El Auge de la Tecnología Inductiva en la Detección de Posición
Autor: Ruggero Leoncavallo, Director de Sensores de Posición Inductivos, Renesas
Figura 1: Elemento sensor de doble bobina
En el panorama en constante evolución de las tecnologías de detección de posición, la detección inductiva se ha convertido en una alternativa robusta, precisa y rentable a los métodos magnéticos y ópticos tradicionales. A diferencia de los sensores magnéticos que utilizan imanes permanentes o codificadores ópticos que requieren entornos limpios y una alineación precisa, los sensores inductivos funcionan según el principio de acoplamiento electromagnético entre bobinas y objetivos metálicos. Este enfoque sin imanes ofrece inmunidad a campos dispersos, tolerancia a la desalineación y durabilidad en entornos hostiles, lo que lo hace ideal tanto para aplicaciones automotrices como industriales.
Renesas Electronics, líder mundial en soluciones de semiconductores, ha estado a la vanguardia de esta transformación. Su última innovación, el Optimizador de Bobinas para Sensores de Posición de Renesas, supone una revolución para los ingenieros que buscan diseñar, simular y optimizar elementos de detección inductiva con una precisión y facilidad sin precedentes.
Cómo funciona la detección de posición inductiva
La detección de posición inductiva funciona generando un campo magnético alterno a través de las bobinas del transmisor y detectando las tensiones inducidas en las bobinas del receptor a medida que un objetivo conductor se mueve a través de ellas. El patrón de señales inducidas corresponde a la posición del objetivo. Para aplicaciones de alta precisión, especialmente aquellas que requieren retroalimentación de posición absoluta y una resolución precisa, un sistema de doble bobina receptora es esencial. Esta configuración permite técnicas como la interpolación Vernier, donde dos bobinas receptoras con geometrías ligeramente diferentes producen señales superpuestas que pueden combinarse matemáticamente para lograr una resolución angular o lineal ultrafina. La configuración de doble bobina no solo mejora la precisión, sino que también permite la detección de posición absoluta sin necesidad de rutinas de retorno a la posición inicial.
¿Por qué la tecnología inductiva supera a las alternativas magnéticas y ópticas?
Los sensores de posición inductivos ofrecen varias ventajas atractivas:
- Inmunidad a campos dispersos: A diferencia de los sensores magnéticos, los sensores inductivos son inherentemente inmunes a las interferencias magnéticas externas, lo que garantiza un rendimiento estable incluso en entornos con ruido electromagnético.
- No requiere un montaje hermético: Los sensores ópticos suelen requerir una alineación precisa y condiciones de limpieza. Los sensores inductivos, en cambio, toleran la desalineación mecánica y la contaminación, lo que reduce la complejidad de fabricación.
- Rentabilidad: Los sensores inductivos eliminan la necesidad de imanes y componentes ópticos costosos, lo que reduce la lista de materiales (BOM) y mantiene un alto rendimiento.
- Durabilidad: Sin piezas móviles y con diseños de bobina robustos basados en PCB, los sensores inductivos destacan en entornos con vibración, polvo, humedad y temperaturas extremas.
Estos atributos hacen que la tecnología inductiva sea especialmente atractiva para aplicaciones donde la fiabilidad, la precisión y el coste son fundamentales.
Aplicaciones en los sectores automotriz e industrial
Los sensores de posición inductivos de Renesas ya se implementan en una amplia gama de aplicaciones:
- Automotriz: Desde sistemas de dirección por cable hasta conmutación de motores y reemplazo de “resolvers”, los sensores inductivos ofrecen retroalimentación de alta velocidad y alta precisión, cumpliendo con la norma ISO26262 para seguridad funcional.
- Industrial: En robótica, automatización y equipos de fábrica, los sensores inductivos proporcionan mediciones angulares y lineales precisas, lo que permite el control de bucle cerrado y el mantenimiento predictivo.
Si bien las aplicaciones automotrices se benefician de la robustez y las características de seguridad, es en entornos industriales, en particular en robótica y maquinaria de precisión, donde la tecnología realmente destaca.
Precisión Industrial: Satisfacemos las Demandas de Alta Precisión y Resolución
Las aplicaciones industriales suelen exigir mediciones ultra precisas, especialmente en robótica, máquinas CNC y equipos de semiconductores. El último circuito integrado inductivo de Renesas, el RAA2P3226, está diseñado para cumplir con estos exigentes estándares.
Este sensor inductivo de doble bobina admite configuraciones como el modo Vernier, que combina dos sistemas de bobinas con un número de pares de polos ligeramente diferente (N y N-1). Esta configuración permite:
- Detección de posición absoluta: El principio Vernier permite que el sensor determine la posición durante múltiples periodos, eliminando la necesidad de rutinas de retorno a la posición inicial.
- Alta resolución y precisión: El RAA2P3226 alcanza una resolución de hasta 19 bits y una precisión de 15 bits, lo que lo hace ideal para aplicaciones que requieren precisión de sub-grados.
Esta capacidad de doble bobina es especialmente útil en robótica industrial, donde ahora se pueden lograr mediciones angulares con una precisión de hasta 0,01°.
El elemento sensor: un componente crítico en el diseño inductivo.
En el corazón de cada sensor de posición inductivo se encuentra el elemento sensor: un conjunto de bobinas transmisoras y receptoras grabadas en una placa de circuito impreso (PCB). La geometría, el espaciado y la disposición de estas bobinas influyen directamente en el rendimiento del sensor.
Diseñar este elemento es una tarea compleja. Los ingenieros deben considerar:
- Geometría de la bobina: La forma y el tamaño de las bobinas afectan la inductancia, la intensidad de la señal y la resolución.
- Desplazamiento mecánico: El sensor debe mantener la precisión en todo el rango de movimiento.
- Optimización del rendimiento: Se deben tener en cuenta factores como el entrehierro, las propiedades del material y las condiciones ambientales.
Hasta ahora, este proceso requería una simulación exhaustiva, ajustes manuales y prototipos iterativos.
Descubra la herramienta de diseño de bobinas de Renesas: Automatizando la excelencia
La nueva herramienta de diseño de bobinas inductivas (ICDT) de Renesas revoluciona este proceso. Basada en una arquitectura flexible basada en plantillas, la herramienta permite a los usuarios:
- Diseñar: Elija entre plantillas de movimiento rotatorio, de arco o lineal, y configure configuraciones de bobinas simples, dobles o redundantes.
- Simular: Ejecute simulaciones en tiempo real con visualizaciones 3D, estimaciones de inductancia y voltajes de señal predichos mediante modelos de aprendizaje automático.
- Optimizar: Genere automáticamente diseños de bobinas optimizados para el rendimiento, incluyendo archivos Gerber para la fabricación de PCB.
La herramienta admite configuraciones como:
- Bobina simple: Sencilla y rentable para detección básica.
- Bobina doble: Detección de posición absoluta y de alta resolución.
- Bobina redundante: Sistemas con aislamiento galvánico para aplicaciones críticas de seguridad.
Cada usuario recibe un espacio de trabajo dedicado a través de MyRenesas, lo que le permite realizar un seguimiento de las simulaciones, revisar los resultados y descargar archivos sin problemas.
Figura 2: La robótica como la próxima revolución
Impacto en la robótica: Estableciendo un nuevo referente
En robótica, la precisión es primordial. Ya sea en la retroalimentación del ángulo articular, la conmutación del motor o el posicionamiento del efector final, incluso las más mínimas imprecisiones pueden provocar una degradación del rendimiento o riesgos de seguridad.
Con los sensores inductivos de doble bobina de Renesas y el ICDT, los ingenieros ahora pueden lograr:
- Mediciones angulares ultra precisas: Precisión de hasta 0,01°, lo que permite un control preciso en brazos robóticos y sistemas autónomos.
- Integración compacta: Las bobinas basadas en PCB permiten diseños delgados e integrados que se ajustan a estructuras mecánicas ajustadas.
- Funcionamiento robusto: La inmunidad al polvo, la humedad y las vibraciones garantiza un rendimiento fiable en entornos industriales.
Esta combinación establece un nuevo estándar en la detección de posición inductiva, lo que permite a los ingenieros de robótica superar los límites de la automatización.
Renesas revoluciona la detección de posición inductiva
La nueva herramienta de diseño de bobinas de Renesas marca un hito importante en la evolución de la detección de posición inductiva. Al automatizar el diseño, la simulación y la optimización de los elementos de detección, elimina las barreras para su adopción y acelera la innovación.
Ya sea que diseñe una articulación robótica, un actuador industrial o un sistema automotriz crítico para la seguridad, Renesas ofrece la precisión, la flexibilidad y la confiabilidad necesarias para el éxito.
A medida que las industrias continúan demandando sistemas más inteligentes, seguros y eficientes, herramientas como la de diseño de bobinas de Renesas desempeñarán un papel fundamental en el futuro de la tecnología de detección.
Figura 3: Optimizador de bobina del sensor de posición inductivo de Renesas
