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伺服電機反饋 -光學還是磁性?

2020年04月26日

   

伺服電機毫無疑問已經成為自動化設備的核心執行元件。隨著伺服係統價格的逐年降低,很多伺服電機生產商在成本控製上都倍感壓力。特別是需求旺盛的低慣量小功率伺服電機,如果采用電池式光學絕對值編碼器編碼器的成本甚至能達到電機成本的1/2。

為了解決成本的壓力,越來越多的伺服廠商開始嚐試利用磁性原理開始打造自己的磁性編碼器。但是磁性原理的編碼器真的是伺服係統成本控製的救星嗎?
 
磁性編碼器應用場景
 
磁性編碼器具有抗衝擊振動能力強,耐腐蝕油汙的特性。另外由於結構簡單,對於同心度和軸向躥動的容忍度要高於光學原理,所以隨著霍爾和磁阻傳感器的發展,磁性編碼器的製造門檻顯著降低。

在應用場景上,汽車行業首當其衝成為磁性位置傳感器最廣泛的應用領域。無論是方向盤助力,還是油門踏板,甚至是車內旋鈕,我們都可以看到大量磁性位置傳感器。除了汽車行業,在一些新興消費電子產品上也可以看到他的身影,例如無人機,平衡車,手持防抖雲台等。我們可以發現,磁性位置傳感器的應用場景在運動屬性上都具有一個特點:對速度平穩度要求不高,定位精度要求較低,運動方向換向不頻繁。


 
磁性編碼器性能分析
 
伺服電機與普通電機控製的區別就是高精度定位和高響應速度。磁性編碼器內部磁場分布,磁鐵與感應芯片相對位置,芯片本身的信噪比,外部幹擾磁場都會對編碼器的精度有影響。而磁滯效應和磁芯片處理速度決定了係統的響應速度。

低成本的單磁鐵方案性能改善需要在芯片設計上進行定製,算法上往往都是通過超采樣,高階濾波器算法來實現高分辨率和高精度。而隨著信號處理技術的飛速發展,有的廠商開始采用多磁極(多芯片)技術通過複雜的算法提升了磁性編碼器的分辨率和定位精度。這種多磁極(多芯片)技術的確可以提升係統性能,但背後也會帶來成本的顯著提升。這與當初降低成本的初衷是相違背的。
但是無論什麼方案,磁滯效應都是物理存在的。磁鐵(磁環)的充磁品質對係統的最終性能也有很大的影響。

永磁體的磁場長期在高溫和外部磁場的影響下有可能會衰減或者變異。這將導致采用磁性編碼器的伺服電機長期運行後特性有可能會改變......

Hengstler建議
 
    以下場景是可以使用磁性編碼器作為伺服電機的反饋:

    √ 定位精度要求不高的點對點往複定位,例如物料搬運,物料分揀,大型設備定位控製,一般機器人定位。
    √ 對速度波動要求不高的連續運轉,例如AGV車輪,輸送帶傳輸,變頻電機反饋。
    √ 單向高速運行,例如電主軸。
    √ 負載慣量比較小的運動控製場景。
    √ 步進電機和無刷電機的反饋。

Hengstler作為光學伺服反饋編碼器的倡導者,除了堅定不移的使用齒輪箱真多圈技術,在單圈部分不斷引入新的技術,從而顯著提高伺服反饋編碼器的絕對精度,分辨率和諧波失真指標。光學LED自補償技術可以保證伺服電機常年運行在理想狀態。

全新的AD38在38mm外徑,36mm厚度下實現了2048高精度刻線碼盤,單圈24bit分辨率,係統精度典型值達到±27",PT1000電機繞組溫度采集,真多圈齒輪箱等一係列激動人心的特性。1:10錐孔設計方便所有電機OEM製造商將電池多圈直接升級為真多圈齒輪箱。

搭載AD38的伺服電機可以遊刃於金屬加工機床進給軸差補運動,激光加工高速差補運動,各種形式的高性能工業機器人,印刷套色,鋰電池塗布卷繞,包裝行業色標追蹤,多軸同步,電子凸輪,急加減速往複運動等。

 

 

 

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