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伺服电机反馈 -光学还是磁性?

2020年-04月-26日

   

伺服电机毫无疑问已经成为自动化设备的核心执行元件。随着伺服系统价格的逐年降低,很多伺服电机生产商在成本控制上都倍感压力。特别是需求旺盛的低惯量小功率伺服电机,如果采用电池式光学绝对值编码器编码器的成本甚至能达到电机成本的1/2。

为了解决成本的压力,越来越多的伺服厂商开始尝试利用磁性原理开始打造自己的磁性编码器。但是磁性原理的编码器真的是伺服系统成本控制的救星吗?
 
磁性编码器应用场景
 
磁性编码器具有抗冲击振动能力强,耐腐蚀油污的特性。另外由于结构简单,对于同心度和轴向蹿动的容忍度要高于光学原理,所以随着霍尔和磁阻传感器的发展,磁性编码器的制造门槛显著降低。

在应用场景上,汽车行业首当其冲成为磁性位置传感器最广泛的应用领域。无论是方向盘助力,还是油门踏板,甚至是车内旋钮,我们都可以看到大量磁性位置传感器。除了汽车行业,在一些新兴消费电子产品上也可以看到他的身影,例如无人机,平衡车,手持防抖云台等。我们可以发现,磁性位置传感器的应用场景在运动属性上都具有一个特点:对速度平稳度要求不高,定位精度要求较低,运动方向换向不频繁。


 
磁性编码器性能分析
 
伺服电机与普通电机控制的区别就是高精度定位和高响应速度。磁性编码器内部磁场分布,磁铁与感应芯片相对位置,芯片本身的信噪比,外部干扰磁场都会对编码器的精度有影响。而磁滞效应和磁芯片处理速度决定了系统的响应速度。

低成本的单磁铁方案性能改善需要在芯片设计上进行定制,算法上往往都是通过超采样,高阶滤波器算法来实现高分辨率和高精度。而随着信号处理技术的飞速发展,有的厂商开始采用多磁极(多芯片)技术通过复杂的算法提升了磁性编码器的分辨率和定位精度。这种多磁极(多芯片)技术的确可以提升系统性能,但背后也会带来成本的显著提升。这与当初降低成本的初衷是相违背的。
但是无论什么方案,磁滞效应都是物理存在的。磁铁(磁环)的充磁品质对系统的最终性能也有很大的影响。

永磁体的磁场长期在高温和外部磁场的影响下有可能会衰减或者变异。这将导致采用磁性编码器的伺服电机长期运行后特性有可能会改变......

Hengstler建议
 
    以下场景是可以使用磁性编码器作为伺服电机的反馈:

    √ 定位精度要求不高的点对点往复定位,例如物料搬运,物料分拣,大型设备定位控制,一般机器人定位。
    √ 对速度波动要求不高的连续运转,例如AGV车轮,输送带传输,变频电机反馈。
    √ 单向高速运行,例如电主轴。
    √ 负载惯量比较小的运动控制场景。
    √ 步进电机和无刷电机的反馈。

Hengstler作为光学伺服反馈编码器的倡导者,除了坚定不移的使用齿轮箱真多圈技术,在单圈部分不断引入新的技术,从而显著提高伺服反馈编码器的绝对精度,分辨率和谐波失真指标。光学LED自补偿技术可以保证伺服电机常年运行在理想状态。

全新的AD38在38mm外径,36mm厚度下实现了2048高精度刻线码盘,单圈24bit分辨率,系统精度典型值达到±27",PT1000电机绕组温度采集,真多圈齿轮箱等一系列激动人心的特性。1:10锥孔设计方便所有电机OEM制造商将电池多圈直接升级为真多圈齿轮箱。

搭载AD38的伺服电机可以游刃于金属加工机床进给轴差补运动,激光加工高速差补运动,各种形式的高性能工业机器人,印刷套色,锂电池涂布卷绕,包装行业色标追踪,多轴同步,电子凸轮,急加减速往复运动等。