모터의 엔코더[엔코더 정의,엔코더 역할,엔코더 이론, 엔코더 활용 방법, 전기차 엔코더]

1. 엔코더의 정의

 

 엔코더(Encoder)는 모터의 위치, 속도, 방향 등의 정보를 감지하고 이를 전기 신호로 변환하는 장치다. 기본적으로, 엔코더는 회전하거나 선형으로 움직이는 기계 부품의 운동을 디지털 신호로 변환하는 센서다. 엔코더는 회전 위치를 측정하는 데 자주 사용되며, 특히 서보 모터(Servo Motor)나 스텝 모터(Stepper Motor) 같은 정밀 제어가 필요한 시스템에서 필수적으로 사용된다.

 

엔코더는 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있다: 증분형 엔코더(Incremental Encoder)와 절대형 엔코더(Absolute Encoder).

Incremental Encoder

 

 

 특정 기준점에서의 변화를 측정하여 위치를 결정한다. 즉, 초기 위치로부터 얼마나 움직였는지를 계산 가능,   빛이 A상, B상, Z상을 주기적으로 비춤, 엔코더가 회전을 하게 되었을 때 회전 슬릿으로 나오는 빛이 각 상에 비추었다가 가려지는 식으로 회전축이 돌아가는 속도를 측정

Absolute Encoder

 

 각 위치에서 고유한 신호를 생성하여 현재 위치를 절대적으로 인식한다. 이 방식은 전원이 꺼졌다가 다시 켜지더라도 정확한 위치를 유지할 수 있다는 장점이 있음, 각 지점의 절대값을 설정하여 엔코더가 축을 중심으로 돌던 도중 측정되는 해당 위치에서의 값을 전달하는 방식입니다. 이 방식은 인크리멘탈 방식과는 달리 1바퀴 이상 돌아가지 않는 기기, 즉 특정 각도로 미세하게 움직여야 하는 기기에 사용하기 적합한 방식

2. 엔코더의 역할

1. 위치 측정: 엔코더는 모터의 현재 위치를 실시간으로 측정
2. 속도 측정: 엔코더는 회전 속도를 계산하는 데 사용, 모터의 속도를 조정하여 원하는 속도를 유지 혹은 변경 가능
3. 방향 감지: 엔코더는 모터가 회전하는 방향을 감지 가능 
4. 피드백 루프: 엔코더가 폐루프 제어(closed-loop control)의 핵심 피드백 장치로 작동 목표 위치나 속도에 정확도 상승

3. 엔코더의 이론적 원리

• 광학적 엔코더: 가장 일반적인 형태로, 광원(LED)과 수광부(포토다이오드 또는 포토트랜지스터)가 디스크의 회전으로 인해 빛의 차단과 통과를 감지하여 신호를 생성, 디스크에는 일정한 간격으로 구멍이 뚫려 있으며, 이 구멍을 통해 빛이 통과할 때 수광부에서 펄스 신호가 발생
• 자기적 엔코더: 자기 센서가 자화된 디스크나 스트립의 극성을 감지하여 신호를 생성, 자기 엔코더는 일반적으로 열악한 환경에서도 작동할 수 있는 강점이 있음
• 전기적 엔코더: 전기적 방식의 엔코더는 전기적 접촉 방식으로 위치를 측정, 하지만 이 방식은 마모와 유지보수 문제가 있음

4. 엔코더의 실제 활용 방법

1. 로봇 공학: 로봇의 관절이나 휠의 위치와 속도를 제어하기 위해 엔코더가 사용
2. 산업용 자동화: CNC 기계나 산업용 로봇에서는 정확한 위치 제어가 중요, 엔코더는 이러한 시스템이 정확한 위치와 속도를 유지하도록 하는 역할
3. 전기차: 전기차의 모터 제어 시스템에서 모터는 주행 중 정확한 속도와 위치 제어 역할
4. 풍력 발전기: 엔코더는 풍력 발전기의 회전 날개의 속도와 방향을 모니터링하는 데 사용,  발전 효율을 최적화에 활용
5. 의료 장비: MRI 기기나 수술 로봇 등에서도 엔코더는 정밀한 위치 제어에 활용

5. 엔코더 선택 시 고려사항

1. 해상도(Resolution): 엔코더의 해상도는 모터의 정밀도를 결정함, 해상도가 높을수록 더 작은 움직임도 감지 가능
2. 환경 조건: 엔코더가 사용될 환경(예: 온도, 습도, 먼지 등)에 따라 적합한 유형의 엔코더를 선택해야 함
3. 가격 및 유지보수: 절대형 엔코더는 증분형 엔코더에 비해 가격이 더 높지만, 절대 위치 정보를 제공하므로 전원이 꺼졌다 켜지는 상황에서도 정확한 위치를 유지 가능
4. 전기적 인터페이스: 엔코더가 모터 제어 시스템과 어떻게 통신할 것인지, 어떤 종류의 신호를 생성하는지에 따라 적절한 전기적 인터페이스를 선택