ある磁気エンコーダ システムが安定した正確なモーション フィードバックを提供する一方で、別のシステムがノイズ、位置ずれ、または初期の設計変更に悩まされているのはなぜか疑問に思ったことはありますか?多くの場合、違いはセンサーではなく磁石から始まります。
永久磁気エンコーダの磁石 は、磁気エンコーダ内の信号源です。これらはセンサーが読み取る磁場を形成し、位置精度、速度フィードバック、分解能、全体的な信頼性に直接影響します。そのため、適切なエンコーダ マグネット、磁気エンコーダ リング、またはロータリー エンコーダ マグネットを選択することが、ロボット工学、モーター、オートメーション、その他の精密システムにおいて非常に重要になります。
この記事では、永久磁気エンコーダのマグネットとは何か、最新の設計で使用される主なタイプ、それらが適用される場所、およびプロジェクトに適切なオプションを選択する方法について説明します。また、磁石の材質、磁極パターン、アプリケーションのニーズなどの要素がアブソリュート磁気エンコーダやインクリメンタル磁気エンコーダの性能にどのような影響を与えるかについても学びます。
磁気エンコーダにおける永久磁気エンコーダの磁石の仕組み
磁気 ロータリエンコーダは 通常、永久磁石、センサー、信号処理電子機器の 3 つの要素を組み合わせています。シャフトが回転すると、磁石の磁界も回転します。センサーは場の変化を検出し、制御システム用の電気信号に変換します。
多くの回転設計では、永久磁石がモーター シャフトの先端に取り付けられています。 PCB 上のホール センサーが変化する磁場を読み取ります。 1 つの一般的なセットアップでは、2 つの検出軸を使用して角度位置を計算します。次に、電子機器がそれらの信号をデジタル角度データに変換します。
これが、磁石の設計が非常に重要である理由です。センサーは磁石が作り出すものしか読み取ることができません。磁場が弱い、不安定である、または調整が不十分な場合、エンコーダの出力に影響が生じます。これが、チームが磁石を一般的な商品部品として扱ってはいけない理由でもあります。
ホール効果センシングと磁気抵抗センシングはどちらも一般的です。ホール効果設計は広く使用されており、実用的です。磁気抵抗タイプは、一部のシステムではより高い感度と分解能を提供できます。より良い選択は、精度目標、パッケージング、ノイズ耐性、およびコストによって異なります。
永久磁気エンコーダマグネットの種類
最も一般的なのは 磁気エンコーダの リング 形式はリングマグネットです。回転運動に自然にフィットします。また、回転体の周囲にバランスの取れたフィールドを生成するため、回転や振動に役立ちます。リング磁石は、設計目標に応じて、面全体、周囲、または内側と外側のエッジに磁化できます。
好まれることがよくあります。 エンコーダ用途のリング磁石が シャフトの形状が中心穴を許容する場合、コンパクトな組み立てと安定した回転読み取りをサポートします。設計者は通常、内径、外径、厚さ、極数、磁化パターンを気にします。
ディスクマグネットもオプションです。これらは平らで丸く、アセンブリで単純な回転ターゲットが必要な場合に便利です。利用可能なパッケージのスペースが浅い場合、ディスクは適切に機能します。も適している場合があります。 ロータリーエンコーダのマグネットレイアウトに リングが不要な
アーク磁石やセグメント化された磁石も関連します。それらは円形のパスをたどるように形作られています。モーター関連のアセンブリでは、円弧形状はコンポーネントの曲率に合わせるのに役立ちます。一部のカスタム エンコーダ レイアウトでは、セグメント化されたピースまたは円弧状のピースにより、コンパクトなパッケージングやカスタマイズされたポールの配置をサポートできます。
磁化の方向もタイプの決定の鍵となります。軸 方向に磁化されたエンコーダ マグネットに は、厚さ方向に配置された極があります。ラジアル 磁化エンコーダ リングは、 直径または円周の周りに極を配置します。これらのパターンはセンサーがフィールドを認識する方法を変更するため、センサーの位置とエアギャップの設計とともに選択する必要があります。
多極フォーマットも重要です。多極 エンコーダ マグネットは、 リングまたはディスクの周囲に複数の N 極と S 極のペアを使用します。これは、角度や動きの追跡のためにセンサーが読み取る繰り返しの磁気パターンを作成するのに役立ちます。実際には、より多くの極がより細かい信号セグメンテーションをサポートできますが、これはセンサー、機構、電子機器がその追加の詳細をうまく利用できる場合に限られます。
早見表
マグネット式 |
ベストフィット |
主な強み |
主な注意事項 |
磁気エンコーダリング |
回転軸 |
バランスの取れた回転磁場 |
しっかりとしたフィット感と位置合わせが必要 |
ディスクエンコーダマグネット |
フラットレイアウト |
簡易包装 |
リングよりも柔軟性が低い場合があります |
アーク/セグメント磁石 |
湾曲したアセンブリ |
拘束されたジオメトリに適しています |
さらなるカスタムソーシング |
多極エンコーダマグネット |
高詳細な信号パターン |
信号のセグメンテーションの向上 |
より厳しい公差制御 |
磁石の設計に応じた磁気エンコーダの種類
磁石だけでは機能しません。特定のエンコーダ アーキテクチャをサポートします。最初の大きな分割は、 アブソリュート磁気エンコーダ と インクリメンタル磁気エンコーダです。絶対システムは、各点における一意の位置値を報告します。インクリメンタル システムは動きの変化をパルスとして報告します。
B2B バイヤーにとって、これは単なる技術的な決定ではなく、商業的な決定です。電力損失からの回復が重要な場合は、多くの場合、絶対的な設計がより安全な選択となります。アプリケーションが主に速度や相対的な動作を低コストで必要とする場合は、インクリメンタルで十分です。
解像度言語もタイプによって異なります。インクリメンタル設計では、多くの場合、PPR、つまり 1 回転あたりのパルスが使用されます。アブソリュート デザインでは通常、ビット解像度が使用されます。解像度が高くなると制御の詳細が向上しますが、システム全体の精度の向上が自動的に保証されるわけではありません。磁石の品質、取り付け、位置合わせ、センサーの種類は依然として重要です。
回転システムとリニアシステムも異なります。この記事では、回転アプリケーションに焦点を当てます。これは、回転アプリケーションでは永久磁石エンコーダの磁石が特に一般的であるためです。回転システムでは、磁石からの磁界パターンが角運動の基準になります。
ヒント： 多くのチームは解像度の数値に重点を置きすぎて、アライメントエラーのチェックを怠っており、実際のパフォーマンスをさらに損なう可能性があります。
永久磁石の材質とその変化
材料の選択は、電界強度、温度挙動、コスト、耐食性、製造性に影響します。エンコーダ プロジェクトでは、NdFeB、フェライト、SmCo の 3 つのファミリが特に関連します。
NdFeB 磁石は、高い磁気強度で広く評価されています。これらは、パッケージがタイトで、フィールドがコンパクトなスペース内で強力な状態を維持する必要がある場合によく発生します。関連資料には、ネオジム鉄ボロンが最も強力な主要な磁石の種類と考えられており、一般に焼結または結合によって製造されることが記載されています。
通常、フェライト磁石はコストの面で有利です。また、耐食性と耐減磁性にも優れています。多くのリング磁石はセラミックまたはフェライトであるため、フェライトはコスト重視の エンコーダ磁石リング プログラムに特に関連します。トレードオフは、NdFeB と比較して磁気強度が低いことです。
SmCo 磁石は、要求の厳しい熱環境にとって魅力的です。高い保磁力と耐減磁性があり、温度変化に対しても安定しています。欠点は脆さと材料コストの高さです。
製造ルートも重要です。多くの場合、焼結磁石はより強力な性能をサポートしますが、ボンド磁石はより柔軟な形状を提供できます。エンコーダに特殊な形状、薄いセクション、または特定の統合制約が必要な場合は、ボンディングが役立つ場合があります。最大の電界強度が優先される場合は、焼結材料の方が適している可能性があります。
材料選択の概要
材料 |
チームがそれを選ぶ理由 |
典型的な懸念事項 |
ネオジム鉄B |
強力な分野を小さなパッケージで |
腐食と温度の制限を確認する必要があります |
フェライト |
低コスト、耐食性 |
電界強度が低い |
SmCo |
より優れた熱安定性 |
コストが高く脆い |
永久磁気エンコーダの磁石が使用される場所
永久磁石エンコーダ システムは、ロボット工学やオートメーションで広く使用されています。ロボットの関節では、位置を正確に検出し、再現可能な動作制御をサポートします。これが、協働ロボットや産業用ロボットで磁気エンコーダが一般的である理由の 1 つです。
これらは AGV や AMR でも重要です。これらの機械には、正確なホイールステアリングと位置フィードバックが必要です。また、衝撃、乱雑な環境、絶え間ない振動にもさらされます。磁気設計は、そのような条件下でも信頼性を維持できるため、ここでは魅力的です。
CNC 機械や工業用ツールでも使用されています。これらのシステムには、切断、成形、および自動動作のための反復可能な動作フィードバックが必要です。このような場合、適切な 永久磁石エンコーダ 設定により、よりスムーズな制御と低いエラー率をサポートできます。
自動車、医療、航空宇宙アプリケーションでも磁気エンコーダが使用されています。これらの分野では、耐久性と位置フィードバックの両方が重要です。ステアリング システム、電気モーター、手術ロボット、制御システムなどはすべてその例です。
ヒント： 塵、油、振動は例外的なものではなく通常のことであるため、過酷な環境のモーション システムでは磁気センシングが選択されることがよくあります。
適切な磁気エンコーダのマグネットを選択する方法
良い 磁気エンコーダの マグネット選択ガイドは 、マグネットのカタログではなくアプリケーションから始まります。まず、モーションタイプを定義します。ロータリーのみですか？単一ターンまたは複数ターンのフィードバックが必要ですか?停電後の正確な位置が必要ですか?これらの答えは、エンコーダ アーキテクチャを急速に絞り込みます。
次に、ジオメトリを機構に合わせます。多くの場合、磁気 エンコーダ リングは シャフトベースの回転レイアウトに最適です。ディスクはよりフラットなパッケージに適合する場合があります。デザインが湾曲している場合やスペースが限られている場合は、円弧またはセグメント化された磁石が役立つ場合があります。
第三に、環境を注意深く見直してください。ほこり、油、振動を考慮すると、光学式ではなく磁気式を選択する必要があるかもしれません。ただし、強力な外部磁場、極端な温度、衝撃については依然として評価が必要です。磁気システムにも限界があります。
4 番目に、システムの問題として精度を確認します。磁石の強度と品質が重要であることは明らかですが、センサーの種類、位置合わせ、設置も重要です。磁石が強力であっても、傾いていたり、中心がずれていたり、ギャップが不十分であったりすると、結果は依然として弱い可能性があります。
5 番目に、インターフェイスと調達のニーズを確認します。エンコーダが OEM 製品として出荷される場合、実際のパフォーマンスと同じくらい、リード タイム、カスタマイズ サポート、インターフェイスの互換性が重要になります。 SPI、SSI、および同様の出力は、プラットフォームの互換性の決定を形作る可能性があります。
実践的な B2B チェックリスト
よくある問題、トレードオフ、および選択の間違い
よくある間違いは、解像度だけを求めて購入することです。チームは、より高解像度のターゲット パターンを選択し、機械的な振れや取り付けの変動を無視することができます。これにより、見出しの仕様が向上したにもかかわらず、実際の精度が低下する可能性があります。
もう 1 つの間違いは、漂遊磁界とノイズ源を無視することです。角度誤差は、近くの電子機器の位置ずれ、傾き、漂遊磁界、および製造偏差によって発生する可能性があります。これらは、単なる部品レベルの問題ではなく、システムレベルの問題です。
材料の不一致も別のリスクです。低コストのフェライトの選択は、多くのエンコーダ リングには適していますが、コンパクトで高磁界の設計には適合しない可能性があります。より強力な NdFeB オプションは信号の問題を解決する可能性がありますが、別のコストや温度の問題が発生する可能性があります。
最後の間違いは、エンコーダの選択とマグネットの選択を別のジョブとして扱っていることです。それらは 1 つのワークフローである必要があります。磁石の形状、磁化、センサーの種類、インターフェース、機械的公差はすべて相互に影響します。
磁気エンコーダと光学式エンコーダ
磁気 エンコーダは 通常、汚れた環境や過酷な環境でも優れた優位性を発揮します。磁気エンコーダは塵、油、振動に対して非常に信頼性が高く、光学設計はクリーンで制御された設定に適しています。
光学システムは非常に高い解像度と正確な測定を実現します。しかし、よりきれいな状態とより慎重なメンテナンスが必要な場合もあります。トップエンドの光学精度よりも稼働時間、堅牢性、メンテナンスの軽減が重要な場合、磁気システムが勝つことがよくあります。
多くの産業用バイヤーにとって、これが本当の決定ルールです。工場環境が実験室環境よりも厳しい場合には、磁気を選択するということです。クリーンな環境と精度が必要な場合は、光学式を選択してください。
結論
永久磁気エンコーダ マグネットは、の磁場生成コアです 磁気エンコーダシステム 。これらは、センサーが何を読み取ることができるか、信号がどの程度安定しているか、実際の機器でエンコーダーがどの程度うまく機能するかを決定します。
ほとんどの B2B チームにとって、正しい道は簡単です。アプリケーションのニーズから始めます。次に、エンコーダのタイプ、磁石の形状、材質、磁化パターンを 1 つの一致するシステムとして選択します。リング磁石、ディスク磁石、多極設計はすべて価値がありますが、それはセンサーのレイアウトと動作環境に適合する場合に限られます。
SDM MAGNETICS は、 カスタマイズされた永久磁石ソリューションでこのプロセスをサポートできます。同社の製品は、信号の一貫性、コンパクトな設計、アプリケーションへの適合性の向上に役立ちます。信頼できるエンコーダのパフォーマンスを求める購入者にとって、その実用的な価値は重要です。
よくある質問
Q: 磁気エンコーダのマグネットとは何ですか?
A: センサーが位置と速度を読み取るフィールドを作成します。
Q: 磁気エンコーダーリングはどのように機能しますか?
A: センサーを通過して回転し、読み取り可能な極パターンを生成します。
Q: 光学式エンコーダではなく磁気式エンコーダを選択する理由は何ですか?
A: 過酷な環境でも、ほこり、油、振動にうまく対処します。
Q: アブソリュート磁気エンコーダまたはインクリメンタル磁気エンコーダ?
A: Absolute は電源喪失後も位置を維持します。インクリメンタルは動きの変化を追跡します。
Q: エンコーダの磁石の精度に影響するものは何ですか?
A: 磁石の品質、磁極パターン、エアギャップ、配置がすべて重要です。
