3D霍爾傳感瞄準工業(yè)自動化與汽車應用

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）從霍爾開關，速度霍爾，電流霍爾，到線性/角度霍爾，各類霍爾傳感應用以霍爾效應為基礎，將被測非電量參數(shù)轉化為電量參數(shù)，靈敏性足夠的同時穩(wěn)定性也很可靠。

現(xiàn)在霍爾傳感器已經(jīng)由傳統(tǒng)的單個霍爾元件階段發(fā)展到集成電路階段，廣泛應用于汽車工業(yè)、自動化、信息處理等各個領域。工業(yè)自動化領域隨著工業(yè)4.0進程的不斷發(fā)展演變，市場越來越需要傳統(tǒng)制造和工業(yè)設備具有更高的自動化水平。

為確保系統(tǒng)級精度和可靠性，很多此類應用需要進行準確的絕對位置測量。在為應用選擇正確的位置測量技術時，需要考慮多個因素，特別是測量精度、物體速度、功率要求、校準需求、支持各種配置的靈活性以及可靠性。3D霍爾正是在此背景下誕生的。

從傳統(tǒng)霍爾到3D霍爾

目前絕大多數(shù)應用里使用的霍爾傳感器，只對某一方向上的磁場敏感，單軸傳感在多向的磁場中，難以獲取準確的信息。與單軸傳感器不同，3D霍爾傳感器可以使用來自所有方向的磁場數(shù)據(jù)來計算角度和幅度。

3D霍爾可以檢測X，Y和Z軸的磁場，對任何方向放置的磁體都是敏感的。由此得來的絕對位置信息相比傳統(tǒng)霍爾傳感精度更高，結果更可靠。

在三維的實際場景中，3D霍爾傳感器不論是放在磁場軸上還是與磁場共面，都可以通過距離和角度來確定具體的位置。尤其是共面的測量方案，可以在旋轉軸磁場里實現(xiàn)超高精度的測量，很典型的例子是多軸機器人的多軸檢測。

根據(jù)QYResearch最新發(fā)布的3D霍爾傳感器行業(yè)分析報告，2022年全球3D霍爾傳感器市場銷售額達到了1億美元，預計2029年將達到1.9億美元，年復合增長率達到了8.5%。汽車、工業(yè)自動化、航空航天等需要精確測量磁場領域對于高精度傳感的需求推動了3D霍爾傳感器的發(fā)展。

3D霍爾帶來了應用優(yōu)勢？

以最具代表性的對高精度傳感有需求的機器人控制為例。不管是什么機器人運動控制，了解電機轉軸位置都是關鍵。

對于機器人控制而言，可靠的位置反饋能實現(xiàn)一致的系統(tǒng)控制，降低位置失準帶來的風險，同時如果位置反饋足夠精準足夠快速還能進一步改進功能的同步和時序控制實現(xiàn)更快的響應。

以往用標準的單個霍爾磁傳感器件是測量一個維度的磁場，要有效測量360°全旋轉的角度，需要使用兩個分別呈90°的霍爾感應元件并進行函數(shù)轉換。這是可以實現(xiàn)的，但是問題在于實現(xiàn)的過程非常復雜，如何放置如何對齊都會影響到最終的感測。

3D霍爾則只需要在封裝上與磁體對齊即可，可以靈活地放置在磁體允許范圍內(nèi)的任何位置，方便實現(xiàn)簡單緊湊的電機編碼解決方案。而且3D霍爾可以提供多個磁場范圍選項以應對不同的強磁場環(huán)境，保證可靠度。這些用高帶寬進行測量的3D霍爾也提高了此反饋環(huán)路的整體速度。

汽車里的轉向角位置檢測、變速器位置檢測、換檔器位置檢測、油門和制動踏板位置檢測等應用場景對3D霍爾的需求也很大，而且還會要求3D霍爾提供穩(wěn)定的雜散場補償能力，保證對混合動力或電動汽車（xHEV）中的電機或電源線產(chǎn)生的干擾場不敏感。

還有一些使用傳統(tǒng)霍爾就可以解決的應用，在替換為3D霍爾之后，可以使用多出來的未被使用的軸進行更多功能的探索，比如門鎖的入侵檢測、家用電器的磨損檢測等等。

小結

越來越多的高度自動化系統(tǒng)，尤其是工業(yè)自動化和汽車領域，需要同步收集大量運動數(shù)據(jù)來輔助控制，具有更高精度、速度和能效的3D位置感應技術對于這些設備未來的升級至關重要。