摘要

在工業(yè)自動(dòng)化和運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，性能最優(yōu)化很大程度上影響著用戶對(duì)于編碼器技術(shù)的選擇。通過(guò)本文，我們概括總結(jié)了光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器以及磁式編碼器的不同，闡述了為什么磁式編碼器在很多應(yīng)用上更可取的原因。本文同時(shí)向您介紹鐵姆肯公司磁式編碼器如何利用專利的霍爾效應(yīng)技術(shù)以幫助達(dá)到精度和可靠性的最大化。

介紹

隨著自動(dòng)化工業(yè)領(lǐng)域的迅速延伸，市場(chǎng)對(duì)于性能卓越的伺服系統(tǒng)需求越來(lái)越高。工業(yè)自動(dòng)化廣泛應(yīng)用于包裝、紙張?zhí)幚怼㈦娏Πl(fā)電等一些具有高溫、粉塵、潮濕及強(qiáng)烈震動(dòng)的特殊環(huán)境。光電編碼器被設(shè)計(jì)用在一些更干凈的自動(dòng)化環(huán)境被證實(shí)是有效和成功的，但更可靠的反饋操作只能通過(guò)傳統(tǒng)的、高成本的裝置方案如旋轉(zhuǎn)變壓器或封裝更好的光學(xué)編碼器得以實(shí)現(xiàn)。

磁式傳感器技術(shù)水平的進(jìn)步使得磁式編碼器在強(qiáng)烈撞擊、震動(dòng)以及污染物的環(huán)境下成為更可行的設(shè)備執(zhí)行選擇方案。

光電、旋轉(zhuǎn)變壓器和磁編碼技術(shù)

光電編碼器技術(shù)

光電編碼器是利用光柵感應(yīng)產(chǎn)生信號(hào)。穩(wěn)定的信號(hào)往往取決于清晰、持續(xù)的光束。任何材料的污染都會(huì)阻礙光源并引發(fā)信號(hào)干擾和編碼失效。除此以外，伺服系統(tǒng)在潮濕的溫度下會(huì)引發(fā)旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)上的冷凝從而增加了失效的可能性。對(duì)于一個(gè)典型的光電編碼器來(lái)講，我們所需的空氣間隙通常較小，這么小的間距需要保證光信號(hào)的完整性和準(zhǔn)確性。從結(jié)果來(lái)看，光學(xué)編碼器對(duì)于撞擊和振動(dòng)是很脆弱的，這會(huì)直接導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)光碼盤(pán)或傳感器的損壞。傳統(tǒng)的解決方案包括對(duì)光電編碼器進(jìn)行封裝，使其包裝更堅(jiān)固。很多光電編碼器廠家試圖通過(guò)研發(fā)產(chǎn)品密封性使其具有更好的抗振動(dòng)、撞擊和溫度的性能。很不幸的是，這些額外的保護(hù)總是導(dǎo)致產(chǎn)品體積更大，成本更高。

旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)

相對(duì)于光電編碼器來(lái)說(shuō)，旋轉(zhuǎn)變壓器是更穩(wěn)定的選擇。典型的無(wú)刷旋變往往由兩個(gè)靜態(tài)線圈構(gòu)成，達(dá)到90度的機(jī)械相差。結(jié)構(gòu)材質(zhì)和信號(hào)產(chǎn)出的方式給旋轉(zhuǎn)變壓器創(chuàng)造穩(wěn)定性。雖然旋轉(zhuǎn)變壓器幾乎免于受工業(yè)環(huán)境的危害，但其控制系統(tǒng)的成本往往比光電和磁式編碼器高很多。他們需要一個(gè)分解器將數(shù)字整流器集成到電路上并放置在較遠(yuǎn)的區(qū)域，這樣需要提供布線來(lái)執(zhí)行低級(jí)信號(hào)。布線會(huì)增加安裝的復(fù)雜性，安裝維護(hù)起來(lái)也不方便。

磁式編碼器技術(shù)

先進(jìn)的磁式編碼器技術(shù)使得緊湊、低成本的編碼器方案得到應(yīng)用和發(fā)展，比起光電編碼器在惡劣環(huán)境下的脈沖波動(dòng)，磁式編碼器顯得更持久耐用。在鐵姆肯公司，工程師將最新的磁式編碼設(shè)計(jì)融合了霍爾效應(yīng)的技術(shù)申請(qǐng)專利，從而在耐久的磁碼盤(pán)上獲得更高的精度需求。

磁傳感器并不需要清潔透明的間隙。磁碼盤(pán)和傳感器之間只需要一些距離就可以運(yùn)行。只要這些間隙不被含鐵物質(zhì)填滿，磁脈沖就可以被MPS芯片輕松檢測(cè)到。污垢、粉塵、油污、冷凝以及其他污染物都不會(huì)影響磁編碼器的可靠性。

磁編碼器還能對(duì)抗撞擊和振動(dòng)。比起光電編碼器，傳感器和磁碼盤(pán)之間的間隙可以達(dá)到4mm，且絲毫不影響信號(hào)的準(zhǔn)確度。磁編碼器可以在軸端余隙運(yùn)行，徑向跳動(dòng)的總公差高達(dá)2.5mm，這大大減少了碼盤(pán)和傳感器撞擊損壞的可能性。

Timken?磁式編碼器的霍爾效應(yīng)技術(shù)

鐵姆肯公司提供了兩種經(jīng)濟(jì)的磁式編碼器技術(shù)形式——整合封裝的編碼器設(shè)計(jì)和單個(gè)芯片的Timken?MPS線性編碼器集成電路，兩種方式都使用了霍爾效應(yīng)技術(shù)且都很容易集成到客戶現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案中。

Timken?M15模塊化磁式編碼器是一款高精度、位置和速度的傳感器，它被廣泛應(yīng)用在電機(jī)和其他機(jī)械裝置上以用來(lái)檢測(cè)軸位置和速度反饋需求。

Timken?M15編碼器封裝和緊湊連接的特性使得它在自動(dòng)化，尤其在一些無(wú)刷或有刷伺服和小型步進(jìn)電機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。它能輕而易舉的應(yīng)用于一些現(xiàn)有電機(jī)配備光電編碼器的設(shè)計(jì)方案上，對(duì)于機(jī)械和電子信號(hào)都具有可互換性。除此以外它跟光電編碼器一樣具有整流，參考脈沖，開(kāi)路集電極和線驅(qū)動(dòng)輸出等特性。

結(jié)論

比起傳統(tǒng)的光電編碼器，磁式編碼器在持久性、可靠性、緊湊的封裝設(shè)計(jì)上都有很多優(yōu)勢(shì)。尤其是在一些潮濕、高溫和強(qiáng)烈震動(dòng)的嚴(yán)苛環(huán)境下更為適用。融合了霍爾技術(shù)的磁性編碼器在步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)化舞臺(tái)照明系統(tǒng)，工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的SchneiderMDrive?驅(qū)動(dòng)器都有成功而廣泛的應(yīng)用。這款新一代離軸的磁性傳感器技術(shù)被成功地應(yīng)用在汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、礦車、測(cè)量系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、照明系統(tǒng)以及越野設(shè)備上的傳動(dòng)傳感器。

在選擇一款合適的編碼器應(yīng)用技術(shù)時(shí)，工程師們需要考慮環(huán)境、封裝、精度和成本需求。在對(duì)性能有一定要求的場(chǎng)合，編碼器往往受到操作環(huán)境的影響無(wú)法發(fā)揮最佳性能，而磁式編碼器技術(shù)恰恰能滿足客戶這樣的需求，且成本相對(duì)更為低廉。