エンコーダーとは何ですか?
モータ運転中、電流、回転速度、回転軸の円周方向の相対位置などのパラメータをリアルタイムで監視することで、モータの状態を判断します。モーター車体と牽引対象機器を連動させ、さらにモーターと機器の動作状態をリアルタイムに制御することで、サーボ制御、速度調整、その他多くの特殊機能を実現します。
ここで、エンコーダをフロントエンド測定要素として適用すると、測定システムが大幅に簡素化されるだけでなく、精度、信頼性、および強力さも向上します。
エンコーダは、回転部品の位置と変位を一連のデジタルパルス信号に変換する回転センサーです。制御システムによって収集・処理され、一連のコマンドを発行することで、機器の動作状態を調整・変更します。エンコーダをギアボックスやねじと組み合わせることで、直線運動部品の位置と変位の物理量を測定することもできます。
エンコーダの基本分類
エンコーダーは、信号またはデータをコード化、変換、通信、伝送、および信号データの保存を行うための機械的および電子的な精密測定デバイスの密接な組み合わせです。
エンコーダは、機械部品と電子部品を組み合わせ、信号とデータを符号化、変換、通信、送信、保存する精密測定装置です。特性の違いにより、エンコーダは以下のように分類されます。コードディスクとコードスケール：直線変位を電気信号に変換するコードスケールエンコーダ、角度変位を電気信号に変換するコードディスクエンコーダ、インクリメンタルエンコーダ：位置、角度、回転数などを提供し、1回転あたりのパルス数で速度を定義します。アブソリュートエンコーダ：位置、角度、回転数などの情報を角度の増分単位で提供し、各角度の増分には固有のコードが付与されます。
-ハイブリッドアブソリュートエンコーダ：ハイブリッドアブソリュートエンコーダは 2 セットの情報を出力します。1 セットの情報は絶対情報として磁極の位置を検出するために使用され、もう 1 セットは増分エンコーダの出力情報とまったく同じです。
一般的に使用されるエンコーダモーター
インクリメンタルエンコーダ
光電変換の原理を直接利用し、A、B、Zの3組の矩形波パルスを出力します。A、Bの2組のパルスは90度の位相差があり、回転方向を容易に判別できます。Z位相は1回転ごとに1パルス出力され、基準点の位置決めに使用されます。利点：構造がシンプルで、平均機械寿命は数万時間以上、耐干渉性が強く、信頼性が高く、長距離伝送に適しています。欠点：軸回転の絶対位置情報を出力できません。
アブソリュートエンコーダ
直接出力デジタルセンサーは、円形のコードディスクの半径方向に沿って同心円状のコードチャネルをいくつか備えたセンサーで、各チャネルは光透過セクターと光不透過セクターで構成され、隣接するコードチャネルセクターの数の二重関係により、コードディスク上のコードチャネル数はそのコードディスク上の2進数の数、コードチャネル数はそのコードディスクのビット数です。コードディスクの光源側には、各コードチャネルに対応する感光素子があります。コードディスクが異なる位置にある場合、感光素子は光の有無に応じて対応するレベル信号を変換して2進数を形成します。コードディスクが異なる位置にある場合、各感光素子は、照明の有無に応じて対応するレベル信号を変換して2進数を形成します。
このタイプのエンコーダは、カウンタを必要とせず、回転軸の任意の位置で位置に対応する固定のデジタルコードを読み取ることができるという特徴があります。当然のことながら、コードチャネルの数が多いほど解像度が高くなります。Nビットのバイナリ解像度を持つエンコーダの場合、コードディスクにはN個のバーコードチャネルが必要です。現在、16ビットのアブソリュートエンコーダ製品があります。
エンコーダの動作原理
光電コードプレートの中心軸には暗線を通したリングがあり、その周囲に光電送受信装置が設置され、A、B、C、D の 4 セットの正弦波信号が組み合わされます。各正弦波は 90 度の位相差があります (360 度の円周波に対して)。C、D 信号は反転され、A、B の 2 相信号に重ね合わされて強化され、信号を安定させます。もう 1 回転ごとに、ゼロ位置の基準位置を表す Z 相パルスが出力されます。
A、Bの2つの位相差は90度なので、A相を前、またはB相を前と比較して、エンコーダの正回転と逆回転を識別し、ゼロパルスを通じて、エンコーダのゼロ基準位置を取得できます。
エンコーダディスクの材質にはガラス、金属、プラスチックがあり、ガラスディスクはガラスに非常に薄い彫刻線を蒸着しているため、熱安定性に優れ、高精度です。金属ディスクは彫刻線を直接通過するため、脆くはありませんが、金属の厚さによって精度が制限され、熱安定性はガラスよりも一桁劣ります。プラスチックディスクは経済的でコストは低いですが、精度、熱安定性、寿命は劣ります。プラスチックディスクは経済的ですが、精度、熱安定性、寿命は劣ります。
解像度 - エンコーダーが提供する 360 度の回転あたりの透過線または暗線の数を解像度と呼びます。これはインデックスの解像度とも呼ばれ、直接的には線数と呼ばれます。通常は 1 回転のインデックスあたり 5 ～ 10,000 線です。
位置測定とフィードバック制御の原理
エンコーダは、エレベーター、工作機械、材料加工、モーターフィードバックシステム、計測・制御機器において極めて重要な位置を占めています。エンコーダは、光学格子と赤外線光源を用いて光信号をTTL（HTL）電気信号に変換し、受信機で受信します。受信機はTTLレベルの周波数とハイレベルの数を分析することで、モーターの回転角度と位置を視覚的に表示します。
角度や位置を正確に計測できるため、エンコーダとインバータを組み合わせた閉ループ制御システムを形成し、より精密な制御を行うことが可能となり、エレベーターや工作機械などの高精度な使用が可能になります。
まとめ
まとめると、エンコーダは構造上、インクリメンタル型とアブソリュート型の2種類に分けられます。また、光信号などの他の信号も、分析・制御可能な電気信号に変換されます。私たちが日常的に使用するエレベーターや工作機械は、モーターの精密な制御に基づいており、電気信号のフィードバックによる閉ループ制御によって、周波数変換器を備えたエンコーダも精密な制御を実現しています。
投稿日時: 2024年2月23日