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エンコーダーの種類と仕組み

第 1 話では、エンコーダーとは回転角や直線変位、速さを検出するセンサーのことです、とお話ししました。センサーとは自然界の変化を検知する素子または電子部品のことです。例えば、光センサーは光の On/Off を検知し、磁気センサーは磁界分布を検知します。

センサーの働きはこれだけではありません。検知した物理量の変化を電気信号として出力することで、初めて外部に情報を発信することができます。図 1 の様に、エンコーダーはセンサー素子から出力された電気信号を処理し、最終的に回転・角度情報をデジタルまたはアナログ電気信号として外部に発信します。

回転角に比例して電気抵抗が変化する可変抵抗で回転位置を検出する方式です。このような機械式のエンコーダーは一般的にはポテンショメーターと呼ばれています。
ポテンショメーターは抵抗体の上を摺動子 (しゅうどうし) が動くと、摺動子の移動距離と比例して抵抗値が変化します。

モーター軸に取り付けられたコードホイールと呼ばれる回転円盤の放射方向にスリット (穴) をあけて、スリットを光が通過するかしないかを光センサーで検出する方式です。
スリットを通過すると光パルスの信号が変化し、パルスの数を数えればモーター軸の回転量がわかります。第4話で動作原理と特長を解説します。

モーター軸に取り付けられた永久磁石が作り出す磁界分布の変化を磁気センサーで読み取る方式です。
モーターが回転すると永久磁石の磁界分布も変化するため、磁気センサーで検出すればモーター軸の回転位置がわかります。
第 5 話で動作原理と特長を解説します。

モーター軸に取り付けられた誘導コイル (励磁コイル) と固定コイル (検出コイル) との間で発生する磁界の変化を読み取る方式です。
基本原理は電磁誘導を利用したトランスと同じで、このようなエンコーダーはレゾルバと呼ばれています。レゾルバの回転している誘導コイルへの給電はブラシを使った接触方式のため摩耗するリスクがあり、これを改良したVR (Variable Reactance) 型レゾルバというものがあります。

モーター軸の角度が何度動いたかという情報です。
例えばブラシレス DC モーターでは、ローターの磁極の変化を検知することによってローターの回転量を把握し、モーターを精度よく回転させることができます。

モーター軸が時計回り (CW：Clockwise) ・反時計回り (CCW：Counter Clockwise) のどちらの方向に回ったかという情報です。
モーターの回転量をエンコーダーから出力されるパルスの数で検知するシステムの場合、回転方向を認識できないと回転量を間違ってカウントしてしまいます。