容量式、磁気式、光学式エンコーダー – 技術の比較

主要エンコーダ技術の特徴

磁気エンコーダ 磁気エンコーダは、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ており、磁束の変化を検出することで動作します。磁気エンコーダは耐久性が高く、衝撃や振動に非常に強い一方で、油、汚れ、湿気の侵入にも影響を受けません。しかしその反面、電動モーターによって発生する磁気干渉に影響を受けやすく、使用可能な動作温度範囲が限られています。磁気エンコーダには数々の改善が施されてきましたが、一般的に光学式や容量式の代替方式に比べて分解能や精度が劣る傾向があります。

光学エンコーダ 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高精度を提供することができます。光学エンコーダは、LED光源（通常は赤外線）とフォトデテクタを、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した構造になっています。エンコーダディスクには、一連の透明と不透明のラインやスロットが交互に配置されています。ディスクが回転すると、窓を通して光がオンとオフを繰り返すことで、典型的な正方形の波形であるA＆Bの二相パルスが生成されます。光学エンコーダは長年にわたりモーションコントロール市場を支配してきましたが、これらの装置には本質的な欠点もあります。光学エンコーダは「視線」に依存しているため、特にほこり、汚れ、油に対して弱点を持っています。光学ディスクは通常、ガラスまたはプラスチックで構造されているため、振動や極端な温度変化による損傷、モーターに取り付ける際の汚染に弱いという特徴があります。動作中、光学エンコーダは最大で100 mA以上の電流を消費し、寿命は最終的にLEDによって制限されます。

容量式エンコーダー 容量式エンコーダーは、主に3つのコンポーネントで構成されています：ローター、固定されている送信機、そして固定されている受信機です。ローターには正弦波パターンがあり、これが回転することで、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。エンコーダーは受信基板上の容量抵抗の変化を検出し、それらを復調アルゴリズムを使用して回転運動のインクリメントに変換します。

容量式エンコーダの利点

デジタルキャリパーで使用される原理に基づいて開発された容量性エンコーダーは、Same Skyが2006年に最初の世代を発売して以来、優れた実績を誇っています。AMTシリーズは非常に信頼性が高く、精度も優れており、光学技術や磁気技術における多くのアプリケーションの問題を解決してきました。容量性エンコーダーは光学式エンコーダーよりも頑丈で、ホコリ、汚れ、油などの環境汚染物質に対して耐性があります。また、振動や極端な温度変化にも非常によく耐えます。さらに、LEDを使用していないため、寿命が長く、設置面積が小さく、消費電流（6〜18mA）が光学式エンコーダーよりも低くなっています。容量性エンコーダーは磁気干渉や電気的ノイズに対して免疫があり、磁気式エンコーダーと同じくらい頑丈ですが、より高い精度と解像度を提供します。

静電容量式エンコーダは、そのデジタル性のおかげで柔軟性が向上しており、ユーザーがエンコーダの分解能を変更することができます。他の技術では、分解能はエンコーダディスクによって決定されます。このため、光学式または磁気式エンコーダでは、異なる分解能が必要な際に毎回交換が必要です。静電容量式エンコーダのプログラム可能な分解能は、特にPID制御ループを設計する際のシステム最適化に役立つだけでなく、在庫の保持を削減する効果もあり、1つのモデルを複数の用途で使用することが可能です。また、静電容量技術は、BLDCの通信用にインデックスパルスやエンコーダのアラインメントをデジタル設定する能力を提供します。さらに、内蔵された診断機能により、設計者は現場での迅速なトラブルシューティングに必要な貴重なシステムデータにアクセスすることができます。

トレードオフの解消

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や磁気式センシング技術に代わる多用途でコスト効率が高く、信頼性のある選択肢を提供します。静電容量エンコーディングは、ほぼあらゆる環境条件で優れた精度と信頼性を発揮するだけでなく、その固有のデジタル操作により、プログラマビリティや高度な診断機能を提供し、従来のエンコーダ機能との互換性も保持します。