정밀 모터 제어를 위한 인코더 유형 완벽 가이드

인코더 유형에 대하여, 모터가 필요한 응용 분야에서는 정밀 제어가 필수적입니다. 회로에서 정밀 제어 문제가 발생하면 가장 먼저 떠오르는 것이 스테퍼 모터입니다.

하지만 모든 상황이 그런 극단적인 조치를 필요로 하지는 않습니다. 로터리 모터 샤프트 같은 소규모 프로젝트에 정밀 제어가 필요하다면 이 글을 읽고 계신 것이 맞습니다.

이러한 문제에 대한 쉬운 해결책은 인코더 모터입니다.

인코더는 정밀 제어 문제를 위한 더 저렴하고 단순한 솔루션입니다. 하지만 어떻게 작동하는지 이해하기 어려울 수 있습니다.

다행히 이 글에서 인코더 작동 원리, 유형, 다양한 응용 분야를 보여드리겠습니다.

준비되셨나요? 그럼 시작해 보겠습니다!

인코더 모터란 무엇인가?

스테퍼 모터가 비효율적이고 비용이 많이 드는 상황이라면 인코더 모터가 필요합니다.

스테퍼 모터와 달리 인코더 모터는 후면의 로터리 인코더가 시스템에 피드백 신호를 보냅니다.

어떻게? 로터리 인코더를 사용하여 모터 샤프트의 위치와 속도를 추적합니다.

여기가 가장 좋은 부분입니다.

시장에는 다양한 인코더 모터가 있습니다. 이들 중 일부는 앱솔루트 또는 인크리멘탈이며, 다른 일부는 자기식 또는 광학식입니다.

즉, 인코더 유형은 크기, 모양, 응용 분야 유형에 크게 의존합니다.

인코더 다이어그램

인코더 작동 원리

모든 로터리 인코더에는 A와 B로 표시된 두 개의 출력이 있습니다. 때때로 이 두 출력은 신호 생성이라는 유사한 기능을 수행합니다. 이 신호는 자기식, 광학식, 저항식일 수 있습니다. 가장 일반적인 것은 빛의 차단에 기반하여 신호를 주는 광학 인코더입니다.

이해를 돕기 위해 예를 들어보겠습니다. 제조사에 따라 로터리 인코더를 GND 또는 Vcc(공통 전압 컬렉터)로 만든 인코더 내부의 스티치처럼 생각할 수 있습니다. 인코더에서 회전 운동이 발생하면 공통 단자가 A 단자 또는 B 단자에 접촉합니다.

인코더가 시계 방향으로 회전하면 접점 A가 먼저 하이(High) 상태가 되고, 이어서 접점 B가 하이 상태가 됩니다. 즉, 회전 방향(반시계 방향 또는 시계 방향)에 관계없이 항상 90도 위상 차이가 발생합니다.

듀얼 바이너리 인코더

또한 마이크로컨트롤러를 사용하여 이 위상 변화를 쉽게 감지할 수 있습니다. 이는 회전 방향을 결정하는 데 도움이 됩니다. 일단 이렇게 하면 RPM이나 기어드 인코더 모터가 있는 경우 회전 각도를 보여주는 카운터를 증가시키거나 감소시킬 수 있습니다.

모터 인코더 유형

앞서 언급했듯 다양한 특징, 모양, 크기의 인코더 유형이 있습니다. 그러나 시장에서 찾아볼 수 있는 주요 모터 인코더 유형은 다음과 같습니다.

AC 모터 인코더

DC 모터만 인코더를 갖는 것은 아닙니다. 인코더가 장착된 AC 모터도 시장에 있습니다. AC 유도 모터는 제어 시스템과 일반 응용 분야에서 흔히 선택됩니다. 왜일까요? 이러한 응용 분야는 수명이 길고 비용이 낮기 때문입니다. 속도 제어가 필요한 선반 기계에서 이러한 유형의 모터를 찾아볼 수 있습니다.

AC 모터 인코더의 또 다른 응용 분야는 로봇공학입니다. 인코더는 응용 분야 동안 로봇의 위치와 경로에 대한 정보를 항상 제공합니다.

스테퍼 모터 인코더

무슨 생각을 하시는지 압니다. 왜 스테퍼 모터가 인코더와 함께 작동할까요? 어차피 정밀 제어가 스테퍼 모터의 강점이니까요.

하지만 그렇지 않습니다.

스테퍼 모터가 정밀 제어에 뛰어나지만, 인코더는 여전히 스테퍼 모터 성능에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 스테퍼 모터 인코더는 인코더와 통합된 스테퍼 모터입니다.

인코더 통합이 된 스테퍼 모터 시스템을 폐루프 스테퍼 모터라고 부릅니다. 이 모터는 개방형 루프 대비 더 높은 안정성, 부드러움, 더 높은 토크를 달성합니다.

스테퍼 모터 인코더는 폐루프 피드백 제어를 제공합니다. 또한 스테퍼 모터로 인한 스텝 손실을 방지합니다. 또한 스테퍼 모터 인코더를 광학 인코더와 로터리 인코더로 나눌 수 있습니다.

DC 모터 인코더

이것은 시장에서 찾아볼 수 있는 가장 일반적인 인코더 모터 유형입니다. 보통 후면에 자기 인코더가 부착된 범용 DC 모터입니다. 전면에는 RPM을 감소시키고 토크를 증가시키는 기어 어셈블리가 있을 수 있습니다.

또한 인코더는 시스템에 폐루프 피드백을 제공하여 RPM과 드라이브를 조정하여 정밀 속도 제어를 가능하게 합니다.

즉, DC 모터에서 피드백 속도를 제어할 수 있습니다. DC 모터 인코더가 로터 속도를 측정할 수 있는 메커니즘을 제공하기 때문입니다.

서보 모터 인코더

서보 모터의 응용은 유압, 공압 및 기타 몇 가지 전자기계적 모션 형태에 대한 인기 있는 대안이 되었습니다.

또한 인코더가 장착된 서보 모터는 공장 자동화, 로봇공학, 기타 정밀 제어 작업을 포함한 다양한 응용 분야에 사용할 수 있습니다.

서보 모터 인코더는 높은 토크 기술, 작은 크기, 합리적인 가격의 높은 효율을 제공합니다. 또한 전 세계 생산 시설에서 가장 선호하는 선택입니다.

인코더 기술 유형

응용 분야에 따라 선택할 수 있는 다양한 종류의 로터리 인코더가 있습니다.

선형 인코더

선형 인코더는 산업 자동화 및 제어 응용 분야에서 흔히 사용됩니다. 이 장치는 선형 스케일을 사용하여 위치를 결정합니다.

선형 인코더

이 스케일 위에는 스케일을 읽고 위치를 결정하는 센서가 있습니다. 또한 디지털 버니어 캘리퍼스는 선형 인코더의 완벽한 예입니다.

고정밀 기기에서 선형 인코더를 찾아볼 수 있습니다. 산업 자동화 도구처럼 말입니다.

또한 선형 인코더를 앱솔루트 또는 인크리멘탈로 간주할 수 있습니다.

광학 인코더

광학 인코더는 이 목록에서 가장 널리 사용되는 인코더입니다. 구성 요소는 광원, 광 검출 회로, 인코더 디스크입니다.

코드 디스크의 빛을 사용하여 샤프트의 움직임을 모니터링하는 모션 센싱 장치입니다. 즉, 이 인코더는 빛 차단에 기반하여 피드백을 제공합니다.

광학 인코더

작동 방식은 다음과 같습니다:

첫째, 장치에 전원을 공급하면 광원이 켜집니다. 광원은 패턴과 불투명 선이 있는 투명한 인코더 디스크를 통과하는 빛 빔을 방출합니다.

다음으로 포토디텍터가 빛 빔을 포착하고 반응합니다. 이 과정은 사인파 형태의 파형을 생성하며, 이는 펄스 트레인 또는 스퀘어 웨이브로 변환됩니다. 포토디텍터를 광 검출 회로라고 부릅니다.

펄스 신호는 빛 = 켜짐, 빛 없음 = 꺼짐입니다. 이 신호들은 전자 보드를 통해 카운터로 전송됩니다. 마지막으로 카운터가 신호를 보내 적절한 기능(회전, 정지 등)을 생성합니다.

인크리멘탈 인코더

이 유형의 인코더는 샤프트의 위치나 각도 운동을 디지털 또는 아날로그 코드로 변환합니다. 이 코드를 사용하여 움직임이나 위치를 식별합니다. 또한 가장 일반적으로 사용되는 로터리 인코더 중 하나입니다.

모터 속도 및 위치 피드백 응용 분야에서 인크리멘탈 인코더를 사용할 수도 있습니다. 이러한 응용 분야에는 중장비, 서보/경량, 산업용 응용 분야가 포함됩니다.

또한 인크리멘탈 인코더는 훌륭한 속도와 거리 피드백을 제공합니다. 또한 여러 센서가 필요하지 않아 시스템이 단순하고 저렴합니다.

인크리멘탈 인코더의 유일한 한계는 변화 정보만 제공한다는 것입니다. 이를 위해 인코더는 기준 장치를 사용하여 움직임을 계산해야 합니다.

인크리멘탈 인코더

앱솔루트 인코더

앱솔루트 인코더는 이 목록에서 가장 흥미로운 인코더입니다. 진짜 또는 절대 각도 위치를 측정합니다. 각도 위치의 변화만 계산하는 인크리멘탈 인코더와 정반대입니다.

여기서부터 흥미로워집니다.

전원 투입 시 인코더가 앱솔루트인지 인크리멘탈인지 결정됩니다. 따라서 인코더가 위치를 얻기 위해 '웨이크 앤 쉐이크(wake and shake)' 과정을 거치면 인크리멘탈입니다. 움직이지 않고도 위치를 출력하면 앱솔루트입니다.

앱솔루트 인코더는 디지털 신호 또는 아날로그 신호를 출력으로 제공할 수 있습니다. 이러한 신호에는 동기식 직렬 인터페이스(SSI)와 0-10V 또는 4-20mA가 포함됩니다.

각도 인코더

인코더 응용 분야

인코더의 다양한 응용 분야는 다음과 같습니다:

항공우주

인코더는 열악한 환경 조건에서 작동할 때 항공우주 응용 분야에 고정밀 모션 피드백을 제공합니다.

항공우주

볼 스크류 위치 결정

인코더는 드라이브 모터 또는 드라이브 샤프트 끝에 부착되어 모션 피드백을 제공합니다.

볼 스크류 위치 결정

자동화 차량 및 로봇

인코더는 자동화 로봇 응용 분야에 정밀한 모션 피드백을 제공합니다.

자동화 로봇

컷-투-렝스 (Cut-to-Length)

여기서 인코더는 고정된 양의 펄스를 생성합니다. 이 펄스는 컨트롤러로 전송되어 이동 길이를 결정합니다.

정리

제품 설계에 완벽한 인코더를 선택하는 것은 매우 중요합니다. 이것이 4가지 인코더 기술 유형과 인코더 모터의 차이점을 이해해야 하는 이유입니다.

인코더 구성

기술이 변화함에 따라 위치 피드백 요구 사항에 맞는 인코더를 선택해야 합니다.

이상으로 인코더, 유형, 다양한 응용 분야에 대해 알아야 할 모든 것을 마칩니다. 인코더에 대한 더 많은 정보가 필요하시면 언제든 연락 주시기 바랍니다.