СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №8/2016

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 50 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2016 Вращающийся ротор, соединённый с измеряемым объектом Диаметрально намагниченный магнит Силовые линии магнитного поля Элементы Холла Микросхема ENC_ASIC2 Плата Bz Вал S N Нормальная компонента индукции магнитного поля, мТ –0,05 0,05 0,1 0,15 –0,1 5 0 4 3 2 Координата Y, мм Координата X, мм 1 0 –1 –1 0 1 2 3 4 5 –2 –2 –3 –3 –4 –4 –5 –5 Малогабаритные датчики углового положения на основе микросхемы однокристального магнитного энкодера Рис. 1. Упрощённая конструкция торцевого датчика положения, Bz–z-компонента индукции магнитного поля Рис. 2. Трёхмерное распределение магнитного поля цилиндрического диаметрально намагниченного магнита D6 × 4 мм NdFeB при удалении 1 мм Распространёнными задачами при построении современных систем управления двигателями, подвижными узлами и механизмами является измерение углового положения вала с установкой датчика на его торце. Такая конструкция позволяет минимизировать размеры при использовании однокристальных энкодеров. В статье приведён обзор разработанной микросхемы однокристального энкодера, особенности и примеры применения энкодера для создания датчиков положения, описано влияние внешних магнитных полей на его характеристики на примере ротора вентильного двигателя. Георгий Прокофьев, Вениамин Стахин, Роман Германов (г. Зеленоград) В ВЕДЕНИЕ Использование магнитного прин- ципа определения положения явля- ется активно развивающимся направ- лением создания датчиков положе- ния. Магнитный принцип, благодаря относительной простоте конструк- ции, позволяет обеспечить высокую надёжность и широкий рабочий диапа- зон температур от –60 до +150 ° С. Кроме того, использование магнитного поля для детектирования положения позво- ляет расширить области применения и использовать данный тип датчиков в условиях повышенной загрязнён- ности среды и повышенной влажно- сти воздуха, что является бесспорным преимуществом по сравнению с опти- ческими датчиками. Датчики положения на магнитном принципе основаны на детектиро- вании пространственного распреде- ления магнитного поля постоянно- го магнита, связанного с положением измеряемого объекта. Одной из рас- пространённых задач является изме- рение углового положения вала с воз- можностью установки датчика положе- ния на торце вала. Для решения таких задач АО «ЗНТЦ» была спроектирова- на микросхема однокристального маг- нитного энкодера углового положения ENC_ASIC2 [1]. П РИНЦИП РАБОТЫ И ПАРАМЕТРЫ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ ТОРЦЕВЫХ ДАТЧИКОВ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ Упрощённая конструкция магнитной системы торцевого датчика углового положения ротора показана на рисун- ке 1. На валу ротора закреплён диаме- трально намагниченный постоянный магнит, под магнитом размещается микросхема однокристального энко- дера. Магнит создаёт магнитное поле с двумя экстремумами, трёхмерное рас- пределение магнитного поля показа- но на рисунке 2. Вдоль радиуса магни- та z-компонента индукции магнитного поля описывает синусоиду, фаза кото- рой однозначно определяет положение в пределах одного оборота. Таким обра- зом, измерение z-компоненты индук- ции магнитного поля позволяет опре- делить угловое положение вала. Важным параметром является рас- стояние между магнитом и микросхе- мой энкодера, определяющее значение индукции магнитного поля. Было про- ведено моделирование значения вели- чины нормальной компоненты индук- ции магнитного поля по окружности радиусом 1,1 мм от центра, совпадаю- щего с центром магнита и находящего- ся на определённом расстоянии от его поверхности. На рисунке 3 приведены зависимости максимума z-компоненты (нормальной компоненты) индукции магнитного поля на радиусе 1,1 мм от расстояния для разных конфигураций магнита, полученные методом чис- ленного моделирования трёхмерной модели магнита. Из рисунка 3 видно, что индукция магнитного поля магни- та NdFeB составляет от 20 до 130 мТл. При этом, чемшире магнит, тем индук- ция магнитного поля меньше и слабее зависит от расстояния.