今日の製造工場では、プロセス制御データを継続的に収集する高度に自動化されたシステムがますます一般的になってきています。これらの自律システムは、センサーによって収集された正確な情報を通じて、正確なリアルタイム位置制御を提供します。-自動化された工場に広く普及している磁気エンコーダ、近接センサー、圧力トランスミッター、モーター、その他のデバイスはすべて、プラント レベルのデータを収集してパフォーマンスを向上させるための高度な位置センシングを必要とします。-
ロボット システムは言うまでもなく、位置検出に対するこの需要は、高性能のモーション コントロールを必要とするあらゆるシステムにおいて事実上遍在しています。{0}}位置センシング技術は、システムのパフォーマンスの上限を主に決定します。正確、高速、信頼性の高い位置測定は、リアルタイムの精度制御を実現するための前提条件です。-
3D ホール効果位置センシングのモーション制御アプリケーション
他の位置センシング技術と比較して、ホール効果位置センシングはおそらく産業オートメーションアプリケーションで最も広く採用されている選択肢です。リニア 3D ホール-効果位置センサーはモーター シャフトを監視し、センサー パラメーターはシステム制御、帯域幅、遅延に直接影響します。データ スループットと測定誤差の間のトレードオフによるシステム パフォーマンスの低下を避けるために、3D ホール センサーには ADC が統合されています。-これらは、高精度の信号チェーンを利用して高精度、低ドリフト磁場測定を実現し、その後、オンチップ温度センサー データを使用してシステム レベルのドリフト補償を行います。-
3D ホール-効果位置センサーが磁軸と温度のあらゆる組み合わせに対応できる機能は、現在の産業用途において非常に価値のある機能です。より広い磁場検出範囲とより広い周囲温度範囲にわたって優れたセンシング性能を維持することで、これらのセンサーは複雑な産業環境で優れた性能を発揮できます。例としては、TDK の柔軟なアーキテクチャで構成可能な HAL 39xy シリーズ センサー、TI の SPI-構成可能な TMAG5170 シリーズの高-精度リニア 3D ホール効果センサー-などが挙げられます。これらのセンサーは、選択可能な磁気感度範囲と温度補償オプションにより、モーション コントロール アプリケーションにおける磁気および機械設計に柔軟性をもたらします。ホール効果センサーを使用する場合、磁石の配置が柔軟性に欠けるという以前の誤解は解消されました。-
上記の 2 つのデバイスを見ると、TDK の HAL 39xy シリーズ センサーは強力な DSP と組み込みマイクロプロセッサを備えているのに対し、TI の TMAG5170 シリーズはオンチップ角度計算エンジンを組み込んでおり、オフチップ処理の必要性がありません。{2}柔軟なホール センサー フロントエンド構成により、さまざまなアプリケーションも容易になります。-モーション コントロール アプリケーションでは、これらの 3D ホール効果位置センサーの進歩により、自動化システムのさまざまな可能性が開かれています。{8}}
モーションコントロールアプリケーションにおける異方性磁気抵抗効果位置検出 (AMR)
異方性磁気抵抗効果には、材料内の s 軌道と d- 軌道の異方性散乱が含まれます。 AMR センサーは、約 3% の磁気抵抗比 (ΔR/Rmin) を示します。 AMR センシングは、モーション コントロール、特に自動車グレードのモーション コントロール システムに広範囲に応用されています。- AMR センサーが自動車グレードのモーション コントロールでますます重要な役割を果たすため、大手メーカーは AMR- ベースの磁気センシング ソリューションを開発しています。-
前述のホール センサーの線形変位測定とは異なり、AMR センサーは一般に高い精度を提供します。また、トルクリップルも低減します。高精度は磁気センサーの重要な指標です。技術的には、AMR センサーは通常、非常に低い消費電力、約 10ns の高速応答時間、および 3000 PPM/K 近くの温度ドリフトを特徴としています。具体的な精度は、メーカーのプロセスや構成によって異なります。
The dual-channel AMR sensing ADA457X series from ADI, featuring integrated signal conditioning amplifiers and ADC drivers, exhibits a typical angular error of just ±0.1° with output noise as low as 850μV rms. Infineon's single-AMR sensor TLE5109A16 series also achieves a typical error of ±0.1° across the 10 mT to >500mTの範囲。国内メーカーDuoweiの最新AMRセンサーは絶対精度0.1度を達成しました。
AMR センサーが飽和状態で動作する場合、その出力信号は絶対磁場強度の変化による影響を受けず、高磁場環境における堅牢性を実証し、システム全体に十分なマージンを提供します。{0}{1}
さらに、AMR センサーやその他の磁気センシング技術の場合、デバイスがパラメーターの劣化や磁石の経年変化に対する感度の影響を受ける範囲も考慮する必要があります。この問題も各メーカーの戦略次第だ。 NXP のアプローチには、AMR センサーの磁気抵抗センサー ブリッジ、混合信号集積回路 (IC)、および必要なコンデンサを単一のパッケージ内に統合することが含まれます。-統合された両方のチャネルは完全に独立して動作し、パラメータ劣化の影響を実質的に受けない完全に分離された設計です。各メーカーは独自のアプローチを採用しており、パラメータ劣化の影響を最小限に抑えるよう努めています。
まとめ
オートメーション システムのモーション コントロール アプリケーションの場合、磁気センシングには GMR および TMR テクノロジも含まれます。技術的な観点から見ると、これらは AMR よりも高い精度を提供しますが、技術的な課題が大きく、習得しているメーカーも少なくなります。自動車用途ではより広範に使用されています。
モーション制御アプリケーションの場合、優れた制御パフォーマンスを達成するには、正確な位置検出が必要です。 AMR センシングは測定範囲内で優れた感度と応答時間を実現し、高精度の位置測定を可能にします。高精度リニア 3D ホール-効果センサーも独自の機能を備えており、性能を犠牲にしたり、消費電力やコストを増加させたりすることなく、高速、正確、信頼性の高い測定を実現します。