MA800ファミリ非接触角度センサはロータリスイッチアプリケーションの信頼性を向上
役立つ情報を毎月お届けします
プライバシーを尊重します
ほとんどの回転式ユーザーインタフェースで使用される機械式ポテンショメータとスイッチは、機械的な摩耗と環境損傷の影響により動作寿命が限られており、信頼性が低くなります。本稿では、磁気非接触センシングでこれらの問題を解消し、同時に追加の利点と機能を提供する方法について説明します。
回転式ノブは、洗濯機のプログラムセレクタから車のインフォテインメントおよびナビゲーション制御システム、オーブンの温度制御ノブまで、人間と機械の間のインタフェースが必要な多様なアプリケーションで使用されます。これらのアプリケーションは、通常、従来のポテンショメータまたは場合によって機械的な回転スイッチを使用します。このようなアプローチの欠点は、動作寿命です。ポテンショメータの抵抗トラックやスイッチの接点は繰り返し回転して摩耗し、そのようなソリューションは、多くの場合、約10万サイクルに制限されています。また、ロータリシャフト機構への汚れや湿気の侵入などの環境要因により、故障が発生しやすくなります。
磁気角度センサを使用して非接触センシングを実装することは、回転体インタフェースに明確な利点があります。明らかな利点は、摩耗する接触部品がないので、はるかに長い寿命であることです。さらに、センサが磁石から物理的に分離しているという事実は、センサの完全な気体分離が可能であることを意味し、汚れや湿気の侵入の可能性を取り除きます。
MagAlpha MA800ファミリは、上記のアプリケーションでアナログポテンショメータまたはロータリスイッチを置き換えるように設計された、新しく使いやすいデジタル磁気センサです。センサは回転ノブに付けた永久磁石の絶対角位置を検出します。通常、直径3mm～8mmの単純な直径磁化シリンダで十分です。
30mTから150mTの広いフィールド強度範囲がサポートされ、ロータリノブとセンサの機械的配置に柔軟性を与えます。代表的な配置は図1に示します。
図1: MA800を用いた非接触センシングを用いたポテンショメータ用組立例
MA800ファミリの中心には、SpinAxisTMと呼ばれる独自の角度ホールセンシング技術があり、複雑なアナログデジタル変換と数学的計算を必要とせずに機械的角度情報をデジタル形式に変換します。センサアーキテクチャのブロック図を図2に示します。
図2: センサのブロック図
このユニークなアプローチは、そのシンプルさのために高いパフォーマンスと費用対効果を提供し、価格に敏感なコンシューマ機器においても、MA800ファミリは既存のポテンショメータまたはメカニカルスイッチソリューションに対して競争力をもっています。
MA800ファミリには 、MA800、MA820、MA850という3つの製品があります。
MA800センサはSPIまたはSSIインタフェースを介してデジタル角度の読み取りを出力します。これにより、あらゆるタイプのマイクロコントローラとのインタフェースが容易になります。デジタル角度は、0～360の機械的角度に対し8ビット分解能を持つ絶対値です。絶対値であるため、電源を入れ直した後でも位置情報は常に真です。
MA820は、プログラム可能な、インクリメンタルな、ABZエンコーダ・インタフェースを備えています。これにより、2つのチャネル (AとB) の直交符号化信号が、各チャネルに対してプログラム可能なパルス数をフルターンごとに提供します。チャネルあたりのパルス数は、1回転あたり1から最大64まで設定できます。2つのチャネルの90°直交間隔も、ターン情報の方向を提供します。使用例としては、グラフィカルインタフェースのボリュームまたは温度コントロールやメニュー選択スクロールホイールなどがあります。
ノブのゼロ位置を参照するために、インデックスパルス出力 (Z) が提供されます。ゼロ参照は、システムの製造中に設定でき、デバイスの不揮発性メモリにプログラムできます (図3を参照)。
図3: 直角位相ABZ波形
MA850は角度に比例するリニア電圧を提供するためにフィルタすることができるPWM出力の機能があります。このようにMA850は従来のポテンショメータ・ソリューションのアナログ出力電圧に組み込む必要があるアプリケーションに適しています。PWMの8ビットの分解能と周波数は約3kHzです。R-Cネットワークを出力に追加すると、3.3V電源の10～90%のデューティサイクル範囲で出力電圧が得られます (図4参照)。
0～5Vのアプリケーションでは、R-Cネットワークを簡単なオペアンプ回路でバッファリングしてより広い出力電圧範囲を提供できます。
図4: フィルタされたPWM波形
一部の回転式インタフェースでは、プログラムの選択を実装するためにプッシュボタン機能も必要です。例えば、ラジオ局をスクロールして、あなたが聞きたいものを選択することは、以前は接触スイッチの形でノブにさらに機械的な複雑さを加えることによってのみ可能でした。MA800ファミリは、センサへの磁石の距離を検出し、それらのしきい値がトリガされるタイミングを示す専用信号を提供するプログラム可能な磁場強度しきい値を有することにより、プッシュまたはプルボタン機能を実装する機能を提供します。したがって、非接触プッシュボタン機能は、磁石をセンサから近づけたり遠くに移動させるロータリノブの簡単なスプリングアクションで簡単に実装できます。しきい値の設定を表1に示します。
| MAGLOW / MAGHIGH | mTのフィールドしきい値 | ||||||||
| 低磁界から高磁界まで | 高磁界から低磁界まで | ||||||||
| 000 | 20 | 15 | |||||||
| 001 | 36 | 31 | |||||||
| 010 | 51 | 46 | |||||||
| 011 | 67 | 62 | |||||||
| 100 | 83 | 78 | |||||||
| 101 | 99 | 94 | |||||||
| 110 | 114 | 109 | |||||||
| 111 | 130 | 125 | |||||||
表1: 磁気しきい値
2つの検出方向はプログラム可能なMAGHIGHおよびMAGLOWのしきい値と共に実装され、プッシュまたはプルのいずれかを検出することを可能にします。
図5: プッシュボタン検出B (mT) vs. エアギャップ
SPIインタフェースを介してレジスタが書き込まれるたびに、構成パラメータはMA800ファミリデバイスの不揮発性メモリに自動的に保存されます。不揮発性メモリは、リファレンスゼロ角度位置、1ターンあたりのABZパルス設定、磁場検出しきい値などのパラメータにストレージを提供します。
MA800ファミリは3.3Vの供給から作動し、QFN (3mm x 3mm) パッケージで提供されます。動作温度は-40°C～125°Cです。
結論
MA8xxファミリの独自の柔軟性により、設計者は、回転インタフェースアプリケーションの信頼性を向上させる革新的な方法を提供すると同時に、エンドユーザーの経験に高い機能性を追加できます。小型で費用対効果が高く、多種多様な消費者向け、産業用、車載用途に適しています。
_________________________
興味のある内容でしたか? お役に立つ情報をメールでお届けします。今すぐ登録を!
アカウントにログイン
新しいアカウントを作成