Qu'est-ce qu'un moteur codeur ?

Introduction:

Un encodeur de moteur est un capteur qui convertit la position angulaire ou le mouvement d'un arbre moteur en signaux numériques pouvant fournir un retour d'information au système de commande du moteur.

Les encodeurs fonctionnent en détectant la rotation des arbres ou des essieux du moteur et en générant des impulsions numériques comme signaux de sortie. Ces impulsions numériques aident à identifier la vitesse, le sens de rotation et la position de l'arbre.

Les encodeurs de moteur sont des dispositifs de rétroaction qui génèrent des données numériques de position et de mouvement pour les systèmes de commande de moteur. En convertissant le mouvement mécanique en signaux numériques, les encodeurs permettent un contrôle et une automatisation précis du moteur. La sortie numérique permet de contrôler le couple, la vitesse, l'accélération et la position du moteur.

1. Applications des encodeurs de moteur

Les codeurs de moteur jouent un rôle crucial dans de nombreuses applications d'automatisation et de contrôle de mouvement. Voici quelques-unes des utilisations les plus courantes des encodeurs :

Les codeurs sont couramment utilisés pour le contrôle de vitesse ou de position en boucle fermée des moteurs. Ce contrôle en boucle fermée permet une régulation de vitesse et un contrôle de position plus précis par rapport aux systèmes en boucle ouverte (sans retour).

En robotique et en automatisation, en montant des encodeurs sur les moteurs ou les roues, le contrôleur peut suivre avec précision la position de ces composants et ajuster leur mouvement. Cela permet des trajectoires de mouvement reproductibles et un positionnement précis.

Les encodeurs peuvent suivre la position des pièces mobiles dans les machines industrielles telles que les machines CNC, les équipements de fabrication de semi-conducteurs, les étapes de mouvement, etc. Les données de position peuvent être utilisées pour un retour d'information en temps réel ainsi que pour l'analyse des performances de la machine au fil du temps.

Les codeurs mesurent très précisément la vitesse de rotation de l’arbre moteur. Cela permet un contrôle précis et cohérent de la vitesse du moteur dans des applications telles que les entraînements de moteur, les convoyeurs, les machines-outils, les extrudeuses, etc. Le retour de l'encodeur de la vitesse instantanée permet des ajustements rapides pour maintenir le point de consigne de vitesse souhaité.

2. Avantages de l'utilisation d'encodeurs

Les codeurs offrent plusieurs avantages clés qui en font un composant important dans de nombreux systèmes moteurs :

Le retour des encodeurs permet un contrôle plus précis de la position, de la vitesse et de l'accélération du moteur. En surveillant constamment la position du rotor, le contrôleur peut effectuer des ajustements pour maintenir la puissance du moteur adaptée aux paramètres souhaités.

En utilisant un contrôle en boucle fermée, le système peut compenser les perturbations, les changements de charge, l'usure des composants et d'autres problèmes qui dégradent les performances au fil du temps. Cela rend l’ensemble du système plus robuste et fiable pour un fonctionnement à long terme.

Les encodeurs facilitent le contrôle en boucle fermée, essentiel pour obtenir un mouvement précis et cohérent. La boucle de rétroaction permet au contrôleur de minimiser les erreurs et de garantir que le moteur suit le profil de mouvement prévu. Cela permet des fonctionnalités de contrôle de mouvement plus avancées telles que le suivi de position, la régulation de la vitesse et l'anti-chasse.

3. Spécifications clés

Les codeurs de moteur ont plusieurs spécifications clés qui déterminent leurs performances et leur adéquation à différentes applications.

La résolution fait référence au plus petit mouvement de rotation ou linéaire pouvant être détecté par l'encodeur. Il est généralement spécifié en impulsions par tour (PPR) pour les codeurs rotatifs ou en impulsions par mètre pour les codeurs linéaires. Les encodeurs à plus haute résolution peuvent détecter des mouvements plus petits. Les résolutions courantes vont de 100 à 5 000 PPR.

Précision

La précision indique à quel point les mesures de l'encodeur sont proches de la position ou du mouvement réel. Les codeurs optiques et magnétiques offrent généralement une précision de +/- 0,1 degré. Pour les systèmes de haute précision, une précision de +/- 0,01 degré peut être requise.

Interface

Les encodeurs émettent des signaux numériques ou analogiques indiquant la position. Les codeurs numériques utilisent des trains d'impulsions tandis que les codeurs analogiques génèrent une tension proportionnelle à la position. Les codeurs numériques sont plus courants en raison de leur immunité au bruit. Les interfaces numériques populaires sont Quadrature, SSI, BiSS, EnDat.

Signaux de sortie

Les signaux de sortie courants incluent A Quad B pour les codeurs en quadrature, les ondes sinusoïdales/cosinusoïdales pour les codeurs analogiques et SPI/BiSS/SSI pour les codeurs série. Les sorties se connectent à des contrôleurs tels que des automates, des variateurs et des contrôleurs de mouvement. Certains codeurs disposent de signaux complémentaires pour l'immunité au bruit.

4. Types d'encodeurs de moteur

Il existe plusieurs types de codeurs utilisés pour le retour et le contrôle du moteur :

Codeurs optiques

Les encodeurs optiques utilisent une source de lumière LED et un photodétecteur pour mesurer le mouvement. Un disque à rayures radiales ou un tambour rayé interrompt le faisceau lumineux lorsque l'arbre du moteur tourne. Le photodétecteur génère un signal numérique ou impulsionnel qui peut être utilisé pour déterminer la position et la vitesse.

Les avantages des codeurs optiques incluent une haute résolution, une réponse rapide et une immunité au bruit électrique. Cependant, ils peuvent être sensibles à la saleté, aux débris et aux vibrations.

Encodeurs magnétiques

Les codeurs magnétiques mesurent les changements dans un champ magnétique pour déterminer la position. Une roue ou un tambour magnétisé monté sur l'arbre du moteur tourne devant un capteur de champ magnétique, générant un signal de position.

Les codeurs magnétiques fonctionnent bien dans les environnements sales et huileux. Cependant, ils ont tendance à offrir une résolution et une précision inférieures à celles des codeurs optiques.

Codeurs capacitifs

Dans un codeur capacitif, les changements de capacité entre les disques rotatifs indiquent des changements de position. Un disque comporte un motif gravé, tandis que l'autre fait office de micro. À mesure que l'écart entre les disques change avec la rotation, la capacité change de manière correspondante.

Les codeurs capacitifs offrent une bonne résolution sans contact direct. Mais ils peuvent être affectés par les contaminants et l’humidité.

Codeurs résistifs

Les codeurs résistifs utilisent un contact électrique entre un curseur et un élément résistif pour générer des signaux de position. La chute de tension aux bornes de l'élément résistif varie linéairement avec l'angle de l'essuie-glace.

Les codeurs résistifs sont simples et économiques. Cependant, les contacts glissants peuvent s'user avec le temps, limitant leur durée de vie.

5. Choisir le bon encodeur de moteur

Le choix du bon codeur moteur est crucial pour optimiser les performances des systèmes automatisés. Lors de la sélection d'un codeur de moteur, des facteurs tels que la résolution, la précision, la vitesse et les conditions environnementales doivent être pris en compte. Les encodeurs haute résolution offrent un contrôle et une précision plus fins, tandis que les boîtiers robustes résistent aux environnements d'exploitation difficiles. De plus, la compatibilité avec l’interface du moteur et du système de commande est essentielle pour une intégration transparente. En évaluant soigneusement ces facteurs, les ingénieurs peuvent garantir que le codeur de moteur choisi répond aux exigences spécifiques de leur application, améliorant ainsi la fiabilité et les performances globales du système. Besoins en vitesse et en couple du moteur. Résolution et précision souhaitées pour le retour de position/vitesse. Mode de fonctionnement - position incrémentale ou absolue

Interface de sortie - communication analogique, numérique, série, etc. Exigences d'étanchéité environnementale en cas d'utilisation dans des conditions difficiles...