Oletko koskaan miettinyt, miksi yksi magneettinen kooderijärjestelmä antaa vakaan, tarkan liikepalautteen, kun taas toinen kamppailee kohinan, kohdistusvirheiden tai varhaisten suunnittelumuutosten kanssa? Monissa tapauksissa ero ei ala anturista, vaan magneetista.
Pysyvät magneettiset kooderimagneetit ovat signaalilähde magneettisen kooderin sisällä. Ne muokkaavat anturin lukemaa magneettikenttää, mikä vaikuttaa suoraan sijainnin tarkkuuteen, nopeuden takaisinkytkentään, resoluutioon ja yleiseen luotettavuuteen. Siksi oikean enkooderimagneetin, magneettisen enkooderirenkaan tai pyörivän enkooderimagneetin valitseminen on niin tärkeää robotiikassa, moottoreissa, automaatiossa ja muissa tarkkuusjärjestelmissä.
Tässä artikkelissa keskustelemme siitä, mitä kestomagneettiset kooderimagneetit ovat, tärkeimmät nykyaikaisissa malleissa käytetyt tyypit, missä niitä käytetään ja kuinka valita oikea vaihtoehto projektiisi. Opit myös, kuinka tekijät, kuten magneettimateriaali, napakuvio ja käyttötarpeet, vaikuttavat absoluuttisen magneettisen kooderin tai inkrementaalisen magneettisen kooderin suorituskykyyn.
Kuinka kestomagneettienkooderimagneetit toimivat magneettisessa kooderissa
Magneettisessa pyörivässä kooderissa on yleensä kolme elementtiä: kestomagneetti, anturi ja signaalinkäsittelyelektroniikka. Kun akseli pyörii, myös magneetin kenttä pyörii. Anturi havaitsee kentän muutokset ja muuntaa ne sitten ohjausjärjestelmän sähköisiksi signaaleiksi.
Monissa pyörivissä malleissa kestomagneetti on moottorin akselin kärjessä. Hall-anturi piirilevyllä lukee muuttuvan kentän. Yhdessä yleisessä asetuksessa käytetään kahta tunnistusakselia kulma-asennon laskemiseen. Elektroniikka muuntaa sitten nämä signaalit digitaalisiksi kulmatiedoiksi.
Tästä syystä magneettisuunnittelulla on niin paljon merkitystä. Anturi voi lukea vain sen, mitä magneetti luo. Jos kenttä on heikko, epävakaa tai huonosti kohdistettu, kooderin lähtö kärsii. Tästä syystä joukkueiden ei pitäisi käsitellä magneettia yleisenä hyödykkeenä.
Hall-ilmiö ja magneettiresistiivinen tunnistus ovat molemmat yleisiä. Hall-efektimallit ovat laajalti käytettyjä ja käytännöllisiä. Magnetoresistiiviset tyypit voivat tarjota suuremman herkkyyden ja resoluution joissakin järjestelmissä. Parempi valinta riippuu tarkkuustavoitteesta, pakkauksesta, melunsietokyvystä ja hinnasta.
Pysyvien magneettisten kooderimagneettien tyypit
Yleisin magneettisen kooderin rengasmuoto on rengasmagneetti. Se sopii kiertoliikkeeseen luonnollisesti. Se myös luo tasapainoisen kentän pyörivän rungon ympärille, mikä tekee siitä hyödyllisen pyörimiseen tai värähtelyyn. Rengasmagneetit voidaan magnetoida kasvojen poikki, kehän ympärillä tai sisä- ja ulkoreunoilla suunnittelutavoitteesta riippuen.
Rengasmagneetti anturisovelluksiin on usein parempi, kun akselin geometria mahdollistaa keskireiän. Se tukee kompaktia kokoonpanoa ja vakaata pyörimislukemaa. Suunnittelijat yleensä välittävät sisähalkaisijasta, ulkohalkaisijasta, paksuudesta, napojen lukumäärästä ja magnetointikuviosta.
Levymagneetit ovat toinen vaihtoehto. Ne ovat litteitä, pyöreitä ja hyödyllisiä, kun kokoonpano tarvitsee yksinkertaisen pyörivän kohteen. Levy voi toimia hyvin, kun käytettävissä oleva pakkaustila on matala. Se voi sopia myös joihinkin pyöriviin kooderimagneettiasetelmiin , joissa rengasta ei tarvita.
Kaari- ja segmentoidut magneetit ovat myös tärkeitä. Ne on muotoiltu seuraamaan pyöreää polkua. Moottoriin liittyvissä kokoonpanoissa kaaren muodot auttavat mukautumaan komponenttien kaarevuuden mukaan. Joissakin mukautetuissa enkooderiasetteluissa segmentoidut tai kaaripalat voivat tukea kompaktia pakkausta tai räätälöityä pylväiden sijoittelua.
Magnetisointisuunta on toinen keskeinen valinta. Aksiaalisen magnetoidun kooderimagneetin navat on järjestetty paksuuden läpi. Säteittäinen magnetoitu enkooderirengas asettaa navat halkaisijan tai kehän ympärille. Nämä kuviot muuttavat sitä, miten anturi näkee kentän, joten ne tulisi valita yhdessä anturin sijainnin ja ilmaraon suunnittelun kanssa.
Myös moninapamuodoilla on merkitystä. Moninapainen kooderimagneetti käyttää useita pohjois-etelä-napapareja renkaan tai kiekon ympärillä. Tämä auttaa luomaan toistuvan magneettikuvion, jonka anturi lukee kulman tai liikkeen seurantaa varten. Käytännössä useampi napa voi tukea hienompaa signaalin segmentointia, mutta vain jos anturi, mekaniikka ja elektroniikka voivat hyödyntää tätä ylimääräistä yksityiskohtaa hyvin.
Nopea vertailutaulukko
Magneetin tyyppi |
Paras istuvuus |
Päävahvuus |
Tärkein varoitus |
Magneettinen kooderirengas |
Pyörivät akselit |
Tasapainoinen pyörimiskenttä |
Vaatii tiukan istuvuuden ja kohdistuksen |
Levykooderin magneetti |
Tasaiset asettelut |
Yksinkertainen pakkaus |
Voi tarjota vähemmän joustavuutta kuin sormukset |
Kaari / segmentoitu magneetti |
Kaarevat kokoonpanot |
Hyvä rajoitettuun geometriaan |
Lisää mukautettua hankintaa |
Moninapainen kooderimagneetti |
Erittäin yksityiskohtaiset signaalikuviot |
Parempi signaalin segmentointi |
Kovempi toleranssin hallinta |
Magneettityypit, jotka riippuvat magneettien suunnittelusta
Magneetti ei toimi yksin. Se tukee tiettyä kooderiarkkitehtuuria. Ensimmäinen suuri jako on absoluuttinen magneettinen kooderi vs. inkrementaalinen magneettinen kooderi . Absoluuttiset järjestelmät raportoivat ainutlaatuisen sijaintiarvon jokaisessa pisteessä. Inkrementtijärjestelmät raportoivat liikemuutokset pulsseina.
B2B-ostajien kannalta tämä on kaupallinen päätös, ei vain tekninen. Jos tehohäviön palautuksella on merkitystä, absoluuttiset mallit ovat usein turvallisempi valinta. Jos sovellus tarvitsee pääasiassa nopeutta tai suhteellista liikettä pienemmillä järjestelmäkustannuksilla, inkrementaalinen voi riittää.
Resoluutiokieli muuttuu myös tyypin mukaan. Inkrementtimalleissa käytetään usein PPR:tä tai pulsseja kierrosta kohti. Absoluuttiset mallit käyttävät yleensä bittiresoluutiota. Suurempi resoluutio voi parantaa hallinnan yksityiskohtia, mutta se ei automaattisesti takaa parempaa koko järjestelmän tarkkuutta. Magneetin laatu, asennus, kohdistus ja anturin tyyppi ovat edelleen tärkeitä.
Pyörivät ja lineaariset järjestelmät eroavat myös toisistaan. Tämä artikkeli keskittyy pyöriviin sovelluksiin, koska kestomagneettiset kooderimagneetit ovat siellä erityisen yleisiä. Pyöritävissä järjestelmissä magneetin kenttäkuviosta tulee kulmaliikkeen vertailukohta.
Vinkki: Monet tiimit keskittyvät liikaa resoluutiolukuihin ja alitarkistavat kohdistusvirheitä, mikä voi heikentää todellista suorituskykyä enemmän.
Kestomagneettimateriaalit ja mitä ne muuttavat
Materiaalivalinta vaikuttaa kentänvoimakkuuteen, lämpötilakäyttäytymiseen, hintaan, korroosionkestävyyteen ja valmistettavuuteen. Enkooderiprojekteissa kolme perhettä ovat erityisen tärkeitä: NdFeB, ferriitti ja SmCo.
NdFeB-magneetteja arvostetaan laajalti korkean magneettisen voimakkuuden vuoksi. Ne ovat yleisiä, kun pakkaus on tiukka ja kentän pitää pysyä vahvana kompaktissa tilassa. Asiaankuuluvissa materiaaleissa huomautetaan, että neodyymirautabooria pidetään vahvimpana päämagneettityyppinä ja sitä tuotetaan yleisesti sintraamalla tai liimaamalla.
Ferriittimagneetit voittaa yleensä hinnalla. Ne tarjoavat myös korroosionkestävyyden ja hyvän demagnetoinnin kestävyyden. Monet rengasmagneetit ovat keraamisia tai ferriittisiä, mikä tekee ferriitistä erityisen sopivan kustannusherkissä kooderimagneettirengasohjelmissa . Kompromissi on pienempi magneettinen voimakkuus verrattuna NdFeB:hen.
SmCo magneetit ovat houkuttelevia vaativiin lämpöympäristöihin. Niillä on korkea koersitiivisuus ja vahva demagnetisaatiokestävyys, ja ne pysyvät vakaina lämpötilan muutoksissa. Niiden haittapuoli on hauraus ja korkeammat materiaalikustannukset.
Myös valmistusreitillä on väliä. Sintratut magneetit tukevat usein vahvempaa suorituskykyä, kun taas sidotut magneetit voivat tarjota enemmän muotojoustavuutta. Jos kooderi tarvitsee epätavallista geometriaa, ohuita osia tai erityisiä integraatiorajoitteita, liittäminen voi auttaa. Jos suurin kentänvoimakkuus on etusijalla, sintrattu materiaali voi olla sopivampi.
Materiaalivalinnan yhteenveto
Materiaali |
Miksi joukkueet valitsevat sen |
Tyypillinen huoli |
NdFeB |
Vahva kenttä pienessä paketissa |
Korroosio- ja lämpötilarajat on tarkistettava |
Ferriitti |
Halvemmat kustannukset, korroosionkestävyys |
Pienempi kenttävoimakkuus |
SmCo |
Parempi lämmönkestävyys |
Korkeammat kustannukset ja hauraus |
Missä kestomagneettienkooderimagneetteja käytetään
Kestomagneettienkooderijärjestelmiä käytetään laajalti robotiikassa ja automaatiossa. Robottiliitoksissa ne auttavat havaitsemaan sijainnin tarkasti ja tukevat toistettavaa liikkeenohjausta. Tämä on yksi syy, miksi magneettiset kooderit ovat yleisiä yhteistyöroboteissa ja teollisuusroboteissa.
Ne ovat tärkeitä myös AGV- ja AMR-autoissa. Nämä koneet tarvitsevat tarkan pyörän ohjauksen ja asennon palautetta. He kohtaavat myös iskuja, sotkuisia ympäristöjä ja jatkuvaa tärinää. Magneettiset mallit ovat houkuttelevia, koska ne voivat pysyä luotettavina näissä olosuhteissa.
Myös CNC-koneet ja teollisuustyökalut käyttävät niitä. Nämä järjestelmät tarvitsevat toistettavan liikepalautteen leikkaamista, muotoilua ja automaattista liikettä varten. Näissä tapauksissa sopiva kestomagneettienkooderi voi tukea tasaisempaa ohjausta ja pienempiä virheprosentteja.
Myös autoteollisuudessa, lääketieteessä ja ilmailussa käytetään magneettisia koodereita. Näillä aloilla kestävyys ja asennon palaute ovat molemmat kriittisiä. Ohjausjärjestelmät, sähkömoottorit, kirurgiset robotit ja ohjausjärjestelmät ovat kaikki esimerkkejä.
Vinkki: Kovan ympäristön liikejärjestelmät valitsevat usein magneettisen tunnistuksen, koska pöly, öljy ja tärinä ovat normaaleja, eivät poikkeuksellisia.
Kuinka valita oikea magneettinen kooderimagneetti
Hyvä magneettienkooderin magneetin valintaopas alkaa sovelluksesta, ei magneettiluettelosta. Määritä ensin liikkeen tyyppi. Onko se vain pyörivä? Tarvitseeko se yhden vai useamman kierroksen palautetta? Tarvitseeko se tarkan sijainnin virrankatkon jälkeen? Nämä vastaukset kaventavat kooderin arkkitehtuuria nopeasti.
Toiseksi sovita geometria mekaniikkaan. Magneettinen kooderirengas sopii usein parhaiten akselipohjaisiin pyöriviin asetteluihin. Levy voi sopia litteämmille pakkauksille. Kaarevat tai segmentoidut magneetit voivat auttaa, kun malli on kaareva tai tilaa on rajoitettu.
Kolmanneksi, tarkastele ympäristöä huolellisesti. Pöly, öljy ja tärinä voivat tukea magneettista valintaa optisen sijaan. Mutta vahvat ulkoiset magneettikentät, äärimmäiset lämpötilat ja iskut vaativat edelleen arviointia. Jopa magneettisilla järjestelmillä on rajansa.
Neljänneksi, tarkista tarkkuus järjestelmäongelmana. On selvää, että magneetin vahvuudella ja laadulla on väliä, mutta samoin ovat anturin tyyppi, kohdistus ja asennus. Jos magneetti on vahva, mutta vinossa, väärin keskitetty tai huonosti rakotettu, tulos voi silti olla heikko.
Viidenneksi, tarkista käyttöliittymä- ja hankintatarpeet. Jos enkooderi toimitetaan OEM-tuotteena, läpimenoaika, räätälöintituki ja käyttöliittymän yhteensopivuus ovat yhtä tärkeitä kuin raaka suorituskyky. SPI, SSI ja vastaavat lähdöt voivat muokata alustan yhteensopivuuspäätöksiä.
Käytännön B2B-tarkistuslista
Määritä ensin absoluuttiset tai inkrementaaliset tarpeet.
Vahvista seuraavaksi rengas, levy tai segmentoitu geometria.
Yhdistä magnetointikuvio anturin asetteluun.
Tarkista lämpötila, tärinä ja häiriöriski.
Tarkista todelliset kokoonpanotoleranssit ennen käynnistämistä.
Yleiset ongelmat, vaihtokaupat ja valintavirheet
Yleinen virhe on ostaa vain resoluutiota varten. Joukkueet voivat valita korkeamman resoluution maalikuvion ja jättää sitten huomioimatta mekaanisen juoksun tai asennusvaihtelun. Tämä voi heikentää todellista tarkkuutta paremmista otsikoista huolimatta.
Toinen virhe on hajamagneettikenttien ja melulähteiden huomioimatta jättäminen. Kulmavirheet voivat johtua kohdistusvirheestä, kallistuksesta, hajakentistä ja läheisen elektroniikan tuotantopoikkeamista. Nämä ovat järjestelmätason ongelmia, eivät vain osatason ongelmia.
Materiaalien yhteensopimattomuus on toinen riski. Edullinen ferriittivaihtoehto voi olla hyvä monille anturirenkaille, mutta se ei välttämättä sovi kompaktiin, korkean kentän suunnitteluun. Vahvempi NdFeB-vaihtoehto voi ratkaista signaaliongelmia, mutta se voi aiheuttaa erilaisia kustannus- tai lämpötilaongelmia.
Viimeinen virhe on käsitellä kooderin valintaa ja magneetin valintaa erillisinä töinä. Niiden pitäisi olla yksi työnkulku. Magneetin muoto, magnetointi, anturin tyyppi, käyttöliittymä ja mekaaniset toleranssit vaikuttavat kaikki toisiinsa.
Magneettinen kooderi vs optinen kooderi
Magneettikooderilla on yleensä selkeä reuna likaisissa tai ankarissa ympäristöissä. Magneettiset kooderit ovat erittäin luotettavia pölyn, öljyn ja tärinän suhteen, kun taas optiset mallit sopivat paremmin puhtaisiin, kontrolloituihin asetuksiin.
Optiset järjestelmät voivat tarjota erittäin korkean resoluution ja tarkan mittauksen. Mutta ne voivat myös tarvita puhtaampia olosuhteita ja huolellisempaa huoltoa. Magneettiset järjestelmät voittaa usein, kun käytettävyys, kestävyys ja alhaisempi huolto ovat tärkeämpiä kuin huippuluokan optinen tarkkuus.
Monille teollisille ostajille tämä on todellinen päätöksentekosääntö: valitse magneetti, kun kasviympäristö on vaikeampi kuin laboratorioympäristö. Valitse optinen, kun puhdas ympäristö ja tarkkuus vaativat sitä.
Johtopäätös
Pysyvät magneettiset kooderimagneetit ovat kenttää tuottava ydin magneettisen enkooderijärjestelmän . Ne määrittävät, mitä anturi pystyy lukemaan, kuinka vakaa signaali pysyy ja kuinka hyvin kooderi toimii todellisissa laitteissa.
Useimmille B2B-tiimeille oikea tie on suoraviivainen. Aloita sovellustarpeista. Valitse sitten kooderin tyyppi, magneetin geometria, materiaali ja magnetointikuvio yhdeksi sopivaksi järjestelmäksi. Kaikilla rengasmagneeteilla, levymagneeteilla ja moninapaisilla malleilla on arvoa, mutta vain silloin, kun ne sopivat anturin sijoitteluun ja käyttöympäristöön.
SDM MAGNETICS voi tukea tätä prosessia räätälöidyillä kestomagneettiratkaisuilla. Sen tuotteet auttavat parantamaan signaalin yhtenäisyyttä, kompaktia muotoilua ja sovellusten sopivuutta. Ostajille, jotka etsivät luotettavaa enkooderin suorituskykyä, tällä käytännön arvolla on merkitystä.
FAQ
K: Mikä on magneettinen kooderimagneetti?
V: Se luo kentän, josta anturi lukee sijainnin ja nopeuden.
K: Kuinka magneettinen kooderirengas toimii?
V: Se pyörii anturin ohi ja luo luettavan napakuvion.
K: Miksi valita magneettinen kooderi optisen sijaan?
V: Se käsittelee paremmin pölyä, öljyä ja tärinää ankarissa olosuhteissa.
K: Absoluuttinen magneettinen kooderi vai inkrementaalinen magneettinen kooderi?
V: Absoluuttinen säilyttää aseman tehon menetyksen jälkeen; asteittainen seuraa liikkeen muutoksia.
K: Mikä vaikuttaa kooderin magneetin tarkkuuteen?
V: Magneetin laatu, napakuvio, ilmarako ja kohdistus ovat tärkeitä.
