工場の自動化の過程では、機械や工具内のモーターの動作を正確に制御し、異常が発生したときに早期に警告を発して、機械の故障によるダウンタイムを削減する必要があります。この記事では、モーター制御用のさまざまなエンコーダー技術の開発、利点、欠点、およびCUI Devicesが紹介する静電容量式エンコーダーの製品特性について説明します。
磁気式エンコーダと光学式エンコーダにはそれぞれ長所と短所がある
精密なモーション制御の面では、エンコーダは機械的な動きを電気信号に変換する重要なコンポーネントです。エンコーダは、自動化機器、産業プロセス制御、ロボット技術などの多くのアプリケーションで使用でき、位置、速度、距離、方向に関するデータを提供できます。現在、市場には磁気式、光学式、静電容量式エンコーダーの3つの主要なエンコーダー技術が存在します。
磁気エンコーダーは、交互の磁極を持つ回転磁化ディスクと、磁束場の変化を検出することで動作する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ています。磁気エンコーダーは耐久性に優れ、油、汚れ、湿気の影響を受けず、衝撃や振動に十分対応できます。ただし、磁気エンコーダは電気モーターによる磁気干渉の影響を受けやすく、動作温度範囲も限られています。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、その解像度と精度は通常、光学式や静電容量式のエンコーダーよりも低くなります。
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 (通常は赤外線光源) と光検出器で構成されています。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、「視線」に依存しているため、振動や極端な温度だけでなく、ほこり、汚れ、油汚れにも特に弱いです。さらに、光学式エンコーダは動作時に最大100 mA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ーは精度と耐久性に優れています
静電容量式エンコーダは、ローター、固定送信機、固定受信機の3つの主要コンポーネントで構成されます。ローターには正弦波パターンが含まれており、ローターが回転すると、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。静電容量式エンコーダーは光学式エンコーダーよりも耐久性が高く、さまざまな環境汚染物質に耐えることができ、振動や極端な温度にもはるかによく耐えることができます。さらに、LEDがないため、静電容量式エンコーダは光学式エンコーダに比べて寿命が長く、設置面積が小さく、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、より高い精度と解像度を備えています。
静電容量式エンコーダのデジタル特性を考慮すると、静電容量式エンコーダはより高い柔軟性も提供し、ユーザーはエンコーダの解像度を変更できます。他のテクノロジーを使用する場合、解像度はエンコーダー ディスクによって決定されるため、異なる解像度が必要になるたびに光学式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可能なプログラム可能な解像度は、システムの最適化 (特にPID制御ループの設計時) に使用できるだけでなく、単一の製品モデルを多くのアプリケーションで使用できるため在庫を削減することもできます。コンデンサ技術により、インデックス パルスのデジタル設定や、BLDCによって整流されるエンコーダの調整も可能になり、また、内蔵診断機能により、設計者はシステム 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。
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できます。静電容量式エンコーディングは、あらゆる環境条件下で優れた精度と信頼性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保ちながら、プログラム可能性と強化された診断機能も提供します。
柔軟な解像度プログラミングにより在庫を削減できる
CUI Devicesが2006年に第1世代の静電容量式エンコーダーを発表して以来、同社のAMTシリーズは高い信頼性と精度を備えていることが実証されており、光学技術や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できます。CUI Devicesの増分、絶対、整流AMTモジュラー エンコーダーは、静電容量センシング テクノロジーを使用することで、精度を犠牲にすることなく耐久性の高いソリューションを提供できます。AMTシリーズは最大22のプログラム可能な解像度を持ち、-40 ～ 125℃ の温度範囲で動作するため、エンジニアはプロトタイピング設計プロセスでより柔軟に対応でき、購買管理者は生産に必要な仕様の数を大幅に削減できます。
エンコーダ出力は差動ドライバによって駆動され、受信機によって再構成される
CUI Devicesは、ブラシレスDCモーター用の標準インクリメンタル エンコーダー、アブソリュート エンコーダー、コミュテーション エンコーダーを幅広く取り揃えています。CUI DevicesのAMTエンコーダーは、ラジアル構成とアキシャル構成で利用でき、シングルエンド、差動ライン ドライバー、SSI、SPI、RS-485など、さまざまな出力信号タイプを提供します。CUI DevicesのAMTエンコーダー ファミリには、ほぼすべてのアプリケーションのニーズを満たすさまざまな選択肢があります。
AMTエンコーダー ファミリは、基盤となるテクノロジの特性により、非常に堅牢です。光学式エンコーダーとは異なり、ガラス ディスクに付着したほこりや粒子によって光信号が簡単に干渉されたり、内部のLEDが時間の経過とともに簡単に切れたりすることはありません。AMTエンコーダーは静電容量技術を使用しているため、LEDや視線条件は必要ありません。産業環境でよくあるほこりや油汚れなどはAMTエンコーダーには影響しません。また、デバイス全体をオイルで密封する必要があるモーターやギア アセンブリーに使用するのにも最適です。
さらに、AMTエンコーダーは光学式エンコーダーのガラスディスクが不要で、落下、振動、衝撃などの要因によって効率が低下することがありません。また、AMTエンコーダーには摩耗部品がないため、回転数に制限がなく、耐久性に優れています。
多様な製品ラインがさまざまなニーズに対応
CUI DevicesのAMTエンコーダー ファミリにはさまざまな選択肢があり、必要に応じて解像度を調整することもできます。たとえば、各AMT10またはAMT10Eエンコーダーの背面には4ポジションのDIPスイッチがあります。スイッチの位置を調整するだけで、16種類の解像度から選択できます。その他のAMTシリーズ エンコーダーでは、AMTプログラミング ケーブルとPCを使用して解像度を調整できます。CUI DevicesのAMT Viewpoint™ ソフトウェアを使用すると、解像度、回転方向、モーター極ペア、ゼロ位置など、シリーズに応じてさまざまな仕様を構成できます。AMT Viewpointは、解像度を選択すると自動的に調整される波形プロットと計算されたパルス幅値を決定するのに役立ちます。すべてのAMTエンコーダーは、カスタム注文に応じて、利用可能な解像度に合わせて事前構成することもできます。
CUI Devicesは、AMT10およびAMT10Eシリーズ、AMT11、20、21、22、23、31シリーズ、AMT12シリーズ、AMT13、33シリーズの静電容量式エンコーダーを提供しています。
結論
磁気式エンコーダや光学式エンコーダと比較すると、静電容量式エンコーダは、精度と解像度が高く、耐久性に優れているなどの特徴があり、過酷な工場環境での使用に非常に適しています。CUI Devicesは、実際のアプリケーションにおけるさまざまなニーズを満たす、さらに理解を深める価値のある、多数のシリーズの静電容量式エンコーダを導入しています。