslaitos Grand View Researchin1 laatiman ennusteen mukaan sähkömoottorien maailmanmarkkinat kasvavat 155 miljardiin dollariin vuoteen 2025 mennessä. Useat eri sektorit ajavat tätä kehitystä eteenpäin, muun muassa teollisen tuotannon automatisointi. Moottorit, toimilaitteet ja niiden ohjaimet ovat automatisoitujen järjestelmien kriittisiä komponentteja.

Yksi nopeasti kehittyvä sähkömoottorien markkinasektori on sähköautojen (EV) valmistus, jota kaikki merkittävät autonvalmistajat ajavat voimalla eteenpäin. Kansainvälisen energiajärjestön (IEA) tuoreimman markkinatutkimuksen (Global EV Outlook 20182) mukaan sähköautojen maailmanlaajuinen myynti ylitti viime vuonna miljoonan kappaleen rajan (1,1 miljoonaa), mistä Kiina vei 40 prosenttia. Tutkimusraportissa IEA ennustaa, että myytyjen sähköautojen määrä voi ylittää 220 miljoonan kappaleen rajan vuoteen 2030 mennessä.

Sähkömoottorin ohjausjärjestelmä on tärkeä osa, joka varmistaa moottorin toiminnan mahdollisimman korkealla hyötysuhteella alhaisen energiankulutuksen varmistamiseksi. Ohjausjärjestelmien tärkeys korostuu kaiken aikaa, ja suunnittelijat joutuvat kaupallisten paineiden alaisena kehittämään järjestelmiä niin, että ne täyttävät mahdollisimman hyvin monet tiukat vaatimukset. Näitä ovat muun muassa erittäin vähäinen energiankulutus ja ympäristönkuormitus. Ne pitää kuitenkin saavuttaa täyttämällä sovelluskohteiden kovat vaatimukset joustavuudesta ja vankasta rakenteesta.

Kehityshaasteita

Kaikkien sähkömoottorien toimintaperiaate on samankaltainen: kun sähkövaraus syötetään käämiin (staattoriin), siitä tulee sähkömagneetti. Staattori puolestaan on sijoitettu useiden magneettien muodostamaan magneettikenttään, jonka napaisuus on vastakkainen. Magneetit muodostavat yhdessä akselille sijoitetun roottorin.

Kun sähkömagneettiin syötettävän varauksen napaisuutta vaihdellaan nopeasti kommutaattorin avulla, moottorin akseli saadaan pyörimään. Tämä liike on moottorin lähdöstä saatava mekaaninen perusenergia. Moottoritekniikan edistyessä on kehitetty useita erilaisia moottorirakenteita, joita on vielä paranneltu jatkuvasti.

Nykyään tarjolla on lukuisia moottorityyppejä, jotka luokitellaan joko tasavirtamoottoreiksi (DC) tai vaihtovirtamoottoreiksi (AC). Vaihtovirtamoottorit ovat tyypiltään joko synkronisia tai epäsynkronisia eli induktiomoottoreita. Niiden perusero on se, että synkroninen vaihtovirtamoottori tarvitsee DC-teholähteen energian syöttämiseksi roottorille, kun taas epäsynkroninen AC-moottori ei tarvitse ylimääräistä teholähdettä. Automaatiosovelluksissa yleisesti käytetty AC-moottorityyppi on reluktanssiltaan säädettävä vaihtovirtamoottori, sillä sitä voidaan käyttää askelmoottorin tavoin.

Tasavirtamoottorit (tyypillisesti harjattomat BLDC-moottorit) ovat myös tulleet hyvin suosituiksi, sillä niiden hyötysuhde on erittäin korkea. BLDC-moottorissa kestomagneetit on sijoitettu roottoriin, ja sähkömagneetit sijaitsevat staattorissa. Askelmoottori puolestaan on DC-moottorin muunnelma, jonka roottori koostuu lukuisista magneeteista, jotka muistuttavat hammasrattaan hampaita. Tämän ansiosta moottorin rotaatiokulmaa voidaan säätää erittäin tarkasti halutun mekaanisen lähdön aikaansaamiseksi.

Askelmoottorit (yksi- tai kaksinapaiset), harjalliset DC-moottorit ja servomoottorit ovat automaatiosovellusten yleisimpiä moottorityyppejä, joihin voi törmätä esimerkiksi ajoneuvoissa ja roboteissa. Asynkroniset (induktio-) ja synkroniset (kestomagneetti-) moottorit ovat myös yleisiä, sillä ne ovat rakenteeltaan lujia ja hinnaltaan edullisia. Mihin tahansa sovellukseen käytettävissä olevat moottorityypit ovat kehittyneet siihen pisteeseen, että suunnittelijoilla on nykyään useita eri vaihtoehtoja, joista valita.

Digitaalinen moottorinohjaus tulee jatkuvasti yhä suositummaksi, koska ohjausyksikkö voidaan silloin sijoittaa hyvin lähelle moottoria ja käyttösovellusta. Sellaisten moottorien, joiden on toimittava tarkasti tietyillä kierroksilla – esimerkiksi kompressorien ja pumppujen - nopeutta voidaan säätää entistä tarkemmin käyttämällä digitaalista ohjausjärjestelmää. Digitaalinen ohjaus voi olla tehokas tapa myös nopeudeltaan vaihteleville moottoreille, joiden kierrosnopeus on suoraan verrannollinen ohjaustaajuuteen.

On tärkeää ymmärtää, että moottorisovellusten kehittyessä niiden ohjausjärjestelmienkin pitää kehittyä. Kehittäjillä tulee olla käytettävissä tehokas ja joustava moottorinohjausjärjestelmän suunnitteluympäristö, joka tarjoaa kattavan työkaluvalikoiman helpottamaan iteratiivista suunnittelua ja prototyyppien nopeaa tekoa.

Uusia ratkaisuja

Sähkömoottoria hyödyntävien sovellusten yleistyessä DC-moottoreita käyttävät suunnittelijat hyötyvät joustavasta ohjausmekanismista, jota voidaan käyttää kehitystyön perustana. Ilman todellista moottoria tapahtuvassa kehitystyössä mahdollisimman hyvää hyötysuhdetta tavoittelevat suunnittelijat tarvitsevat joustavan kehitysympäristön, johon voi luottaa.

ON Semiconductorin kehittämä moottorinohjausmoduulin kehityssarja (LV8548MCSLDGEVK) tarjoaa suunnittelijoille uuden intuitiivisen ratkaisun ohjausjärjestelmän rakentamiseksi. Se sisältää perustoimintoina moottorin eteen- ja taaksepäin ohjauksen sekä jarrutuksen täyteen siltamuotoon kytketyille kaksiharjaisille DC-moottoreille sekä yksinapaisille askelmoottoreille. Moottorinohjaimesta on tällä hetkellä saatavissa kolme eri versiota askel- ja harjamoottoreille.

Tämän vuoden loppuun mennessä valikoimaan on tulossa lisäksi kaksi uutta versiota harjattomien BLDC-moottorien ohjaukseen. Kukin moduuli voidaan yksinkertaisesti vain kytkeä peruspiirikortin liittimeen, mikä tarjoaa kehittäjille joustavan ympäristön moottorinohjausjärjestelmien suunnitteluun.

Kuva 1: ON Semiconductorin kehityssarja moottorinohjausmoduulin suunnittelua varten.

Suoraan liittimeen kytkettävä moottorinohjausmoduuli tarjoaa esisuunnitellun laitteen valmiina moduulina, joka perustuu avoimeen arkkitehtuuriin ja on valmis asiakasräätälöintiä varten.

Isäntätietokoneen ja Arduino MICRO*1 -ohjainkortin välinen USB-liitäntä antaa mahdollisuuden DC-moottorin ohjaamiseen sarjamuotoisella viestinnällä. Kehitysjärjestelmä koostuu Arduino IDE 1.8.4. -ohjelmistoa ajavasta Windows-PC:stä, ohjainkortista ja AC-sovittimesta, jonka lähtöjännite on 4 – 16 volttia ja lähtövirta noin 2 ampeeria.

Ohjelmisto sisältää API-kirjaston ja monille suunnittelijoille kaikkein tärkeimpänä tehokkaan graafisen käyttöliittymän (GUI), joka kykenee automaattisesti tuottamaan Arduino-koodia, jota voidaan siirtää Arduino Sketch -tiedostoina (.ino). Tätä koodia voidaan käyttää myös Arduino IDE -ohjelmiston kanssa.

Kuva 2: Automaattisesti tuotettu koodiluonnos.

Graafinen käyttöliittymä tukee kaikkia moottorinohjauspiirejä ja lukuisia eri moottorityyppejä kuten BLDC-moottoreita, askelmoottoreita ja harjallisia tasavirtamoottoreita. Sen tarjoama keskeinen ominaisuus on suunnittelutyön korkeatasoinen intuitiivisuus.

Kuva 3: Graafisen käyttöliittymän ikkuna.

Ohjausjärjestelmiä luodessaan suunnittelijat saavat apua ja vihjeitä näyttöruudulta, kun taas kattavat API-kirjastot tarjoavat yksityiskohtaisia toimintoja, jotka voidaan sisällyttää moottorinohjaimeen testaamista varten.

Kuva 4: Graafisen käyttöliittymän Tool Tip -näyttö.

Koska kehityssarja voi tukea erilaisiin moottoreihin perustuvia suunnitelmia, käyttäjän ruudulla näkemä käyttöliittymä (ON Motor Solution GUI) muuttuu aina kuhunkin käytettävään moottorityyppiin sopivaksi. Käyttöliittymä tukee helppoa parametrien asettamista ja ohjauspiirin konfigurointia tarvitsematta jatkuvasti seurata käsikirjojen ohjeita.

Käytännössä kehittäjät voivat luoda sovelluksia ilman yksityiskohtaisia tietoja käytettävästä moottorityypistä. Tämä nopeuttaa moottorinohjaimen suunnitteluprosessia tehokkaan ja nopean kehitysympäristön ansiosta. Esimerkiksi moottorinohjaimen API-kirjaston funktiota ”setTargetSpeed()” voidaan käyttää ohjaamaan harjallisille tasavirtamoottoreille tarkoitettua LV8548-ohjainpiiriä asettamalla vain kohteelle haluttu kierrosnopeus.

Suunnittelijoille LV8548MC-ohjainpiiri antaa Arduino-tietokoneen kautta mahdollisuuden erittäin korkeatasoiseen ohjaukseen ja tarjoaa lisäksi kehittyneitä vianhakutoimintoja, jotka eivät vaadi ylimääräisiä ohjelmistotyökaluja. Tämä on tärkeää, sillä kehitystyötä tekevät insinöörit voivat käyttää suoraan hyllystä löytyviä vakiokomponentteja toimivien ohjainprotojen rakentamiseen hyvin lyhyessä ajassa.

Potentiaali erilaisiin automaatiosovelluksiin on käytännössä rajaton, kuten käy ilmi tästä blogista, joka esittelee videon kera robottikäden ohjaamista:http://www.onsemi.com/community/blog/post/Robotic-Hand-Demo-with-Motor-Driver-Solutions-Kit

Lisätietoja Motor Drive Solutions Kit -kehityssarjasta löytyy osoitteesta:

http://www.onsemi.com/PowerSolutions/evalBoard.do?id=LV8548MCSLDGEVK&_ga=2.84201105.942718309.1529547760-2042082144.1521431210

Kun järjestelmien suunnitteluajat jatkuvasti lyhenevät, tämän kaltaiset työkalusarjat ovat entistä tärkeämpiä, jotta suunnittelijat voivat innovoida uusia tuotteitaan nopeasti ja tehokkaasti.

 

LÄHTEET

[1] Grand View Researchin tutkimus

https://www.grandviewresearch.com/press-release/global-electric-motor-market

[2] Global EV Outlook 2018 -tutkimus

https://www.connaissancedesenergies.org/sites/default/files/pdf-actualites/globalevoutlook2018.pdf

MORE NEWS

Mullistavaa 5G-verkkojen PAAM-antennia demotaan Barcelonan mobiilimessuilla

Kyocera ja Rohde & Schwarz esittelevät uraauurtavan millimetriaaltotaajuuksia (mmWave) hyödyntävän vaiheistetun antennimoduulin (PAAM) Mobile World Congress 2025 -tapahtumassa Barcelonassa. Innovatiivinen teknologia mahdollistaa useiden erisuuntaisten ja eri taajuuksilla toimivien säteiden samanaikaisen luomisen, mikä mullistaa 5G FR2 -verkkoinfrastruktuurin tehokkuuden ja skaalautuvuuden.

Suomalaismalli osaa arvioida GenAI-mallien tuotoksia tehokkaasti

Suomalainen tekoälyteknologia ottaa harppauksen eteenpäin, kun Root Signals -yritys julkaisee uuden Root Judge -mallin, joka on suunniteltu arvioimaan suurten kielimallien (LLM) luotettavuutta ja laatua. Tämä avoimen lähdekoodin malli tuo tarkkuutta ja läpinäkyvyyttä generatiivisten AI-järjestelmien arviointiin ja optimointiin.

ST kiihdyttää optisia yhteyksiä datakeskuksiin

STMicroelectronics (ST) on julkistanut uuden sukupolven piifotoniikka- ja BiCMOS-teknologioita, jotka mahdollistavat entistä nopeammat ja energiatehokkaammat optiset yhteydet datakeskuksissa ja tekoälyklustereissa. Uudet ratkaisut tukevat 800 Gb/s ja 1,6 Tb/s siirtonopeuksia, joita ollaan tuomassa laajamittaiseen tuotantoon vuoden 2025 toisella puoliskolla.

Litium-nikkeliakkujen hajoamisen syy löytyi

Dallasin Texasin yliopiston (UTD) tutkijat ovat löytäneet syyn, miksi litium-nikkelioksidi (LiNiO₂) -akut menettävät kestävyyttään ja rappeutuvat toistuvien lataussyklien aikana. Löydös voi avata tietä pitkäikäisemmille ja tehokkaammille akuille, jotka voisivat parantaa esimerkiksi sähköautojen ja älylaitteiden suorituskykyä.

NAND-flashin nopeus kasvaa

KIOXIA ja Sandisk ovat julkistaneet uuden sukupolven 3D-flash-muistiteknologian, jossa NAND-liitäntänopeus nousee ennätykselliseen 4,8 gigabittiin sekunnissa (Gb/s). Tämä tarkoittaa 33 prosentin parannusta edelliseen, 8. sukupolven versioon verrattuna.

Microchip toi tekoälyassistentin mikro-ohjainkehitykseen

Microchip Technology on ottanut tekoälyn hyötykäyttöön auttaakseen ohjelmistokehittäjiä ja sulautettujen järjestelmien insinöörejä koodin kirjoittamisessa ja virheiden korjaamisessa. Yhtiö on julkaissut uuden MPLAB AI Coding Assistant -työkalun, joka on ilmainen Microsoft Visual Studio Code -laajennus.

RISC-V-läppärit tulevat tänä vuonna

Vuosi 2025 tuo mukanaan merkittävän muutoksen kannettavien tietokoneiden markkinoille: avoimen arkkitehtuurin RISC-V-läppärit saapuvat kuluttajille. RISC-V on avoimen lähdekoodin käskykanta-arkkitehtuuri, joka tarjoaa vaihtoehdon perinteisille x86- ja Arm-pohjaisille prosessoreille, mahdollistaen laitteistojen entistä suuremman räätälöinnin ja vapauden.

Edullisempaa datankeruuta ethernetin yli

Vanhan NI-tuotemerkin nykyään omistava Emerson on esitellyt uudet NI CompactDAQ -tuoteperheen laitteet, jotka tarjoavat aiempaa edullisemman ja joustavamman ratkaisun datankeruuseen ethernetin yli. CDAQ-9187- ja cDAQ-9183-laitteet sekä NI-9204-syöttömoduuli mahdollistavat kustannustehokkaan testauksen ilman, että suorituskyvystä joudutaan tinkimään.

Kosketusta ja tietoturvaa ultrapienellä virralla

Sulautettujen järjestelmien ja IoT-ratkaisujen kehittäjät vaativat yhä energiatehokkaampia ja turvallisempia ratkaisuja. Renesas Electronics vastaa tähän tarpeeseen tuomalla markkinoille uuden RA4L1-mikro-ohjainperheen, joka yhdistää ultra-alhaisen virrankulutuksen, kapasitiivisen kosketustuen ja vahvan tietoturvan. 

Maailman ohuin superkondensaattori

Sveitsiläinen teknologiayritys Schurter on julkaissut uuden sarjan prismoitettuja superkondensaattoreita. SCPA-malli on maailman ohuin superkondensaattori vain 0,4 mm paksuudellaan. Tämä tekee siitä ihanteellisen komponentin mobiililaitteisiin, puettaviin teknologioihin, IoT-antureihin ja keskeytymättömiin virtalähteisiin.

Tekoäly on riski radioverkkojen protokollille

Ruotsin puolustusvoimien tutkimuslaitos FOI on julkaissut raportin, joka paljastaa tekoälyn ja koneoppimisen (ML) tuomat uhat langattomille verkoille. Tutkimuksen mukaan tekoäly voi optimoida langattoman viestinnän tehokkuutta, mutta samalla se avaa uusia mahdollisuuksia vihamielisille hyökkäyksille, joita perinteiset kyberturvallisuuskeinot eivät välttämättä tunnista.

FakeUpdates jatkaa kyberuhkien kärjessä

Tietoturvayritys Check tammikuun haittaohjelmakatsauksen perusteella FakeUpdates on yhä merkittävä kyberuhka ja keskeinen väline kiristyshaittaohjelmahyökkäyksissä. Suomessa uhkalistan kärjessä on Windows-käyttöjärjestelmään kohdistuva infostealer eli tietovaras Formbook .

VTT sai rahaa sirukoteloiden kehittämiseen

Euroopan sirusäädöstä (European Chips Act) ohjaava Chips Joint Undertaking on myöntänyt rahoitusta APECS-pilottilinjahankkeelle, joka keskittyy uusien paketointi- ja integraatioratkaisujen kehittämiseen. APECS-pilottilinjalle EU ja Suomen hallitus ovat myöntäneet 29 miljoonan euron rahoituksen, joka kohdistetaan VTT:n yhteiskäyttöisten puhdastilojen ja puolijohdevalmistusprosessien kehittämiseen.

OnePlus Watch 3: paremmat mittaukset ja pidempi akunkesto

OnePlus esitteli eilen uuden Watch 3 -älykellonsa. Kellossa on Googlen uusi Wear OS 5 -käyttöjärjestelmä ja se tarjoaa yhden Android Wear -älykellojen pisimmistä akunkestoista: jopa 16 päivän akunkeston virransäästötilassa ja viiden päivän akunkeston normaalissa älytilassa.

IoT-anturien tehonsyöttö edullisesti hallintaan

Uudenlainen primääriakun, superkondensaattorin ja tehonhallinnan yhdistelmä parantaa älykkäiden IoT-anturiverkkojen luotettavuutta sekä pidentää akkujen vaihtoväliä. Tämä puolestaan vähentää laitetoimittajien ja operaattorien kustannuksia. Microchipin ratkaisu tarjoaa parhaan kompromissin kustannusten, koon ja suorituskyvyn välillä.

Neljä anturia valvoo ilmanlaatua yhdessä paketissa

Bosch Sensortec on julkaissut uuden BME690-anturin, joka on alan ensimmäinen 4-in-1 -tyyppinen MEMS-anturijärjestelmä sisäilman laadun valvontaan. Kompaktissa paketissa yhdistyvä anturi mittaa kaasujen pitoisuuksia, kosteutta, lämpötilaa ja ilmanpainetta. Edeltäjiin verrattuna integrointiasteen nostaminen leikkaa tehonkulutuksesta jopa 50 prosenttia.

Instan uusi salain ei vuoda dataa

Teknologiayhtiö Insta on esitellyt uuden korkean turvallisuusluokan salaustuotteen, Insta SafeLink Secret -salaimen, joka on suunniteltu erityisesti turvallisuusluokan II (SALAINEN) tiedonsiirron turvaamiseen. Tämä tekee Instasta ensimmäisen suomalaisen toimijan, joka tuo markkinoille näin korkean turvallisuusluokan salausratkaisun.

Juoksuaan parantava Bittium vaihtaa toimitusjohtajan

Teknologiapalveluita tarjoava Bittium Oyj on vahvassa kasvuvaiheessa ja vaihtaa samalla toimitusjohtajaa. Nykyinen toimitusjohtaja Johan Westermarck on irtisanoutunut tehtävästään, ja hänen seuraajakseen on nimitetty Petri Toljamo, joka aloittaa tehtävässään 1. huhtikuuta 2025.

6G-professori Matti Latva-aholle merkittävä tunnustus

Oulun yliopiston 6G-lippulaivaohjelman johtaja, professori Matti Latva-aho on saanut WWRF:n Fellow -tunnustuksen. Arvonimitys julkistetaan tänään Intian Hyderabadissa Wireless World Research Forum (WWRF) -tapahtumassa, jossa Latva-aho on pääpuhujana.

C++ nousee Javan ohi

Helmikuun ohjelmointiyhteisöindeksi paljastaa kasvavan trendin ohjelmistokehityksen maailmassa: nopeus on valttia. Kun laskentatehon tarve kasvaa ja laitteistokehitys ei pysy vauhdissa, tehokkaat ohjelmointikielet keräävät suosiota. Tämä näkyy myös kielten suosiota mittaavassa TIOBE-indeksissä.

IoT-anturien tehonsyöttö edullisesti hallintaan

Uudenlainen primääriakun, superkondensaattorin ja tehonhallinnan yhdistelmä parantaa älykkäiden IoT-anturiverkkojen luotettavuutta sekä pidentää akkujen vaihtoväliä. Tämä puolestaan vähentää laitetoimittajien ja operaattorien kustannuksia. Microchipin ratkaisu tarjoaa parhaan kompromissin kustannusten, koon ja suorituskyvyn välillä.

Lue lisää...

Ota nämä seikat huomioon, kun teet räätälöityjä laitteistoja

Markkinoilla on tarjolla suuri määrä valmiita laitteistoratkaisuja ja ohjelmistoalustoja. Kun valmiit ratkaisut eivät suoraan sovellu aiottuun käyttötarkoitukseen, tarvitaan usein asiakaskohtaisten laitteistojen ja ohjelmistojen suunnittelua. Tämä artikkeli käsittelee keskeisiä asioita, jotka on huomioitava tietotekniikkaa sisältävän tuotteen teknisen ratkaisun valinnassa ja suunnittelussa.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
  
R&S -koulutus: RF Mittaustekniikan 2-päiväinen koulutus (huom. maksullinen)
Vantaalla 12.-13.3.2025
Ilmoittautuminen: RF Mittaustekniikka - Rohde & Schwarz Finland Oy
 

 

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 

ETNinsta

THIS SPACE TEMPORARILY LEFT BLANK
 
article