MagAlpha回転磁気センサをサイドシャフトモードで使用する

寄稿文

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概要

2020年2月 - 前回の寄稿文では、「シャフト端」モードでのMPS MagAlphaセンサを使用した磁石の種類とその使用方法について説明しました。本稿では、「サイドシャフト」モードトポロジーについて説明します。MPS MagAlphaセンサは、ICの中央にある回転磁石からの磁界を感知する一連のホール素子を使用します。この磁場は、通常、センサの上または側面に位置する正反対偏向磁石である単純なダイポールから生じます(図1を参照)。

図1 : MagAlphaセンサを使用したシャフト端モードとサイドシャフトモード

サイドシャフトトポロジーには、センサパッケージ表面が磁石の回転軸に対して垂直である「標準」サイドシャフトと、センサパッケージ表面が磁石の回転軸に平行である「直交」サイドシャフトの2種類があります。どちらの場合も、シャフト端モードよりも設計プロセスの検討が必要であり、MPS磁気シミュレーションツールは、実際の機械設計にコミットする前に性能を評価する効果的な方法を提供します。

はじめに

図2 : 直径方向に偏向した二極リング周りの半径方向および接線方向磁界

上述したトリミング動作の後、センサは、X軸またはY軸のいずれかの利得減少により低い結果の磁界を検出します。標準的なサイドシャフトトポロジーでは、センサホールアレイはICパッケージの幅のために磁石表面から遠く離れています。これら2つの効果を組み合わせると、マグネットリング設計には、センサの最小電界要件を満たすのに十分な残留磁気 (通常はBRで表される) が必要であることを意味します。200mT～300mT BR範囲では残留磁気が低いため、特にBCTトリミングによる減少後、フェライトおよびプラスティックフェライト磁石はサイドシャフト動作でうまく機能する可能性は低いです。

適切な電界強度を得るためには、通常、焼結 (約0.9T〜1.4T BR) または結合ポリマー形式 (約0.6T〜0.7T BR) のいずれかで、ネオジム鉄ホウ素 (NdFeB) などのより高い初期残界を有する材料からリングを作らなければなりません。接着ポリマーは、より大きな直径リングではコスト効率が高くなりますが、接着されたポリマーリングは、等サイズの焼結リングと比較して、電界強度が約半分になります。リングの寸法は、センサの最小磁界要件が選択された距離で、およびBCTフィールド調整後に確実に満たされるように調整する必要があります。

低電界強度が問題となる場合、MagAlphaシリーズにはサイドシャフトモード用に最適化された2つのセンサ、MA710とMA310があります。これらの製品は、最小磁場15mT (MagAlphaファミリのほとんどが通常30mT〜40mTであるのとは対照的に) に対応するために、より高い内部ゲインを持っています。

上記の例で使用されている MagAlphaファミリの磁気シミュレーションツールはここにあります。

このシミュレーションツールは、MagAlpha系列でサポートされているすべての磁石タイプとセンサから対磁石のトポロジーをサポートしています。異なる磁石タイプと位置が異なるセンサの性能を評価する効果的な方法を提供し、試行錯誤の必要性を排除します。システムに対する機械的および磁気許容範囲の影響は、ツールの詳細設定オプションを使用して入力して、角度分解能性能への影響を算出することもできます。

図3は、接着されたネオジムリングを使用したサイドシャフトの設計の例を示しています。リングの内径は20mm、外径30mm、高さ2mmです。この例では、リングは単純な二極直径方向偏向を持ち、700mTの残留磁気があります。標準的なサイドシャフトトポロジーでMA710センサを使用すると、ホールアレイが磁石の高さのちょうど半分のところになるようにセンサパッケージをリング磁石の側面に配置するのが理想的です。MA710 QFNセンサパッケージの高さは名目上0.9mmで、内部ホールアレイはパッケージ表面の0.5mm下にあります。したがって、垂直Zパラメータは0mmです。

図3 : 標準サイドシャフトトポロジーにおけるMA710角度センサ

シミュレータを使用して半径をr = 16.5mmから20mmまでスキャンすると、センサに適した位置はr = 17mmであることに注目してください (図4を参照)。この位置では、センサはICパッケージのエッジとリングマグネットの表面との間に0.5mmのエアギャップがあります。接線磁場Btは約18mTです。ラジアルフィールドBrは約82mTではるかに大きいので、BCTレジスタを介した補正を適用してラジアルフィールドの振幅を小さくしない限り、非リニアセンサの角度応答が発生します。シミュレータは、BCTに必要なレジスタ値を200に計算します。この値をセンサに適用すると、約11.3ビット (3シグマ) の分解能を持つソリューションが創成されます。

図4 : 磁界のシミュレータプロット 対 標準サイドシャフトトポロジーでセンサが観測する半径

図5に、シミュレータサマリーレポートを示します。

図5 : 磁気シミュレーションツールレポート

機械的および磁化許容度は、サイドシャフトモードにおけるセンサの直線性に大きく影響することに留意する必要があります。その結果、最終的な設計が期待を満たすためには、これらの許容度を考慮する必要があります。最初のパスでシミュレータを使用して初期設定が見つけ、アドバンスパラメータセクションでさまざまな許容値を追加して、さらに一連のシミュレーションを反復して実行することをお勧めします。許容度とその影響については、アプリケーションノート AN142 (「サイドシャフト構成における直線性」)で紹介しています。

MagAlphaセンサ全範囲の詳細については、こちらをご覧ください。

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