選択時 磁気エンコーダ ディスクの一般的な直感は、極対の数が多いほど分解能が高くなり、パフォーマンスが向上するということです。センサーレベルでは、この判断は広く有効です。しかし、磁石の材料が射出成形フェライトとして固定されると、状況はさらに微妙になります。射出成形フェライトの磁気性能の上限、多極着磁のプロセス限界、そして「分解能 ≠ 精度」という見落とされがちな事実が組み合わさって、単純に「高ければ高いほど良い」というものではない選択曲線を描きます。
まず前提を明確にします: 解像度は精度と同じではありません
TI のアプリケーション資料には簡潔な関係が示されています。単一のホール ラッチを使用する場合、1 回転あたりのパルスは磁石の極対の数に等しくなります。直交デコードに 2 つのホール ラッチを使用する場合、1 回転あたりのカウントは極数の 2 倍になります。 「目盛り」の観点からは、極対はシステムが解決できる最小の角度ステップを直接決定します。
しかし、オープンソースの磁気エンコーダ プロジェクトからの注意事項は、すべてのセレクターが注目する価値があります。「分解能 != 精度」—2.4 mm の磁極ピッチで 0.017°/ステップの理論分解能を得ることができますが、これらのステップは円周全体に均一にマッピングされていません。言い換えれば、 「目盛りがどれだけ正確に描かれているか」ではなく、「目盛りがどの程度細かいか」を決定するのは極ペアです。 角度誤差は、極ピッチの一貫性、磁化境界の明瞭さ、センサーの取り付けの偏心、磁石自体の材料の均一性によって生じます。極ペア自体ではこれらの誤差は解消されません。代わりに、極対の数が増加するにつれてそれらを増幅する可能性があります。
射出成形フェライトの位置付けは明確です。フェライト粉末 (通常はストロンチウム フェライト) とナイロン PA12/PA6 などのポリマー マトリックスを組み合わせて射出成形されます。複雑な形状の一体成型、寸法安定性の良さ、耐食性、低コストなどの利点がありますが、磁気性能は一般的に使用されているエンコーダ用マグネット材料の中では最低レベルです。
具体的なデータとしては、射出成形フェライトの残留誘導Brはおよそ 1.7～3.0 kGs 、固有保磁力Hciは 2.3～4.0 kOe程度、最大エネルギー積BHmaxは 1～2.2 MGOe程度です。参考までに、結合 NdFeB の Br は通常 4.5 ～ 7.5 kGsで、BHmax は 5 ～ 8 MGOe 以上に達する場合もあります。これは、同じセンサーのエアギャップと検出しきい値の下で、射出成形フェライトが提供できる磁場の「信号強度」が NdFeB システムの磁場よりも明らかに弱いことを意味します。
多極磁化後の表面磁場データは、この制約をさらに示しています。薄肉内径配向射出成形フェライト多極磁性リングの表面磁場は約 600 ～ 1100 Gsですが、異方性焼結フェライトはより高い値を達成できます。極対の数が増加し、個々の極のアーク幅が狭くなると、磁場を確立するために利用できる「面積」が縮小し、エッジ効果と極間の磁場の重なりがより顕著になり、信号対雑音比がさらに悪化します。 これは、磁化器の電流を調整することで解決できる問題ではありません。むしろ、これは材料のエネルギー積によって極対の数に課せられるソフトな上限です。
極のピッチ、厚さ、および極のペア間の幾何学的制約
欧州特許に示されている経験的な関係は非常に有益です。磁化可能要素の厚さは 磁極ピッチの約 1.25 倍 (±25%) でなければならず、これは約 0.3 ～ 1.5 mm の厚さの範囲に相当します。極ピッチ自体は程度です 0.25 ～ 1.25 mm。この幾何学的制約により、磁極ペアの数がディスクの直径に結び付けられます。特定の直径の場合、磁極ペアの数が増えるほど、磁極ピッチは小さくなり、必要な磁石の厚さは薄くなります。
射出成形フェライトの場合、壁を薄くすることで有効磁束がさらに圧縮されます。同時に、磁極ピッチがサブミリメートルレベルまで縮小すると、磁化治具の磁極ヘッドの精度と磁気回路設計の許容範囲が急速に狭くなります。業界資料では、極数が増えるほど単極のアーク幅が小さくなり、着磁治具のポールヘッドの精度と磁気回路設計の要件が高くなることが明確に指摘されています。その場合などの問題が 、磁極先端での飽和不足、磁界の歪み、磁極間のゼロ位置のシフト 発生します。
これは、市場で射出成形されたフェライト エンコーダ磁気リングの一般的な仕様が、無限に上に積み重ねられるのではなく、 62/64 極や 126/128 極などの位置に集中している理由を説明しています。これらの位置は、材料性能、磁化プロセス、およびコストの間ですでにエンジニアリングの収束が完了しているバランスポイントです。
選択ロジック: 「どの程度の細かさが必要か」から「どの程度の高さが可能か」まで逆算します。
実際の選択パスは逆にする必要があります。 最初にシステムが本当に必要とする分解能を決定し、次に射出成形フェライトがその極対数で使用可能な信号品質を提供できるかどうかを評価します。
低極対範囲 (4 ～ 12 極): 単極のアーク長が長く、磁束が十分であるため、射出成形フェライトの弱磁界の欠点が幾何学的寸法によって補われます。この範囲は、ファン モーター、スマート水道メーター、アプライアンス BLDC など、厳密な解像度は必要ないが、低コストと良好な一貫性が必要なシナリオに適しています。これらのアプリケーションでは、極対の役割は正確な角度スケールよりも転流基準を提供することです。
中程度の極ペア範囲 (16 ～ 32 極): これは、エンコーダレベルのアプリケーションに入るしきい値です。射出成形フェライトは、この範囲で使用可能な信号対雑音比を維持できるため、人型ロボットのジョイント エンコーダや一部のサーボ補助フィードバックなどの中解像度の角度フィードバックに適しています。選択時に重要な検証項目は、単により高い磁極対数を追求するのではなく、 磁極ピッチの一貫性です 。均一な磁極ピッチ分布を持つ 32 極の磁気リングは、磁化境界がぼやけている 64 極の磁気リングよりも優れた角度精度を達成できる可能性があります。
より高い極対範囲 (48 ～ 64 極以上): 射出成形フェライトはプロセスと材料の上限に近づき始めています。この範囲はに適しています デュアル トラック設計。メイン トラックは高分解能の増分位置または絶対位置を担当し、セカンダリ トラックは回転数または互いに素な極対数による粗位置基準を提供します。すでに市場で入手可能な 62/64 極および 126/128 極のデュアルトラック磁気リングは、このアプローチの製品です。ただし、極対の数がさらに増加すると、射出成形フェライトの表面磁場の減衰と極間干渉により信号品質が低下することに注意してください。現時点では、 通常は結合 NdFeB がより合理的な選択です。コストが高いにもかかわらず、
エンジニアリングの実装に関する 2 つの重要な注意事項
まず、選択レビューに磁化機能を含めます。 磁気リング図上の極対数は設計値です。実際の磁極分布が均一であるか、磁極間のゼロ位置が明確であるかは、着磁治具とプロセスに依存します。極対の数を決定する前に、磁石の供給者は、 測定された表面磁場分布曲線 と 極ピッチの一貫性データの提供を求められるべきです。 単なる磁極配置の概略図ではなく、その極対数での
第二に、デュアルトラックは「極数を積み重ねる」ための近道ではありません。 デュアルトラックの価値は、互いに素な極対数の組み合わせを使用して、高分解能と絶対位置リファレンスを同時に取得することにあります。ただし、2 つの磁気トラック間の位相調整と磁化クロストークの制御にはより高い要求が課せられます。メイントラックとセカンダリトラックの極対数が不適切に選択された場合（たとえば、互いに近すぎる場合）、共原理によってもたらされる位置解決の利点が信号クロストークによって相殺されます。デュアルトラックの極対の組み合わせは、磁石メーカーが一方的に決定するのではなく、デコードアルゴリズムとともに設計する必要があります。
選択の本質は 、解像度要件、材料能力、プロセスウィンドウ、コストの間の交差点を見つけることです。射出成形フェライトは「万能の磁性リング材料」ではありません。低磁極対から中磁極対の範囲で非常にコスト効率の高いソリューションを提供します。しかし、極対数が 64 を超えると、セレクターは磁気性能の限界に正直に直面する必要があります。信号品質の低下を受け入れるか、より高いエネルギー積を備えた材料システムに切り替える必要があります。 ポールペアは定規ですが、定規の目盛りが正確に描けるかどうかは、素材や加工がそれに対応できるかどうかにかかっています。
