皆さんは「センサー」を意識したことがありますか？
多くの場合、センサーは装置の内部など、人目につかないところで大変重要な役割を果たしています。センサは沢山の種類がありますが、磁気を検出するセンサーを「磁気センサー」と呼びます。ここでは、磁気センサーの概要と、選定上の注意点について簡単に解説しました。
磁気センサーとは？
磁気センサーは、磁場を検出して電気信号に変換するデバイスです。磁場は周囲の磁性体や電流から生成され、磁気センサーはそれを感知することで様々な情報を取得します。磁気センサーは非接触で作動し、小型で信頼性が高いため、広範な分野で使用されています。
■基本原理と種類
磁気センサーの基本原理は、磁場の影響を受ける物理効果を利用しています。代表的な種類には以下のものがあります。
ホールセンサー: ホール効果を利用して磁場を検出します。ホール効果は、電流が流れる導体上で磁場がかかると、ホール素子に生じるホール電圧が変化する現象です。
リードスイッチ: 2本の強磁性体リードをわずかな間隔をあけてガラス管に封入、外部磁界をかけるとリードが接触し、外部磁界を除くと元に戻ることで、ON・OFFを行うスイッチです。
MRセンサー: 磁気抵抗効果を利用して磁場を検出します。磁気抵抗効果は2つの磁性体層の間に挟まれた非磁性層で磁場を検出し、その変化によって電気抵抗が変化する現象です。この電気抵抗の変化を捉え、磁場を検出します。
■用途と活用事例
磁気センサーはさまざまな用途で活用されています。以下にいくつかの事例を紹介します。
自動車業界での活用: 自動車では磁気センサーがエンジンの回転数や位置を検出するために使用されます。また、ABS（アンチロック・ブレーキ・システム）やエアバッグの展開制御などにも磁気センサーが利用されています。
スマートフォンやタブレットでの活用: スマートフォンやタブレットの内部には磁気センサーが搭載されており、地磁気センサーや羅針盤として使用されます。これにより、デバイスの方位や傾きを検出することができます。
産業機器やロボティクスでの活用: 磁気センサーは産業機器やロボティクスにおいて、位置検出やモーター制御などに利用されます。例えば、コンベヤーシステムの位置検出やロボットアームの位置決めに磁気センサーが活用されています。
磁気センサーの代表的な種類
■ホールセンサー
ホールセンサーは、磁場の変化によってホール素子内のホール電圧が変化することを利用して磁場を検出します。主な特徴は以下の通りです。
- 非接触で作動するため、高い信頼性と長寿命を持ちます。
- 磁場の強さや極性の変化を検出することができます。
- 低消費電力で動作し、小型化が可能です。
- 自動車業界や電子機器、産業機器など幅広い分野で使用されています。
■リードスイッチ
リードスイッチは、2本のリード接点端部の隙間で接点を開放しており、リード接点端部に外部から磁界をかけると、リードの接点端部が引き付け合い、閉じることで閉路します。以下が特徴です。
- 小型で軽量なため、機器や装置の小型化に適します。
- ガラス管に封入されているため、ほこりや湿気などの外部環境の影響を受けません。
- 温度による特性変化が少なく、幅広い温度条件での使用が可能です。
- 白物家電、ノートパソコンなど幅広い分野で使用されています。
■MRセンサー
MRセンサーは、磁気抵抗効果を利用して磁場を検出します。磁気抵抗の変化によって電気抵抗が変化し、それを検出することで磁場を計測します。以下が特徴です。
- 非常に高い感度を持ち、微小な磁場変化を検出することができます。
- 広い温度範囲で安定した性能を発揮します。
- 高い磁場分解能を持ち、高精度な磁場測定が可能です。
- ハードディスクドライブや磁気記録ヘッドなどで使用されています。
磁気センサーを活用する業界と用途
■自動車業界での活用
エンジン管理: 磁気センサーを使用してエンジンの回転数や位置を検出し、点火タイミングや燃料噴射の制御に利用します。
ABS（アンチロック・ブレーキ・システム）:車輪の回転速度を検出するために磁気センサーが使用され、ブレーキ制御に役立ちます。
エアバッグ制御: 衝突検知に磁気センサーが使用され、エアバッグの展開トリガーとなります。
■スマートフォンやタブレットでの活用
コンパス: 地磁気センサー（ホールセンサーやMRセンサー）を使用して、デバイスの方位を検出します。
スリープ／ウェイク機能: 磁気センサーを使用して、デバイスのカバーを閉じたり開いたりすることでスリープやウェイク状態を制御します。
磁気付属品検出: 磁気センサーを使用して、付属品（例：スマートフォンケース）が装着されたことを検出し、適切な動作を行います。
■産業機器やロボティクスでの活用
位置検出: 磁気センサーを使用して、機械や部品の位置を検出し、制御に利用します。
モーター制御: 磁気センサーを使用して、モーターの位置や速度を検出し、適切な制御を行います。
マテリアルハンドリング: 磁気センサーを使用して、物体の位置や状態を検出し、効率的なハンドリングを実現します。
磁気センサーの選び方と注意点
磁気センサーを選ぶ際には、以下のポイントに注意して選択することが重要です。
■センサーの性能や特性を理解する
磁気センサーの性能や特性を理解することは、適切なセンサーを選ぶために必要です。
感度: センサーの感度は、検出できる磁場の強さや範囲を示します。使用環境や目的に合わせて、適切な感度のセンサーを選ぶ必要があります。
応答時間: 応答時間は、センサーが磁場変化に対して反応する速さを示します。高速な応答が必要な場合は、短い応答時間を持つセンサーを選ぶ必要があります。
温度特性: センサーの性能は温度によって変化することがあります。使用する環境の温度範囲を考慮し、温度変化に対して安定した性能を持つセンサーを選びましょう。
■用途に適したセンサーを選択する
磁気センサーの用途に応じて、最適な種類のセンサーを選択することが重要です。
磁場の強さ: 測定する磁場強度によって、適切なセンサーが異なります。ホールセンサーやMRセンサーは一般的な磁場検出に適していますが、より微小な磁場変化を検出する場合には、TMRセンサのようにMR比の大きいセンサを選ぶ必要があります。
環境条件: 使用する環境条件（温度、湿度、振動など）によって、センサーの選択が異なる場合があります。耐久性や防水性が必要な場合には、それに適したセンサーを選ぶ必要があります。
■信頼性と耐久性を重視する
磁気センサーの信頼性と耐久性は、長期的な使用において重要な要素です。
耐久性: 環境において適切な耐久性を持つセンサーを選ぶことで、長期間の使用が可能です。振動や衝撃に対する耐性、長時間の連続動作に耐える能力などを考慮しましょう。
保証とサポート: メーカーからの保証やサポート体制が充実しているセンサーを選ぶことで、万が一のトラブル時にも安心です。
磁気センサーを選ぶ際には、センサーの性能や特性、用途に合わせた選択、信頼性と耐久性を重視することが重要です。これらのポイントを考慮しながら、最適な磁気センサーを選びましょう。
磁気センサーを選定するときは専門家に相談するのがベストです
以上、磁気センサーについて簡単に解説しました。
磁気センサーは様々な分野で広く使われています。そして、応用範囲が広く様々な活用事例があるために、選定に迷うかもしれません。選定に当たっては、基本的な注意点を守れば必ず適切な選定が行えますが、信頼できる専門家に相談するとより安心です。
下西技研は磁気センサーに関しても豊富な実績を有しています。磁気センサーのことでお悩みの場合は、お気軽にご相談ください。
