Новые концепции датчиков скорости / положения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Новые концепции датчиков

скорости/положения

Светлана СЫСОЕВА

S.Sysoeva@mail.ru

В статье представлены новые концепции магнитоуправляемых датчиков скорости/положения, значительная часть из которых основана на ранее выполненной классификации типичных автомобильных задач и представляет собой новые идеи автора концептуального уровня. Статья также включает обзор других наиболее заметных обновлений и инноваций в области автомобильных датчиков скорости/положения.

Введение

Измерительные принципы, лежащие в основе механических, магнитных и электрических конфигураций автомобильных магнитоуправляемых датчиков, уже достаточно хорошо известны специалистам [1-7]. Процесс их классификации для применения численных методов привел к появлению на свет и некоторых других очевидно успешных модификаций измерительных схем, являющихся результатом проработки различных возможностей комбинирования признаков и заимствования преимуществ из одной схемы с целью получения их в другой. Анализ общности задач, решаемых за счет такого усовершенствования, позволил вывести новые предложения автора на уровень концепций.

Инновации направлены на синтез оптимальных автомобильных мехатронных систем, что предполагает эволюционное усовершенствование известных конфигураций и максимальное использование именно преимущественных признаков. В этом направлении и работают ведущие специалисты в области сенсорной мехатроники — с целью оптимизации как автомобильных, так и промышленных или потребительских измерений.

Рассмотрению всех наиболее новых и заметных концепций датчиков скорости и положения, разработанных в мире в течение 2007 года, и посвящена данная статья.

Расширенные концепции датчиков скорости и положения

Расширенные концепции датчиков скорости/положения/направления или новые, не публиковавшиеся ранее идеи представляют собой измерительные конфигурации, показанные на рис. 1-4, в которых для простоты иллюстрации использованы чувствительные элементы на основе эффекта Холла. Во многих схемах элементы Холла могут быть замещены многими другими магниточувст-

вительными элементами — на основе полупроводникового магниторезистивного эффекта Гаусса, магниторезистивных эффектов АМР/ГМР, а также магнитоиндуктивными элементами, либо схемы могут быть модифицированы для применения этих эффектов.

Концепция 1. Поворотный (вращаемый при монтаже) или повернутый (с фиксированным углом поворота) магнитоуправляемый датчик скорости и положения с согласованными первичными сигналами

Данная концепция представлена на рис. 1. Нарис. 1а, б показано, что интегральный одноосевой энкодер типа A3280 Allegro Microsystems, разработанный для многополюсных магнитных роторов, можно использовать и в схеме с обратным магнитным смещением ферромагнитного зубчатого ротора (которая ассоциируется с дифференциальной ИС Холла). Одна новая идея состоит именно в применении ИС одноосевого синусно-косинусного энкодера для детектирования скорости/положения ферромагнитного зубчатого ротора, а вторая состоит в YZ-повороте модуля, который выполняется для согласования расстояния между элементами Холла в направлении чувствительной тангенциальной оси Y с данным периодом кодирования ротора T (в данном примере равном 6 мм). Элементы Холла в плоскости ИС A3280 физически разнесены на 1,63 мм, но поворот на угол а = 23° позволяет преобразовать датчик в эквивалентный с расстоянием 1,5 мм, которое соответствует T/4.

Рис. 1в представляет аналогичную концепцию для повернутого в плоскости YZ дифференциального датчика скорости ферромагнитного зубчатого ротора с ИС TLE4921 Infineon.

Сама по себе идея поворота строковых элементов Холла не нова и представляет собой механической способ подстройки датчика под более мелкомодульные роторы (модуль ротора определяется как m = D/K, где D — средний

диаметр зубчатой шестерни, К — число зубьев) и мелкозубчатые (период кодирования связан с модулем ротора соотношением Т = пш). Этот способ актуален и обычно ассоциируется именно с энкодерами — в связи с тем, что расстоянию между элементами Холла соответствует четверть периода кодирования, а не половина, как с дифференциальными ИС (рис. 1а-в). Если представить это в цифровом выражении, то для расстояния, к примеру, 2,2 мм между элементами Холла идеальное соответствие синусно-косинусным сигналам будет достигаться с энкодерным ротором с периодом Т = (2,2x4) = 8,8 мм, идеально синусным в противофазе — с дифференциальным ротором с периодом Т = (2,2x2) = 4,4 мм.

Магнитные роторы сами по себе обеспечивают получение более высокого уровня первичного сигнала магнитоуправляемых датчиков, чем ферромагнитные в схеме с обратным смещением, причем большие значения Т обычно соответствуют более высоким уровням первичных сигналов. Поэтому для снятия этих сигналов достаточно одноосевых синусно-косинусных энкодеров — нет необходимости удваивать сигнал в дифференциальной схеме. Подстройка энкодеров под меньший период Т ротора актуальна только в конкретной схеме.

Для дифференциального способа измерений подстройка датчика под конкретные мелкомодульные роторы со средним шагом Т/2 = 2,2-2,5 мм еще менее актуальна (рис. 1в). Такие роторы встречаются редко, отчасти в связи с тем, что уровень первичного сигнала, обеспечиваемый эффектом Холла, слишком слаб.

Напротив, для роторов с шагом Т/2>2,5 мм (до 5-8 мм) с ИС ТЬБ4921 обеспечиваются крутые сигналы, достаточно близкие к синусоидальным, дающие хорошие результаты переключения (рис. 1г) [8].

Но из этих рассуждений вытекает один положительный вывод — так как дифференциальную ИС или энкодер, а также и любую ИС с одним чувствительным элементом, и ИС

Т = 6.0

100-р

АВ, 80--мТс

---------Т = 4 мм

---------Т = 10 мм

........ Т = 8 мм

---------Т = б мм

--------- Т = 3 мм

---------Т = 5 мм

-4 -3 -2 -1

\ \ у__ \ \ v ч

В, мТл

Тч: <7> C\X?5

Bsin(t) ЗС/.

Bcos(t)

Bxv(t) -

Bpi_FF(t) / x-V

Bmsin(t) / / > / / \\

-200 ■ H

-10 t '—' 10

В, мТл

В, мТл

Рис. 1. Поворотный/повернутый магнитоуправляемый датчик скорости и (или) положения с согласованными первичными сигналами (а — угол поворота чувствительного элемента): а, б) поворотный энкодер ферромагнитного зубчатого ротора: а) измерительная конфигурация; б) повернутый сенсорный модуль энкодера:

1 — ферромагнитный зубчатый ротор с периодом кодирования T = 6 мм; 2 — ИС одноосевого энкодера — A3280 Allegro Microsystems;

З — элементы Холла, физически разнесенные в плоскости ИС на 1,63 мм, но при повороте ИС в плоскости YZ смещенные в направлении чувствительной тангенциальной оси Y на 1,5 мм; 4— магнит обратного смещения;

в) закорпусированный бесконтактный дифференциальный датчик с сенсорным модулем, повернутым в плоскости YZ относительно выровненного в этой плоскости фиксированного положения бесконтактного датчика на угол а, отличный от 90°: 1 — ферромагнитный зубчатый ротор с периодом кодирования T = 4,7 мм; 2 — бесконтактный датчик;

3 — повернутый на угол а = 70° в выровненном датчике 2 закорпусированный сенсорный модуль; 4 — дифференциальная ИС — TLE4921 Infineon;

5 — элементы Холла, физически разнесенные в плоскости ИС на 2,5 мм, но при повороте ИС в плоскости YZ на угол а = 70° смещенные в направлении чувствительной тангенциальной оси Y на T/2 = 2,35 мм;

г) дифференциальные сигналы TLE4921 Infineon как функция периода кодирования T;

д) резьбовой поворотный дифференциальный датчик скорости неферромагнитного зубчатого ротора с дифференциальной ИС типа HAL320 Micronas Intermetall:

1 — штампованный ферромагнитный зубчатый ротор; 2 — резьбовой бесконтактный датчик в алюминиевом корпусе; 3 — контакты соединителя;

е—з) сравнение первичных сигналов дифференциального датчика ферромагнитного зубчатого ротора при повороте на угол а = 60°:

е) синусно-косинусные и результирующий дифференциальный сигнал BXY(t) на фоне нормального дифференциального сигнала Bp^t);

ж) синусные и косинусный первичные сигналы и результирующие дифференциальные сигналы BXY(t) и В^Мпри наличии паразитных смещений вследствие магнитных неоднородностей на фоне несмещенных сигналов;

з) первичные и результирующие сигналы как функция угла поворота ротора (линейного перемещения у при развертке профиля по оси Y);

I ■'

Рис. 1. Поворотный/повернутый магнитоуправляемый датчик скорости и (или) положения с согласованными первичными сигналами (а — угол поворота чувствительного элемента): и) резьбовой поворотный дифференциальный датчик скорости/положения резьбового дипольного магнитного ротора:

1 — резьбовой дипольный ротор в металлическом неферромагнитном (алюминиевом) корпусе;

2 — резьбовой бесконтактный датчик в алюминиевом корпусе; З — контакты соединителя; к, л) примеры крупномодульных и нерегулярных структур:

к) крупномодульный колпачковый cap — ротор распределительного вала; л) несимметричный ферромагнитный ротор распределительного вала: 1 — ротор; м, н) повернутые на угол а рабочие двухосевые модификации датчика типа AS5040 Austriamicrosystems с массивом ортогональных элементов Холла, разнесенных по диаметру 2,2 мм; м) одноосевой дифференциально-энкодерный датчик, полученный при повороте датчика на угол а = 26,5°:

1 — многополюсный магнитный ротор с периодом кодирования T = 1,96 мм; 2 — ИС двухосевого энкодера типа AS5040; З — массив крестообразных элементов Холла, при повороте смещенных в направлении тангенциальной оси Y на T/4 = 0,49 мм относительно друг друга и на T/2 = 0,98 мм попарно; н) дифференциально-энкодерный датчик гибридного ротора, полученный при повороте датчика на угол а = 45°:

1 — гибридный ротор, включающий многополюсный магнитный ротор с периодом кодирования T1 = 6,12 мм и ферромагнитный ротор с периодом кодирования T2 = З,З4 мм; 2 — ИС двухосевого энкодера типа AS5040;

3 — массив крестообразных элементов Холла, при повороте смещенных в направлении тангенциальной оси Y на T1/4 = 1,5З мм

энкодера с тремя или четырьмя строковыми элементами Холла можно вращать в плоскости У2, это вращение, по сути, эквивалентно преобразованию или виртуальной замене ротора на более крупномодульный и означает возможность давать большие допуски монтажа на угол а. Поэтому резьбовые аксиальные датчики скорости/положения/направления в металлических неферромагнитных (алюминиевых или из нержавеющей стали) или пластмассовых корпусах (рис. 1д) — действительно хорошая альтернатива датчикам, применяющим фланцевый монтаж (рис. 1в). В датчике на рис. 1д использован ИЛЬ320 МкгопаБ 1п1егше1а11.

Следующая мысль является следствием этих же рассуждений и состоит в том, что любой дифференциальный датчик может быть

личину Вшам х, вычитать косинусный сигнал Бу(г) = Ву_Млхсо5(фо+фМ)+£млзм_г теоретически той же амплитуды Бмлх у = Бмлх х = = Бшх, смещенный относительно (в идеале,

на ту же величину Бмла = бмлом_г = бмаом_» с одинаковой начальной фазой ф0), также получится гармонический дифференциальный

Бху(г) = Бх) Бу(г) = Бмлх (8ш(ф(£ ))-С08(ф(г))).

Этот сигнал характеризуется приблизительно на четверть меньшей амплитудой, чем нормальный дифференциальный сигнал Бит (г) = Бх (г )-Б-х (г) = 2Бмлх вт(фо+ф(г)) (рис. 1е), под которым математически будем понимать сигнал, получаемый на выходе дифференциального усилителя с помощью двух синусоидальных сигналов в противофа-зе на входе. То есть для получения нормального дифференциального сигнала второй сигнал должен описываться выражением:

Б-Х(г) = = Бх_млх 5т(фо+п+ф(г ))+Бмлсм_-х = = -Бмлх Й1п(ф0+ф(г))+БMЛGN_-X•

Но сигнал Бху(г) столь же устойчив к паразитным смещениям Б0рр х, Б0рр у и Б0рр -х, искажающим БмЛда, как и сигнал Би1рр(г) (на рис. 1ж все смещения приняты как положительные константы, то есть прибавляются к БмЛда), что находится в соответствии с выражением:

Бху(г) = Бх(г )-Бу(г) = = Бмлх (й1п(фо+ф(г))-С08(фо+ф(г))) +

+ (BMAGN_X+BOFF_X-

).

сведен к энкодерному механическим поворотом дифференциальной ИС на угол а = 60°. Хотя обработку первичных сигналов по-прежнему будет выполнять дифференциальный усилитель с алгебраическим вычитанием, при этом фактические первичные сигналы будут смещены друг относительно друга на 90° — четверть периода кодирования. То есть можно говорить о новой концепции повернутого энкодера ферромагнитного зубчатого ротора (это понятие вводится в данной статье впервые).

Если из синусного сигнала Бх (г) = Бх Млх (г)х xsin(фo+ф(^))+БмлGN_хс амплитудой Бх_млх с фазовым аргументом, переменным во времени ф(г) = 2к^, где f— его частота, который получается при смещении сигнала датчика южным полюсом магнита на постоянную ве-

Во времени дифференциальный сигнал синфазен синусоидальному, сигнал Бху (г) смещен (рис. 1е, ж).

Если же синусно-косинусные сигналы представлять как функцию механического угла поворота ротора ф, или линейного перемещения у при развертке профиля ротора с началом отсчета у =0 в центре между чувствительными элементами (рис. 1з), нормальный дифференциальный сигнал будет косинусным (или косинусным в противофазе, в зависимости от того, какой сигнал вычитается или какой из сигналов подключается к минусовому входу дифференциального усилителя), а оба исходных сигнала — синусными. Такая визуальная интерпретация позволяет записать, что:

Бх (у) = Бх_млх ^п(у),

Б-х (у) = -Бх_млх йт(у) и

Bdiff (у)

_ d{Bx{y)-B_x(y)) ^ dy

2BMAxxcos(yl

Бху (у) можно выразить аналогично, дифференцируя разницу синусно-косинусных сигналов. Будет получено выражение:

_ d{Bx(y)-BY(y)) ^ dy

~ В МАХ

хСсов^+ап^)).

Вместо дифференцирования в математическом описании может быть использовано и интегрирование, но пусть на этот раз синусный первичный сигнал вычитается из косинусного:

вхг(У) = 1(ВХ(У)-ВГ(У))ЛУ =

У

= j(cos(y)-sm(y))dy =

У

= ВМАХХ (соэ(у:± С1) - ± С 2)),

где С1 и С2 — константы.

Соответствующие графики сигнала скорости/положения показаны на рис. 1з. Для получения частотного сигнала могут быть использованы фиксированные пороги переключения Б0Р и Бкр. Прямоугольные импульсы (не показаны) затем можно применить для синхронизации с учетом некоторой фиксированной абсолютной фазовой погрешности таймирования (например заданной константой С1 или С2).

Если в дополнение анализировать опережение/запаздывание синусно-косинусных сигналов одноосевой схемы, одна обычная дифференциальная ИС, механически преобразованная в физически двухосевой, но функционально одноосевой дифференциальный энкодер, может давать информацию о направлении. Применяя функцию арктангенса, можно в пределах Т с высокой точностью анализировать угол поворота ротора ф:

ф = arctg

^sin((p)^

СОв(ф)

Ч У

Если же угол а поворота полученного аксиального дифференциального энкодера относительно оси У (отсчет в плоскости У2 относительно оси У) увеличивать до 90°, снова можно осуществить подстройку энкодерно-го устройства под более мелкозубчатые роторы, хотя по мере приближения а к 90° такая подстройка будет терять смысл. Но в то же время плюс от такого вращения — возможность выделения одного из сигналов и использования для обнаружения выделенной инкрементальной отметки.

Таким образом, дифференциальный датчик теоретически можно вращать в плоскости У2 на любой угол в пределах 360°, добиваясь желаемого соотношения сигналов, как и одноэлементный датчик, который, как известно, можно вращать относительно ротора на любой угол в пределах 360°.

Никаких ограничений на начальный угол поворота ф = а не существует в торцевом исполнении датчика любого функционального типа относительно дипольного магнитного ротора (рис. 1и). В этом исполнении с плоскостью детектирования ХУ нет ограничений на соответствие расстояния между элементами Холла периоду кодирования Т, равному диаметру магнита. Необходимо лишь формальное соответствие какой-то одноосевой модели или ортогональной (далее показано, что и не только ортогональной) двухосевой.

Торцевое исполнение можно считать частным особым случаем радиального, так как плоскость детектирования угла ф =а та же — ХУ, но на радиальное исполнение уже распространяются требования соответствия расстояния между элементами Холла энкодерной или дифференциальной одноосевой модели.

Таким образом, исходный одноосевой дифференциальный или энкодерный датчик при повороте на а = 60° механически преобразуется в двухосевой и подходит для использования как в одноосевой, так и в двухосевой модели. Поэтому идея сложения по модулю или алгебраического вычитания синусных и косинусных сигналов теоретически может быть перенесена и в двухосевую торцевую модель датчика угла ф = а, математическое описание которого совпадает с рассмотренным ранее.

С поворотным дифференциальным или другим датчиком вновь возможен возврат к крупномодульным или нерегулярным структурам (рис. 1к, л). Если аксиальное исполнение исходной дифференциальной ИС или энкодера при а = 90° не работает, то, например, в радиальном исполнении датчика ротора, показанного на рис. 1л, поворот дифференциальной ИС на а = 90° относительно классического расположения обеспечит даже лучшие результаты измерений. То есть поворот двухэлементного датчика на 90° в любом исполнении можно рассматривать как полезную возможность индексирования вращения.

Одно- или двухосевые дифференциально-энкодерные датчики можно поворачивать на любой угол, который при этом возможно даже измерить. То есть не только угол поворота ротора ф, но и угол поворота а относительно оси детектирования можно измерять с функцией арктангенса:

а = arctg

/sin(a)'i

cos(a)

функционально дополнив схему обработки сигнала, например, поворотного дифференциального датчика скорости, который с этой схемой тогда можно применять для двухосевого детектирования скорости/положения многополюсного, дипольного магнитного или ферромагнитного ротора.

Если же вращать двухосевой радиальный датчик на угол а в плоскости У2, есть возможность получить различные одноосевые

дифференциально-энкодерные модификации, адаптированные под различные роторы (рис. 1м, н). Например, при а = 26,5° двухосевой радиальный датчик магнитного ротора будет вести себя практически как одноосевой дифференциально-энкодерный датчик (рис. 1м), и этот поворот должен быть учтен только в схеме выходного интерфейса. При а = 45° (рис. 1н) двухосевой для обычного дипольного ротора энкодер превратится в две пары одноосевых дифференциальных датчиков или энкодеров. Практическая польза от такого поворота может быть связана с гибридизацией роторов — комбинированием признаков дифференциальных и энкодерных роторов, как показано на рис. 1н — магнитных и ферромагнитных, и, функционально, с увеличением разрешения, точности, обеспечения избыточности и повышения надежности измерений.

Единственное существенное отличие повернутого двухосевого датчика от любого двухэлементного одноосевого — с а = 90° он снова является работающим в своих классических схемах. Этот тип энкодеров не будет пространственно сведен и к одноэлементному устройству, но эквивалентности можно добиться, применяя мостовую схему для соединения элементов (как с известной ранее квадратичной техникой элементов Холла).

Новая идея, таким образом, в целом состоит в том, чтобы для получения качественно новых результатов использовать известный, но значительно модернизированный способ. В случае необходимости можно подстраивать дифференциальную ИС под роторы с более крупными зубьями и большим периодом T, а не наоборот, подстраивать одноосевой эн-кодер или дифференциальную ИС под роторы с меньшим периодом кодирования, как делалось раньше. Причем во всех случаях для простоты математического описания и достижения максимальной амплитуды и идеальной скважности сложенного гармонического сигнала желательно задание первичных сигналов посредством синусной или косинусной функции. Метод поворота, таким образом, расширяется от подстройки под роторы, обычно энкодерные, с меньшим периодом кодирования, до подстройки под различные типы магнитных, ферромагнитных или гибридных роторов, дипольных или многополюсных, симметричных и несимметричных, с выделенной отметкой или без таковой.

В целом рассматриваемая концепция взаимопревращения может быть реализована и с существующей элементной базой одноэлементных, одноосевых или двухосевых датчиков, и ее следует рассматривать как достаточно универсальное средство решения конкретной автомобильной задачи в рамках концепции, названной в [1] Hall Automotive CAD. Действительно, пользователь посредством программирования подключаемых чувствительных элементов или блоков ИС может создавать собственную ASIC на своем

рабочем месте. Таким образом, он теоретически может механически или электрически вращать любой датчик в плоскости УЪ или ХУ на любой угол в пределах 360°, добиваясь желаемого соотношения сигналов, используя преимущественные возможности исходной или преобразованной модификации. Торцевое исполнение — особый частный случай радиального исполнения. Вращая любой датчик относительно ротора или ротор относительно датчика, можно обеспечивать любые измерения скорости и положения.

Обобщенная формула концепции

Поворотный (вращаемый при монтаже) или повернутый (с фиксированным углом поворота) магнитоуправляемый датчик скорости и положения с согласованными первичными магнитными сигналами, состоящий из ротора и бесконтактного датчика, в котором:

• ротор представляет собой магнитный, ферромагнитный или гибридный ротор с периодом кодирования Т или периодами Т1-Тп;

• бесконтактный датчик представляет собой устройство, обеспечивающее на выводах электрического интерфейса выходные сигналы скорости/положения/направления движения ротора в соответствии с заданным выходным протоколом, закорпусированное в пластмассовый или металлический неферромагнитный корпус, допускающий фланцевый или резьбовой, аксиальный, радиальный или торцевой монтаж. Бесконтактный датчик включает интегральный магнитоуправляемый датчик, представляющий собой:

• устройство с одним чувствительным элементом;

• одноосевое устройство с двумя, тремя или четырьмя строковыми чувствительными элементами, размещенными на одной линии и повернутыми в любую сторону на угол а в диапазоне 0-45° в плоскости УЪ относительно оси У или Ъ или ХУ относительно оси Х или У в неподвижной декартовой системе координат; величина угла а выбирается такой, чтобы, в зависимости от задачи, расстояние между чувствительными элементами максимально приближалось к Т/2 или Т/4;

• двухосевое устройство с двумя, тремя или четырьмя чувствительными элементами, повернутыми на угол а в диапазоне 0-45° в плоскости УЪ относительно оси У или Ъ или ХУ относительно оси Х или У для достижения максимального соответствия первичных сигналов синусной или синусной и косинусной функции.

Интегральный магнитоуправляемый датчик функционально представляет собой защелку, униполярный ключ, дифференциальный датчик, энкодер или дифференци-ально-энкодерный датчик. А физически он представляет собой датчик Холла, МР, АМР,

ГМР, магнитоиндуктивный или другой магниточувствительный датчик.

Угол поворота а можно выбирать произвольным, если одноосевое устройство включает один чувствительный элемент, для датчиков с несколькими элементами на угол а конструктор может давать большую свободу допусков.

Концепция 2.

Инкрементальные, тахометрические, абсолютные многоэлементные магнитоуправляемые энкодеры магнитного или ферромагнитного ротора с согласованными первичными сигналами

Данная концепция развивалась самостоятельно в соответствии с последовательностью, представленной на рис. 2. В [5] впервые была предложена инкрементальная измерительная конфигурация, которая иллюстрировала применимость двухосевого магнитного углового энкодера Холла с четырьмя ортогональными чувствительными элементами для детектирования скорости/направления вращения многополюсного магнитного ротора, допускающего инкрементальное индексирование (рис. 2а, б). Примером двухосевого датчика для этой схемы может служить ИС AS5040 Austriamicrosystems, но применимость конкретной ИС из существующей элементной базы зависит от встроенной схемы обработки сигнала. Правильнее говорить о концептуальной двухосевой дифференци-ально-энкодерной ASIC с подходящей схемой обработки сигнала, в которой два строковых элемента дают синусно-косинусные сигналы, а ортогонально смещенные служат для индикации инкрементальной отметки — например пропуска кодового элемента.

Эта инкрементальная схема позволяет вычислять одновременно и положение, и скорость, а также детектировать направление вращения ротора и допускает тахометричес-кие измерения [5-6].

Но в [5], а затем и в [4] при анализе возможности использования для переключения трехфазного бесколлекторного двигателя двухосевого магнитного углового энкодера типа AS5040/5140 акцент был сделан именно на применимости двухосевого энкодера в одноосевой конфигурации с преимущественной функциональностью инкрементального индексирования. В [5] речь шла об одной пространственной конфигурации, в которой два парных элемента обеспечивают синусно-косинусное оценивание переменного поля, а в [4] пояснялось, что средний шаг ротора при оценивании соответствует расстоянию между элементами Холла.

Но в соответствии с классификацией задач, выполненной в [1], и из приведенного ранее обоснования концепции 1 вытекает, что с функциональной точки зрения таких схем две: в первой строковые элементы дают дифференциальный датчик с инкремен-

тальной функциональностью (рис. 2а); во второй конфигурации строковые элементы дают синусно-косинусные энкодерные сигналы, а ортогональные служат для индексирования (рис. 2б).

Помимо аксиального, обе схемы могут быть выполнены в радиальном исполнении (на рис. 2в показана радиальная схема только для инкрементального дифференциального датчика). Как развитие концепции 1 для иллюстрации взаимопревращения датчиков отметим, что в тех же схемах, что изображены на рис. 2а, в, но без инкрементальной отметки, посредством двухосевого исходного устройства можно получить линейный трехэлементный эквивалент одноосевого диф-ференциально-энкодерного датчика (типа TLE4953 Infineon).

Механическое различие в схемах основано только на том, что для данного двухосевого датчика с фиксированным расстоянием a между строковыми чувствительными элементами различаются размеры периода T идеально согласованных дифференциальных или энкодерных роторов (рис. 2г), но за счет того, что a = T/2 либо a = T/4, обеспечиваются совершенно разные функциональные результаты.

Нет очевидных причин не использовать двухосевой датчик перпендикулярного магнитного поля в схеме с обратным магнитным смещением — для инкрементального детектирования положения и скорости ферромагнитного зубчатого ротора. На рис. 2д показана дифференциальная инкрементальная схема, причем взят ротор с периодом кодирования T = 5,12 мм, что больше, чем ax2, но для дифференциальных датчиков, как показывалось ранее при описании концепции 1, это допустимо. По аналогии с многополюсным магнитным ротором (рис. 2а-в) может существовать и любой энкодерный вариант обратносмещенного датчика ферромагнитного зубчатого ротора — не только с обратно-смещенным двухосевым, но и с обратносме-щенным одноосевым линейным энкодером, как с многоэлементным, так и с однозубчатым ротором (рис. 2е).

Для подстройки под различные типы роторов двухосевой датчик можно вращать в плоскости YZ или XY, но с несколько меньшей свободой и большей осторожностью, чем одноосевые и одноэлементные устройства.

Чтобы обеспечить индексирование вращений многополюсного магнитного ротора посредством пропуска кодовой отметки, можно использовать и двухосевой, точнее, трехосевой датчик с ИМК типа MLX90316 (рис. 2ж) — еще точнее, концептуальную ASIC Холла с ИМК. Так как применимость конкретной ИС зависит от ее схемы обработки сигнала, типа интерфейса и быстродействия. Радиальные и тангенциальные строковые элементы попарно позволяют получать дифференциальные синусно-косинусные сигналы в пределах периода кодирования ротора T и обна-

Рис. 2. Инкрементальные, тахометрические, абсолютные многоэлементные магнитоуправляемые энкодеры магнитного или ферромагнитного ротора с согласованными первичными сигналами:

а, б) аксиальные инкрементальные двухосевые датчики многополюсного магнитного ротора с данным периодом кодирования ротора Т с двумя одноосевыми строковыми и ортогональным(и) индексирующим(и) элементом(ами):

а) дифференциальный строковый датчик с расстоянием между двумя одноосевыми строковыми элементами, равным Т/2;

б) синусно-косинусный одноосевой энкодер с расстоянием между строковыми элементами, равным Т/4;

в) радиальное исполнение инкрементального дифференциального датчика многополюсного магнитного ротора с данным периодом кодирования ротора Т с расстоянием между двумя одноосевыми строковыми элементами, равным Т/2, и ортогональным(и) индексирующим(и) элементом(ами):

1 — многополюсный магнитный ротор; 2 — двухосевой энкодер с массивом ортогональных крестообразных элементов, разнесенных по диаметру на 2,2 мм — типа АБ5040;

3 — массив элементов Холла; 4 — инкрементальная индексная отметка;

г) сравнение синусных и косинусных первичных, результирующих энкодерных и дифференциальных сигналов для магнитного ротора с данным периодом кодирования Т (синусно-косинусные сигналы достигаются с расстоянием между элементами, равным Т/4, дифференциальные синусные или косинусные сигналы — с расстоянием между элементами, равным Т/2);

д) дифференциальная инкрементальная схема обратносмещенного двухосевого датчика положения и скорости ферромагнитного зубчатого ротора: 1 — ферромагнитный зубчатый ротор с периодом кодирования Т = 5,12 мм; 2 — двухосевой датчик с расстоянием между двумя одноосевыми строковыми элементами, равным Т/2, и двумя индексирующими элементами (типа АБ5040); 3 — массив ортогональных крестообразных элементов, разнесенных по диаметру на 2,2 мм; 4 — аксиально намагниченный магнит обратного смещения;

5 — инкрементальная отметка (пропуск зуба ротора);

е) торцевая абсолютная схема обратносмещенного двухосевого датчика положения и скорости ферромагнитного однозубчатого ротора с инкрементальной функциональностью:

1 — ферромагнитный зубчатый ротор с одним элементом кодирования; 2 — двухосевой датчик типа АБ5040;

3 — массив ортогональных крестообразных элементов (разнесенных по диаметру на 2,2 мм); 4 — аксиальный магнит обратного смещения;

ж) двухосевой инкрементальный датчик Холла с ИМК типа М1_Х90316:

1 — многополюсный магнитный ротор; 2 — датчик Холла с ИМК типа М1_Х90316; 3 — ИМК; 4 — инкрементальная отметка (пропуск кодового элемента ротора);

з) радиальные и тангенциальные дифференциальные синусно-косинусные сигналы в пределах периода кодирования ротора Т датчика Холла с ИМК: ф — механический угол отсчета,

0 — электрический угол отсчета, или угол отсчета поворота в пределах периода кодирования Т;

и) абсолютный радиальный магнитный угловой энкодер с кодом Грэя, отличающийся высокой надежностью:

1 — многополюсный мультибитный абсолютный магнитный ротор на основе магнитной полимерной пленки; 2 — ИС одноосевого линейного энкодера типа Ю-М1_ Ю Наив с расстояниями между чувствительными элементами датчика, согласованными с расстоянием между элементами ротора, формирующими абсолютный код;

3 — линейный массив чувствительных элементов с расстояниями между элементами 1,28 мм

руживать инкрементальную отметку — пропуск элемента (рис. 2з). В радиальной или торцевой схеме может быть востребована и ЗБ-функциональность датчика Холла с ИМК в качестве кнопки, действующей в направлении оси Z.

Кроме того, важно учесть, что сегодня для КМОП ИС существует возможность оцифровки первичных сигналов с различной разрядностью — от 2-битного порогового переключения до многоступенчатой дискретизации с 10-12-битными устройствами. А также возможность программирования индексного инкрементального или нулевого положения в схеме интегрального датчика — не только механическое, но и электрическое/электронное индексирование вращений. Но механическая подстройка расстояния между чувствительными элементами под период T, средний шаг ротора T/2 и его доли всегда позволит получать идеально согласованные первичные сигналы скорости/положения, гарантирующие более высокую точность даже без калибровки. На этой идее основаны все концептуальные схемы, показанные на рис. 2, включая конфигурацию на основе ИС Холла с ИМК (рис. 2ж, з), тоже допускающую выполнение строковых тангенциальных элементов подобно дифференциальной ИС или одноосевому энкодеру — с расстоянием между строковыми тангенциальными элементами, согласованным с периодом ротора. Эта тема развивается далее и поясняет концепцию 4.

Синусно-косинусные первичные сигналы после их оцифровки позволяют получать точно квадратурные сигналы любой разрядности в виде последовательности прямоугольных импульсов, после обработки в логической схеме преобразуемых в тахометрические сигналы [6].

Таким образом, новые магнитные энко-деры согласно рассмотренной концепции 2 могут использовать все преимущественные признаки оптических схем и применять современные достижения КМОП технологии в производстве обрабатывающих схем. На рис. 2и показана магнитоуправляемая модификация абсолютного оптического энко-дера, в которой одноосевой линейный энко-дер с массивом чувствительных элементов использован для детектирования ротора с кодом Грэя, изготовленного с применением магнитной полимерной пленки. Эта схема при определенных условиях с обычным пороговым переключением будет обеспечивать большую надежность измерений, чем абсолютные угловые магнитные энкодеры Холла с мультибитным электрическим кодированием однопериодных синусно-косинусных сигналов.

Обобщенная формула концепции 2

Инкрементальные, тахометрические, абсолютные многоэлементные магнитоуправляемые энкодеры магнитного или ферромагнитного ротора с согласованными первичными

сигналами состоят из ротора и бесконтактного датчика.

Ротор представляет собой мультибитный магнитный или ферромагнитный инкрементальный, тахометрический или абсолютный ротор с периодом кодирования T. Ферромагнитный ротор предполагает использование обратного магнитного смещения датчика. Инкрементальный ротор включает элементы индексирования вращения. Абсолютный ротор выполнен таким образом, что позволяет получить уникальный в пределах одного вращения двух- или мультиразрядный двоичный код.

Бесконтактный датчик допускает аксиальное и радиальное исполнения и включает:

• двухосевую ИС с двумя или более одноосевыми строковыми и одним или двумя ортогональным(и) индексирующим(и) элементом(ами) с расстоянием между ближайшими строковыми чувствительными элементами, максимально приближенным к T/2 или T/4, либо к T/4 и T/2 попарно, с T/4, в частности, — для получения квадратурных синусно-косинусных дифференциальных сигналов, которые после оцифровки и логической обработки позволяют получать тахометрические энкодеры;

• одноосевую дифференциально-энкодер-ную ИС с тремя или более чувствительными элементами и расстоянием между строковыми чувствительными элементами, максимально приближенным к T/4 и T/2 попарно (одноосевая ИС — частный случай для чисто тахометрических измерений без индексирования);

• одноосевую или двухосевую ИС с расстоянием между чувствительными элементами, согласованным с шагом между элементами, формирующими абсолютный код, в радиальном или Z-направлении, в зависимости от исполнения.

ИС допускает двух- или мультибитное электрическое кодирование дифференциальных или квадратурных синусно-косинусных сигналов в пределах периода кодирования T. С инкрементальным, тахометрическим или абсолютным ротором в пределах периода кодирования T допускается возможность программирования нулевого или индексного положения в схеме датчика.

Концепция 3.

Трехэлементные двухосевые магнитоуправляемые датчики положения/скорости/направления с массивом чувствительных элементов, один из которых размещается на вертикальной оси, а два других — с одинаковым фазовым смещением относительно первого (симметрично вертикальной оси), на горизонтальной или параллельно горизонтальной оси Данная концепция является совершенно самостоятельной, так как ее основная идея состоит в том, что три синусоидальных сиг-

нала датчиков, пространственно смещенных друг относительно друга на 120 механических градусов угла ф, также позволяют выполнять уникальное абсолютное кодирование положения в пределах Т кодирования ротора, соответствующего 360 электрическим градусам 0 (рис. 3а) [4].

Поэтому можно допустить существование трехэлементных двухосевых интегральных датчиков положения с массивом чувствительных элементов, пространственно разнесенных по периферии окружности на 120°. Эти устройства могут представлять собой датчики Холла или МР перпендикулярного поля или датчики параллельного поля — Холла с ИМК, АМР, ГМР. Для информации, три синусоидальных сигнала используются для детектирования абсолютного положения полного оборота дипольного ротора с датчиком К1^360 ИЬ PLANARTECHNIK GmbH.

На рис. 3б, в показано, что трехэлементные интегральные датчики Холла перпендикулярного поля (рис. 3б) и с ИМК (рис. 3в) могут детектировать абсолютное положение дипольного магнитного ротора. На рис. 3г, д представлено, как трехэлементные двухосевые интегральные датчики могут детектировать абсолютное положение в пределах периода кодирования Т многополюсного магнитного ротора (рис. 3г) и ферромагнитного зубчатого ротора (рис. 3д). Оба ротора изображены с инкрементальными отметками — для инкрементального индексирования вращения. Специальные алгоритмы для вычисления абсолютного положения легко могут быть в этих схемах скомбинированы с возможностями порогового или мультибитно-го детектирования скорости и направления.

Одновременно эти схемы (рис. 3г, д) можно рассматривать и как развитие концепции 1 поворота или как упрощение концепции 2, состоящее в исключении лишнего ортогонального индексирующего элемента для инкрементальных схем. Но согласно концепции 2 фазовое смещение между ортогональными элементами Холла составляет 90°, а согласно концепции 3 — 120°. Поэтому, развивая концепцию трехэлементных ИС, можно допустить существование интегральных датчиков, в которых фазовое смещение выбирается произвольным, а сами элементы размещаются не на периферии окружности, а в зависимости от задачи. Нов пределах массива желательно соответствие симметричной ортогональной двухосевой модели или симметричность каких-то двух строковых элементов. На рис. 3д показана именно такая концептуальная ИС ТЬЕ49хх. Но этот способ (использования симметричного фазового смещения, но отличного от 120°) годится только для полных аналогов инкрементальных и абсолютных схем и не рекомендуется для дипольного ротора или детектирования абсолютного положения в пределах периода кодирования ротора Т, следовательно, менее универсален.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 0 0 0 1 1 1 0 0 0

1 1 1 0 0 0 1 1 1 0

0 0 1 1 1 0 0 0 1 1

Н

Рис. 3. Иллюстрация концепции трехэлементных двухосевых датчиков с массивом чувствительных элементов, один из которых размещается на вертикальной оси, а два других — с одинаковым фазовым смещением относительно первого (симметрично вертикальной оси), на горизонтальной или параллельно горизонтальной оси:

а) временные диаграммы выходных характеристик датчиков Холла, сдвинутых в пространстве на 120° (на примере иллюстрации принципа действия бесколлекторного двигателя с тремя обмотками статора, роторным постоянным магнитом сп = 3 парами полюсов и тремя биполярными датчиками Холла — защелками) [4]:

В — первичная магнитная индукция поля магнита; В0р, ВКр — пороги переключения компаратора/триггера Шмитта; и — импульсное выходное напряжение;

Ф — угол механического вращения магнита ротора; 0 — фазовый угол электрического/магнитного периода Т сигнала; А© — постоянная ошибка оцифровки;

^ — временной фрейм, вычисленный схемой между двумя последними краями; ©о — угол отсчета временного фрейма ^; б—г) измерительные конфигурации трехэлементных двухосевых интегральных датчиков положения с массивом чувствительных элементов, пространственно разнесенных по периферии окружности на 120°: б—в) двухосевые энкодеры дипольного магнитного ротора:

1 — дипольный магнитный ротор; 2 — интегральный датчик; 3 — массив чувствительных элементов; 4 — ИМК;

б) датчик перпендикулярного (или параллельного) поля;

в) датчик перпендикулярного и параллельного поля с ИМК;

г) двухосевой инкрементальный энкодер многополюсного магнитного ротора с согласованными первичными сигналами: 1 — многополюсный магнитный ротор;

2 — трехэлементный интегральный датчик; 3 — массив чувствительных элементов, разнесенных по окружности с фазовым смещением 120°;

4 — инкрементальная отметка — выщербленный полюс магнита;

д) двухосевой инкрементальный энкодер ферромагнитного зубчатого ротора с согласованными первичными сигналами: 1 — ферромагнитный зубчатый ротор;

2 — интегральный датчик — концептуальная ИС Т1_Е49хх; 3 — массив чувствительных элементов, один из которых размещается на вертикальной оси в плоскости ИС, а два других — симметрично вертикальной оси и параллельно горизонтальной оси; 4 — обратносмещающий магнит; 5 — инкрементальная отметка (облом зуба) ротора

Обобщенная формула концепции 3

Трехэлементные двухосевые интегральные магнитоуправляемые энкодеры магнитного или ферромагнитного ротора с массивом чувствительных элементов с согласованными первичными сигналами, в которых массив чувствительных элементов представляет собой:

элементы, пространственно разнесенные по периферии окружности с фазовым смещением 120°;

элементы, разнесенные с произвольным фазовым смещением на произвольное расстояние, но таким образом, что один из элементов размещается на вертикальной оси, а два других — симметрично относи-

тельно вертикальной, на горизонтальной или параллельно горизонтальной оси. Ротор представляет собой магнитный дипольный, многополюсный или ферромагнитный, инкрементальный, тахометрический или абсолютный ротор с периодом кодирования Т. Ферромагнитный ротор предполагает использование обратного магнитного смещения дат-

Рис. 4. Концепция применения гибридных интегральных датчиков и модулей с ИМК для широкого круга автомобильных задач: а, б) одноосевые датчики многополюсного магнитного ротора с сигналами, согласованными с периодом кодирования ротора Т:

1 — многополюсный магнитный ротор; 2 — одноосевой интегральный датчик с ИМК; 3 — массив чувствительных элементов, смещенных на Т/2 или Т/4; 4 — ИМК;

а) дифференциальный датчик с ИМК и расстоянием между элементами Холла в Т/2;

б) одноосевой синусно-косинусный энкодер с ИМК и расстоянием между элементами Холла в Т/4; в, г) дифференциальные датчики скорости/одноосевые энкодеры дипольного магнитного ротора:

в) торцевая схема;

г) модифицированная аксиальная боковая схема: 1 — дипольный магнитный ротор; 2 — одноосевой интегральный датчик; 3 — строка чувствительных элементов; 4 — ИМК;

д) дифференциальный обратносмещенный датчик скорости ферромагнитного зубчатого ротора: 1 — ферромагнитный зубчатый ротор с периодом кодирования Т; 2 — одноосевой интегральный датчик параллельного поля с ИМК; 3 — строка чувствительных элементов с расстоянием между ними в Т/2; 4 — строка ИМК; 5 — обратносмещающий магнит;

е) линейный энкодер с ИМК: 1 — магнитный ротор-линейка; 2 — одноосевой интегральный дифференциально-энкодерный датчик параллельного поля с ИМК; 3 — строка чувствительных элементов с расстоянием между ними в Т/4 и в Т/2 между парами элементов; 4 — строка ИМК

чика. Инкрементальный ротор включает элемент индексирования вращения.

ИС допускает двух- или мультибитное электрическое кодирование дифференциальных или квадратурных синусно-косинусных сигналов в пределах периода кодирования Т. С абсолютным, инкрементальным или тахо-метрическим ротором в пределах периода кодирования Т допускается возможность программирования нулевого или индексного положения в схеме датчика.

Концепция 4. Интегральные датчики и модули с ИМК

Данная концепция представлена на рис. 4, который показывает, что многие из существующих измерительных схем могут быть реализованы не только с существующей элементной базой, но и на основе 30-датчиков Холла с ИМК. Так, можно допустить существование дифференциальных датчиков скорости дипольного магнитного или многополюсного магнитного ротора, обратносмеща-емых модулей детектирования движения ферромагнитного зубчатого ротора, линей-

ных или абсолютных энкодеров с ИМК. Значительный размер ИМК в гибридной ИС может наводить нелинейность, поэтому некоторые предложенные схемы в дальнейшем могут быть видоизменены или преобразованы, но на концептуальном уровне все они — очевидно работающие. Причем не все возможные модификации показаны на рис. 4, и не все возможные конфигурации магнитоуправляемых датчиков рассмотрены в данной статье.

Обобщенная формула концепции 4

Интегральные датчики и модули с ИМК с одним чувствительным элементом или большим единицы числом элементов N объединенных в строку или массив, с к = 0...4 числом круговых или овальных ИМК для каждого г-го элемента, размещенных таким образом, что полуокружность любого из к ИМК накрывает каждый г-тый чувствительный элемент.

Ротор представляет собой магнитный, ферромагнитный или гибридный ротор с периодом кодирования Т или периодами Т1...Тп,

инкрементальный, тахометрический или абсолютный ротор.

Интегральные датчики и модули с ИМК — одноэлементные либо одно- или двухосевые двух-, трех- или четырехэлементные датчики, или датчики с большим числом чувствительных элементов, с расстоянием между элементами, согласованным с периодом кодирования ротора и максимально приближенным к Т/2 или Т/4 либо к Т/4 и Т/2 попарно, либо согласованным с шагом между элементами, формирующими абсолютный код, в радиальном или 2-направлении, в зависимости от исполнения.

Интегральные датчики и модули с ИМК, которые функционально представляют собой защелку, униполярный ключ, дифференциальный датчик, энкодер или дифференци-ально-энкодерный датчик. Интегральные датчики и модули с ИМК пространственно размещаются таким образом, что допускают аксиальное и радиальное или торцевое исполнения. Ферромагнитный ротор предполагает использование обратного магнитного смещения датчика. Инкрементальный ротор

Е

Г*

Положение, *

Положение, °

Рис. 5. Иллюстрация инновационных разработок ММТ автомобильных датчиков положения с М1_Х90316 и ферромагнитным ротором:

а) форма ферромагнитного ротора и картина его намагничивания;

б) иллюстрация метода намагничивания ротора;

в—з) прототипы датчиков для автомобильных применений с М1_Х90316: в, д, ж) внешний вид прототипа; г, е, з) результаты измерений; в—г) датчик клапана EGR; г — нелинейность с ходом 80°; д—е) датчик положения подвески; ж—з) датчик положения педали

включает элемент(ы) индексирования вращения. Абсолютный ротор выполнен таким образом, что позволяет получить уникальный в пределах одного вращения двух- или мультиразрядный двоичный код.

ИС допускает двух- или мультибитное электрическое кодирование дифференциальных или квадратурных синусно-косинусных сигналов в пределах периода кодирования ротора Т. С инкрементальным или тахометриче-ским и абсолютным ротором в пределах периода кодирования ротора Т допускается возможность программирования нулевого или индексного положения в схеме датчика. Интегральный магнитоуправляемый датчик физически представляет собой датчик Холла, МР с ИМК или другой 30-магниточувст-вительный датчик перпендикулярного поля.

Об инновационных разработках компании ММТ

Компания ММТ — лидер в области разработки и производства инновационных автомобильных датчиков положения [9-10].

Именно специалисты ММТ впервые предложили рабочий режим для детектирования радиальных и тангенциальных компонентов магнитного поля и детектирования угла поворота в пределах 360° дипольного кольцевого магнита с целью использования этого режима в датчиках рулевого колеса [7, 9].

Автором данной статьи выполнено преобразование этого режима для детектирования радиальных и тангенциальных компонентов магнитного поля многополюсного кольцевого магнита (теоретически возможное и с ферромагнитным ротором), применимое для широкого круга задач (рис. 2, 4) [2, 4-5, 7].

Особого внимания заслуживает и следующая инновационная разработка компании ММТ, удивляющая своей необычностью и косвенно послужившая причиной возобновления автором развития темы автомобильных датчиков скорости/положения [10].

Специалисты компании ММТ предлагают датчик, в котором диаметрально намагниченный магнит в хорошо известной торцевой схеме абсолютного детектирования положения дипольного магнита замещается ферромагнитной частью с низким по сравнению с постоянными магнитами значением коэрцитивной силы (рис. 5).

Основная проблема при использовании материалов с низким значением коэрцитивной силы состоит в недостаточности магнитного поля.

Чтобы повысить уровень амплитудной магнитной индукции до нескольких десятков мТл, системная геометрия предполагает преобразование ротора в и-образную форму. Затем две ферромагнитные части намагничиваются с одинаковым значением вектора намагниченности М, но в противоположных направлениях. В соответствии с законом Ампера:

Нвхів + НфХІф — 0,

где НВ — магнитное поле в воздухе, 1В — длина пути линий поля в воздухе, НФ — магнитное поле в ферромагнитном материале, 1Ф — длина пути линий поля в ферромагнитном материале.

Согласно закону Ампера, и-образность увеличивает длину пути магнитного поля через ферромагнитный материал. Магнитное поле в воздухе НВ выше, если 1ф больше.

Ферромагнитные части намагничиваются навивкой проводника через одну часть при примыкании магнитной системы к другой ферромагнитной части (рис. 5б). Ток намагничивания I и число навивок проводников N вычисляют также с помощью закона Ампера:

Н1х11 + НФх1Ф — Ы1,

где Н1 — магнитное поле в примыкающей части, 11 — длина пути линий поля в примыкающей части, НФ — магнитное поле в ферромагнитном материале, 1Ф — длина пути линий поля в ферромагнитном материале.

С НФ, равным значению поля насыщения для данного ферромагнитного материала, ротор легко намагничивается с током 500-1000 А (Ы обычно берется равным 1 или 2).

Магнитное поле зависит от размеров и расстояния до ротора. Учитываются ширина слота, длина и диаметр намагниченной части. Ширина слота — наиболее важный параметр, причем ее значение должно быть сведено к минимуму, что ограничено только толщи-

ной намагничивающего проводника. Длина пути ферромагнитных частей должна быть увеличенной, а диаметр — настолько большим, насколько это возможно.

Рабочие размеры: Е = 2 мм, 0=16 мм, Н = 9 мм (Е — толщина слота).

Используя эти размеры, специалисты компании одновременно проводили измерения компонентов магнитной индукции с двухосевым датчиком 28Л-10 ЗеШгоп и угловые измерения с датчиком МЬХ90316. Были получены результаты измерений с линейностью до 0,4% с рабочей индукцией в 21 мТл при аксиальном расстоянии между торцом ротора и точкой измерений в 1 мм.

Представлены примеры прототипов датчиков для автомобильных применений с МЬХ90316 (рис. 5в-з). Дополнительную информацию для реализации этих устройств можно найти в [10].

Заключение

Некоторые из идей, рассмотренных в статье, на первый взгляд могут показаться смелыми, какие-то из них нуждаются в дальнейшем глубоком анализе посредством электромагнитной симуляции и могут быть отброшены на данном этапе технической эволюции. В связи с чем возникает закономерный вопрос: «А зачем нужно придумывать что-то еще, если уже

есть готовые, хорошо зарекомендовавшие себя схемы?». При ответе используем такой аргумент: когда-то ставших привычными конфигураций также не было. Их придумали инноваторы — затем, чтобы и далее повышать надежность и точность, чувствительность и быстродействие автомобильных мехатронных систем, переходить на 32-битные обрабатывающие процессоры, создавать максимум безопасности и комфорта для потребителей, снижать цену устройств, несмотря на повышенные затраты на удовлетворение жестких требований к автомобильным спецификациям. Только такие действия позволят выжить в жесткой конкурентной борьбе за автомобильный рынок. ■

Литература

1. Сысоева С. Развитие концепции математического и расчетного моделирования автомобильных датчиков скорости/положения // Компоненты и технологии.2007. № 12.

2. Сысоева С. Интеллектуальные автомобильные датчики положения/скорости. Пути оптимизации. Часть 1 // Современная электроника. 2007. № 9.

3. Сысоева С. Интеллектуальные автомобильные датчики положения/скорости. Пути оптимизации. Часть 2 // Современная электроника. 2008. № 1.

4. Сысоева С. Сравнительный анализ возможностей применения датчиков Холла в автомобиль-

ных системах электрического рулевого управления // Компоненты и технологии. 2007. № 5.

5. Сысоева С. Рекомендации производителям автомобильных цифровых датчиков скорости и положения. Часть 2. Новые рекомендации по разработке датчиков с магнитным ротором // Компоненты и технологии. 2007. № 2.

6. Сысоева С. Рекомендации производителям автомобильных цифровых датчиков скорости и положения. Часть 1. Постановка задач и общие конструкторские рекомендации // Компоненты и технологии. 2006. № 9.

7. Сысоева С. Автомобильные датчики положения. Современные технологии и новые перспективы. Часть 14. Итоговый сравнительный анализ. Выводы и обновление // Компоненты и технологии. 2006. № 7.

8. Semiconductor Sensors. Data Book May 2003. Edition 2003-05. Published by Infineon Technologies AG. www.infineon.com

9. Nikola J., Didier F., Thierry D., Yannick R.Trough-shaft contactless magnetic sensor with a stroke up to 360°. Moving Magnet Technologies. Presented at the Sensors Conference. Nurnberg. May 2007. http://www.movingmagnet.com/ MM111_sensor2007.pdf

10. Jerance N., Frachon D. Magnetic position sensor with low coercivity material. Moving Magnet Technologies. Presented at the Sensors Conference. Nurn-berg. May 2007. http://www.movingmagnet.com/ MM102_sensor2007.pdf