轴式编码器与无轴承编码器:技术类型、应用

应该使用轴编码器还是无轴承编码器?应该使用电容式、磁性还是电感式编码器传感器?设计工程师应该在哪里部署每种编码器类型，为什么?

通过马克•霍华德 2019年1月8日

当设计工程师想象编码器时，他们通常会想到轴式编码器。通常情况下，这些看起来像一个小罐子，从一端伸出一个轴，转动轴，编码器根据角度或角度的变化输出电信号。在大多数轴式编码器内部，有一个光传感器和一个光栅连接到轴上。当轴旋转时，光栅中断传感器的光路并产生电脉冲。这是非常直接的，特别是在良性条件下测量适度的精度时。

但是，当测量角度为<1^o在恶劣或户外环境的准确性，这些编码器可能不是最好的选择。光学传感器不坚固，不喜欢极端温度。异物和冲击或冲击方面的粗暴处理也会造成问题。

编码器内部使用的传感器

一种选择是使用基于不同传感技术的轴式编码器。选项包括电容式、磁性或感应式技术。不幸的是，电容式传感器在恶劣环境中与光学设备一样不可靠。磁传感器可以在恶劣的条件下很好地工作，但测量性能有限，并且容易受到直流场的影响。感应编码器(或称编码器)是最近才出现的一种现象，但越来越多地被用作传统感应设备(如解析器或旋转可变差动变压器(rvdt))的替代品。在重工业、航空航天、国防和医疗等可靠性至关重要的应用领域，分辨率和rvdt一直是传统的选择。incoder使用与解析器相同的基本物理，并提供类似级别的可靠性和性能。

感应式轴编码器比光学编码器更紧凑，而且更坚固，还提供更短的轴向长度。

在轴编码器内，轴在轴承布置中旋转。轴承通常很小，不适合任何重大负荷。这意味着编码器连接的轴必须沿着它的轴对齐，这样它就不会与编码器自己的轴承相冲突。如果有不对中，很可能编码器的轴承不会持续很长时间。

如果安装公差是宽松的应用，一个技巧是使用一个柔性联轴器，以最大限度地减少不对中的影响。柔性联轴器工作良好，但当测量角度精度高时，不建议使用。这是因为主轴的角位移并不一定导致编码器轴的角位移相同。这会导致“失去运动”或滞后，进而导致测量不准确。

无编码器

使用无轴承编码器也可以帮助避免对齐问题。这依赖于主机系统的轴承，而不是编码器的轴承。无轴承编码器通常由两个部分组成:定子和转子。通常，定子具有电气连接(用于电源供应和数据输出)，因此定子通常固定在主机系统的主机箱上，转子固定在旋转元件上。

与轴编码器一样，使用了各种传感技术;光学是最常见的。类似地，如果工作环境不是干净、稳定和仔细安装，无轴承光学编码器(通常称为环形编码器)也可能存在问题。通常，光学环编码器具有一个固定的读头和一个旋转的光盘。如果测量精度<1°，则光盘相对于读头的安装公差需要仔细考虑。使用高精度环形编码器，实现标题测量性能所需的公差仅在数据表的小字中说明。安装偏心<0.025毫米对于一些光学环形编码器并不罕见。

替代方法包括电感环编码器，它可以在极端温度下可靠地工作，并且可以被污垢覆盖。它们也更能容忍安装错位，因为它们的基本物理结构使用定子和转子的平面面，而不是单个光学读头的点测量。这种感应环编码器越来越多地首选于更传统的“煎饼”或“平板”解析器。

尺寸和形状是使用无轴承编码器的最大原因。轴编码器是紧凑的，虽然他们是通过轴(或空心轴)设计，当通孔需要大于50毫米时，他们是罕见的和昂贵的。

这就是无轴承编码器对机械设计人员有用的地方，因为其形式因素非常适合需要低轴向高度和/或大孔的安排。大孔使电缆、管道或机械元件可以通过编码器的中间。