高精度で耐久性の高い容量性エンコーダ

工場の自動化プロセスにおいては、機械や工具内のモーターの動作を正確に制御し、異常が発生した際に早期警告を出す必要があります。これにより、機械の故障によるダウンタイムを減少させることができます。本記事では、モーター制御における様々なエンコーダー技術の開発、利点、欠点、そしてSame Skyによって導入された容量型エンコーダーの製品特性をご紹介します。

磁気エンコーダーと光学エンコーダーには、それぞれ利点と欠点があります。

精密な動作制御の面では、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、オートメーション機器、産業プロセス制御、ロボット技術など、さまざまな用途に使用され、位置、速度、距離、方向に関するデータを提供することができます。現在、市場には磁気、光学、静電容量方式の3種類の主要なエンコーダ技術が存在します。   磁気エンコーダは交互に磁極を持つ回転する磁化ディスクと、磁束場の変化を検出するホール効果センサーや磁気抵抗センサーで構成されています。磁気エンコーダは耐久性があり、衝撃や振動に強く、油、汚れ、湿気の影響を受けにくい特徴があります。ただし、磁気エンコーダは電動モーターによる磁気干渉に敏感で、動作温度範囲が限定されるという欠点があります。磁気エンコーダには多くの改良が施されてきましたが、その解像度や精度は通常、光学式および静電容量式の代替品よりも低いのが一般的です。   磁気エンコーダと比較すると、光学エンコーダはより高い解像度と精度を提供します。光学エンコーダは、LED光源（通常、赤外線光源）と、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フォトディテクターで構成されています。光学エンコーダは、数十年にわたり動作制御市場を支配してきましたが、「視界の確保」に依存しているため、ほこり、汚れ、油汚れだけでなく、振動や極端な温度にも特に弱いという欠点があります。さらに、光学エンコーダは動作中に最大100mAの電流を消費し、最終的にはLEDの寿命によってその使用可能期間が制限されます。

容量式エンコーダーは、より高い精度と耐久性を提供します

静電容量型エンコーダは、ローター、固定送信機、固定受信機の3つの主要な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状の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容量性リアクタンスの変化を検出し、デモジュレーションアルゴリズムを使用して回転運動の増加に変換します。静電容量型エンコーダは光学式エンコーダよりも耐久性があり、様々な環境汚染物質に耐え、振動や極端な温度にもよりよく対応します。さらに、LEDを使用しないため、静電容量型エンコーダは光学式エンコーダと比較して寿命が長く、サイズがコンパクトで、電流消費量が少ない（6～18 mA）という特徴があります。磁気干渉や電気的ノイズの影響を受けることがなく、磁気式エンコーダと同等の堅牢性を持ちながらも、より高い精度と解像度を提供します。   静電容量型エンコーダのデジタル特性により、静電容量型エンコーダはさらに柔軟性が増し、ユーザーがエンコーダの解像度を変更することが可能です。他の技術を使用する場合、解像度はエンコーダ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を交換する必要があります。静電容量型エンコーダにおける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、在庫を削減することも可能です。1つの製品モデルを多くの用途に使用できるからです。コンデンサ技術はまた、インデックスパルスのデジタル設定とBLDCでコミュートされたエンコーダの整列を可能にし、内蔵された診断機能により設計者はフィールドで迅速なトラブルシューティングを行うためにシステムデータにアクセスすることができます。   システム要件に関わらず、静電容量型エンコーダは光学式または磁気式のセンサ技術に対する多目的で費用対効果が高く信頼性のある代替案を提供します。静電容量型エンコーダはどのような環境条件下でも優れた精度と信頼性を提供できるだけでなく、その固有のデジタル運用によりプログラムの柔軟性と診断機能の向上を実現します。一方で、従来のエンコーダ機能とも互換性を保持しています。

柔軟な解決プログラムにより、在庫を削減することができます

2006年にSame Skyが初代の容量式エンコーダを導入して以来、そのAMTシリーズは高い信頼性と精度を証明し、光学や磁気技術で遭遇する多くの応用課題を解決してきました。容量検知技術を使用することにより、Same Skyの増分型、絶対型、コミューテーション型AMTモジュール式エンコーダは、精度を犠牲にすることなく非常に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22種類までのプログラム可能な解像度を備え、-40℃から125℃の温度範囲で動作し、プロトタイプ設計の過程においてエンジニアにより大きな柔軟性を提供します。また、購買担当者は生産に必要な仕様の数を大幅に削減することができます。

Same SkyはブラシレスDCモーター向けの標準インクリメンタルエンコーダ、絶対エンコーダ、およびコミュテーションエンコーダを幅広く提供しています。Same SkyのAMTエンコーダは、ラジアルおよびアクシアル構成で利用可能で、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。Same SkyのAMTエンコーダファミリーは、ほぼあらゆる用途のニーズに応えるための多くの選択肢を揃えています。   基盤技術の特性により、AMTエンコーダファミリーは非常に頑丈であり、光ディスクに付着した埃や粒子による光信号の干渉が発生しやすく、時間経過と共にLEDが容易に焼き切れる光学式エンコーダとは異なります。AMTエンコーダは容量性技術を使用しているため、LEDや光路状態は必要ありません。工業環境で一般的な埃や油汚れなどもAMTエンコーダに影響を及ぼさず、デバイス全体をオイルで密封が必要なモーターやギアアセンブリでの使用にも適しています。   さらに、AMTエンコーダは光学式エンコーダのガラスディスクを必要とせず、落下、振動、衝撃などの要素により効率が低下することがありません。また、AMTエンコーダには摩耗する部品がないため、回転回数の制限がなく、より耐久性があります。

多様化された製品ラインはさまざまなニーズに応えます

Same SkyのAMTエンコーダーシリーズは、さまざまな選択肢を提供しており、必要に応じて解像度を調整することも可能です。例えば、各AMT10またはAMT10Eエンコーダーには背面に4ポジションDIPスイッチが装備されています。ユーザーは、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。他のAMTシリーズエンコーダーは、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することが可能です。Same SkyのAMT Viewpoint™ソフトウェアは、解像度、回転方向、モーターポールペア、ゼロ位置など、シリーズごとにユーザーがさまざまな仕様を設定できるようにします。AMT Viewpointは、波形グラフや計算されたパルス幅値を判別する際に役立ち、解像度を選択するとこれらが自動的に調整されます。すべてのAMTエンコーダーは、事前設定された仕様に基づいてカスタムオーダーによるカスタマイズも可能です。   Same Sky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および33シリーズの容量性エンコーダーを提供しています。

結論

磁気エンコーダや光学式エンコーダと比較して、容量式エンコーダは、より高い精度と解像度、さらに高い耐久性などの特性を備えています。これにより、過酷な工場環境での使用に非常に適しています。Same Skyは、多くのシリーズの容量式エンコーダを導入しており、実際の用途におけるさまざまなニーズを満たすことができます。さらに詳しくご理解いただければ幸いです。