Te-ai întrebat vreodată de ce un sistem de codificator magnetic oferă feedback stabil și precis al mișcării, în timp ce altul se luptă cu zgomotul, alinierea greșită sau modificările timpurii ale designului? În multe cazuri, diferența începe nu de la senzor, ci de la magnet.
Magneții codificatorului magnetic permanenți sunt sursa de semnal în interiorul unui codificator magnetic. Ele modelează câmpul magnetic pe care îl citește un senzor, care afectează direct precizia poziției, feedback-ul vitezei, rezoluția și fiabilitatea generală. De aceea, alegerea magnetului de codificator potrivit, a inelului de codificator magnetic sau a magnetului de codificator rotativ contează atât de mult în robotică, motoare, automatizare și alte sisteme de precizie.
În acest articol, vom discuta ce sunt magneții codificatori magnetici permanenți, principalele tipuri utilizate în design-urile moderne, unde sunt aplicați și cum să alegeți opțiunea potrivită pentru proiectul dvs. Veți învăța, de asemenea, cum factori precum materialul magnetului, modelul polilor și nevoile de aplicare influențează performanța unui encoder magnetic absolut sau a unui codificator magnetic incremental.
Cum funcționează magneții codificatorului magnetic permanent într-un codificator magnetic
Un encoder rotativ magnetic combină de obicei trei elemente: un magnet permanent, un senzor și electronică de procesare a semnalului. Pe măsură ce arborele se rotește, câmpul magnetului se rotește și el. Senzorul detectează modificările câmpului, apoi le transformă în semnale electrice pentru sistemul de control.
În multe modele rotative, magnetul permanent se află pe vârful arborelui motorului. Un senzor Hall de pe un PCB citește câmpul în schimbare. Într-o configurație comună, două axe de detectare sunt utilizate pentru a calcula poziția unghiulară. Electronica convertește apoi acele semnale în date digitale de unghi.
Acesta este motivul pentru care designul magnetului contează atât de mult. Senzorul poate citi doar ceea ce creează magnetul. Dacă câmpul este slab, instabil sau prost aliniat, ieșirea codificatorului va avea de suferit. Acesta este, de asemenea, motivul pentru care echipele nu ar trebui să trateze magnetul ca pe o parte de marfă generică.
Efectul Hall și senzorul magnetorezistiv sunt ambele comune. Modelele cu efect Hall sunt utilizate pe scară largă și practice. Tipurile magnetorezistive pot oferi sensibilitate și rezoluție mai mare în unele sisteme. Alegerea mai bună depinde de ținta de precizie, de ambalare, de toleranța la zgomot și de cost.
Tipuri de magneți codificatori magnetici permanenți
Cel mai comun Formatul al codificatorului magnetic de inel este magnetul inel. Se potrivește mișcării rotative în mod natural. De asemenea, creează un câmp echilibrat în jurul corpului care se rotește, ceea ce îl face util pentru rotație sau oscilație. Magneții inel pot fi magnetizați pe față, în jurul circumferinței sau pe marginile interioare și exterioare, în funcție de obiectivul de proiectare.
Un magnet inel pentru aplicații de codificator este adesea preferat atunci când geometria arborelui permite o gaură centrală. Suportă asamblare compactă și citire rotativă stabilă. Designerilor le pasă de obicei de diametrul interior, diametrul exterior, grosime, număr de poli și model de magnetizare.
Magneții disc sunt o altă opțiune. Sunt plate, rotunde și utile atunci când ansamblul are nevoie de o țintă rotativă simplă. Un disc poate funcționa bine atunci când spațiul disponibil în pachet este puțin adânc. Se poate potrivi, de asemenea, unor modele de magneti de codificator rotativ unde nu este necesar un inel.
Arcul și magneții segmentați sunt, de asemenea, relevanți. Ele sunt modelate pentru a urma o cale circulară. În ansamblurile legate de motor, formele arcului ajută la conformarea cu curbura componentelor. Pentru unele configurații de codificatoare personalizate, piesele segmentate sau arc pot suporta ambalaje compacte sau plasarea stâlpilor personalizată.
Direcția de magnetizare este o altă decizie cheie. Un magnet de codificator magnetizat axial are poli aranjați prin grosime. Un inel codificator magnetizat radial plasează poli în jurul diametrului sau circumferinței. Aceste modele schimbă modul în care senzorul vede câmpul, așa că ar trebui alese împreună cu poziția senzorului și designul spațiului de aer.
Formatele multipolare contează și ele. Un magnet codificator multipolar folosește mai multe perechi de poli nord-sud în jurul inelului sau discului. Acest lucru ajută la crearea modelului magnetic repetat pe care îl citește senzorul pentru urmărirea unghiului sau a mișcării. În practică, mai mulți poli pot suporta o segmentare mai fină a semnalului, dar numai dacă senzorul, mecanica și electronica pot folosi bine acel detaliu suplimentar.
Tabel de comparație rapidă
Tip de magnet |
Cel mai potrivit |
Forța principală |
Atenție principală |
Inel codificator magnetic |
Arborii rotativi |
Câmp de rotație echilibrat |
Necesită o potrivire și o aliniere strânsă |
Magnet pentru codificator de disc |
Aspecte plate |
Ambalaj simplu |
Poate oferi mai puțină flexibilitate decât inelele |
Arc / magnet segmentat |
Ansambluri curbe |
Bun pentru geometrie constrânsă |
Mai multe surse personalizate |
Magnet codificator multipolar |
Modele de semnal cu detalii ridicate |
Segmentare mai bună a semnalului |
Control mai greu al toleranței |
Tipuri de codificatoare magnetice care depind de designul magnetului
Magnetul nu funcționează singur. Acceptă o arhitectură specifică de codificator. Prima mare împărțire este codificatorul magnetic absolut versus codificatorul magnetic incremental . Sistemele absolute raportează o valoare unică de poziție în fiecare punct. Sistemele incrementale raportează schimbările de mișcare ca impulsuri.
Pentru cumpărătorii B2B, aceasta este o decizie comercială, nu doar una tehnică. Dacă recuperarea pierderii de putere contează, design-urile absolute sunt adesea alegerea mai sigură. Dacă aplicația are nevoie în principal de viteză sau de mișcare relativă la un cost de sistem mai mic, incremental poate fi suficient.
Limba de rezoluție se modifică și în funcție de tip. Modelele incrementale folosesc adesea PPR sau impulsuri pe revoluție. Design-urile absolute folosesc de obicei rezoluția de biți. Rezoluția mai mare poate îmbunătăți detaliile de control, dar nu garantează automat o mai bună acuratețe a întregului sistem. Calitatea magnetului, instalarea, alinierea și tipul de senzor încă contează.
Sistemele rotative și liniare diferă și ele. Acest articol se concentrează pe aplicațiile rotative, deoarece magneții de codificare magnetică permanentă sunt deosebit de obișnuiți acolo. În sistemele rotative, modelul câmpului de la magnet devine referința pentru mișcarea unghiulară.
Sfat: Multe echipe se concentrează excesiv pe numerele de rezoluție și pe eroarea de aliniere subverificată, ceea ce poate afecta mai mult performanța reală.
Materialele cu magnet permanent și ce se schimbă
Alegerea materialului afectează intensitatea câmpului, comportamentul la temperatură, costul, rezistența la coroziune și capacitatea de fabricație. În proiectele de codificare, trei familii sunt deosebit de relevante: NdFeB, ferită și SmCo.
Magneții NdFeB sunt apreciați pe scară largă pentru puterea magnetică ridicată. Sunt frecvente atunci când pachetul este strâns și câmpul trebuie să rămână puternic într-un spațiu compact. Materialul relevant notează că borul de neodim fier este considerat cel mai puternic tip de magnet major și este produs în mod obișnuit prin sinterizare sau lipire.
Magneții de ferită câștigă de obicei la cost. De asemenea, oferă rezistență la coroziune și o bună rezistență la demagnetizare. Mulți magneți inel sunt ceramici sau ferită, ceea ce face ca ferita să fie deosebit de relevantă pentru sensibile la costuri . cu inele de magnet cu codificator programele Compensația este o putere magnetică mai mică în comparație cu NdFeB.
Magneții SmCo sunt atractivi pentru mediile termice solicitante. Au coercivitate ridicată și rezistență puternică la demagnetizare și rămân stabili la schimbările de temperatură. Dezavantajul lor este fragilitatea și costul materialului mai mare.
Ruta de producție contează și el. Magneții sinterizați susțin adesea performanțe mai puternice, în timp ce magneții lipiți pot oferi mai multă flexibilitate a formei. Dacă codificatorul dvs. are nevoie de geometrie neobișnuită, secțiuni subțiri sau constrângeri specifice de integrare, legarea poate ajuta. Dacă intensitatea maximă a câmpului este prioritară, materialul sinterizat poate fi mai potrivit.
Rezumatul selecției materialelor
Material |
De ce o aleg echipele |
Preocuparea tipică |
NdFeB |
Câmp puternic în pachet mic |
Limitele de coroziune și temperatură trebuie verificate |
Ferită |
Cost mai mic, rezistență la coroziune |
Puterea câmpului mai mică |
SmCo |
Stabilitate termică mai bună |
Cost mai mare și fragilitate |
Unde sunt folosiți magneți cu codificatori magnetici permanenți
Sistemele de codificatoare cu magnet permanent sunt utilizate pe scară largă în robotică și automatizare. În articulațiile robotizate, ele ajută la detectarea precisă a poziției și susțin controlul repetabil al mișcării. Acesta este unul dintre motivele pentru care codificatoarele magnetice sunt comune la roboții colaborativi și roboții industriali.
Ele sunt, de asemenea, importante în AGV-uri și AMR. Aceste mașini au nevoie de direcție precisă a roților și feedback de poziție. De asemenea, se confruntă cu șocuri, medii aglomerate și vibrații constante. Modelele magnetice sunt atractive aici, deoarece pot rămâne fiabile în aceste condiții.
Mașinile CNC și uneltele industriale le folosesc și ele. Aceste sisteme au nevoie de feedback repetabil de mișcare pentru tăiere, modelare și mișcare automată. În aceste cazuri, o configurație adecvată a codificatorului cu magnet permanent poate suporta un control mai fluid și rate de eroare mai mici.
Aplicațiile auto, medicale și aerospațiale folosesc, de asemenea, codificatoare magnetice. În acele domenii, durabilitatea și feedback-ul de poziție sunt ambele critice. Sistemele de direcție, motoarele electrice, roboții chirurgicali și sistemele de control sunt toate exemple.
Sfat: Sistemele de mișcare în mediu dur aleg adesea senzorul magnetic deoarece praful, uleiul și vibrațiile sunt normale, nu excepționale.
Cum să alegeți magnetul codificator magnetic potrivit
Un bun codificatorului magnetic Ghidul de selecție a magnetului începe cu aplicația, nu cu catalogul de magneti. Mai întâi, definiți tipul de mișcare. Este doar rotativ? Are nevoie de feedback într-o singură tură sau cu mai multe ture? Are nevoie de poziția exactă după pierderea puterii? Aceste răspunsuri restrâng rapid arhitectura codificatorului.
În al doilea rând, potriviți geometria cu mecanica. Un inel codificator magnetic se potrivește deseori cel mai bine modelelor rotative bazate pe arbore. Un disc poate încăpea pachete mai plate. Arcul sau magneții segmentați pot ajuta atunci când designul este curbat sau are spațiu limitat.
În al treilea rând, analizați mediul cu atenție. Praful, uleiul și vibrațiile pot susține o alegere magnetică față de una optică. Dar câmpurile magnetice externe puternice, temperaturile extreme și șocurile necesită încă evaluare. Chiar și sistemele magnetice au limite.
În al patrulea rând, verificați acuratețea ca problemă de sistem. Este clar că puterea și calitatea magnetului contează, dar și tipul, alinierea și instalarea senzorului contează. Dacă magnetul este puternic, dar înclinat, centrat greșit sau cu un spațiu slab, rezultatul poate fi totuși slab.
În al cincilea rând, verificați interfața și nevoile de aprovizionare. Dacă codificatorul va fi livrat într-un produs OEM, timpul de livrare, suportul de personalizare și compatibilitatea interfeței contează la fel de mult ca și performanța brută. SPI, SSI și ieșiri similare pot influența deciziile privind compatibilitatea platformei.
Listă de verificare practică B2B
Definiți mai întâi nevoile absolute sau incrementale.
Apoi confirmați inelul, discul sau geometria segmentată.
Potriviți modelul de magnetizare cu aspectul senzorului.
Examinați riscul de temperatură, vibrații și interferențe.
Validați toleranțele reale de asamblare înainte de lansare.
Probleme comune, compromisuri și greșeli de selecție
O greșeală comună este cumpărarea numai pentru rezoluție. Echipele pot alege un model de țintă cu rezoluție mai mare, apoi ignoră deplasarea mecanică sau variația de montare. Acest lucru poate reduce acuratețea reală, în ciuda specificațiilor mai bune pentru titlu.
O altă greșeală este ignorarea câmpurilor magnetice parazite și a surselor de zgomot. Erorile unghiulare pot proveni din alinierea greșită, înclinare, câmpuri parazite și abateri de producție în electronicele din apropiere. Acestea sunt probleme la nivel de sistem, nu doar probleme la nivel parțial.
Nepotrivirea materialului este un alt risc. O alegere de ferită la preț redus poate fi bună pentru multe inele de codificator, dar poate să nu se potrivească unui design compact, cu câmp înalt. O opțiune NdFeB mai puternică poate rezolva problemele de semnal, dar poate introduce probleme diferite de cost sau temperatură.
Ultima greșeală este tratarea selecției encoderului și a magnetului ca sarcini separate. Ar trebui să fie un singur flux de lucru. Forma magnetului, magnetizarea, tipul senzorului, interfața și toleranțele mecanice se afectează reciproc.
Encoder magnetic vs encoder optic
Un encoder magnetic are de obicei o margine clară în medii murdare sau dure. Codificatoarele magnetice sunt foarte fiabile în praf, ulei și vibrații, în timp ce modelele optice sunt mai potrivite pentru setări curate și controlate.
Sistemele optice pot oferi o rezoluție foarte mare și măsurători precise. Dar pot avea nevoie și de condiții mai curate și de întreținere mai atentă. Sistemele magnetice câștigă adesea atunci când timpul de funcționare, robustețea și întreținerea redusă contează mai mult decât precizia optică de top.
Pentru mulți cumpărători industriali, aceasta este regula reală de decizie: alegeți magnetic atunci când mediul instalației este mai greu decât mediul laboratorului. Alege optică atunci când mediul curat și precizia trebuie să o justifice.
Concluzie
Magneții de codificator magnetic permanenți sunt nucleul generator de câmp al unui de codificator magnetic . sistem Ei determină ce poate citi senzorul, cât de stabil rămâne semnalul și cât de bine funcționează codificatorul în echipamentul real.
Pentru majoritatea echipelor B2B, calea corectă este simplă. Porniți de la nevoile aplicației. Apoi alegeți tipul de encoder, geometria magnetului, materialul și modelul de magnetizare ca un sistem potrivit. Magneții inel, magneții disc și modelele multipolare au toate valoare, dar numai atunci când se potrivesc cu aspectul senzorului și mediul de operare.
SDM MAGNETICS poate sprijini acest proces cu soluții personalizate de magneti permanenți. Produsele sale ajută la îmbunătățirea consistenței semnalului, a designului compact și a potrivirii aplicației. Pentru cumpărătorii care caută performanțe sigure ale codificatorului, această valoare practică contează.
FAQ
Î: Ce este un magnet de codificator magnetic?
R: Creează câmpul pe care un senzor îl citește pentru poziție și viteză.
Î: Cum funcționează un inel de codificator magnetic?
R: Se rotește pe lângă senzor și generează un model de poli lizibil.
Î: De ce să alegeți un codificator magnetic decât optic?
R: Se descurcă mai bine cu praful, uleiul și vibrațiile în condiții dure.
Î: Encoder magnetic absolut sau encoder magnetic incremental?
A: Absolute păstrează poziția după pierderea puterii; în mod incremental urmărește modificările de mișcare.
Î: Ce afectează precizia magnetului codificatorului?
R: Calitatea magnetului, modelul polilor, spațiul de aer și alinierea contează.
