로터리 엔코더
로터리 엔코더는 기계적 회전 운동을 디지털 또는 아날로그 신호로 변환하는 센서로, 산업 자동화·로봇·CNC 장비·의료 장비·운송 시스템 등에서 널리 사용된다. 각변위·속도·방향을 감지하여 제어 시스템에 정밀한 피드백을 제공한다. 본 문서는 로터리 엔코더의 정의, 작동 원리, 분류, 기술 파라미터, 비교 분석, 적용 사례, 표준 규정 및 선택 가이드를 상세히 설명한다.
로터리 엔코더란?
로터리 엔코더는 축의 각변위·속도·회전 방향을 측정하는 모터 피드백 장치이자 위치 센서이다. 회전 운동을 전기 신호로 변환해 컨트롤러가 해독함으로써 현재 위치와 동작 상태를 파악한다. 주로 증분형 엔코더(펄스 출력)와 절대형 엔코더(고유 위치 코드 출력)로 구분된다.
작동 원리
광학식 검출
- 투명/불투명 격자가 있는 그레이팅 디스크를 광원으로 조사.
- 디스크 회전에 따라 포토디텍터가 펄스 신호를 생성.
자기식 검출
- MR·홀·GMR 센서를 사용해 자극 변화를 감지하여 신호 출력.
유도식/정전용량식 검출
- 인덕턴스·캡시턴스 변화를 이용해 각변위를 감지하며, 오염·진동 환경에 강함.
출력 신호 논리
- 증분형: A·B 위상(쿼드러처) + Z 위상(영점 펄스).
- 절대형: 다비트 이진/그레이 코드로 고유 위치 정보 제공.
종류
✓ 출력 신호 기준
- 증분형 – 속도·방향 검출용 펄스 신호
- 절대형 – 단일/다회전 고유 위치 코드
✓ 기계 구조 기준
- 솔리드 샤프트
- 하우로 샤프트
- 블라인드 하우로 샤프트
✓ 검출 기술 기준
- 광학식 엔코더
- 자기식 엔코더
- 유도식 엔코더
- 정전용량식 엔코더
✓ 산업 프로토콜·출력 기준
- TTL/HTL/RS422
- Sin/Cos
- SSI, BiSS‑C, EnDat
- Profibus, Profinet, EtherCAT, CANopen
기술 사양
| 파라미터 | 범위·세부 내용 |
|---|---|
| 해상도 | 1 ~ 4,194,304 PPR 또는 8 ~ 24 비트 |
| 최대 회전 속도 | 3000 ~ 12,000 RPM, 특수 모델 20,000 RPM |
| 보호 등급 | IP50 ~ IP68 |
| 동작 온도 | −40 °C ~ +105 °C |
| 전기 사양 | 5 V, 10‑30 V, 출력 전류 통상 < 100 mA |
| 진동/충격 내성 | IEC 60068‑2: 10‑20 g(진동), 50‑200 g(충격) |
| 출력 신호 유형 | TTL, HTL, RS422, SSI, BiSS‑C, Profinet, EtherCAT |
장점과 한계
장점
- 높은 해상도와 반복 정확도
- 동적 제어에 적합한 빠른 응답
- 다양한 인터페이스·통신 프로토콜 지원
- 복잡한 산업 환경에서도 우수한 EMI 내성
한계
- 광학식은 오염에 민감
- 초고해상도 모델은 가격이 높음
- 극한 온도·진동에서는 일부 기술 성능 저하 가능
다른 각도 센서와 비교
| 종류 | 정확도 | 비용 | 간섭 내성 | 적용 유연성 |
|---|---|---|---|---|
| 가변저항식 | 낮음 | 낮음 | 낮음 | 단순 시스템 |
| 리졸버 | 중간 | 중간 | 높음 | 고진동·고온 환경 |
| 로터리 엔코더 | 높음(최대 24 비트) | 중간/높음 | 높음 | 다양한 산업 시스템 |
적용 분야
- 산업 자동화: 모터 피드백, 로봇 암
- CNC 기계: 스핀들·이송 축 위치 피드백
- 로봇 공학: 관절 제어 및 궤적 피드백
- 의료 장비: MRI·CT 회전 검출
- 엘리베이터·운송: 캐빈 위치·문 제어 피드백
- 풍력·태양광: 블레이드 각도·태양 추적 시스템
산업 표준
- IEC 61800‑5‑2:2016 – 드라이브 시스템 기능 안전
- ISO 13849‑1:2015 – 기계 제어 시스템 안전
- IEC 60529:2020 – IP 보호 등급
- IEC 60068‑2 – 진동·충격 환경 시험
- ISO 9001:2015 – 품질 경영 시스템
흔한 문제와 해결
| 문제 | 가능한 원인 | 해결책 |
|---|---|---|
| 출력 신호 없음 | 전원 차단, 배선 오류, 센서 손상 | 전원·배선 확인, 손상 부품 교체 |
| 신호 변동 또는 손실 | 간섭, 케이블 노화, 기계적 풀림 | 접지 확인, 케이블 교체, 고정 나사 조임 |
| 출력 오차·불안정 | 광학 오염, 자기 간섭, 전자 부품 노화 | 광학 부품 청소, 간섭원 제거, 부품 교체 |
| 출력 지연·스텝 손실 | 프로토콜 설정 오류, 호환성 문제 | 프로토콜 검증, 배선 점검, 컨트롤러 설정 업데이트 |
선택 가이드
- 응용 요구: 측정 항목(위치·속도·방향) 정의
- 엔코더 종류: 증분형 또는 절대형(단일·다회전) 선택
- 검출 기술: 광학·자기·유도·정전용량 중 선택
- 해상도·신호: 시스템 정밀도 및 인터페이스 요구에 맞춤
- 환경 적합성: IP 등급·진동/충격 내성 확인
- 기계 인터페이스: 샤프트 직경, 장착 방식, 하중 요구 검토
- 통신 호환성: PLC·모션 컨트롤러와 인터페이스 호환 여부 확인
- 표준 준수: IEC·ISO·UL 등 국제 표준 충족 제품 우선 선택
참고 문헌
- IEC 61800‑5‑2:2016
- ISO 13849‑1:2015
- IEC 60529:2020
- IEC 60068‑2 시리즈
- ISO 9001:2015
로터리 엔코더의 구조와 작동 원리, 성능 파라미터, 응용 분야를 깊이 이해하면 엔지니어와 시스템 통합업체는 정확한 제품 선택과 시스템 통합을 달성하여 제어 성능과 시스템 신뢰성을 극대화할 수 있다.
← 앱솔루트 인코더