TI、高精度3Dホール効果センサTMAG5170を発表 — 工場自動化のリアルタイム制御を強化

Texas Instrumentsが、工場自動化とモータードライブシステムにおけるリアルタイム制御向けに設計された、新しい3Dホール効果位置センサファミリの第一弾「TMAG5170」を発表しました。

TMAG5170は、統合診断と高度な機能により、設計の柔軟性を高め、システム安全性を向上させ、エネルギー消費を削減します。

すべての磁気トランスデューサと同様に、ホール効果センサも超高精度と高スループットのトレードオフを伴います。真に安定したセンサは、温度変動、周囲環境、外部磁場を問わず性能を維持しますが、極めて高い精度と高速データレートの両立は困難です。

TIは、TMAG5170がこのギャップを埋め、高精度と高スループットの両方を提供すると主張しています。「スループットの向上は、フル速度が不要な場合の消費電力削減につながります」と、TIの位置センシング製品担当マーケティングおよびアプリケーションマネージャーのSteven Loveless氏は述べています。

自動化倉庫ロボット。（出典：TI）

位置センサの役割

位置センシングは、モーションを制御する高性能自動化システムに不可欠です。センサの選択はコスト、性能、信頼性に直接影響します。ホール効果リニアマルチ軸センサによる絶対位置測定は、正確で迅速、かつ信頼性が高くなければならず、精密なリアルタイム制御を保証します。

3Dホール効果センサの重要な設計考慮事項は、自由に動く磁石を検出し、その位置を確実に追跡する能力です。磁石の極周りの磁場は通常対称的であるため、同じ入力が複数の位置から生じる可能性があります。正確な絶対位置を得るには、磁束密度の微細な変化を利用して磁石の動きを区別する慎重な設計が必要です。

リアルタイム制御への対応

スマートファクトリーでは、高度に自動化されたシステムが統合製造フロー内でシームレスに動作しながら、継続的にデータを収集して運用を最適化する必要があります。リアルタイム3D位置センシングは、高効率・低ダウンタイム自動化に不可欠です。

「位置やモーションフィードバックに依存するシステムは高度に動的であり、負荷、速度、その他パラメータの変化に迅速に応答しなければなりません」とLoveless氏。新しいTIセンサは、これらの動的条件をより高い精度で捉えるよう設計されており、より高速なシステム応答を可能にします。

TIによると、TMAG5170は室温で2.6%フルスケール総合誤差を達成し、総合誤差ドリフトはわずか3%。これにより、出荷時キャリブレーションとオフチップ誤差補正が不要になり、設計と製造が簡素化されます。最大20kSPSのサンプリングレートをサポートし、高速機械モーション向けの低レイテンシスループットを提供します。

また、オフチップ演算を不要にし、角度計算エンジン、測定平均化、ゲイン/オフセット補正などの機能により、可変センサー・磁石配置を可能にします。配置に関わらず、これらの特性は設計を簡素化し、システム適応性を高め、制御ループレイテンシを削減し、ソフトウェア開発を容易にします。統合計算エンジンにより、システムの処理負荷を最大25%削減し、エンジニアがTIの低消費電力MSP430™ MCUなどの汎用マイコンを使用しながらコストを抑制できます。

以下の図は、TMAG5170がモーターシャフトの正確な角度位置を監視する様子を示します。高帯域幅読み取りが可能なセンサはフィードバックループ速度を向上させ、全体的なシステム性能を向上させます。

TMAG5170アプリケーション例。（出典：TI）

消費電力は、特に電池駆動や低消費電力プラットフォームで位置センサを選択する際の重要な要素です。ウェイクアップ、スリープ、ディープスリープなどの低消費電力動作モードを持つセンサは、エネルギー制約システムで一般的です。TIは、TMAG5170の複数動作モードとサンプリングレートにより、1〜20kHzのサンプリング範囲でバッテリー駆動デバイスや、効率が最優先される低使用モードにおいて、エネルギー効率を最大70%向上させられると主張しています。

磁気と機械の設計柔軟性も、可変磁気感度レベルと温度補正オプションをサポートする3Dリニアホール効果センサによって恩恵を受けます。自動化システムが人間と共存して動作する中、設備ダウンタイム防止と高製造品質確保のため、安全性と診断はますます重要になっています。したがって、精度、速度、電力、適応性が最重要の設計考慮事項となります。

>> この記事は姉妹サイトEE Timesで最初に公開されました。

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