エンコーダの説明: 原理、種類、産業用途

エンコーダの概要

エンコーダは、デジタル パルスを出力することでモーターの速度と位置を追跡し、フィードバックするモーター シャフトに取り付けられた電気機械デバイスです。その中心的な動作原理は次のとおりです。エンコーダによって生成されたパルスをカウントすることにより、システムは最後に知られた位置に対するモーターの現在位置の変位を計算し、それによってモーターが目標位置に正確に到達したかどうかを検証できます。

エンコーダの基本構造は、光源、周縁に溝が刻まれた円盤（コードディスク）、受光器で構成されます。コード ディスクがモーター シャフトと一緒に回転すると、スロットが連続的な静的光源を一連のフラッシュに分割します。受光器はこれらの明暗の変化を検出し、デジタル方形波パルス信号に変換し、メイン コントローラーに出力します。-エンコーダの分解能がモータのステップ分解能と一致する場合、エンコーダはモータの動きの各ステップに対して 1 つの対応するパルスを生成します。

I. インクリメンタルエンコーダ

1. 動作原理と出力信号

インクリメンタル エンコーダは、動作中に一連のパルスを生成することによって動作します。そのコード ディスクには均一に分散されたスロットがあります。シャフトが回転すると、固定された光電ピックアップが透過光の変化を検出し、連続パルスシーケンスを出力します。標準的なインクリメンタル エンコーダは通常、「直交信号」として知られる 90 度の位相差を持つ 2 つの方形波信号 (チャネル A とチャネル B) を提供します。-これら 2 つの信号間の位相関係は、回転方向を正確に決定するために使用されます。

2. 位置情報の関連性と電源オフ損失の問題-

インクリメンタルエンコーダの出力相対変位絶対的な位置ではなく情報です。システムの電源がオンになると、エンコーダはパルスのカウントと出力を開始し、外部カウンタまたはコントローラがこれらのパルスを蓄積して現在位置を計算します。ただし、一度電源が失われるとパルス出力が停止し、外部に記憶したカウント値はバックアップ電源が無い場合には失われます。停電復帰後、エンコーダは現在のシャフト位置を自動的に知ることができず、カウント値は再びゼロからスタートします。

3. ホーミングの必要性（参照に戻る）

上記の特性により、インクリメンタル エンコーダを使用するシステムは、起動時または停電後の再起動時に毎回「原点復帰」動作を実行する必要があります。この操作は通常、リミット スイッチ、磁気スイッチ、エンコーダ ディスク上の Z- 相インデックス パルスなど、事前に定義された物理的基準点がトリガーされるまで、モーターを駆動して移動します。この点が見つかると、システムは位置カウンタをリセットまたは既知の値に設定し、その後のすべての動作の絶対基準として機能します。

4. メリット、デメリット、応用例

利点:構造が比較的簡単で、低コストで信頼性が高い。
短所:位置情報は電源をオフにすると失われます。-これは原点復帰操作に依存します。 - 干渉防止機能は比較的弱いため、ノイズ パルスが誤って位置にカウントされる可能性があります。
解決：電源オフ後の位置保持が必要なアプリケーションの場合、バックアップ バッテリーを使用してカウンタまたはストレージ ユニットに電力を供給できます。{0}}

II.アブソリュートエンコーダ

1. 基本原則: 独自の絶対位置エンコーディング

アブソリュート エンコーダの基本的な特徴は、コード ディスク上の各機械位置が割り当てられることです。ユニークなデジタルコード。これは通常、ディスク上に複数の同心コード トラック (各トラックは 1 つのバイナリ ビットを表す) を製造し、複数の独立した光電センサーを使用することによって実現されます。したがって、静止している場合や電源がオフの場合でも、出力信号はシャフトの絶対角度位置に直接対応します。

2. 電源オフ後の位置保持-と電源投入時の即時利用可能-

位置情報はコード ディスクの物理パターンによって一意に決定されるため、アブソリュート エンコーダは電源をオフにしても位置を失うことはありません。{0}}システムの電源を再度オンにすると、コントローラは原点復帰動作を実行せずに現在の絶対位置コードを即座に読み取ることができるため、「電源をオンにしてすぐに使用できる」状態が実現され、起動効率と安全性が大幅に向上します。-

3. シングルターンとマルチターンのタイプ-

シングルターン絶対値エンコーダ-1 回の 360 度回転内で一意の位置値を提供し、移動範囲が 1 回転未満のアプリケーションに適しています。
マルチ-回転アブソリュートエンコーダ1 回転内の固有の値を提供するだけでなく、内部ギアボックスまたは電子カウント機構を通じて回転数を記録します。複数の回転 (たとえば、最大 4096 回転) にわたってグローバルな絶対位置を提供でき、長距離移動の測位アプリケーションに適しています。-

4. シグナルと利点

出力コード:隣接する位置間で 1 ビットだけが変化するグレイ コードが一般的に使用され、読み取りエラーを効果的に防ぎます。
抗干渉機能:-コードディスクパターンの瞬時の読み取りによって位置が決定されるため、時折発生する電気ノイズパルスが蓄積されず、高いノイズ耐性が得られます。
高い安全性と柔軟性:位置は電源投入時にすぐに確認できるため、未知の位置から開始することによるリスクを回避できます。{0}}任意の点をプログラム可能な基準として使用できるため、システム設計がより柔軟になります。

Ⅲ．メカニカルアブソリュートエンコーダ（磁気式）

これは、磁気センシング原理に基づいた新しいタイプの絶対位置センシング ソリューションで、電源オフ メモリと高い環境耐性を組み合わせたものです。-

1. シングルターン位置検出原理

そのコアは、モーター シャフトの中心に取り付けられた特殊な複合磁石 (中心が双極磁化、周囲が多極磁化) と、対応する磁気抵抗センサーで構成されています。センサーが読み取るのは、方向中心磁場の粗い絶対角度 (たとえば 180 度に分解) を取得し、同時に検出します。相変化高解像度の角度分割を取得するための高密度周辺磁場の-。- 2 つを組み合わせることで、正確な 1 回転絶対位置を計算できます。-

2. 多回転位置検出原理-

複数回転の絶対位置検出を実現するために、システムには高精度の歯車列が導入されています。{0}メインギアはモーターシャフトに取り付けられ、その後に特定の歯比を持つ一連の減速ギアが続きます。各ギアには独自の磁石とセンサーが装備されています。

動作原理:モーターシャフトが回転すると、各ギアが異なる速度で回転します。これらのギアの磁石は、次のようなユニークな組み合わせを生成します。位相差彼らの立場に関係します。このシステムは各ギアの磁束位相を検出し、この一連の位相差をデコードすることで、最大数千回転の範囲にわたってモーター シャフトの絶対機械位置を一意に決定できます。
デザイン上の特徴:ギアの歯数は、検出可能な最大回転数 (たとえば、1800 回転) に達した後にのみ位相差の組み合わせが繰り返されるように特別に設計されており、それによって位置コードの一意性が保証されます。ギアは検出のみに使用され、動力負荷はかかりません。自己潤滑性の樹脂材料で作られているため、長寿命が保証されます。{3}}

3. 主な利点と応用シナリオ

バッテリーなし、永久メモリ:位置情報は機械的なギアと磁石のパターンの物理的な位置によって決定され、完全な電源喪失の後でも失われることはありません。
高い環境耐性:精密な光学部品を使用せず、完全に密閉された磁気センシング設計により、埃、油汚れ、結露、振動、および特定の温度衝撃に対する耐性が光学式エンコーダよりもはるかに優れています。
コストと信頼性のバランス:解像度はトップティアの光学式エンコーダに匹敵しない可能性がありますが、堅牢な構造、高い信頼性、メンテナンス不要のバッテリー不要の設計により、耐久性、安全性、バッテリー メンテナンスの不要性が求められる産業用途に最適です。{0}{0}

IV.概要と選択のリファレンス

結論

開ループ ステッピング モーターまたは標準サーボ システムの場合、-インクリメンタルエンコーダ費用対効果が高いため、依然として主流の選択肢です。{0} 「電源を入れてすぐに使用できる」-、高い安全性、または複雑な位置決め機能を必要とするアプリケーションでは、アブソリュートエンコーダは不可欠です。絶対的な解決策の中で、機械式アブソリュートエンコーダエンジニアに、システム設計を簡素化し、長期的な信頼性を向上させる強力な代替手段を提供します。{0}}バッテリー-無料の永久メモリそして優れた工業用耐久性.