ロータリエンコーダとは

ロータリエンコーダは、回転軸の動きを検出し、コントローラ、サーボドライバ、カウンタ、PLCなどに信号として出力するセンサです。機種や出力方式によって、角度、回転方向、速度、相対位置、絶対位置などを検出できます。

モーション制御では、モータから生じたトルクが負荷を動かします。この時の実際の動作量をエンコーダがフィードバックします。フィードバックが不安定だったり、ノイズの影響を受けたり、取付精度が不安定していたりすると、モータ性能が十分でも装置としての位置決め精度や安定性は得られません。

ロータリエンコーダの仕組み

多くのロータリーエンコーダは、回転軸に取り付けられたディスクやスリット、磁石などから位置変化を検出して回転量を計測します。軸が回転すると、固定されたセンサがその変化を読み取り、電気信号として出力します。この信号の品質は、位置や速度の検出精度、制御の安定性、応答性能に大きく影響します。

インクリメンタルエンコーダの仕組み

インクリメンタルエンコーダは、軸の回転角度に応じてパルスを出力します。上位装置はそのパルスをカウントし、基準点からどれだけ動いたかを算出します。信号処理の特性上速度検出、回転方向の判定、サーボ制御、原点復帰を前提とした装置に適しています。

主なインクリメンタルエンコーダでは、A相、B相、Z相が使用されます。A相とB相は電気的に90度ずれており、この位相差から回転方向を判定します。Z相はインデックス信号とも呼ばれ、通常は1回転に1回の基準パルスを出力するため、原点として使用されることが多いです。

アブソリュートエンコーダの仕組み

アブソリュートエンコーダは、各位置に固有のデジタル値が割り当てられているため、電源復帰後にゼロからカウントし直さなくても現在位置を確認できます。

アブソリュートエンコーダには、シングルターンとマルチターンがあります。シングルターンは360度以内の絶対位置を検出します。マルチターンは、1回転内の角度に加えて、何回転したかも検出可能です。

アブソリュートエンコーダでは、バイナリコードやグレイコードなどのデジタルコードが使用されます。グレイコードは、隣り合う位置で変化するビットを1つに抑えることで、切り替わり時の読み取り誤差を低減する目的で発明されました。

インクリメンタルとアブソリュートの違い

エンコーダを選ぶ時、最初に確認すべきポイントは、装置が相対位置と絶対位置のどちらのフィードバックを必要としているのかです。どちらが優れているというより、装置構成、制御方法、停電後の復帰要件、コストの考え方によって適切な選択が変わります。

代表的なエンコーダ出力・信号

エンコーダ選定は、分解能だけでは決まりません。出力信号がコントローラ、サーボドライバ、カウンタボード、PLC入力と合っていなければ、カウント漏れ、位置決め不安定、通信エラーの原因になります。

分解能、精度、再現性

エンコーダ選定でよくある失敗は、分解能だけで性能を比較してしまうことです。分解能は、1回転をどれだけ細かく分割できるかを示します。
その他にエンコーダの精度を示すものとして、絶対精度と繰り返し精度があります。
絶対精度は、検出された位置が校正された角度にどれだけ近いかを示します。また、繰り返し精度は、同じ条件で同じ位置に戻ったとき、どれだけ同じ値を再現できるかを示します。

分解能を指す言葉として、インクリメンタルエンコーダではPPR、CPR、ライン数などで表現されることがあります。アブソリュートエンコーダではbit数で表現されることが多いです。これらの数字は重要ですが、その他の精度、信号品質、機械的な取付、軸受精度、制御側のカウント性能とは分けて確認する必要があります。

信号品質と取付時の確認点

エンコーダの不具合に見える現象でも、実際には配線や取付が原因の場合があります。ケーブル長、アース接続、コネクタ配線、応答周波数、モータ動力線からのノイズ、シールド処理など、フィードバックの安定性に関与する項目は多岐にわたります。

選定時によくある見落とし

最も高分解能なエンコーダが、必ずしも最適なエンコーダとは限りません。
最適なエンコーダとは、制御方式、動作条件・環境、取付スペース、信号インターフェース、希望動作を行うことに適しているものです。

• 分解能だけで選ぶ：分解能は、絶対精度、繰り返し精度、安定制御を保証するものではありません。
• 最高回転数を見落とす：高PPRかつ高回転の場合、コントローラの入力周波数エンコーダの応答周波数を超える可能性があります。
• 原点復帰を考慮しない：インクリメンタルエンコーダでは、通常、起動後に基準点確認が必要です。
• PPRとCPRを混同する：必要な分解能はエンコーダ出力のパルス数なのか、コントローラ側の逓倍後カウントなのかを確認してください。
• 出力互換性を確認しない：電圧、信号方式、コネクタ、ピン配列が受け側と一致している必要があります。
• ノイズ対策に基づいた配置をしない：モータ動力線やスイッチング機器の近くを通すと、信号が不安定になる場合があります。
• 取付方法、スペースの設計：軸径、取付ピッチ、ケーブル方向、軸荷重、外径の大きさは、選定前にご確認ください。

ロータリエンコーダの選定方法

適切なエンコーダは、制御対象、必要分解能、機械構造、信号インターフェース、動作条件・環境によって変わります。
ユーザーによってはコントローラ環境、保守方針、置換時の入手性も含めて確認する必要があります。

1. 必要分解能：1回転あたりのパルス数、bit数、逓倍、装置が検出したい最小角度を確認します。
2. 精度と再現性：分解能と精度は別物です。高分解能であっても絶対精度が高いとは限りません。
3. 最高回転数：回転数が上がるほど出力周波数も上がります。受け側が正しくカウントできるか確認が必要です。
4. 機械的な適合：取り付け方法（軸径、中空軸の有無）、フランジの使用有無、取付方向、軸受荷重、スペースを確認します。
5. 使用環境：振動、温度、オイルミスト、粉塵、ケーブル屈曲、防塵・防水要求を確認します。
6. 制御機器との互換性：信号方式、電圧、コネクタ、ピン配列、通信方式、接地方法を確認します。

ロータリエンコーダの用途

MTLのロータリエンコーダは、省スペースで安定したフィードバックと精密な回転検出が求められる装置に適しています。
限られたスペースの中で、確実な位置検出や速度検出を行いたい場合に向いています。

MTLのロータリエンコーダ

マイクロテック・ラボラトリー株式会社は、精密モーション制御向けの小型ロータリエンコーダを開発しています。3000種類以上の生産実績から出力方式、取付スペース、軸構造、出力インターフェース、必要分解能、最高回転数、使用環境に適した機種をご紹介いたします。

MTLがエンコーダ選定をお手伝いいたします

エンコーダ選定は、カタログだけで決めるものではありません。
精密装置では、機械レイアウト、制御インターフェース、ケーブル配線、ノイズ環境、復帰動作、必要なモーション精度まで含めて確認する必要があります。
実際に現物を手に取って見る、信号をきちんと受け取れるか試したいなど、エンコーダーメーカーだからこその対応が可能です。

1. 小型設計への対応：取付スペースが限られている、エンコーダ周辺のスペースを有効活用したい装置に適しています。
2. 精密モーションへの知見：センサ出力だけでなく、実際の機械制御の視点からエンコーダ要件を確認できます。
3. ロータリエンコーダとDDモータの両方の知見：MTLではDDモータの開発も行っています。回転軸、コンパクトアクチュエータ、モータ一体型フィードバックの検討に有効です。
4. 用途ベースでの確認：軸構造、コントローラ、速度、分解能、復帰動作、装置性能目標に基づいて選定にご協力いたします。
5. 日本国内での技術対応：採用前や置換検討時に、スペックの確認を行いたい場合の選定も可能です。