速度検出器（エンコーダ）について

Question

現在どのようなエンコーダが使われているのか知りたいのでお願いします。また、接触型と非接触型があると思いますが、どのような違いが生じるのでしょうか？？m（・・）ｍ

sailor · Accepted Answer

モーターのような回転速度や、直動運動の速度検出用ということであれば、最近はあまり接触式のものは使われてないでしょう。

もっとも一般的なのはフォトインタラップターなどを用いた光学式かコイルと磁石を用いたパルスジェネレーターが一般的でしょう。

フォトインタラプターとは光を発生する部分（通常ＬＥＤ）と光を検出する部分（フォトトランジスタなどで出力用の回路を組み込んだ物もある）を向かい合わせて配置し、用途に応じて光を断続させるスリットを持った円盤などを配置しその断続に応じた数のパルスを出力します。このパルスを単位時間で割れば速度が求められます。光学式には上で述べた透過式の他に光源と検出部を同じ方向に配置した反射方があります。この方式は基本的にディジタル回路での速度検出に適しています。


磁気式は基本的に一種の交流発電機です。移動する側に磁性材料でできたローターなどを設け、そのコイルと向き合う（正確にはコイルの巻かれたポールピース）部分に用途に応じた凹凸などの加工を施しておきます。ここで移動する磁性材料自体を磁化しておくか、コイルの巻かれたポールピースを磁化しておけば、移動速度に比例した電圧と周波数が得られます。この方法はアナログ・ディジタルの両方の検出が可能ですが、速度があまり小さくなると発生電圧が非常に小さくなるので検出不能に陥る場合があります。磁気式にはホール素子（半導体を用いた磁気検出素子で磁気の方向を検出する素子で相対速度が０でも磁気の方向に応じた出力が得られる）を用いた物があり、このタイプはディジタル回路適しています。そのほかにも単位時間あたりの発生するパルスの数が小さい（これは精度が低くなることを意味しますが・・）用途ではリードスイッチという機械的な動作をするものを用いケースもあります。リードスイッチ（リードリレーとも呼ぶ）はガラス管の内部に磁性材料で作られた、ごく小さな接点を持ったワイヤーを封止したもので、外部から与えられた磁気の強さに応じて、接点が触れたり離れたりするものです。機械的な動作を伴うため高速でのスイッチングは不可能ですが、安価であるため低速動作でよい場合などには多用（たとえば自動車の速度センサーなど）されます。

基本的に速度センサーは位置検出センサーと同様なものが使用可能（単位時間内の移動距離がわかれば速度は算出できます）ですので、位置検出用として多用されるポテンションメーター（一種の可変抵抗器です）なども応用可能です。ある一定の範囲内での回転（回転角度が３６０度未満やリニア型の物ではその動作範囲内）や直動運動では抵抗値の変化を時間で割れば速度が求められます。この場合はアナログの相対値出力になりますので、後置回路はそれに応じた処理が必要です。先に紹介したホール素子や光学系の素子などは位置検出素子としても多用されます。これは検出出力電圧が相対速度に影響されないためです。

sailor · Answer

モーターの回転軸自体の回転数を知るのであれば＃６さんがお答えになっている方法がもっとも一般的かつ使いやすい方法でしょう。

これは余談になってしまうかもしれませんが、使用するモーターの種類によってはエンコーダーを使用しなくても、モーターの回転数を知ることができる場合があります。たとえばＤＣ整流子モーターなどでは整流子のスイッチングによるパルスの発生がありますので、モーターに供給する電源からこのパルスを分離してカウントすることで、エンコーダーなしに回転数を知ることができますし、ブラシレスのＤＣモーターでも電流の変化を検出することで検出することが可能です。ただ、得られる確度がエンコーダーを使用する場合よりも低くなることおよび、回路がやや複雑になる嫌いはありますが・・・これらはモーターの特性を利用したＦＧ（フリケンシージェネレーター）といえないこともないかもしれません。

hirombo · Answer

＃４です。

＞モータの回転速度を調べるエンコーダなんですが--

ある特定の設備のモータに組み込んでそのモータの速度をモニターするとか、そのモータの速度に応じて外部の装置を制御する場合（同期を取る等）のエンコーダについては、すでに回答が出ている通りです。

ロータリーエンコーダについて補足説明しますと、インクリメンタルタイプとアブソリュートタイプがあります。

インクリメンタルタイプは軸の回転角度に比例してパルスが出ます。エンコーダの仕様に１回転当りの出力パルス数が書かれています。通常は1、000パルス／回転～3、000パルス／回転位が多いと思いますが、分解能の高いものでは100,000パルス／回転もあります。このタイプには軸の現在位置の情報はありませんので、速度検出に使用します。
正確に言うとエンコーダ出力のＺ相は位置情報を持ちます。（原点マーカ）
（インクリメンタルエンコーダをバッテリーバックアップして軸の位置情報を保持し、後述のアブソリュートエンコーダの機能を持たせた使用方法もあります。）

これに対してアブソリュートタイプは回転軸の位置情報（現在角度）を出力します。各種自動機械でサーボモータ等と組み合わせて、停電その他の予期せぬ事態が発生しても電源再投入時に自分の位置情報が失われないので安全に復旧させることが可能で、この目的に使用します。

最後に、エンコーダとは呼びませんが軸の回転速度に比例したアナログの電圧出力を出す速度発電機：通称TG：タコジェネ　もありますね。

noname#19413 · Answer

＃１です。

早速の補足ありがとうございます。

>検出機構・計測部位とは、どのようなことでしょうか？モータの軸に取り付けられているものと今までは考えていたので・・・
ということであれば、一般的なロータリーエンコーダでよいようですね。

「計測部位」と表現させて頂いたのは、例えば「光学式回転計」や「回転検出器」のように、回転体に接触せずとも光の反射や静電容量検出で、速度を捉えるものがあるので、エンコーダーで同様のものをお考えかと思い、確認させて頂きました。

「検出機構」というのは、パルスを発生させる機構が、機械接触型と光学（電磁）非接触型というものが存在した為、確認させて頂きました。
現在はほぼ現存しませんが、機械式パルス発生機構の一例を挙げますと、丁度蛇腹のような電極に対して、接触子が次々に触れる事によりパルスを発生させるような機構です。
大雑把なイメージで言えば、丁度「オルゴール」をイメージして頂ければ良いでしょうか？
回転する針が接触子、弾かれる板が電極、発する音がパルス、という感じですね。

さて本題に入りますが、モーターに内臓、もしくは外付け単品のエンコーダーであれ、光学式、電磁式の非接触型パルス発生機構のエンコーダーが、最もポピュラーかと思います。
各メーカによって差異はあるものの、大同小異というところですね。

オリエンタルモーターさんに、非常にわかりやすい図解がありました。
サーボモーターのエンコーダーに対する解説です。
参考にしてみて下さい。
詳細は既に＃３様がお答えですので、簡単な解説に留めておきます。

http://search.orientalmotor.co.jp/support/technical/pdf/ServoMotor_Tech.pdf

hirombo · Answer

＞現在どのようなエンコーダが使われているのか--

何の速度を計るために使用するエンコーダか、もう少し具体的に説明してください。

例）コンベアのライン速度を計る
　　回転軸の回転数を計る

korutorein · Answer

私は回転検出器では使ったことがありますが、このことでしょうか。
型式に因るよりも機器の環境温度、振動による誤差が大きかったような印象があります。

参考URL：http://www.nippon-gear.co.jp/rc_encoder/index.html

noname#19413 · Answer

すみません、漠然としすぎて御質問の意味を捉えきれないのですが。。。（＾＾；

接触／非接触というのは、「計測部位に対して」という事でしょうか？
「速度検出器」で「エンコーダ」ということは「ロータリーエンコーダー」のことを指していると思われますが、「計測部位」と「非接触型」のロータリーエンコーダーというのは、少なくとも私は見たことがありません。
（私の勉強不足だったら、すみません）

パルス発生の為の「検出機構」が非接触型というのであれば、近年ではそのほとんどが光学式、静電式、レーザー式といずれも非接触機構です。
接触型（機械式）エンコーダーは、現在ではほぼ存在しません。
検出媒体と非接触のエンコーダーとなると、あとはリニアエンコーダーも考えられますが、基本的には位置検出に用いられ、速度検出に用いられることはまず少ないと思います。

非接触型の回転検出器（回転計）や速度計ならありますが。

いずれにしても、各分野で使用されるものも異なってきますので、もう少し補足されたほうが、回答も出やすいと思いますよ？

ちなみに私はＦＡ分野での回答をさせて戴きました。
カテゴリーが「教育＞物理学」での御質問ですので、的外れでしたらお詫びします。

光学式ロータリーエンコーダ （小野測器）
http://www.onosokki.co.jp/HP-WK/products/category/revo.html

リニアエンコーダ （サムタク）
http://www.sumtak.co.jp/japanese/products/linearencoders/linearencoder.html

レーザー検出式ロータリーエンコーダ （ＣＡＮＯＮ）
http://web.canon.jp/technology/detail/device/rotary_encoder/

速度検出器（エンコーダ）について

モーターのような回転速度や、直動運動の速度検出用ということであれば、最近はあまり接触式のものは使われてないでしょう。

モーターの回転軸自体の回転数を知るのであれば＃６さんがお答えになっている方法がもっとも一般的かつ使いやすい方法でしょう。

＃４です。

＃１です。

＞現在どのようなエンコーダが使われているのか--

この回答への補足

私は回転検出器では使ったことがありますが、このことでしょうか。

すみません、漠然としすぎて御質問の意味を捉えきれないのですが。

この回答への補足

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