磁式编码器技术在恶劣环境下的优势

摘要

在工业自动化和运动控制领域，性能最优化很大程度上影响着用户对于编码器技术的选择。通过本文，我们概括总结了光电编码器、旋转变压器以及磁式编码器的不同，阐述了为什么磁式编码器在很多应用上更可取的原因。本文同时向您介绍铁姆肯公司磁式编码器如何利用专利的霍尔效应技术以帮助达到精度和可靠性的最大化。

介绍

随着自动化工业领域的迅速延伸，市场对于性能卓越的伺服系统需求越来越高。工业自动化广泛应用于包装、纸张处理、电力发电等一些具有高温、粉尘、潮湿及强烈震动的特殊环境。光电编码器被设计用在一些更干净的自动化环境被证实是有效和成功的，但更可靠的反馈操作只能通过传统的、高成本的装置方案如旋转变压器或封装更好的光学编码器得以实现。

磁式传感器技术水平的进步使得磁式编码器在强烈撞击、震动以及污染物的环境下成为更可行的设备执行选择方案。

光电、旋转变压器和磁编码技术

光电编码器技术

光电编码器是利用光栅感应产生信号。稳定的信号往往取决于清晰、持续的光束。任何材料的污染都会阻碍光源并引发信号干扰和编码失效。除此以外， 伺服系统在潮湿的温度下会引发旋转码盘上的冷凝从而增加了失效的可能性。对于一个典型的光电编码器来讲，我们所需的空气间隙通常较小，这么小的间距需要保证光信号的完整性和准确性。从结果来看，光学编码器对于撞击和振动是很脆弱的，这会直接导致旋转光码盘或传感器的损坏。传统的解决方案包括对光电编码器进行封装，使其包装更坚固。很多光电编码器厂家试图通过研发产品密封性使其具有更好的抗振动、撞击和温度的性能。很不幸的是，这些额外的保护总是导致产品体积更大，成本更高。

旋转变压器技术

相对于光电编码器来说，旋转变压器是更稳定的选择。典型的无刷旋变往往由两个静态线圈构成，达到90度的机械相差。结构材质和信号产出的方式给旋转变压器创造稳定性。虽然旋转变压器几乎免于受工业环境的危害，但其控制系统的成本往往比光电和磁式编码器高很多。他们需要一个分解器将数字整流器集成到电路上并放置在较远的区域，这样需要提供布线来执行低级信号。布线会增加安装的复杂性，安装维护起来也不方便。

磁式编码器技术

先进的磁式编码器技术使得紧凑、低成本的编码器方案得到应用和发展，比起光电编码器在恶劣环境下的脉冲波动，磁式编码器显得更持久耐用。在铁姆肯公司，工程师将最新的磁式编码设计融合了霍尔效应的技术申请专利，从而在耐久的磁码盘上获得更高的精度需求。

磁传感器并不需要清洁透明的间隙。磁码盘和传感器之间只需要一些距离就可以运行。只要这些间隙不被含铁物质填满，磁脉冲就可以被MPS芯片轻松检测到。污垢、粉尘、油污、冷凝以及其他污染物都不会影响磁编码器的可靠性。

磁编码器还能对抗撞击和振动。比起光电编码器，传感器和磁码盘之间的间隙可以达到4mm，且丝毫不影响信号的准确度。磁编码器可以在轴端余隙运行，径向跳动的总公差高达2.5mm，这大大减少了码盘和传感器撞击损坏的可能性。

Timken® 磁式编码器的霍尔效应技术

铁姆肯公司提供了两种经济的磁式编码器技术形式——整合封装的编码器设计和单个芯片的Timken® MPS线性编码器集成电路，两种方式都使用了霍尔效应技术且都很容易集成到客户现有的设计方案中。

Timken® M15模块化磁式编码器是一款高精度、位置和速度的传感器，它被广泛应用在电机和其他机械装置上以用来检测轴位置和速度反馈需求。

Timken® M15编码器封装和紧凑连接的特性使得它在自动化，尤其在一些无刷或有刷伺服和小型步进电机上得到广泛应用。它能轻而易举的应用于一些现有电机配备光电编码器的设计方案上，对于机械和电子信号都具有可互换性。除此以外它跟光电编码器一样具有整流， 参考脉冲，开路集电极和线驱动输出等特性。

结论

比起传统的光电编码器，磁式编码器在持久性、可靠性、紧凑的封装设计上都有很多优势。尤其是在一些潮湿、高温和强烈震动的严苛环境下更为适用。融合了霍尔技术的磁性编码器在步进电机自动化舞台照明系统，工业自动化系统的Schneider MDrive®驱动器都有成功而广泛的应用。这款新一代离轴的磁性传感器技术被成功地应用在汽车动力转向系统、步进电机驱动、矿车、测量系统、医疗设备、照明系统以及越野设备上的传动传感器。