海德漢全新ECI 4000/EBI 4000空心軸編碼器再次擴(kuò)充感應(yīng)式位置測(cè)量產(chǎn)品線。該款全新編碼器為模塊式結(jié)構(gòu)，無內(nèi)置軸承，空心軸尺寸為90 mm。用戶用它可將傳統(tǒng)皮帶傳動(dòng)的電機(jī)反饋系統(tǒng)改為力矩電機(jī)。這款全新編碼器不僅減少了零件數(shù)量，還提高了性能。

    生產(chǎn)企業(yè)的自動(dòng)化程度正在不斷提高，生產(chǎn)力的提高有賴于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)擁有更高的高動(dòng)態(tài)性能和更高的效率。此外，要在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取勝，機(jī)器設(shè)備的設(shè)計(jì)必須更加可靠、環(huán)境更加友好和資源更加節(jié)省。滿足這些要求的關(guān)鍵是電氣驅(qū)動(dòng)技術(shù)。噪音更低、磨損更少，通常不需要維護(hù)，而且不犧牲任何性能。

    特別是，力矩電機(jī)的直驅(qū)技術(shù)日益重要，因?yàn)樵趥鲃?dòng)鏈中，它不需要其它機(jī)械傳動(dòng)件。而且，其功率密度和動(dòng)態(tài)性能常常成為滿足產(chǎn)量要求不可或缺的手段。為此，需要統(tǒng)一和高性能的完整系統(tǒng)，包括執(zhí)行控制功能的伺服放大器、驅(qū)動(dòng)裝置和作為電機(jī)反饋系統(tǒng)的位置測(cè)量系統(tǒng)。海德漢為這些應(yīng)用設(shè)計(jì)開發(fā)了全新的高性能位置編碼器，即空心軸旋轉(zhuǎn)編碼器ECI 4000和EBI 4000（圖1）。這些編碼器在控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、可靠性和功能性方面確立了全新標(biāo)桿，為感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)編碼器開創(chuàng)了全新應(yīng)用。

圖1：海德漢感應(yīng)式空心軸旋轉(zhuǎn)編碼器ECI 4000和EBI 4000，其90 mm直徑的空心軸使該編碼器能直接安裝在電機(jī)上

取代皮帶傳動(dòng)

    例如，全新空心軸編碼器可使力矩電機(jī)取代至今常用的皮帶式電機(jī)反饋系統(tǒng)。同時(shí)，還提高了性能。由于零件數(shù)量大量減少，直接安裝的全新空心軸編碼器在工作中完全沒有磨損。更寬的控制帶寬確保動(dòng)態(tài)性能的顯著提高。而且，全新旋轉(zhuǎn)編碼器是其它可用空心軸編碼器的電機(jī)、驅(qū)動(dòng)模塊和機(jī)器部件的理想測(cè)量系統(tǒng)。

    單圈版的ECI 4000的分辨率高度達(dá)20 bit。此外，海德漢也提供多圈版的EBI 4000。圈數(shù)計(jì)數(shù)器的分辨率高達(dá)16 bit并帶外部后備電池。整個(gè)系統(tǒng)包括讀數(shù)頭和感應(yīng)鼓。性能卓越，而且總高僅20 mm。

高定位精度的整圓周掃描

    通過整圓周掃描讀取位置值。在該編碼器中，感應(yīng)鼓（轉(zhuǎn)子）的全部柵條與讀數(shù)頭（定子）的相應(yīng)掃描帶通過掃描獲取位置信號(hào)。工作時(shí)，該旋轉(zhuǎn)編碼器處理兩路信號(hào)周期不同的增量掃描信號(hào)。這種掃描原理對(duì)安裝公差和定位精度要求十分寬松。

驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)中心偏移時(shí)將產(chǎn)生位置誤差，整圓周掃描方式在原則上基本可補(bǔ)償該誤差。這個(gè)重要特性支持高達(dá)6000 rpm的轉(zhuǎn)速。圖2的測(cè)量曲線為驅(qū)動(dòng)軸徑向偏心0.2 mm與理想安裝時(shí)的典型精度圖。對(duì)于徑向定位的旋轉(zhuǎn)編碼器，根據(jù)幾何原理，將大幅提高同條件下單掃描點(diǎn)的測(cè)量重復(fù)精度。

圖2：驅(qū)動(dòng)軸徑向偏心0.2 mm時(shí)的典型精度曲線圖（空心軸直徑為90 mm）

連接簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸可靠

    全新感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)編碼器ECI 4000和EBI 4000采用數(shù)字EnDat 2.2接口。電源電壓范圍為+3.6 V至+14 V。該編碼器采用海德漢常用的插頭式編碼器電纜。除無噪音的數(shù)據(jù)傳輸外，EnDat 2.2接口還支持其它與設(shè)備有關(guān)的功能。例如提供內(nèi)部和外部溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)以及用于信號(hào)診斷的標(biāo)準(zhǔn)有效數(shù)字功能。在閉環(huán)控制模式中，輸出這些工作參數(shù)讓用戶可以持續(xù)監(jiān)測(cè)編碼器狀態(tài)。單圈版編碼器還提供連接DRIVE-CLiQ*接口的選配。

    現(xiàn)在正在準(zhǔn)備對(duì)該編碼器進(jìn)行EN 61508的SIL 2的應(yīng)用認(rèn)證。目的是對(duì)單圈位置信息進(jìn)行安全傳輸。在后續(xù)電子電路中增加措施后，EnDat 2.2設(shè)備的安全性還能進(jìn)一步提高到SIL 3。當(dāng)然，相應(yīng)的機(jī)械連接安全性所需的故障防護(hù)條件也是認(rèn)證的一部分。

    該編碼器能夠輕松安裝和集成到電機(jī)和機(jī)床應(yīng)用中。IP40的防護(hù)等級(jí)是其特點(diǎn)之一。該旋轉(zhuǎn)編碼器的讀數(shù)頭和感應(yīng)柵鼓分別帶外定心圓和內(nèi)定心圓。因此，安裝可快速完成，無需任何其它專用工具進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試（圖3），立等工作。感應(yīng)鼓與讀數(shù)頭之間與應(yīng)用相關(guān)的軸向偏移公差范圍為±1.5 mm。驅(qū)動(dòng)軸最大跳動(dòng)公差也較大，達(dá)0.2 mm。帶EnDat 2.2接口的該編碼器的工作溫度范圍高達(dá)+115 °C。因此，根據(jù)EN 60068-2-6標(biāo)準(zhǔn)，定子高達(dá)400 m/s²和轉(zhuǎn)子高達(dá)600 m/s²的抗振性能使該編碼器適用于作為電機(jī)的反饋系統(tǒng)。它確保更高的穩(wěn)固性，特別適用于高性能電機(jī)。

圖3：感應(yīng)鼓（中心）與讀數(shù)頭（右）用定心圓對(duì)正，無需調(diào)試和測(cè)試工具可輕松完成編碼器的安裝（圖中左圖：典型電機(jī)）

結(jié)論

    海德漢全新感應(yīng)式空心軸旋轉(zhuǎn)編碼器ECI 4000和EBI 4000再次擴(kuò)大力矩電機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品線。該旋轉(zhuǎn)編碼器的性能數(shù)據(jù)在驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的動(dòng)態(tài)性能、可靠性和功能性的關(guān)鍵指標(biāo)方面再創(chuàng)新標(biāo)桿。

    *DRIVE-CLiQ是西門子公司的注冊(cè)商標(biāo)。