エンコーダーとは何ですか？
モーターの動作中、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、モーター牽引される車両本体と機器の位置関係を把握し、さらにモーターと機器の動作状態をリアルタイムで制御することで、サーボ制御、速度制御、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の計測要素として用いることで、計測システムが大幅に簡素化されるだけでなく、精度、信頼性、そしてパワーも向上する。
エンコーダは、回転部品の位置と変位をデジタルパルス信号に変換する回転センサです。これらの信号は制御システムによって収集・処理され、機器の動作状態を調整・変更するための一連のコマンドが出力されます。エンコーダをギアバーやスクリューと組み合わせることで、直線運動部品の位置や変位といった物理量を測定することも可能になります。
エンコーダの基本分類
エンコーダは、精密測定装置と、信号またはデータの符号化、変換、通信、伝送、および保存のための信号またはデータの機械的および電子的要素が密接に組み合わされた装置です。
エンコーダは、信号やデータを符号化、変換、通信、送信、保存するために機械部品と電子部品を組み合わせた精密測定装置です。異なる特性に応じて、エンコーダは次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ものをコードスケールエンコーダ、角度変位を通信に変換するものを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増分で提供し、各角度増分に固有のコードが割り当てられます。
-ハイブリッド絶対エンコーダ：ハイブリッド絶対エンコーダは2組の情報を出力します。1組の情報は磁極の位置を検出するために使用され、絶対情報として機能します。もう1組の情報は、インクリメンタル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て、3組の矩形波パルスA、B、Zを出力します。A、Bの2組のパルスの位相差は90°で、回転方向を容易に判別できます。Z位相は1回転ごとにパルスを出力し、基準点の位置決めに使用されます。利点：構造原理がシンプルで、平均機械的寿命が数万時間以上、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。
絶対エンコーダ
直接出力デジタルセンサは、センサの円形コードディスクの放射方向に沿って複数の同心円状のコードチャネルを備えています。各チャネルは、光透過性セクターと光不透過性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は、コードディスク上のコードチャネルの数とコードディスク上のバイナリ数字の数との間の二重の関係になっています。コードディスクの光源側には、反対側の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とき、感光素子は、光が当たっているか否かに応じて、対応するレベル信号を変換してバイナリ数を生成します。コードディスクが異なる位置にあるとき、各感光素子は、光が当たっているか否かに応じて、対応するレベル信号を変換してバイナリ数を生成します。
このタイプのエンコーダの特徴は、カウンタを必要とせず、回転軸のどの位置でも位置に対応する固定デジタルコードを読み出せる点です。当然ながら、コードチャネル数が多いほど分解能が高くなり、Nビットバイナリ分解能のエンコーダの場合、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ビット絶対エンコーダ製品が存在します。
エンコーダの動作原理
暗線がリング状に並んだ光電コードプレートの軸を中心とした部分には、読み取りを行う光電送受信装置があり、A、B、C、Dの4組の正弦波信号が得られます。各正弦波は90度の位相差（360度の円周波に対して）を持ち、C、D信号はA、Bの2相信号に重ね合わされて反転され、信号を安定化するために強化されます。また、各回転ごとにゼロ位置基準位置を表すZ位相パルスを出力します。
AとBの2つの位相差は90度なので、Aの位相を前に、またはBの位相を前にして比較することで、エンコーダの正回転と逆回転を判別できます。ゼロパルスを通して、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ます。ガラスディスクは、ガラスに非常に細い線が刻まれており、熱安定性と精度に優れています。金属ディスクは、刻印された線を直接通過させ、通過させないため、壊れにくいですが、金属の厚みがあるため精度が制限され、熱安定性はガラスよりも桁違いに劣ります。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 - エンコーダが360度の回転あたりに何本の貫通線または暗線を提供するかを解像度と呼び、インデックスの解像度とも呼ばれ、または直接的に何本の線とも呼ばれ、一般的に1回転あたり5〜10,000本の線です。
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役割を担っています。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、受信機を通してTTLレベルの周波数とハイレベルの数を解析することで、モータの回転角度と位置を視覚的に表示します。
角度と位置を正確に測定できるため、エンコーダとインバータを用いて閉ループ制御システムを構築することで、より高精度な制御が可能となり、エレベーターや工作機械などを非常に高い精度で使用できる理由となっている。
まとめ
要約すると、エンコーダは構造によって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、光信号などの他の信号を電気信号に変換して解析・制御できることがわかります。そして、私たちが普段生活してい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が精密な制御を実現しています。
投稿日時：2024年2月23日