摘要

在工業(yè)自動化和運動控制領(lǐng)域，性能最優(yōu)化很大程度上影響著用戶對于編碼器技術(shù)的選擇。通過本文，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)以幫助達到精度和可靠性的最大化。

介紹

隨著自動化工業(yè)領(lǐng)域的迅速延伸，市場對于性能卓越的伺服系統(tǒng)需求越來越高。工業(yè)自動化廣泛應(yīng)用于包裝、紙張?zhí)幚怼㈦娏Πl(fā)電等一些具有高溫、粉塵、潮濕及強烈震動的特殊環(huán)境。光電編碼器被設(shè)計用在一些更干凈的自動化環(huán)境被證實是有效和成功的，但更可靠的反饋操作只能通過傳統(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)編碼器得以實現(xiàn)。

磁式傳感器技術(shù)水平的進步使得磁式編碼器在強烈撞擊、震動以及污染物的環(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。穩(wěn)定的信號往往取決于清晰、持續(xù)的光束。任何材料的污染都會阻礙光源并引發(fā)信號干擾和編碼失效。除此以外，伺服系統(tǒng)在潮濕的溫度下會引發(fā)旋轉(zhuǎn)碼盤上的冷凝從而增加了失效的可能性。對于一個典型的光電編碼器來講，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的完整性和準(zhǔn)確性。從結(jié)果來看，光學(xué)編碼器對于撞擊和振動是很脆弱的，這會直接導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)光碼盤或傳感器的損壞。傳統(tǒng)的解決方案包括對光電編碼器進行封裝，使其包裝更堅固。很多光電編碼器廠家試圖通過研發(fā)產(chǎn)品密封性使其具有更好的抗振動、撞擊和溫度的性能。很不幸的是，這些額外的保護總是導(dǎo)致產(chǎn)品體積更大，成本更高。

旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)

相對于光電編碼器來說，旋轉(zhuǎn)變壓器是更穩(wěn)定的選擇。典型的無刷旋變往往由兩個靜態(tài)線圈構(gòu)成，達到90度的機械相差。結(jié)構(gòu)材質(zhì)和信號產(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。他們需要一個分解器將數(shù)字整流器集成到電路上并放置在較遠的區(qū)域，這樣需要提供布線來執(zhí)行低級信號。布線會增加安裝的復(fù)雜性，安裝維護起來也不方便。

磁式編碼器技術(shù)

先進的磁式編碼器技術(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，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)計融合了霍爾效應(yīng)的技術(shù)申請專利，從而在耐久的磁碼盤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。磁碼盤和傳感器之間只需要一些距離就可以運行。只要這些間隙不被含鐵物質(zhì)填滿，磁脈沖就可以被MPS芯片輕松檢測到。污垢、粉塵、油污、冷凝以及其他污染物都不會影響磁編碼器的可靠性。

磁編碼器還能對抗撞擊和振動。比起光電編碼器，傳感器和磁碼盤之間的間隙可以達到4mm，且絲毫不影響信號的準(zhǔn)確度。磁編碼器可以在軸端余隙運行，徑向跳動的總公差高達2.5mm，這大大減少了碼盤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)濟的磁式編碼器技術(shù)形式——整合封裝的編碼器設(shè)計和單個芯片的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)用在電機和其他機械裝置上以用來檢測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化，尤其在一些無刷或有刷伺服和小型步進電機上得到廣泛應(yīng)用。它能輕而易舉的應(yīng)用于一些現(xiàn)有電機配備光電編碼器的設(shè)計方案上，對于機械和電子信號都具有可互換性。除此以外它跟光電編碼器一樣具有整流，參考脈沖，開路集電極和線驅(qū)動輸出等特性。

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)計上都有很多優(yōu)勢。尤其是在一些潮濕、高溫和強烈震動的嚴(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電機自動化舞臺照明系統(tǒng)，工業(yè)自動化系統(tǒng)的SchneiderMDrive?驅(qū)動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)用在汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、步進電機驅(qū)動、礦車、測量系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、照明系統(tǒng)以及越野設(shè)備上的傳動傳感器。

在選擇一款合適的編碼器應(yīng)用技術(shù)時，工程師們需要考慮環(huán)境、封裝、精度和成本需求。在對性能有一定要求的場合，編碼器往往受到操作環(huán)境的影響無法發(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，且成本相對更為低廉。