244 – センサ位置における磁界強度解析

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概要

モータやアクチュエータなどの位置や速度の制御を行うには、可動部の位置を正確に検出し、その信号をもとに指令値を算出する必要があります。位置検出の方法として、対象物から生じる漏れ磁束をセンシングする方法が広く普及しています。
センシング方式には、ピックアップコイルによる電磁誘導を使った方式から、ホール効果や磁気抵抗効果を用いた方法とさまざまあります。後者の方法は検出対象の周波数に依らず、磁束密度の大小に応じた信号を得ることが出来るため、近年実用化が進み始めています。
センサ位置に生じる磁束密度によってセンサに生じる信号を予測し、可動部の変位や速度制御に応用するためには、検出対象から生じる磁束密度や磁界分布を精度よく算出可能な電磁界解析が有効です。
ここでは、検出対象をモータ、検出素子をTMRセンサとして、電磁界解析によって算出された磁界をもとに検出信号の波形を求めた事例を紹介します。

センサ位置での磁界径方向成分

図1にセンサ位置での磁界強度の径方向成分を示します。モータの電流値を増加させると値が増加するとともに、最大値を取るロータ位置が低角度側にずれることが確認できます。

各センサの抵抗変化率

図2にはセンサのピン層を径方向に固定し、外部磁界にフリー層の磁化が完全に追従しているとしたときの抵抗変化率を示します。尚、TMR比の最大値は100(%)とし、抵抗変化率は、ピン層とフリー層の相対角度が90(deg)をなす時を基準としています。
電流値が変化すると、抵抗変化率が低回転側にシフトすることが確認でき、信号強度とモータの位置の関係が電流振幅によって変化することが分かります。ロータ位置を正確に検出するためには、電流値が変化したときの出力とロータ位置の関係の把握が必要であることが分かります。

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