Auteur : Jeff Smoot, Vice-Président, Motion Control à CUI Inc.
Des technologies telles que des robots autonomes et des drones aériens sont de plus en plus abordables et une grande variété d'applications commerciales à faible coût investissent le marché. Grâce à une gestion minutieuse du budget puissance, les ingénieurs ont l'opportunité d'opter pour des piles plus petites et plus légères, tout en améliorant le fonctionnement et en réduisant la taille de l'application. Dans les systèmes multi-moteurs, la sélection d'un encodeur efficace peut avoir un effet appréciable sur le budget énergétique. Les encodeurs les plus couramment utilisés sont optiques ou magnétiques. Les encodeurs optiques combinent une source à LED et un capteur optique qui détecte la lumière transmise ou réfléchie par une roue codeuse montée sur l'arbre du moteur, comme illustré sur la figure 1. Les encodeurs optiques consomment un courant relativement élevé. En outre, ce courant augmente lorsque les caractéristiques impliquent une résolution plus élevée et des formats de signal de sortie plus complexes. Par ailleurs contrairement aux encodeurs optiques, les encodeurs magnétiques ne nécessitent pas de ligne de visée, ils ne sont donc pas vulnérables aux erreurs de décalage. De plus, les encodeurs magnétiques peuvent fonctionner lorsqu'ils sont immergés dans des fluides non conducteurs tels que l'huile pour engrenages. Cependant, la résolution et la précision de position sont typiquement inférieures comparées à celles des encodeurs optiques. Selon le type d'encodeur magnétique, le courant maximal peut varier d'environ 20 mA à 160 mA ou plus.
Réduire la consommation
Les nouveaux capteurs de position rotatifs capacitifs sont une alternative qui permet d'économiser au niveau de la consommation d'énergie dans le cas d'applications réunissant plusieurs moteurs, comme la robotique mobile. Les encodeurs capacitifs AMT de CUI sont constitués d'une partie fixe et d'un élément mobile (figure 2). Chacun de ces éléments a deux motifs de barres ou de lignes qui forment ensemble un condensateur variable configuré comme un couple émetteur/récepteur. Lorsque l'encodeur tourne, le mouvement de l'élément fixé à l'arbre du moteur module la sortie pour générer un signal unique mais prévisible. L'encodeur contient un ASIC qui interprète ce signal et l'utilise pour calculer la position de l'arbre et le sens de rotation afin de créer les sorties en quadrature standard. L'ASIC ainsi qu'un microprocesseur travaillent ensemble pour générer des sorties plus complexes telles que les impulsions de commutation nécessaires pour les moteurs à courant continu sans balais (Brushless DC, BLDC) ou les sorties série dans les encodeurs absolus.
Maintenir la précision
Le principe de fonctionnement capacitif assure à l'encodeur de maintenir la précision dans des environnements poussiéreux ou sales et d'être immergé dans des fluides non conducteurs, ce qui permet d'économiser une étanchéité coûteuse de l'enveloppe de la roue code et d'éviter un nettoyage régulier ou un remplacement du disque. Les encodeurs capacitifs offrent une précision équivalente ou supérieure par rapport aux autres technologies de codage, avec une précision de position typique de 0,2 degré. La résolution peut également être ajustée dynamiquement, permettant aux ingénieurs de modifier rapidement et facilement les prototypes lors du développement. De plus, la gestion de la chaîne d'approvisionnement en production en est facilitée puisqu'une seule unité SKU (Stock-Keeping Unit) suffit pour plusieurs contrôles de moteurs ayant différentes résolutions.
Les encodeurs AMT de CUI exigent des courants très faibles, certaines séries consommant moins de 10mA de courant à la plus haute résolution. Par ailleurs, lorsqu'ils sont couplés à un moteur BLDC, les encodeurs capacitifs permettent une mise à zéro numérique plus rapide et plus facile pour aligner les signaux U, V et W du codeur avec les enroulements du rotor. La mise à zéro numérique par programmation de l'encodeur à l'aide d'une application logicielle assure un alignement parfait en quelques secondes.
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