Révolutionner la précision : le nouvel outil de conception de bobines de Renesas établit une nouvelle norme en matière de détection de position inductive

L'essor de la technologie inductive dans la détection de position

Auteur : Ruggero Leoncavallo, directeur des capteurs de position inductifs, Renesas

Figure 1 : Élément de capteur à double bobine

Dans le paysage en constante évolution des technologies de détection de position, la détection inductive s'est imposée comme une alternative robuste, précise et économique aux méthodes magnétiques et optiques traditionnelles. Contrairement aux capteurs magnétiques qui utilisent des aimants permanents ou aux codeurs optiques qui requièrent un environnement propre et un alignement précis, les capteurs inductifs fonctionnent selon le principe du couplage électromagnétique entre des bobines et des cibles métalliques. Cette approche sans aimant offre une immunité aux champs parasites, une tolérance aux défauts d'alignement et une grande durabilité en environnements difficiles, ce qui la rend idéale pour les applications automobiles et industrielles.

Renesas Electronics, leader mondial des solutions pour semi-conducteurs, est à l'avant-garde de cette transformation. Sa dernière innovation, l'optimiseur de bobines Renesas pour capteurs de position, représente une révolution pour les ingénieurs souhaitant concevoir, simuler et optimiser des éléments de détection inductive avec une précision et une facilité inégalées.

Comment fonctionne la détection de position inductive ?

La détection de position par induction fonctionne en générant un champ magnétique alternatif entre les bobines émettrices et en détectant les tensions induites dans les bobines réceptrices lorsqu'une cible conductrice se déplace devant elles. La configuration des signaux induits correspond à la position de la cible. Pour les applications de haute précision, notamment celles nécessitant un retour d'information absolu sur la position et une résolution précise, un système de bobine réceptrice double C'est essentiel. Cette configuration permet des techniques telles que l'interpolation de Vernier, où deux bobines réceptrices aux géométries légèrement différentes produisent des signaux se chevauchant, lesquels peuvent être combinés mathématiquement pour obtenir une résolution angulaire ou linéaire ultra-fine. La configuration à double bobine améliore non seulement la précision, mais permet également la détection de position absolue sans nécessiter de routine de retour au point de départ.

Pourquoi la technologie inductive surpasse-t-elle les alternatives magnétiques et optiques ?

Les capteurs de position inductifs offrent plusieurs avantages intéressants :

• Immunité aux champs dispersésContrairement aux capteurs magnétiques, les capteurs inductifs sont intrinsèquement insensibles aux interférences magnétiques externes, ce qui garantit des performances stables même dans des environnements perturbés par le bruit électromagnétique.
• Il ne nécessite pas de montage étanche à l'airLes capteurs optiques nécessitent généralement un alignement précis et des conditions de propreté optimales. Les capteurs inductifs, quant à eux, tolèrent les défauts d'alignement mécanique et la contamination, ce qui simplifie leur fabrication.
• RentabilitéLes capteurs inductifs éliminent le besoin d'aimants et de composants optiques coûteux, réduisant ainsi la nomenclature (BOM) tout en maintenant des performances élevées.
• DurabilitéGrâce à l'absence de pièces mobiles et à la robustesse de leur conception de bobines sur circuit imprimé, les capteurs inductifs excellent dans les environnements sujets aux vibrations, à la poussière, à l'humidité et aux températures extrêmes.

Ces caractéristiques rendent la technologie inductive particulièrement intéressante pour les applications où la fiabilité, la précision et le coût sont essentiels.

Applications dans les secteurs automobile et industriel

Les capteurs de position inductifs de Renesas sont déjà utilisés dans un large éventail d'applications :

• AutomobileDes systèmes de direction électrique à la commutation de moteurs et au remplacement de résolveurs, les capteurs inductifs offrent un retour d'information rapide et précis, conforme aux normes ISO 26262 en matière de sécurité fonctionnelle.
• IndustrielEn robotique, en automatisation et dans les équipements industriels, les capteurs inductifs fournissent des mesures angulaires et linéaires précises, permettant un contrôle en boucle fermée et une maintenance prédictive.

Si les applications automobiles bénéficient de sa robustesse et de ses caractéristiques de sécurité, c'est dans les environnements industriels, notamment en robotique et en machines de précision, que cette technologie révèle tout son potentiel.

Précision industrielle : Nous répondons aux exigences de haute précision et de haute résolution.

Les applications industrielles exigent souvent des mesures ultra-précises, notamment en robotique, dans les machines à commande numérique et les équipements pour semi-conducteurs. Le dernier circuit intégré inductif de Renesas, le RAA2P3226, est conçu pour répondre à ces exigences élevées.

Ce capteur inductif à double bobine prend en charge des configurations telles que le mode Vernier, qui combine deux systèmes de bobines avec un nombre légèrement différent de paires de pôles (N et N-1). Cette configuration permet :

• Détection de position absolueLe principe de Vernier permet au capteur de déterminer la position sur plusieurs périodes, éliminant ainsi le besoin de routines de retour à la position initiale.
• Haute résolution et précisionLe RAA2P3226 atteint une résolution allant jusqu'à 19 bits et une précision de 15 bits, ce qui le rend idéal pour les applications nécessitant une précision inférieure.

Cette capacité à double bobine est particulièrement utile en robotique industrielle, où des mesures angulaires peuvent désormais être réalisées avec une précision jusqu'à 0,01°.

L'élément capteur : un composant essentiel dans la conception inductive.

Au cœur de chaque capteur de position inductif se trouve le élément capteurUn capteur est un ensemble de bobines d'émission et de réception gravées sur un circuit imprimé. La géométrie, l'espacement et la disposition de ces bobines influencent directement les performances du capteur.

La conception de cet élément est une tâche complexe. Les ingénieurs doivent prendre en compte :

• Géométrie de la bobineLa forme et la taille des bobines influent sur l'inductance, la force du signal et la résolution.
• déplacement mécaniqueLe capteur doit conserver sa précision sur toute l'amplitude de mouvement.
• Optimisation des performancesDes facteurs tels que l'entrefer, les propriétés des matériaux et les conditions environnementales doivent être pris en compte.

Jusqu'à présent, ce processus nécessitait des simulations exhaustives, des ajustements manuels et un prototypage itératif.

Découvrez l'outil de conception de serpentins de Renesas : l'excellence automatisée

Le nouvel outil de conception de bobines inductives (ICDT) de Renesas révolutionne ce processus. Basé sur une architecture flexible à base de modèles, cet outil permet aux utilisateurs de :

• ConceptionChoisissez parmi les modèles de mouvement rotatif, en arc ou linéaire, et configurez des configurations de bobine simple, double ou redondante.
• simulerExécutez des simulations en temps réel avec des visualisations 3D, des estimations d'inductance et des tensions de signal prédites à l'aide de modèles d'apprentissage automatique.
• OptimiserGénérer automatiquement des conceptions de bobines optimisées en termes de performances, y compris les fichiers Gerber pour la fabrication de circuits imprimés.

L'outil prend en charge des configurations telles que :

• Bobine simpleSimple et économique pour la détection de base.
• Double bobineDétection de position absolue haute résolution.
• Bobine redondanteSystèmes à isolation galvanique pour applications critiques en matière de sécurité.

Chaque utilisateur bénéficie d'un espace de travail dédié via MyRenesas, lui permettant de suivre les simulations, d'examiner les résultats et de télécharger les fichiers en toute simplicité.

Figure 2 : La robotique comme prochaine révolution

Impact sur la robotique : Établir une nouvelle référence

En robotique, la précision est primordiale. Qu'il s'agisse du retour d'information sur l'angle des articulations, de la commutation des moteurs ou du positionnement de l'effecteur terminal, même les plus infimes imprécisions peuvent entraîner une dégradation des performances ou des risques pour la sécurité.

Grâce aux capteurs inductifs à double bobine de Renesas et à l'ICDT, les ingénieurs peuvent désormais réaliser :

• Mesures angulaires ultra-précisesPrécision jusqu'à 0,01 °, Cela permet un contrôle précis des bras robotisés et des systèmes autonomes.
• Intégration compacteLes bobines sur circuit imprimé permettent des conceptions fines et intégrées qui s'adaptent aux structures mécaniques compactes.
• Fonctionnement robusteL'immunité à la poussière, à l'humidité et aux vibrations garantit des performances fiables en milieu industriel.

Cette combinaison établit une nouvelle norme en matière de détection de position inductive, permettant aux ingénieurs en robotique de repousser les limites de l'automatisation.

Renesas révolutionne la détection de position inductive

Le nouvel outil de conception de bobines de Renesas représente une étape importante dans l'évolution de la détection de position inductive. En automatisant la conception, la simulation et l'optimisation des éléments de détection, il lève les obstacles à l'adoption et accélère l'innovation.

Que vous conceviez une articulation robotique, un actionneur industriel ou un système automobile critique pour la sécurité, Renesas vous offre la précision, la flexibilité et la fiabilité nécessaires à votre réussite.

Alors que les industries continuent d'exiger des systèmes plus intelligents, plus sûrs et plus efficaces, des outils comme la conception de bobines de Renesas joueront un rôle essentiel dans l'avenir de la technologie de détection.

Figure 3 : Optimiseur de bobine de capteur de position inductif Renesas