다양한 센서 중에서 일부 엔코더는 선형 또는 각도 이동용으로 설계되어 움직임이나 회전을 고정하고 디지털 및 아날로그 신호를 통해 실시간으로 실제 위치를 전송하는 것으로 구성됩니다. 이번 글에서는 엔코더 원리와 구조 및 3가지 고려사항 관련해서 알아보겠습니다.
엔코더 원리와 구조
전기 모터는 회전식 장비 중 하나이므로 위치 결정에 필요한 모터 엔코더입니다.
회전하는 물체(샤프트)의 회전 각도를 전기 신호로 변환하여 동일한 회전각도(샤프트), 회전 방향 및 축을 기준으로 한 위치를 결정할 수 있습니다.
이 센서의 필요성은 잘 알려진 서보 모터를 생성하고 작동하는 새롭고 더욱 발전된 방법을 찾기 위한 노력으로 발명되었습니다.
첫 번째는 브러시리스 DC 모터(전자 정류 모터) 시스템에서 회전자의 위치를 결정하는 펄스 자기 서보 모터 엔코더였으며, 회전하는 동안 자석의 극수에 따라 펄스를 생성합니다.
현재 동작 유형에 따라 최소한 아래와 같은 세 가지 유형의 엔코더가 있습니다.
- 자기
- 자기저항
- 광학
엔코더와 함께 온도 센서가 자주 사용되는데 기계적이거나 다른 움직임이 있는 곳에서는 마찰과 온도 상승이 발생하며 그 값은 허용 기준을 초과해서는 안 됩니다.
구조에 따른 모터 엔코더 유형
모든 모터용 엔코더는 구성에 따라 두 가지 큰 범주로 나눌 수 있습니다.
1. 증분형 엔코더
증분형 인코더(스텝 엔코더라고도 함)는 구조상 더 간단하며 광원, 라벨이 있는 디스크, 포토트랜지스터 어셈블리, 신호 처리 회로 등의 구성 요소로 구성됩니다.
또한, 스텝 엔코더 디스크는 정확한 위치의 표시로 세분화되고 마크 수는 회전당 펄스 수를 결정합니다.
2. 절대 엔코더
절대 엔코더는 더 복잡한 구조를 가지고 있는데 그 안에서 LED의 적외선이 코드 디스크를 통해 빛나고 코드 디스크 뒷면에 있는 포토트랜지스터 판독 매트릭스에 닿습니다.
코드 디스크 각도 위치의 각 단계에서 어두운 부분은 빛이 빛 신호를 전기 신호로 변환하는 판독 매트릭스의 특정 포토트랜지스터에 들어가는 것을 방지합니다.
그러면 전기 신호는 엔코더 전자 장치에 의해 이진코드로 변환됩니다.
모터 엔코더 유형의 첫 번째이자 가장 중요한 단계는 모터 자체의 유형입니다.
AC 모터, 서보 모터, DC 모터 또는 스테퍼 모터일 수 있습니다.
A. AC 모터
토크를 생성하는 데 필요한 회전자 전류가 고정자 권선의 자기장에서 전자기 유도에 의해 얻어지는 교류 전기 모터인 AC 모터의 경우 일반적으로 증분식 인코더가 사용됩니다.
모터로 구동되는 장비의 각도와 위치를 변경하여 필요한 위치에서 모터를 정지시키는 데 도움을 줍니다.
B. DC 모터
DC 모터는 고정자에 의해 자기장을 생성합니다. 이들의 경우 엔코더는 모터 속도에 대한 정확한 데이터를 드라이브에 제공하는 속도 제어에 주로 사용됩니다.
C. 서보 모터
서보 모터는 네거티브 피드백 제어 기능을 갖춘 전기 모터를 기반으로 하는 장치로 서보 드라이브를 사용하면 해당 프로세스의 높은 수준의 정확성과 반복성을 달성할 수 있습니다.
이러한 기능 덕분에 서보 드라이브는 기계 공학 및 기타 산업에서 다양한 산업 문제를 해결하는 데 널리 사용됩니다.
구조상 서보 모터 엔코더의 경우 모듈형 엔코더, 절대 엔코더, 증분 엔코더를 포함한 모든 유형을 사용할 수 있으며 선택은 기본적으로 필요한 신호의 정확성에 따라 달라집니다.
D. 스테퍼 모터
스테퍼 모터는 가장 정확하고 비용 효율적이며 제어를 위해 증분 엔코더가 사용됩니다.
이는 오픈-루프 시스템에서 정확한 데이터를 제공합니다.
게다가 엔코더는 스텝 각도에 따른 모터 샤프트의 위치 지정에 대한 정보를 제공할 수 있습니다.
모터 시스템용 엔코더를 선택할 때 고려해야 할 사항
특정 유형의 모터에 맞는 인코더를 선택할 때 고려해야 할 여러 가지 특성이 있는데 이는 주로 엔코더로 측정할 모터 유형에 적용됩니다.
또한 중요한 특징은 엔코더가 장착되는 방식입니다. 제조업체의 각 개별 모델은 설치 유형에 따라 고유한 특성을 갖기 때문입니다.
인코더를 선택할 때 또 무엇을 고려해야 할까요? 다음은 이러한 산업용 장비를 선택하는 데 중요한 역할을 하는 일반적인 품질 목록입니다.
1. 신호 유형
엔코더는 장치에 전송되는 신호의 형태로 물체의 위치에 대한 정보를 제공합니다. 신뢰성이 높기는 하지만 오래된 아날로그 엔코더는 이를 위해 아날로그 신호를 사용합니다.
아날로그 엔코더는 많은 산업용 컨트롤러와의 호환성으로 인해 널리 사용되며 가장 일반적인 신호는 0-10V 및 4-20mA로 이 경우 전압 출력은 간섭, 배선 저항에 더 취약합니다.
전류 출력은 전기적 잡음에 더 강하고 긴 케이블을 통해 데이터를 전송할 때 신호 손실이 적습니다.
동시에 디지털 신호를 사용하는 산업용 인코더로 성공적으로 대체되고 있으며 전송의 정확성 외에도 최신 산업용 인터페이스와도 호환됩니다.
2. 산업 자동화 인터페이스와의 호환성
산업 시스템이 완전 자동화로 전환하는 동안 ProfiNet 또는 ProfiBus 호환과 같이 선택한 인터페이스와의 상호 작용에 적합한 인코더를 선택하는 것이 중요합니다.
보호 수준도 마찬가지로 중요한 매개변수입니다. 특히 모터 가열로 인한 온도 상승과 같은 어려운 작동 조건에서 엔코더를 사용하는 경우에는 더욱 그렇습니다.
3. 검증된 제조업체
현재 많은 제조업체에서 이러한 장비를 제공하고 있음에도 불구하고 품질과 신뢰성은 모두가 준수하지 않는 매개변수입니다.
완벽하게 작동하는 장비를 얻고 최대 정확성과 속도로 데이터를 제공하려면 각 업체의 카탈로그에 제시되어 있는 검증된 브랜드를 선호하는 것이 좋습니다.
엔코더 장착 유형
가장 간단한 형태로 엔코더는 속도를 측정하도록 프로그래밍된 카운터에 연결되지만 엔코더 작업은 컨트롤러와 함께 수행되는 경우가 더 많습니다.
예를 들어 부품을 서로 결합하는 모터 샤프트의 회전 센서가 있습니다.
시스템은 수신 데이터를 기반으로 한 계산을 사용하여 부품 간의 간격을 모니터링하고 특정 최솟값에 도달하면 부품이 손상되지 않도록 부품 등록이 중지됩니다.
또 다른 사례는 피드백 요소 역할을 하는 주파수 변환기가 있는 모터의 엔코더 연결입니다.
여기서 장치를 연결하는 방법의 원리는 더욱 간단한데, 회전각 센서는 인터페이스 보드를 사용하여 연결되고 이를 통해 모터 속도와 토크를 정확하게 유지할 수 있습니다.
요약
엔코더는 구조, 작동 원리 및 정확성 측면에서 매우 다양한 장치입니다.
모터 드라이브에 적합한 엔코더 모델을 선택하려면 몇 가지 기능을 고려해야 하는데 여기에는 모터 유형, 엔코더 자체 유형, 장착 유형 및 엔코더 보호 수준이 포함됩니다.
또한, 엔코더를 선택할 때에는 이러한 모든 매개변수에 따라 산업 자동화 시스템을 위한 신뢰할 수 있고 정확한 측정 도구를 얻을 수 있는 검증된 브랜드를 선택하는 것이 좋습니다.