Résolveur ou codeur : Aperçu des principaux aspects de l'utilisation dans l'industrie

En matière d'automatisation industrielle, le système de contrôle est l'un des facteurs les plus importants à prendre en considération. Cependant, il est impossible de contrôler quelque chose si l'on ne peut pas d'abord le mesurer. Les codeurs et les résolveurs remplissent la même fonction de base. Ils agissent en tant que dispositif de rétroaction des servomoteurs, convertissant le mouvement mécanique de l'arbre en signaux électriques qui peuvent être consommés et compris par le contrôleur de l'entraînement. Dans des applications allant des bras robotisés aux véhicules électriques, le choix de l'un de ces deux dispositifs déterminera non seulement la capacité de l'appareil à fonctionner avec précision, mais aussi sa capacité à fonctionner de manière fiable.

Principes de fonctionnement

Pour sélectionner le composant idéal pour chaque fonction, il faut examiner les principes physiques qui le régissent. Les principales différences entre le codeur et le résolveur résident dans la manière dont l'un détecte le mouvement : l'un par le biais de l'électromagnétisme, l'autre par celui de la lumière.

Résolveurs : Transformateurs rotatifs analogiques

Un résolveur est un produit issu d'une époque où les composants mécaniques devaient être durables et robustes. Il s'agit en fait d'un transformateur rotatif. Un résolveur de moteur se compose de deux parties : un stator, qui est stationnaire, et un rotor, qui tourne avec l'arbre du moteur. Ce qui rend ces pièces uniques, c'est qu'elles ne contiennent ni circuit imprimé, ni soudure, ni silicium. Les seuls composants qu'elles contiennent sont des enroulements (ou bobines) en cuivre, des tôles en fer ou un boîtier métallique.

Dans certains cas, des résolveurs sans cadre sont utilisés pour économiser de l'espace en les montant directement sur le moteur. Les résolveurs fonctionnent par induction électromagnétique. Les enroulements du rotor reçoivent un signal CA de référence et, lorsque le rotor tourne, un signal est induit dans les enroulements secondaires. Les enroulements secondaires sont positionnés à 90 degrés sur le stator et sont destinés à mesurer la position angulaire du rotor.

Ensuite, un enroulement secondaire délivre une tension proportionnelle au sinus de l'angle, tandis que l'autre sinus est proportionnel au cosinus. Sur la base des sorties sinus et cosinus, la position actuelle du rotor est extraite par le contrôleur. Cette estimation est effectuée le long d'un continuum sans traitement numérique, produisant un signal analogique.

Codeurs : Capteurs photoélectriques numériques

Si le résolveur est un instrument de travail analogique, les codeurs optiques sont des instruments de précision numériques. Leur fonctionnement est basé sur l'interruption de la lumière. À l'intérieur d'un codeur rotatif, vous trouverez un disque de code - généralement en verre ou en plastique de haute qualité - monté sur l'arbre rotatif. Ce disque est gravé de milliers de lignes microscopiques, créant un motif de fentes transparentes et opaques. Une source de lumière LED se trouve d'un côté du disque, et un réseau de photodétecteurs de l'autre.

Lorsque le disque tourne, il découpe le faisceau lumineux en éclairs rapides. Le capteur détecte ces éclairs et les convertit en impulsions électriques. L'électronique interne (une puce ASIC) traite immédiatement ces impulsions en une sortie numérique propre, généralement une série d'ondes carrées (0 et 1).

Le codeur optique fournit un langage numérique direct que les contrôleurs modernes utilisent de manière native, offrant un retour d'information à haute résolution qui décompose une rotation unique en millions de décomptes précis. Le codeur optique fournit un signal numérique direct que les contrôleurs modernes maîtrisent, offrant un retour d'information à haute résolution qui décompose une rotation unique en millions de décomptes précis. Cela crée un avantage certain par rapport aux codeurs incrémentaux simples qui peuvent nécessiter un retour à l'origine après une perte de puissance.

On peut comparer les codeurs et les résolveurs de la manière suivante : les résolveurs fonctionnent comme des montres-bracelets mécaniques traditionnelles. Ils sont construits à partir de couches de ressorts et d'engrenages complexes et lourds (cuivre et fer). Ils sont construits pour durer et s'appuient purement sur des principes mécaniques et physiques. Un codeur optique, en revanche, est comparable à une smartwatch. Ces merveilles modernes sont dotées de microprocesseurs, de capteurs et de toutes sortes de composants électroniques modernes. Elles sont incroyablement riches en fonctionnalités et se veulent plus précises. Jusqu'à ce que vous les écrasiez contre un rocher. Non seulement les capteurs tomberont en panne, mais le disque de codage se fissurera probablement sous l'effet de l'inertie d'un choc violent.

Résolveur ou encodeur : Principales caractéristiques de performance

Pour passer de la théorie à l'ingénierie, nous avons besoin de faits, de faits statistiques pour être précis, comme le montre la comparaison suivante des spécifications des types courants de codeurs et de résolveurs.

Les données ont clairement tracé une ligne. Dans le cas d'une application où le moteur doit tourner à 50 000 tours/minute, les caractéristiques d'impédance d'un résolveur entraîneront une détérioration du signal, ce qui vous obligera à opter, en dernier ressort, pour un codeur. D'autre part, si la température de la carcasse de votre moteur est de 140°C, les puces de silicium d'un codeur seront brûlées. Par conséquent, le capteur à résolveur sera la seule option.

Qu'est-ce qui distingue Resolver et Encoder ?

La différence entre un résolveur et un codeur n'est pas une question de supériorité. Il s'agit simplement de survivre dans un environnement hostile (c'est-à-dire des températures résolument extrêmes) et d'être moins performant ou d'être précis et d'accomplir le travail.

Les arguments en faveur de la robustesse (Resolver)

Non seulement l'obstruction de l'électronique par la conception vintage des résolveurs est un avantage puissant, mais elle en fait également le champion incontesté de l'endurance extrême. Comme rien ne peut tomber en panne à cause de la chaleur ou des radiations (c'est-à-dire des environnements difficiles), le résolveur reste au sommet des conditions environnementales.

• Température : Un résolveur standard fonctionne en continu à des températures avoisinant les 155°C. Les modèles spécialisés ont même été conçus pour atteindre 200°C ou plus dans des environnements à haute température, ce qui constitue la limite supérieure. Des modèles spécialisés ont même été conçus pour atteindre 200°C ou plus dans des environnements à haute température, ce qui constitue la limite absolue. Il s'agit simplement d'une conséquence du matériau d'isolation et du fil utilisés dans les formations de cuivre.
• Vibrations et chocs : Un résolveur peut résister à des chocs mécaniques (comme plus de 200g) et à de fortes vibrations. Il n'y a pas de disques de verre qui se brisent ni de joints de soudure qui se rompent.
• Contaminants : Les champs magnétiques ne sont pas affectés par l'huile, la graisse, l'humidité ou la poussière. Un résolveur peut continuer à fonctionner même s'il est noyé dans l'huile. Cela permet une intégration directe à l'intérieur des boîtiers de moteurs pour surveiller la position de l'arbre.

Les arguments en faveur de la précision (Encoder)

Les données plus précises signifient qu'un codeur optique sera moins durable.

• Précision : La technologie optique offre une résolution beaucoup plus élevée. La résolution du codeur est plus élevée que celle d'un résolveur. Le résolveur perd de la précision en raison de la précision de l'enroulement mécanique et du bruit du signal. Le codeur optique n'a pas ce problème et peut atteindre une résolution de 20 bits pour une grande précision.
• Clarté du signal : Le signal est numérisé immédiatement, ce qui réduit l'exposition aux interférences électromagnétiques. Ainsi, par rapport à un résolveur, les codeurs optiques sont mieux protégés pendant la transmission.
• Réponse dynamique : Pour certaines applications, un codeur optique est préférable à un résolveur car il contient une plus grande densité de retour d'information et permet d'obtenir des nombres de lignes plus élevés pour un contrôle précis de la vitesse.

Au-delà du prix de vente : Une analyse des coûts dans le monde réel

Lorsqu'un responsable des achats examine la nomenclature, l'une des erreurs les plus courantes consiste à ne comparer que le coût d'un seul capteur de la nomenclature. Une vision plus large, intégrée, conduira à une meilleure décision sous la forme d'un coût total de possession (TCO). Dans le contexte d'une comparaison entre le coût d'un résolveur et celui d'un codeur, il est essentiel de regarder au-delà du prix affiché.

Dans la plupart des cas, un codeur optique de haute qualité a un prix plus élevé, il est donc plus cher à fabriquer qu'un résolveur standard. Un simple résolveur semble coûter moins cher sur l'étagère et est donc dominant en termes de prix.

Le plus grand risque réside dans l'intégration. Un résolveur émet un signal analogique “muet” que votre système de commande ne peut pas lire directement. Votre variateur doit intégrer un convertisseur résolveur-numérique (R/D), qui est souvent une caractéristique supérieure du servomoteur ou une carte additionnelle coûteuse. En outre, les résolveurs nécessitent un câblage coûteux à paires multiples, torsadé et blindé pour les longs parcours de câbles afin de préserver le signal analogique corrompu du bruit.

En revanche, un encodeur optique émet un signal numérique utilisable. Il se connecte facilement aux entrées standard de presque tous les contrôleurs et n'a pas besoin de matériel et de logiciel spécialisés et coûteux pour décoder le signal ou pour supprimer le bruit supplémentaire. C'est pourquoi les codeurs optiques permettent généralement de réduire le coût global du système dans les applications générales d'automatisation industrielle, car ils simplifient l'architecture et la conception générale, même si le matériel est plus coûteux.

Applications industrielles : Résolveur ou encodeur

Les caractéristiques techniques que nous avons évoquées ont entraîné une segmentation naturelle du marché de l'industrie en fonction des différents besoins.

Propulsion des véhicules électriques : Le cas des résolveurs

Lorsque l'on s'interroge sur les composants électroniques capables de résister aux conditions les plus extrêmes, le moteur de traction d'un véhicule électrique (VE) figure en tête de liste. Le moteur subit les chocs des nids-de-poule, les vibrations de la route et des températures élevées en raison des courants importants et du refroidissement des capteurs, ce qui est aggravé par le fait qu'ils sont enfouis profondément dans la structure du moteur.

Dans ces conditions extrêmes, le capteur doit remplir sa fonction de manière fiable car, dans le cas contraire, il peut créer un danger sur la route en rendant le véhicule électrique inutilisable. C'est pourquoi la plupart des fabricants de VE optent pour des résolveurs : ils peuvent durer dans des conditions où les codeurs optiques tomberaient en panne en quelques minutes. Les résolveurs ont été décrits comme étant constitués d'un ‘réservoir’, leur signal de retour de position du moteur est stable tant que l'arbre du moteur tourne.

CNC et robotique : Les arguments en faveur des codeurs optiques

Dans le domaine de l'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) et de la robotique à six axes qui l'exécute, la survie n'est plus la priorité. Elle a été remplacée par un contrôle précis des mouvements sur les lignes d'assemblage.

• Finition de la surface : Le profil d'avance d'une machine CNC doit être précis lors de la découpe d'un moule de smartphone. Tout écart par rapport à la vitesse d'avance programmée entraîne la formation d'ondulations à la surface du métal. Les codeurs optiques permettent au servomoteur d'effectuer les corrections de vitesse nécessaires pour maintenir une vitesse constante.
• Positionnement : Un bras robotique doit maintenir une précision inférieure au micron lorsqu'il dépose une puce sur une carte de circuit imprimé. Il est difficile d'atteindre ce niveau de précision en raison du bruit de fond analogique du résolveur. Pour ce niveau d'automatisation, les codeurs optiques offrent le contrôle stable et la boucle de rétroaction précise nécessaires.

Tendances du marché : La montée en puissance des alternatives magnétiques

Au cours des dernières décennies, le choix binaire écrasant des codeurs optiques et des résolveurs s'est avéré sous-optimal selon les dernières études de marché. Avec les progrès de la technologie de l'effet Hall et de l'AMR (magnétorésistance anisotrope), l'industrie a commencé à privilégier les codeurs magnétiques (et parfois les codeurs capacitifs) comme compromis équilibré entre les différents types de codeurs.

Les constructeurs de véhicules électriques tels que Tesla et BYD et les systèmes de commande de mouvement tels qu'Universal Robots et Yaskawa sont les premiers à remplacer les résolveurs lourds par des capteurs magnétiques miniaturisés. La rétroaction magnétique de 10 à 20 bits permet de réduire considérablement l'espace et de diminuer les coûts d'une marge de 15% sans nuire aux performances. C'est la preuve que la technologie magnétique est la solution rationnelle optimale pour de nombreux cas d'utilisation.

Dans l'aérospatiale, cependant, ce changement de garde est en contradiction avec le peloton. En raison de la nature difficile des cas d'utilisation, les résolveurs demeurent. Les missions qui impliquent des défis thermiques, tels que le fonctionnement entre -55°C et + 180°C, ou qui exigent une précision de positionnement de 0,1°C ou mieux, utilisent toujours des résolveurs. Les alternatives magnétiques, bien qu'elles n'aient pas encore fait leurs preuves pour une utilisation courante dans les systèmes critiques de vol, font actuellement l'objet d'essais.

Guide de sélection

Dans ces cas, des compromis pilotés par un ensemble de paramètres sont en jeu pour parvenir à la conclusion de faire un choix éclairé. Le choix entre codeur et résolveur n'est pas une rumeur d'obsolescence, mais plutôt une description de la spécialisation nécessaire. Utilisez la matrice de décision en 3 étapes ici pour déterminer le meilleur dispositif de rétroaction pour votre moteur et éviter le désordre dans le processus :

Maintenant que vous savez exactement ce dont vous avez besoin, il ne vous reste plus qu'à savoir où l'obtenir sans payer trop cher.

C'est là qu'intervient OMCH. Depuis 1986, nous avons prouvé que la fiabilité industrielle n'exige pas un prix élevé. Nous ne sommes pas un simple fournisseur ; nous sommes un moteur de fabrication au service de plus de 72 000 clients dans 100 pays, expédiant 20 millions d'unités par an. Avec plus de 3 000 références en stock, dont une gamme complète de codeurs de haute précision certifiés CE et RoHS, nous avons probablement la spécification exacte que vous recherchez. Pourquoi risquer votre budget en achetant des marques surévaluées alors que vous pouvez obtenir les mêmes performances régulières directement à la source ?

Que vous ayez besoin d'un capteur robuste pour une application lourde ou d'un codeur de précision pour une ligne automatisée, arrêtez de deviner et commencez à optimiser. Contacter le service d'assistance de l'OMCH aujourd'hui pour une consultation gratuite ou Parcourir notre catalogue de codeurs pour trouver la solution idéale pour votre prochain projet.

FAQ

• Pourquoi utiliser un résolveur plutôt qu'un codeur ?

Les résolveurs sont choisis principalement pour leur durabilité. Comme ils ne contiennent aucun composant électronique embarqué (puces, condensateurs ou soudures), ils peuvent résister à des températures extrêmes (>155°C), à de fortes vibrations et à des radiations qui provoqueraient la défaillance instantanée des composants électroniques délicats à l'intérieur d'un codeur.

• Un résolveur est-il un codeur absolu ?

Oui, un résolveur standard agit comme un codeur absolu monotour (souvent comparé aux codeurs absolus), fournissant des données de position absolue de manière analogique. Il délivre une tension analogique distincte pour chaque valeur de position unique au cours d'une rotation de 360°C (ce qui permet d'obtenir des données de position absolue de manière analogique). position absolue). Une fois sous tension, il connaît sa position, mais ne peut pas suivre d'autres rotations complètes pendant la mise sous tension sans une logique supplémentaire au niveau de l'électronique de rétroaction.

• Puis-je simplement remplacer un résolveur par un codeur ?

Dans la plupart des cas, la réponse est non. Chaque interface électronique du résolveur et du codeur est très différente ; un codeur utilise des sorties numériques et une alimentation en courant continu, tandis qu'un résolveur nécessite des sorties analogiques et une excitation en courant alternatif. Dans le cas d'un échange de dispositifs, vous devrez très probablement changer le servomoteur ou fournir un convertisseur de signaux coûteux entre les deux.