空心轴编码器如何打破多圈障碍

环形(空心轴)编码器是运动控制应用的一种有吸引力的替代方案，其开放的中心形状因子为工程师在布局设计时提供了额外的灵活性。在过去，大多数这种类型的编码器被限制在单圈测量范围内。新一代空心轴编码器克服了这一限制，这要归功于零维护韦根驱动的多圈旋转计数系统。

空心轴编码器填补了运动控制的一个重要利基，为伺服电机、驱动器和机器人的设计师提供了在其产品中构建位置反馈传感器的选项。这种类型的编码器具有一个大的中央开口，这使得它方便地安装在电机或齿轮单元的传动轴端。空心轴编码器也非常适合机器人，它们可以被内置到关节中，直接测量手臂的位置。在这里，其开放中心的形状因素为结构元件或通过接头中心布线或气动/液压管线留下了空间。

为空心轴编码器添加多圈测量功能对于许多应用来说是一个加分项，例如当电机连接到减速齿轮系统或电缆线轴时。对于机器人来说，多转测量范围是移动范围超过360度的关节的理想选择。直到最近，由于空心轴编码器的中心形状是开放的，因此增加多转功能一直具有挑战性。这一困难已经通过采用韦根线系统来克服，该系统使用一组磁铁的旋转来触发编码器内置的旋转计数器系统。这种方法的一个特殊优势是计数器系统在很大程度上是自供电的，不需要麻烦的备用电池或笨重、复杂的齿轮系统。

电容式编码器技术

具有大中心开口的空心轴编码器通常基于电容测量技术，因为与磁性技术不同，这种方法不需要元件位于仪器的中心线上。电容式编码器有转子和定子组件，形状都像扁平的环。这些组件的表面具有特殊图案的导电表面，其功能为电容器板。

当转子转动时，这些导电模式改变了它们的相对位置，改变了整个系统的电容耦合。这可以调节通过电容系统传输的中频电信号的幅值和相位角。这些信号变化被解码以确定转子的角位置。精度非常高，具有19位分辨率。由于电容是围绕环形转子和定子组件的整个周长的平均值，因此该系统对微小的对准误差或水分或灰尘的存在相对不敏感。

增加编码器的多转功能

多转测量范围的关键是一个由转子元件运动收集的能量提供动力的计数器系统。虽然韦根能量收集系统通常使用安装在传动轴中心线上的永久磁铁，但必须为空心轴设计找到一种全新的设置。通过广泛的现场测试和磁场模拟，在转子的圆周上安装了四个永磁体。

这些磁铁会产生稳定的磁场，并随着转子转动。当转子转动时，安装在定子上的韦根传感器对变化的磁场做出反应，并产生电流脉冲，激活计数电子设备，精确记录每一次旋转。这个接口被许多标准plc和微控制器所支持，并且不需要许可安排。

能量收集和韦根效应

能量收集是指直接从当地环境中收集电能的技术，减少对备用电池的需求和随之而来的维护要求。

虽然压电系统、热学和动力学过程已经为能量收集奠定了基础，但以美国发明家约翰·韦根(John Wiegand)命名的韦根效应仍被认为是一种奇异的替代品。韦根系统的核心是一根短长度的特殊条件的维卡合金丝。在复杂的制造过程(包括冷成形和回火)结束时，金属丝会出现软磁芯，周围是磁硬层。这种组合有一个特殊的特性。当韦根导线暴露在不断变化的外部磁场中时，当导线周围的磁场强度达到一定阈值时，导线的磁极就会反转。这种磁极的突然变化可以在缠绕在导线上的细铜线圈中产生电流脉冲。

自2005年以来，该技术一直用于能量收集，而这一能量收集突破的一个重要因素是超高效低功耗电子芯片的可用性。

能量收集利用韦根效应是磁感应直接从旋转运动。与发电机不同的是，即使在接近零的转速下，每一次转动所产生的能量也是一致的。韦根传感器长15毫米，在7v电压下产生近200nj的能量，足以可靠地激活旋转计数器和相关电子设备。

基督教了是技术开发总监，Posital-Fraba公司．由副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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关键词:编码器，运动控制

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