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集成电动机技术会代替传统的独立编码器吗？

大学仕 2020-12-16 16:06

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工业运动控制中的一个有趣趋势是用模块式或“套件”式编码器代替独立式编码器（具有自己的外壳，轴承和轴的旋转传感器）。这些新设备被设计为安装在电动机外壳上或内部，旋转运动直接从主机的轴测量。将位置反馈设备集成到电动机或其他类型的机器中可以节省成本并简化机器设计。但这并不意味着传统的独立编码器走到了尽头。

自最早的数字控制以来，旋转编码器一直是运动控制系统中的关键组件，可将旋转运动转换为控制系统的PLC，微控制器或计算机的数字反馈信号。具有轴，轴承，轴承座和密封件的独立编码器长期以来一直是机器制造商和系统集成商的普遍选择。

这些设备具有各种尺寸，形状和性能特征，可以安装在需要监测旋转运动的机器中的几乎任何位置。但是由于许多工业运动控制系统都是由电动机驱动的，因此人们越来越关注将运动和位置反馈集成到电动机中，创建伺服电动机或反馈控制的步进电动机。这里的驱动程序是成本，并且是通过减少单独组件的数量来简化设计的兴趣。为了获得集成的电机反馈，编码器的测量组件安装在电机外壳上，并直接从驱动轴上测量旋转运动。这些集成设备中使用的技术通常与独立编码器中使用的技术紧密相关，这些设备（称为套件或模块化编码器）在许多情况下是其独立副本的非捆绑版本。

伺服电机通常用于机器人或高精度机床中的精确位置控制。光学编码器技术因其准确性和出色的动态响应而成为该领域的最爱。然而，新一代的精密磁性编码器组件提供了一种有吸引力的选择。它们具有紧凑的外形尺寸（直径小至22 mm），并且比光学编码器更不容易受到灰尘，湿气或震动的影响。

电磁编码器在正常的工厂条件下也更容易安装，因为它们可以承受轴和测量模块之间的中等偏差。此外，基于由韦根能量收集技术供电的自供电旋转计数器，磁性编码器可提供多圈测量功能。这种出色的解决方案无需使用备用电池或某些多圈光学编码器中使用的复杂齿轮编码盘系统。套件编码器也可以安装在步进电机上，以向控制系统提供集成反馈，从而通过消除因跳过步骤而引起的定位误差来提高精度。（当步进电机的转矩输出减小并且失步的可能性增加时，在较高的速度下这可能成为一个严重的问题。

步进电机的一大吸引力在于其相对较低的成本，尤其是与高端伺服电机相比。因此，在选择集成编码器解决方案时，成本是一个重要的考虑因素。简单、便宜的光学增量编码器可以向控制系统确认步进运动是否已按要求完成，从而提高了精度。对于要求更高的位置控制应用，绝对编码器可能是一个更好的选择，因为绝对编码器可以为控制器提供电动机轴旋转位置的完整图片，包括已完成的旋转数。具有成本效益的多圈磁性绝对值编码器非常适合此任务。

上述套件编码器通常安装在电动机的非驱动端。但是在某些情况下，将旋转测量元件放置在电动机的驱动端会很有用。环形空心轴编码器可以安装在驱动轴周围或传动系统中的其他位置。无轴承编码器是一个相对较新的概念，它保留了独立编码器的坚固外壳，但测量系统的旋转部分（例如，用于磁性编码器的永磁体）直接连接到主机的轴上。这种布置消除了传统独立编码器的轴承和密封件，节省了空间并降低了成本，外壳保护测量元件不受物理损坏。