静電容量式、磁気式、光学式エンコーダー - 技術の比較

プライマリエンコーダ技術の特徴

磁気エンコーダ

磁気エンコーダーは、交互の極を持つ回転する磁化ディスクとホール効果センサーまたは磁気抵抗センサーで構成され、磁束場の変化を検出することで動作します。磁気エンコーダーは頑丈で、衝撃や振動に非常によく対応し、油、汚れ、湿気の侵入による影響を受けません。欠点としては、電気モーターによる磁気干渉の影響を受けやすく、動作温度範囲が限られていることが挙げられます。磁気エンコーダーには多くの改良が加えられていますが、通常、光学式や静電容量式のエンコーダーに比べて解像度と精度が低くなります。

光学式エンコーダ

磁気エンコーダと比較して、光学エンコーダはより高い解像度とより高い精度を提供できます。光学エンコーダは、ガラスまたはプラスチック製のエンコーダ ディスクの反対側に配置されたLED光源 (通常は赤外線) と光検出器で構成されます。エンコーダ ディスクには、透明な線またはスロットと不透明な線またはスロットが交互に並んでいます。ディスクが回転すると、窓を通過する光のオン/オフにより、典型的な方形波AおよびB直交パルスが生成されます。光学式エンコーダは数十年にわたってモーション コントロール市場を支配してきましたが、これらのデバイスには固有の欠点もあります。光学式エンコーダは「視線」に依存するため、ほこり、汚れ、油の影響を受けやすくなります。光ディスクは通常、ガラスまたはプラスチックを使用して製造されるため、振動や極端な温度による損傷、およびモーターへの組み立て工程中の汚染を受けやすくなります。動作中、光学エンコーダも100 mA以上の電流を消費し、その寿命は最終的にはLEDによって制限されます。

静電容量式エンコーダ

静電容量式エンコーダは、ローター、固定トランスミッター、固定レシーバーの3つの主要コンポーネントで構成されています。ローターには正弦波パターンが含まれており、回転すると、送信機の高周波基準信号が予測可能な方法で変調されます。エンコーダは、受信ボード上の静電容量リアクタンスの変化を検出し、復調アルゴリズムを使用してそれを回転運動の増分に変換します。

静電容量式、光学式、磁気式エンコーダ ディスクの比較

静電容量式エンコーダの利点

デジタル キャリパーと同じ原理から派生した静電容量式エンコーダーは、 CUI Devices が2006年に第1世代を発売して以来、優れた実績を誇っています。AMTシリーズは信頼性と精度の両方に優れていることが実証されており、光学技術と磁気技術で発生する多くのアプリケーションの問題を解決します。静電容量式エンコーダーは光学式エンコーダーよりも堅牢で、ほこり、汚れ、油などのさまざまな環境汚染物質に耐えます。静電容量式エンコーダーは、振動や極端な温度にも非常によく耐えます。さらに、LEDがないため、光学式エンコーダよりも寿命が長く、フットプリントが小さく、消費電流 (6 ～ 18 mA) が低くなります。磁気干渉や電気ノイズの影響を受けず、磁気エンコーダーと同等の堅牢性を備えながら、より高い精度と高解像度を実現します。

静電容量式エンコーダはデジタルであるため柔軟性も高く、ユーザーはエンコーダの解像度を変更できます。他のテクノロジーでは、解像度はエンコーダー ディスクによって決まります。つまり、異なる解像度が必要になるたびに、光学式エンコーダーまたは磁気式エンコーダーを交換する必要があります。静電容量式エンコーダーで利用できるプログラム可能な解像度は、特にPID制御ループを設計する場合のシステム最適化に役立つだけでなく、1つのモデルを複数のアプリケーションで使用できるため、在庫保有量を削減できます。静電容量技術により、BLDC整流用のエンコーダのインデックス パルスとアライメントをデジタルで設定することも可能になり、組み込みの診断機能により、設計者は貴重なシステム データにアクセスして現場で迅速にトラブルシューティングを行うことができます。

エンコーダ技術間のトレードオフの比較

トレードオフの解決

システム要件に関係なく、静電容量式エンコーダは、光学式または磁気式センシング技術に代わる、汎用性が高く、コスト効率が高く、信頼性の高い代替手段を提供します。静電容量式エンコーディングは、事実上あらゆる環境条件において精度と信頼性の点で優れたパフォーマンスを発揮するだけでなく、固有のデジタル操作により、従来のエンコーダ機能との互換性を維持しながら、プログラム可能性と強化された診断機能も提供します。