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エンコーダ解像度計算ツール

直交エンコーダーとシングルチャンネルエンコーダーの回転あたりのエンコーダー数、角度分解能、最大周波数を計算します。

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公式

CPR = PPR × 4 (quadrature), θ = 360°/CPR

PPR — Pulses per revolution (pulses)
CPR — Counts per revolution (×4 for quadrature) (counts)

仕組み

ロータリーエンコーダは、シャフトの角度位置をデジタル信号に変換します。インクリメンタルエンコーダは、1 回転あたりのパルス数 (PPR) が固定されたパルス列 (A/B 直交チャンネルとオプションの Z インデックスパルス) を出力します。直交デコードでは、実効分解能を 4 倍して (両方のチャネルでエッジごとに 1 カウント)、1 回転あたりのカウント数 (CPR) = 4 × PPR が得られます。位置分解能 (度) は 360°/CPR です。アブソリュートエンコーダはシャフト位置ごとに固有のデジタルワードを出力するため、電源投入後にホーミングを行う必要はありません。

計算例

500 PPR の直交エンコーダは 20: 1 のギアボックスで使用されます。出力軸は 0.1° 以内に配置する必要があります。
ステップ1 — エンコーダシャフトでの1回転あたりのカウント数:
CPR = 4 × PPR = 4 × 500 = 2000 カウント/回転
ステップ 2 — エンコーダシャフトの角度分解能:
θ _enc = 360°/2000 = 0.18°/カウント
ステップ 3 — ギアボックス出力軸の角度分解能:
θ _out = θ _enc /ギア比 = 0.18°/20 = 0.009°/カウント
ステップ 4 — 必要な解像度チェック:
0.009° < 0.1° の要件 → エンコーダは 11 倍のマージンで十分です。
ステップ 5 — 3000 RPM モーター速度での最大パルス周波数:
f_max = PPR × RPM/60 = 500 × 3000/60 = 25 000 Hz = 25 kHz
結果: 4倍の直交デコード機能を備えた500 PPRのエンコーダは、0.1°の出力軸分解能要件を満たします。マイクロコントローラの直交デコーダが 25 kHz の入力パルスを最大モーター速度で処理できることを確認してください。

実践的なヒント

  • ✓絶対位置精度が重要な場合は、エンコーダをギアボックスの負荷側に設置してください。モーター側に配置しても、ギアボックスのバックラッシュやコンプライアンスエラーを検出できません。
  • ✓モータ環境でのコモンモードノイズを除去するために、0.5mを超えるエンコーダケーブルには、シングルエンドTTLではなく差動ラインドライバ出力（RS-422）を使用してください
  • ✓インクリメンタルエンコーダでは、パワーアップ時のインデックスパルス（Zチャンネル）ホーミングが不可欠です。これがないと、電源が途切れると位置基準が失われます

よくある間違い

  • ✗PPR（1回転あたりのパルス）とCPR（1回転あたりのカウント数）を混同する場合、4倍のデコードを行う500 PPRのエンコーダでは、500回ではなく2000回のCPRが得られます
  • ✗ギアボックスのバックラッシュを考慮し忘れる—出力バックラッシュが0.5°のギアボックスでは、モーターシャフトに高解像度のエンコーダーを配置する利点がなくなります。
  • ✗高速時にマイコンデコーダの最大エンコーダ入力周波数を超えると、カウントミスや位置誤差の蓄積が発生する

よくある質問

インクリメンタルエンコーダは、基準位置から相対的なパルスカウントを出力します。バッテリバックアップまたはリホーミングしない限り、パワーダウン時に位置が失われます。アブソリュートエンコーダはシャフトの角度ごとに固有のデジタルコードを出力し、電源を入れ直しても位置を維持します。アブソリュートエンコーダはコストが高くなりますが、ホーミングルーチンが不要になります。
直交エンコーダには、90°オフセットされた2つの出力チャンネル (AとB) があります。デコーダは、4 つのエッジ (A と B の上昇と下降) をすべて検出し、チャネル間の位相関係を比較することで、両方の回転方向を決定し、カウンタをインクリメントします。これにより、1 つのチャンネルの立ち上がりエッジだけを数える場合の 4 倍の分解能が得られます。
オープンループ動作のステッピングモーターは、通常、1回転あたり200個のフルステップまたは3200個のマイクロステッピング位置を提供します。各マイクロステップを検証するには、CPR が 3200 以上のエンコーダが必要です。実際には、クローズド・ループ・ステッパー制御には 1000 ～ 2000 CPR で十分です。これは、個々のステップの精度に関係なく、制御サイクルごとに位置が修正されるためです。

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