磁気エンコーダと光学式エンコーダ: 主な違い

磁気エンコーダと光学式エンコーダのどちらを選択するかは、モーション コントロール プロジェクトにおいて最も重要な決定事項の 1 つであり、エンジニアが予想以上に頻繁に間違える決定事項です。間違ったテクノロジーを選択すると、早期に障害が発生したり、コストのかかるダウンタイムが発生したり、単に精度目標を達成できないシステムが発生したりすることになります。

このガイドでは、実用的な産業の観点から磁気エンコーダと光学式エンコーダを比較します。エンコーダがどのように機能するか、どこで最も優れたパフォーマンスを発揮するか、およびマシン、オートメーション システム、または OEM プロジェクトに適切なエンコーダを選択する方法を理解できます。

エンコーダの選択がマシンにとって重要な理由

エンコーダは単なる小さなフィードバック コンポーネントではありません。制御システムに位置、速度、移動方向を伝えます。エンコーダ信号が不安定になると、機械が位置決め精度を失ったり、エラーが発生したり、予期せず停止したりする可能性があります。

機器メーカーにとって、これはエンコーダ自体よりも大きな問題になる可能性があります。エンコーダの選択が適切でないと、次のような問題が発生する可能性があります。

• マシンのダウンタイムが増加する
• 維持費が高くなる
• 不安定なモーション制御
• 位置決めエラー
• 耐用年数が短くなる
• 販売後の苦情の増加-

磁気エンコーダとは何ですか?

A 磁気エンコーダ磁場の変化を感知して回転位置または直線位置を検出します。コア コンポーネントは単純です。永久磁石 (通常は円筒形で、回転シャフトに取り付けられています) と磁気センサー、最も一般的にはホール効果センサーまたは磁気抵抗 (MR) 素子です。

シャフトが回転すると、磁場も一緒に回転します。センサーは変化する場の分布を継続的に読み取り、それを位置、速度、または方向を表す電気信号に変換します。

主要な構造コンポーネント

• 永久磁石（シャフト先端に取り付け、または磁気リングに埋め込み）
• ホール素子または異方性磁気抵抗効果 (AMR) / 巨大磁気抵抗効果 (GMR) センサー
• 信号処理IC
• 出力インターフェース

検出は完全に非接触であり、磁石とセンサーの間に物理的な接触がないため、磁気エンコーダは本質的に長い耐用年数があり、特に埃、油、湿気によって光学システムが破壊されるような環境では顕著です。

光学式エンコーダとは何ですか?

光学式エンコーダは光を利用して位置を検出します。光源（LED）は、透明および不透明のセグメントを備えた精密にエッチングされたコード ホイール（ディスクまたはレチクルとも呼ばれます）を透過または反射します。-反対側の光検出器アレイは、ディスクの回転に伴って光パルスを読み取り、オン/オフ パターンを位置データに変換します。

2 つの主要な光学アーキテクチャが存在します。

透過型（ビームを通して）:LED はディスクに刻まれたスロットを通して光ります。伝統的なデザイン。優れた精度。

反射性:LED 光はパターン化された反射ディスクで反射してセンサーに戻ります。よりコンパクトに。新しいデザインではますます一般的になっています。

主要な構造コンポーネント

• LED光源
• 精密コードホイール（ガラス、金属、プラスチック）
• 光検出器アレイ
• 信号調整回路
• 出力インターフェース

重要な制限は説明から明らかです。光路は障害物がない状態を保たなければなりません。汚れ、油滴、ほこり、結露などがあると、信号の完全性が低下したり破壊されたりする可能性があります。

磁気エンコーダと光学式エンコーダ: 並べて比較--

主な違い 1: 検出原理

最初の大きな違いは、2 つのエンコーダーが動きを検出する方法です。

磁気エンコーダは磁場の変化を読み取​​ります。きれいなディスクやスケールを通過するのに光は必要ありません。これにより、実際の産業条件における汚染に対する耐性が高まります。

光学式エンコーダは光の透過または反射に依存します。ほこり、油、汚れ、または水が光路を妨げると、信号が弱くなったり、不正確になる可能性があります。業界の参考文献では、光学式エンコーダは見通し内光学センシングに依存しているため、汚染に対してより脆弱であるとよく指摘されています。--

クリーンな機器の場合、これは通常問題になりません。しかし、ほこり、油、湿気、振動のある環境で使用される機械の場合、感知原理が非常に重要になります。

主な違い 2: 精度と分解能

光学式エンコーダは通常、より高い解像度と精度を提供します。クリーンな環境で非常に精密な位置決めを必要とするアプリケーションの場合は、光学式エンコーダの方が良い選択となる可能性があります。

磁気エンコーダは、必ずしもプレミアム光学式エンコーダの最高解像度に達するとは限りません。ただし、最新の磁気エンコーダ技術は大幅に向上しています。多くの産業機械では、磁気エンコーダは十分な精度を提供しながら、より優れた耐環境性を提供できます。

したがって、本当の質問は単に次のようなものではありません。

どのエンコーダがより正確ですか?

より良い質問は次のとおりです。

実際にどの程度の精度が必要ですか?また、エンコーダは実際の作業環境でその精度を維持できますか?

マシンがクリーン ルームまたは精密機器システムで動作する場合は、光学式エンコーダが適している可能性があります。機械がほこり、油、振動、湿気、温度変化の近くで動作する場合、磁気エンコーダはより安定した長期的なパフォーマンスを提供する可能性があります。-

主な違い 3: 塵、油、湿気、振動に対する耐性

これは、産業顧客にとって最も重要な違いの 1 つです。

多くの機械は実験室の完璧な条件では動作しません。彼らは次のようなことに直面するかもしれません。

• 金属粉塵
• オイルミスト
• グリース
• 水蒸気
• 屋外の湿度
• ショック
• 振動
• 温度変化

このような状況では、通常、磁気エンコーダのほうが実用上有利です。センサーは磁場の変化を読み取​​るため、通常の塵や油による汚れは、光学式エンコーダーに影響を与える可能性があるような方法で信号をブロックしません。

光学式エンコーダは適切に保護されていれば正常に動作しますが、汚れ、振動、密閉の問題により信号エラーや故障のリスクが高まる可能性があります。一部のエンコーダ ガイドでは、光学式エンコーダ ディスクが塵、破片、振動、その他の環境要因の影響を受けるか損傷する可能性があると特に警告しています。

これは、機器メーカーにとって、磁気エンコーダがメンテナンスのプレッシャーを軽減し、過酷な環境での機械の稼働時間を向上させるのに役立つことを意味します。

主な違い 4: メンテナンスと長期的な信頼性-

エンコーダの選択時にはメンテナンスが無視されることがよくありますが、実際の生産では非常に重要です。

光学式エンコーダが汚れた場合は、光路の清掃が必要になる場合があります。ディスク、センサー、またはシーリング システムが影響を受けると、マシンのフィードバックが不安定になったり、位置決めエラーが発生したり、ダウンタイムが発生したりする可能性があります。

磁気エンコーダは通常、汚染された環境でのメンテナンスの必要性が少なくなります。ほこり、油、湿気によってセンサーの磁気パターンの読み取りが妨げられる可能性が低くなります。これは、アクセスが困難なマシン、屋外に設置されているマシン、または限られたメンテナンスで長期間稼働することが予想されるマシンに役立ちます。

エンドユーザーは機械の信頼性を気にしているため、OEM メーカーにとってもこれは重要です。より堅牢なエンコーダは、販売後の問題を軽減し、機器に対する顧客の信頼を向上させるのに役立ちます。-

主な違い 5: コストと総所有コスト

磁気式エンコーダと光学式エンコーダを比較する場合は、単価だけを比較しないでください。

光学式エンコーダは、クリーンでシンプルなアプリケーションでは費用対効果が高い場合があります。{0}ただし、環境が厳しい場合は、追加の密閉、特別な保護、より慎重な設置、または定期的なメンテナンスが必要になる場合があります。これらの追加コストにより、総所有コストが増加する可能性があります。

安定したパフォーマンス、メンテナンスの軽減、困難な条件下での耐用年数の延長を優先する場合、磁気エンコーダの価値が高まる可能性があります。

産業顧客の場合、実際のコストには次のものが含まれます。

• エンコーダ購入費
• 設置費用
• 保護構造コスト
• 維持費
• ダウンタイムコスト
• 交換費用
• アフターサービス費用-

エンコーダの故障により機械や生産ラインが停止した場合、ダウンタイムのコストがセンサ自体のコストよりもはるかに高くなる可能性があります。
 

各テクノロジーに適したアプリケーションはどれですか?

アプリケーションごとにエンコーダの精度、耐久性、シーリング、メンテナンスに対する要求も異なるため、適切な選択は作業環境、機械の構造、長期的な信頼性の要件によって異なります。{0}}

磁気エンコーダを選択する場合

製鉄所、製紙工場、木材加工工場などの環境は、多くの場合、絶え間ない振動、温度変動、粉塵、潤滑剤の影響を受けます。このような設定では、光学式エンコーダ システムは頻繁に交換する必要がありますが、磁気式エンコーダは位置と速度のフィードバックを確実に提供します。
 

モバイルおよびアウトドア用品

農業機械、建設車両、クレーン、風力タービンなどの機械は、極端な気象条件下で動作することが多く、泥、湿気、衝撃荷重に耐える必要があります。これらのアプリケーションの場合、磁気エンコーダが提供する IP67/IP68 保護定格と耐振動性は、単なるオプション機能ではなく、必須かつ交渉の余地のない要件です。-
 

自動車および電気自動車システム

現在、最新の自動車アプリケーションの 35% 以上に、位置検出機能用の磁気エンコーダが組み込まれています。-電気自動車 (EV) 分野では、磁気エンコーダが補助システムで主要な役割を果たしており、その用途はバッテリ管理やスロットル位置検出からステアリング角度測定やモータ整流制御まで多岐にわたります (特に絶対精度よりも堅牢性が優先されるシステム)。
 

ロボット工学 (関節アクチュエーター)

協働ロボットと産業用ロボット アームは、磁気エンコーダのコンパクトなフォーム ファクタと高い信頼性から大きなメリットを享受できるため、重負荷や低速回転で動作するジョイント アクチュエータの用途に特に適しています。{0}

エレベーターと空調システム

これらの用途では製品の寿命に対する非常に高い要求があり、埃っぽい機械室環境が多く、広い温度範囲にわたって信頼性の高い位置フィードバックを提供する必要があるため、磁気エンコーダ ソリューションが推奨される選択肢となっています。

食品および飲料の加工

定期的な高圧水の洗浄や消毒用化学物質による洗浄が必要な厳しい環境では、IP68 保護等級のセンサーが必須です。{0}磁気エンコーダは、このような動作環境によってもたらされる課題に十分に対応できます。
 

光学式エンコーダは次のような状況で使用する必要があります。

アプリケーションで非常に高い解像度、正確な再現性、クリーンで十分に保護された環境での安定した動作が必要な場合は、光学式エンコーダが最適です。{0}}

CNC工作機械およびマシニングセンター

精密な輪郭加工には、高分解能と高い再現性が必要です。直線軸および回転軸に取り付けられた光学式エンコーダは、工作機械の密閉環境がエンコーダを適切に保護していれば、精密公差加工に必要な位置決め精度を提供します。

半導体製造

ウェーハ ハンドリング、リソグラフィ ステージ、検査システムはすべて、サブミクロンの位置決め精度を必要とします。{0}これらの仕様を満たすことができるのは、光学式エンコーダ (および特定の場合には容量性エンコーダ) のみです。

レーザー切断および印刷システム

高速、高解像度のパス トラッキング機能は、光学エンコーダによって提供されるフィードバック解像度に依存しています。-

医用画像処理および検査機器

クリーンで制御された環境では、CT スキャナー、MRI ガントリー クレーン、および研究室自動化機器は、光学式エンコーダーによってもたらされる精度の利点を最大限に活用できます。このような環境では、通常、汚染物質の侵入は問題になりません。

クリーン オートメーション環境におけるサーボ モーターのフィードバック

これらのクリーンな環境における包装機械、電子組立機器、製薬自動化システムでは、光学式エンコーダが提供する高解像度がサイクルタイムの精度と最終製品の品質の向上に役立ちます。
 

適切な磁気エンコーダの選択にサポートが必要ですか?

適切なエンコーダの選択は、作業環境、設置スペース、精度要件、信号出力、動作タイプ、機械構造によって異なります。

機器が埃っぽい、湿気が多い、油っぽい、振動がある、または屋外の条件で動作する場合、GME は適切な磁気エンコーダ ソリューションの評価を支援します。当社は磁気エンコーダ、磁気スケール、磁気リング、センサーマッチング、産業用途向けのカスタマイズされた設計をサポートできます。

用途、設置図、要求精度、信号出力、使用条件などをお知らせください。私たちのチームは、お客様のプロジェクトに実用的な磁気エンコーダ ソリューションを推奨するお手伝いをします。

結論

磁気エンコーダと光学式エンコーダはどちらも、位置、速度、動作のフィードバックに広く使用されています。正しい選択はアプリケーションによって異なります。

光学式エンコーダは、機器がクリーンな環境で動作し、非常に高い解像度が必要な場合に適しています。機械が塵、油、湿気、振動、衝撃、または屋外にさらされる場合には、多くの場合、磁気エンコーダの方が適しています。

産業機器メーカーにとって、多くの場合、理論上の分解能よりも信頼性の方が重要です。磁気エンコーダは、メンテナンスを軽減し、稼働時間を向上させ、困難な環境でも安定したフィードバックを提供するのに役立ちます。

過酷な産業条件に対応する機械やオートメーション システムを開発している場合、磁気エンコーダはより実用的で信頼性の高い長期的なソリューションを提供する可能性があります。{0}}