Am 1. Juli hat das chinesische TMR-Magnetsensor-Unternehmen MDT den integrierten Schaltkreis des magnetischen Drehgebers TMR3111D vorgestellt. Das Produkt ist für die hochpräzise Drehpositionserfassung bei hohen Geschwindigkeiten in Robotern, Servomotoren und industriellen Bewegungssteuerungen konzipiert und wird auf der electronica China 2026 in München ausgestellt.
Der technische Schwerpunkt des TMR3111D liegt in der Integration der TMR-Magnetowiderstandserfassung, der Winkelberechnung und der digitalen Signalverarbeitung in einem einzigen kompakten Encoder-Chip. Die Kernaufgabe eines Drehgebers besteht darin, den Drehwinkel einer Motorwelle, eines Robotergelenks oder eines Aktuators in ein Positionsrückmeldesignal umzuwandeln, das vom Steuerungssystem gelesen werden kann. In einem Servosystem fließt dieses Rückmeldesignal direkt in die geschlossene Regelschleife, um Geschwindigkeit, Position und Drehmomentausgabe zu korrigieren. Der TMR3111D verwendet ein berührungsloses magnetisches Erfassungsverfahren, bei dem der Winkel durch Erfassen der durch die Drehung eines externen Magneten verursachten Magnetfeldänderungen berechnet wird. Er benötigt keine Gitterscheiben, mechanischen Kontakte oder komplexen optischen Aufbauten und eignet sich daher für Robotergelenke und Motor-Endstrukturen mit beengten Platzverhältnissen, starken Vibrationen und schwer zu kontrollierenden Montagetoleranzen. Das Produkt unterstützt sowohl koaxiale als auch off-axis Magnetkonfigurationen, was bedeutet, dass der Magnet direkt über dem Chip oder versetzt angeordnet werden kann, um mechanische Bauraumvorgaben zu erfüllen. Dies bietet mehr konstruktive Spielräume für Roboteraktuatoren, Motormodule und kompakte Gelenke.
Die Schnittstellenkonfiguration ist ein wichtiger Aspekt des TMR3111D für Bewegungssteuerungssysteme. Der Chip unterstützt SPI-, ABZ-, PWM- und UVW-Ausgänge und kann gleichzeitig die Anforderungen an absolute Winkelfeedback, inkrementelle Encoder-Feedback und Motor-Kommutierungssteuerung erfüllen.
Die SPI-Schnittstelle dient zur Ausgabe absoluter Winkeldaten und eignet sich für das direkte Auslesen der Rotor- oder Gelenkposition durch den Hauptsteuerchip. Die ABZ-Schnittstelle wird für inkrementelle Encodersysteme verwendet und kann herkömmlichen Servoantrieben Impulsrückmeldungen liefern. Der PWM-Ausgang ermöglicht die Übertragung von Winkelinformationen über das Tastverhältnis. Die UVW- und Z-Ausgänge können für die bürstenlose Motorkommutierung und den Nullreferenzpunkt verwendet werden. Der inkrementelle ABZ-Ausgang des TMR3111D ist auf bis zu 4.096 PPR programmierbar, das interne Winkeldatenformat beträgt 23 Bit, die maximale Drehzahl beträgt 40.000 U/min, der Betriebsspannungsbereich liegt zwischen 3 V und 5 V, und das Gehäuse ist ein DFN10L mit den Abmessungen 3 × 3 × 0,75 mm. Für hochdynamische Servosysteme sind die Unterstützung hoher Drehzahlen und das kleine Gehäuse entscheidend, da in einem Aktuator oft Motor, Getriebe, Treiberplatine, Lager, Kabelbaum und Sensor untergebracht werden müssen. Je kleiner der Encoder, desto einfacher lässt er sich in ein integriertes Gelenkmodul einbauen.
Im Vergleich zu Hall-Effekt-Encodern liegen die Vorteile der TMR-Technologie hauptsächlich in der magnetischen Empfindlichkeit und dem Signal-Rausch-Verhältnis. Eine höhere Empfindlichkeit ermöglicht es dem Chip, auch bei schwächeren Magnetfeldern oder Montageabweichungen noch nutzbare Signale zu liefern, während ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis dazu beiträgt, Winkelschwankungen zu reduzieren.
In Roboter- und Servomotoranwendungen beeinflusst die Stabilität der Winkelfeedback direkt die Regelgenauigkeit. Wenn ein Encoder bei langsamer Präzisionspositionierung, schnellem Schwenken, häufigem Start-Stopp-Betrieb und Lastwechseln in Robotergelenken Rauschen, Drift oder nichtlineare Fehler aufweist, werden diese Fehler vom Regler in die geschlossene Regelschleife eingebracht, was zu Motorvibrationen, Positionsabweichungen, Ansprechverzögerungen oder instabilen Trajektorien führt. Der TMR3111D verfügt über eine integrierte automatische Verstärkungskompensation und nichtlineare Kalibrierungsfunktionen, die montagebedingte magnetische Fehler korrigieren und so die Konsistenz bei der Serienmontage verbessern können. Dieses Design ist für die Massenproduktion wichtig, da bei der Herstellung großer Stückzahlen von Robotergelenken die Magnetposition, der Luftspalt, die axiale Abweichung und der Montagewinkel der Leiterplatte nicht vollständig identisch sein können. Die Kompensationsfähigkeit auf Chipebene kann den nachgelagerten Kalibrierungs- und manuellen Justieraufwand reduzieren.
Die Anwendungsbereiche des TMR3111D konzentrieren sich auf humanoide Roboter, vierbeinige Roboter, kollaborative Roboter, Industrieroboter-Gelenke, Servomotorsysteme und Präzisionsbewegungssteuerungsgeräte. Humanoide und vierbeinige Roboter sind besonders empfindlich gegenüber Gelenkpositionsrückmeldungen. Knie-, Hüft-, Knöchel-, Schulter-, Ellbogen- und Handgelenksaktuatoren müssen jederzeit den aktuellen Winkel kennen, um Gleichgewichtssteuerung, Gangplanung, Drehmomentverteilung und Bewegungskompensation durchführen zu können. Industrieroboter und kollaborative Roboter legen mehr Wert auf Wiederholgenauigkeit, Trajektorienkonsistenz und Langzeitzuverlässigkeit. Der TMR3111D bietet hohe Geschwindigkeit, berührungslose Erfassung, kleine Bauform, mehrere Schnittstellen und automatische Kalibrierung und entspricht damit genau dem Trend zu hochintegrierten, hochdynamischen und hochpräzisen Roboteraktuatoren. Für Servosystemhersteller kann dieser Chip für kompakte Motorrückmeldungen, in Gelenkmodule integrierte Encoder, intelligente Aktuatoren und hochwertige Bewegungssteuerungskarten verwendet werden, was zur Vereinfachung der Encoderstruktur und zur Erhöhung der Systemintegration beiträgt.
Die technische Bedeutung dieses Produkts liegt nicht darin, „ein weiteres Sensormodell“ zu sein, sondern darin, dass magnetische Drehgeber in die Kernkomponenten von Roboteraktuatoren vordringen. Da sich Robotergelenke von diskreten Kombinationen aus Motor, Getriebe, Treiber und Sensor hin zu integrierten Aktuatoren entwickeln, müssen Encoder gleichzeitig die Anforderungen an kleine Größe, hohe Drehzahl, hohe Genauigkeit, hohe Störfestigkeit und einfache Montage erfüllen. Der TMR3111D komprimiert die Positionsrückmeldefunktion durch TMR-Erfassung, digitale Winkelausgabe, automatische Kompensation, mehrere Schnittstellen und Unterstützung für hohe Drehzahlen in einen einzigen kleinen Chip, was die strukturelle Komplexität von Robotergelenken und Servomodulen reduzieren kann. Was in Zukunft wirklich beachtet werden muss, ist die tatsächliche Konsistenz des Produkts unter Bedingungen wie hohen Temperaturen, Vibrationen, Langzeitbetrieb, Serienmontagetoleranzen und verschiedenen Magnetkreisdesigns sowie der Fortschritt bei der Einführung bei Kunden in den Bereichen Roboteraktuatoren, Servomotoren und industrielle Bewegungssteuerung.