電動モーター駆動システム（EMDS）は、効率を向上させ、ますます厳しくなる規制に適合するために、位置エンコーダーに大きく依存しています。図1に示すように、これらのデバイス（機械式、光学式、磁気式、または誘導型）は、速度および位置センシング情報をコントローラーにフィードバックすることで、高精度のモーター制御と同期を可能にします。
特に、ロータリー誘導型エンコーダーは、汚れ、磁性粉、水分、衝撃などの有害物に対する耐性があるため、過酷な環境で優れた性能を発揮します。これらのデバイスは、ファラデーの相互電磁誘導の原理に基づき、インダストリー4.0全体で幅広く使用されており、ギアボックス、ペダル、メカニカルアーム、その他多くの産業システムの位置移動を測定します。
ロータリー誘導型センサーの原理
代表的なロータリー誘導型エンコーダーには、図2に示すように、3つの主要コンポーネントがあります。ローターは回転するモーターシャフトに取り付けられており、ステーターはエンコーダーハウジングに固定されています。ローターとステーターにはそれぞれ、PCB上に形成されたフラットコイルセットが含まれており、通常、ステーターにはオンセミのNCS32100誘導型位置センサーなどの位置センシングデバイスが取り付けられています。
センシングデバイスは、ステーターの励起コイルに正弦波（NCS32100では4MHz）を送信します。このコイルはアンテナのような働きをし、ローターの受信コイルにエネルギーを結合します。ステーターには受信コイルセットもあり、ローターが回転すると、コイル内の結合エネルギーがステーターの受信コイルを乱します。ステーターの受信コイルは、センシングデバイスの入力を受信するように接続されており、ステーターの受信コイルの乱れを処理することでローターの位置を測定します。
ロータリー誘導型エンコーダーの分解能と精度は、ローターとステーターのコイルの数を増やし、パターンを変え、センシングデバイスの受信入力を増やすことで向上します。
オンセミ NCS32100 の紹介
NCS32100は、新たに特許を取得したデュアル誘導型センサーで、ロボット、モーター制御とポジショニング、サーボアプリケーションなどの産業市場向けに最適です。
NCS32100は、静的な高速アプリケーションをサポートし、最大6,000 rpmの速度で50アーク秒以上の精度と最大45,000 rpmのローター機能速度を達成します。
フル機能を備えたコントローラーとセンサーインタフェースは、非接触PCBセンサーと組み合わせることで、高分解能、高精度の角度センシングを実現します。このデバイスは、高度な設定が可能な8チャネル・センサーインタフェースを備え、多種多様な誘導センサーパターンへの接続をサポートし、幅広いデジタル出力フォーマットを提供します。速度、温度、バッテリーバックアップ測定も提供されており、統合された電源回路が広いVCC範囲とバッテリーバックアップ機能をサポートします。
オンセミのWebベース設計ツール
ロータリー誘導型エンコーダーの総合的な分解能と精度は、センシングデバイスの性能だけでなく、ステーターとローターのPCB設計にも依存します。PCB設計は、トレースの幅と間隔、ビアパッド径、ドリル径、銅層と絶縁層の厚さなどのパラメーターに厳しい許容差が要求されるため、難しい作業です。
設計ミスはエンコーダーの性能に大きな影響を与える可能性があるため、オンセミは必要なPCB設計の手順をエンジニアに提示する、WebベースのNCS32100 PCB設計ツールを作成しました。このツールのユーザーは、エンコーダー設計を記述する定義済みデータセットを入力し、ローターおよびステーターPCBの詳細図面を生成し、入力された設計パラメーターに基づいてシミュレーションを実行する、という3ステップのプロセス（図3）に従います。これらのユーザーが実行するシミュレーションは、入力パラメーターに対してレシーバー入力振幅と角度誤差（アーク秒）をモデル化し、これらのパラメーターを反復処理することで、必要なコストと精度に合わせてソリューションを最適化することができます。
オンセミが収益化までの時間短縮を支援
ロータリー誘導型エンコーダーは、堅牢性と汚染物質に対する耐性が重要である、過酷な産業環境でのモーター制御ソリューションに広く採用されています。オンセミのNCS32100センサーは、設計者に高精度で設定可能なソリューションを提供しますが、PCB設計に問題があると、どのシステムでも総合的なエンコーダー性能が低下する可能性があります。NCS32100 PCB設計ツールを使用すると、設計者はプロトタイプにリソースを投入することなく、自信を持ってPCB設計を最適化することができます。このPCBコイル設計ツールを使用すると、設計者は幅広い入力オプションを反復処理することで、要求されるコストと精度に基づいてPCB設計を迅速に最適化でき、それによって開発サイクルを加速させ、収益化までの時間を短縮します。
オンセミが実施したテストにおいて、このデバイスは業界基準とみなされている精密なガーリーエンコーダーに匹敵する精度レベルを達成したため、産業システムメーカーはNCS32100に基づく設計の精度に自信を持つことができます。
オンセミのNCS32100と利用可能な設計ツールの詳細については、無料のウェビナー「誘導型位置センサーのPCB設計ツールで精度を向上」をご覧ください。
