Введение в магнитные энкодеры

1. Конструкция магнитных энкодеров

Магнитные энкодеры определяют угловое положение путем измерения изменений магнитного поля и преобразования в электрические сигналы. Базовая конфигурация включает:

• Постоянный магнит на вращающемся элементе (напр., вал двигателя)
• Магнитная сенсорная ИС на плате в зоне действия поля
  При вращении магнита сенсор фиксирует изменение направления поля, определяя положение и скорость вала.

1.1 Элементы Холла

Используют эффект Холла для генерации напряжения, пропорционального магнитной индукции. Материалы:

• Высокая чувствительность: InSb (антимонид индия)
• Термостабильность: GaAs (арсенид галлия)
• Сбалансированные свойства: InAs (арсенид индия)
• Кремний (Si) для интеграции в ИС
  Типы: датчики продольного/поперечного поля.

1.2 Постоянные магниты

Дисковая форма с радиальным/аксиальным намагничиванием. Выбор зависит от:

• Требуемой магнитной индукции
• Рабочей среды
• Габаритных ограничений
  Типовая конструкция 2-дорожечного энкодерного диска:

---

2. Принцип работы

2.1 Основы

При вращении вала элементы Холла детектируют компоненты:

• Bx (ось X)
• By (ось Y)

2.2 Преобразование угла

Поле → Эл. сигналы → АЦП → Вычисление угла arctg(By/Bx)

• Идеальные условия: фигура Лиссажу = круг (погрешность 0°)
• Допуск эксцентриситета: <±0.1°

2.3 ИС датчиков угла

Интегрируют: Магнитный сенсор + АЦП + Процессор. Применяются в компактных абсолютных энкодерах для промышленности/автосектора.

---

Техническая классификация магнитных энкодеров

1. По типу выходного сигнала

Тип	Принцип	Применение	Модель-пример
Инкрементальный	Выходные импульсы A/B/Z, требует реперной точки	Лифтовые двигатели, конвейеры	Broadcom AEDR-8700
Абсолютный	Прямой вывод позиции (бинарный/код Грея)	Роботы, ЧПУ	AMS AS5048A
Многооборотный	Зубчатый механизм записи оборотов (±4096)	Ветрогенераторы, тяжелая техника	RLS AksIM-2

2. По технологии сенсора

Тип	Технические характеристики	Преимущества/Ограничения
Эффект Холла	Детектирует вертикальную компоненту поля, линейный выход	Низкая стоимость, стойкость к загрязнениям (Allegro A1335)
Магниторезистивный	Использует GMR/TMR, высокая чувствительность	Разрешение ≤0.1° (TDK TAD2141)
Индуктивный	Вихретоковый принцип, устойчивость к ЭМП	Для сред с сильными помехами (SICK ATM60)

3. По механической конструкции

Тип	Способ установки	Типовое применение
Втулочный	Непосредственно на вал двигателя	Серводвигатели (Maxon ENC)
Модульный	Отдельный PCB-модуль, внешнее магнитное кольцо	Модернизация (Renishaw RM08)
Полый вал	Боковое размещение магнита, экономия осевого пространства	Суставы роботов (Vishay RAIK060)

---

Представительные модели ИС магнитных энкодеров

1. Международные флагманские решения

Модель	Производитель	Разрядность	Интерфейс	Ключевые характеристики	Экстремальные условия
AS5047P	AMS	14 бит	SPI/ABI	Компенсация динамической погрешности (±0.05°)	-40°C ~ 150°C
MA730	Monolithic	14 бит	SPI/UVW	Встроенный PGA, защита от помех	Вибрация 50g
TLE5012B	Infineon	15 бит	SPC	Двухканальная избыточность (автокласс)	AEC-Q100
A1335	Allegro	14 бит	PWM/Аналог	Внутренняя EEPROM для калибровки	Защита от ЭСР 8кВ