インクリメンタルエンコーダのインターフェース

インクリメンタルエンコーダは、速度と距離のフィードバックを安定して提供し、システムの簡素化とコスト効率の向上にも寄与します。豊富なバリエーションとプログラミングインターフェースを備えており、汎用性が高いのが特長です。POSITAL のインクリメンタルエンコーダは、コンパクトな36mm径にもかかわらず、最大16,384ステップの高分解能を実現します。IP69Kの保護等級と300gの耐衝撃性を備えたステンレス製ハウジングにより、粉塵、湿気、油に対する優れた耐性を発揮します。

インクリメンタルロータリーエンコーダは、シャフトが一定角度回転するたびに出力信号を生成します。1回転あたりのパルス数が分解能を決定します。絶対値位置は出力されないため、内部構造はシンプルでコストも抑えられます。位置トラッキングに加え、速度の計測にも利用されます。基準点からの位置はパルス数のカウントで把握でき、速度はパルス数を時間間隔で割ることで求められます。

基本原理：インクリメンタルエンコーダ

インクリメンタルロータリーエンコーダは、単一の伝送ラインでシリアル出力信号を提供します。1つのセンサーは1つのコントローラーに接続する必要があります。
インクリメンタルエンコーダには少なくとも1つの出力信号“A”があり、通常は“A”と“B”の2つの信号を持ちます。これらの信号は90°の位相差があり、回転方向の検出に使用されます。時計回りでは“A”信号が“B”より90°先に立ち上がり、反時計回りでは“B”信号が“A”より先に立ち上がります。

一部のエンコーダは“Z”信号も出力します。これは1回転ごとに同じ位置で約90°の幅で立ち上がり、正確な基準点として使用されます。
さらに、いくつかのモデルでは“/A”、“/B”、“/Z”といった差動信号も出力されます。これらは“A”、“B”、“Z”の反転信号であり、制御装置はペア信号を比較して伝送エラーの有無を確認できます。

差動信号をツイストペアケーブルで伝送することで、伝送の信頼性と耐ノイズ性が向上します。

出力ドライバ

プッシュプル（HTL）

プッシュプル（HTL）回路は、トーテムポール構成とも呼ばれ、供給電圧（通常 8～30VDC）に対応する信号レベルを出力します。適切な接続を行えば、外部ダイオードを用いて電流の方向を制限することで、プッシュプル出力をオープンコレクタ回路の代用として使用できます。

RS422（TTL）

RS422（TTL）回路は、供給電圧に依存しない一定の 5V 信号レベルを出力します。電源電圧は、4.75～5.5 VDC（オープンコレクタ出力の代替として使用可能）または 8～30 VDC のいずれかを選択できます。差動信号を使用することで、出力は RS422 規格に完全準拠します。差動出力は最も高い周波数応答と優れたノイズ耐性を提供します。これを確保するために、受信側も差動入力である必要があります。

旧出力ドライバの置き換え

PNPオープンコレクタ代替（電流ソース） | NPNオープンコレクタ代替（電流シンク）

Programmable Incremental Encoder

非プログラマブルのインクリメンタルエンコーダは、工場で顧客仕様に基づいてのみ設定できます。しかし、アプリケーション要件が変わった場合、プログラマブルエンコーダを使用すれば、いくつかの重要な特性を簡単に調整できます。外部設定ツール（UBIFAST Configuration Tool）を使用して、次の項目をソフトウェア内で設定できます：

出力ドライバ：Push-Pull（HTL）または RS422（TTL）
回転当たりのパルス数（PPR）：任意の値を設定可能
パルスの方向：”A先行B” または “B先行A”

このような柔軟性は、販売代理店、システムインテグレータ、機械メーカーにとって大きなメリットであり、標準モデルの在庫を最小限に抑えながらニーズに応じて対応できます。

仕様

ロジック	信号レベル	電源電圧	出力電圧
TTL	（ハイ）	4.75-30 V	最小 3 V
TTL	ロー	4.75-30 V	最大 0.5 V
HTL	（ハイ）	4.75-9 V 9-30 V	最小 3 V 最小電圧 – 3 V
HTL	ロー	4.75-30 V	最大 0.5 V

電圧出力レベル

ロジックゲートは、特定の入力電圧をHigh（論理1）またはLow（論理0）として解釈します。
TTL（トランジスタ-トランジスタ・ロジック）： 2 Vを超える信号は論理1、0.8 V未満の信号は論理0として解釈されます。出力電圧は0〜5 Vの範囲です。
HTL（高しきい値ロジック）： 3 Vを超える信号は論理1、1 V未満の信号は論理0。高レベル出力は電源電圧に依存します。HTLは論理0と1の電圧差が大きいため、ノイズや干渉に対してより強い耐性を持ちます。

電気角と機械角

機械角とは、シャフトの実際の回転角度を度数で表したものです。電気角は電気信号に使用されます。交流電圧または電流の1サイクルを360電気度（el°）として定義します。インクリメンタルエンコーダでは、1サイクルは1パルスに相当します。PPR（毎回転パルス数）を定義することで、電気角を機械角に変換することができます。

デューティ比

デューティ比とは、インクリメンタルエンコーダにおける“High（高）”時間と“Low（低）”時間の比率を指します。通常、この比率は50/50であり、180電気度がHigh、180電気度がLowに相当します。
磁気式インクリメンタルエンコーダは、PPRが高く、回転速度（RPM）が速いほど性能が向上します。これは、PPRやRPMが増加すると性能が低下する光学式エンコーダとは対照的です。データシートに記載されたDNLおよびINLの値は最悪の場合であり、PPRとRPMが高い場合にはより高い精度が期待できます。

クアドラチャ（位相信号）

90 電気度（el°）ごとに、インクリメンタルエンコーダは出力“A”または“B”で立ち上がりまたは立ち下がりエッジを出力し、信号の変化として認識されます。エンコーダが 1000 PPR に設定されている場合、カウンタは 4000 回の信号変化をカウントします（1 パルスあたり 4 回）。

位相角

位相角は 2 つの信号エッジ間の距離を電気度（el°）で示します。このパラメータは、一定の値とその誤差（クアドラチャ誤差）として定義されます。

精度（DNL）

DNL 精度とは、機械的角度で表される位相角誤差の絶対値です。

周波数応答

エンコーダが出力ラインを通じて出力できる最大周波数を指します。たとえば、200 PPR のエンコーダが 600 RPM で回転すると、その周波数は 2000 Hz（200 × 600 ÷ 60 秒）になります。

精度（INL）

インクリメンタルエンコーダは、回転ごとに一定数のパルスを出力し、それぞれのパルスが特定の機械的位置に対応します。理想位置と実際の位置との最大のズレを「積分非直線性（INL）」と呼びます。INL 精度は、エンコーダが位置決め用途に使用される場合において非常に重要な指標です。