Zamysleli ste sa niekedy nad tým, prečo jeden systém magnetického kódovača poskytuje stabilnú a presnú spätnú väzbu pohybu, zatiaľ čo iný zápasí s hlukom, nesúladom alebo skorými zmenami dizajnu? V mnohých prípadoch rozdiel začína nie na snímači, ale na magnete.
Magnety permanentného magnetického kódovača sú zdrojom signálu vo vnútri magnetického kódovača. Tvarujú magnetické pole snímané snímačom, čo priamo ovplyvňuje presnosť polohy, spätnú väzbu rýchlosti, rozlíšenie a celkovú spoľahlivosť. To je dôvod, prečo je výber správneho magnetu kódovača, magnetického prstenca kódovača alebo magnetu rotačného kódovača taký dôležitý v robotike, motoroch, automatizácii a iných presných systémoch.
V tomto článku budeme diskutovať o tom, čo sú permanentné magnetické kódovacie magnety, hlavné typy používané v moderných dizajnoch, kde sa používajú a ako si vybrať správnu možnosť pre váš projekt. Dozviete sa tiež, ako faktory ako materiál magnetu, vzor pólov a potreby aplikácie ovplyvňujú výkon absolútneho magnetického kódovača alebo inkrementálneho magnetického kódovača.
Ako fungujú magnety permanentného magnetického kódovača v magnetickom kódovači
Magnetický rotačný kódovač zvyčajne kombinuje tri prvky: permanentný magnet, snímač a elektroniku na spracovanie signálu. Keď sa hriadeľ otáča, pole magnetu sa tiež otáča. Senzor detekuje zmeny poľa a potom ich prevádza na elektrické signály pre riadiaci systém.
V mnohých rotačných prevedeniach je permanentný magnet umiestnený na hrote hriadeľa motora. Hallov senzor na PCB sníma meniace sa pole. V jednom spoločnom nastavení sa na výpočet uhlovej polohy používajú dve osi snímania. Elektronika potom konvertuje tieto signály na digitálne údaje o uhloch.
To je dôvod, prečo na dizajne magnetov tak záleží. Senzor dokáže čítať len to, čo vytvára magnet. Ak je pole slabé, nestabilné alebo zle zarovnané, výstup kódovača bude trpieť. To je tiež dôvod, prečo by tímy nemali považovať magnet za generickú súčasť komodít.
Hallov efekt a magneto-odporové snímanie sú bežné. Dizajn s hallovým efektom je široko používaný a praktický. Magneto-odporové typy môžu v niektorých systémoch ponúkať vyššiu citlivosť a rozlíšenie. Lepší výber závisí od cieľa presnosti, balenia, tolerancie hluku a nákladov.
Typy permanentných magnetických kódovacích magnetov
Najčastejšie magnetický kódovací kruhový formát je kruhový magnet. Prirodzene sa hodí k rotačnému pohybu. Vytvára tiež vyvážené pole okolo rotujúceho telesa, čo ho robí užitočným pre rotáciu alebo osciláciu. Prstencové magnety môžu byť magnetizované cez tvár, po obvode alebo na vnútorných a vonkajších okrajoch v závislosti od účelu dizajnu.
s kódovačom . Ak geometria hriadeľa umožňuje stredový otvor, často sa uprednostňuje prstencový magnet pre aplikácie Podporuje kompaktnú montáž a stabilné rotačné čítanie. Dizajnéri sa zvyčajne starajú o vnútorný priemer, vonkajší priemer, hrúbku, počet pólov a vzor magnetizácie.
Ďalšou možnosťou sú kotúčové magnety. Sú ploché, okrúhle a užitočné, keď zostava potrebuje jednoduchý otočný terč. Disk môže fungovať dobre, keď je dostupné miesto v balíku plytké. Môže vyhovovať aj niektorým usporiadaniam magnetov rotačného kódovača, kde nie je potrebný krúžok.
Oblúkové a segmentové magnety sú tiež relevantné. Sú tvarované tak, aby sledovali kruhovú dráhu. V zostavách súvisiacich s motorom pomáhajú tvary oblúka prispôsobiť sa zakriveniu komponentu. Pre niektoré vlastné rozloženia kódovačov môžu segmentované alebo oblúkové kusy podporovať kompaktné balenie alebo prispôsobené umiestnenie tyčí.
Smer magnetizácie je ďalším kľúčovým typovým rozhodnutím. Axiálny magnetizovaný magnet kódovača má póly usporiadané cez hrúbku. Radiálny magnetizovaný krúžok kódovača umiestňuje póly okolo priemeru alebo obvodu. Tieto vzory menia spôsob, akým senzor vidí pole, takže by sa mali vyberať spolu s polohou senzora a dizajnom vzduchovej medzery.
Dôležité sú aj viacpólové formáty. Viacpólový magnet kódovača používa niekoľko párov severných a južných pólov okolo krúžku alebo disku. To pomáha vytvárať opakujúci sa magnetický vzor, ktorý snímač číta na sledovanie uhla alebo pohybu. V praxi môže viac pólov podporovať jemnejšiu segmentáciu signálu, ale iba v prípade, že snímač, mechanika a elektronika dokážu tieto ďalšie detaily dobre využiť.
Rýchla porovnávacia tabuľka
Typ magnetu |
Najlepšie sedí |
Hlavná sila |
Hlavná opatrnosť |
Magnetický krúžok kódovača |
Rotačné hriadele |
Vyvážené rotačné pole |
Vyžaduje tesné uloženie a zarovnanie |
Magnet diskového kódovača |
Ploché rozloženie |
Jednoduché balenie |
Môžu ponúkať menšiu flexibilitu ako prstene |
Oblúkový / segmentový magnet |
Zakrivené zostavy |
Dobré pre obmedzenú geometriu |
Viac vlastných zdrojov |
Viacpólový magnet kódovača |
Vzory signálu s vysokými detailmi |
Lepšia segmentácia signálu |
Tvrdšia kontrola tolerancie |
Typy magnetických kódovačov, ktoré závisia od konštrukcie magnetu
Magnet nefunguje samostatne. Podporuje špecifickú architektúru kódovača. Prvým veľkým rozdelením je absolútny magnetický kódovač verzus inkrementálny magnetický kódovač . Absolútne systémy hlásia jedinečnú hodnotu polohy v každom bode. Inkrementálne systémy hlásia zmeny pohybu ako impulzy.
Pre B2B kupujúcich je to komerčné rozhodnutie, nielen technické. Ak na obnove pri strate energie záleží, absolútne návrhy sú často bezpečnejšou voľbou. Ak aplikácia potrebuje hlavne rýchlosť alebo relatívny pohyb pri nižších nákladoch na systém, môže stačiť inkrementálny.
Jazyk rozlíšenia sa tiež mení podľa typu. Inkrementálne konštrukcie často používajú PPR alebo impulzy na otáčku. Absolútne návrhy zvyčajne používajú bitové rozlíšenie. Vyššie rozlíšenie môže zlepšiť detaily ovládania, ale nezaručuje automaticky lepšiu presnosť celého systému. Kvalita magnetu, inštalácia, zarovnanie a typ snímača sú stále dôležité.
Rotačné a lineárne systémy sa tiež líšia. Tento článok sa zameriava na rotačné aplikácie, pretože permanentné magnetické magnety kódovačov sú tam obzvlášť bežné. V rotačných systémoch sa vzor poľa z magnetu stáva referenciou pre uhlový pohyb.
Tip： Mnoho tímov sa príliš zameriava na čísla rozlíšenia a nedostatočne kontroluje chybu zarovnania, čo môže viac poškodiť skutočný výkon.
Materiály s permanentnými magnetmi a čo menia
Výber materiálu ovplyvňuje silu poľa, teplotné správanie, cenu, odolnosť proti korózii a vyrobiteľnosť. V projektoch kódovačov sú obzvlášť dôležité tri rodiny: NdFeB, ferit a SmCo.
NdFeB magnety sú široko cenené pre vysokú magnetickú silu. Sú bežné, keď je balík tesný a pole musí zostať silné v kompaktnom priestore. Príslušný materiál poznamenáva, že neodýmový železobór je považovaný za najsilnejší typ hlavného magnetu a bežne sa vyrába spekaním alebo spájaním.
Feritové magnety zvyčajne vyhrávajú v cene. Ponúkajú tiež odolnosť proti korózii a dobrú odolnosť proti demagnetizácii. Mnohé prstencové magnety sú keramické alebo feritové, vďaka čomu je ferit obzvlášť dôležitý pre sú citlivé na náklady . prstencových magnetov kódovača, ktoré programy Kompromisom je nižšia magnetická sila v porovnaní s NdFeB.
Magnety SmCo sú atraktívne pre náročné tepelné prostredia. Majú vysokú koercitivitu a silnú odolnosť voči demagnetizácii a zostávajú stabilné pri zmene teploty. Ich nevýhodou je krehkosť a vyššia cena materiálu.
Dôležitá je aj výrobná cesta. Spekané magnety často podporujú silnejší výkon, zatiaľ čo spojené magnety môžu ponúknuť väčšiu tvarovú flexibilitu. Ak váš kódovač potrebuje nezvyčajnú geometriu, tenké rezy alebo špecifické integračné obmedzenia, môže vám pomôcť lepenie. Ak je prioritou maximálna intenzita poľa, môže byť vhodnejší spekaný materiál.
Zhrnutie výberu materiálu
Materiál |
Prečo si to tímy vyberajú |
Typická obava |
NdFeB |
Silné pole v malom balení |
Je potrebné skontrolovať limity korózie a teploty |
Ferit |
Nižšie náklady, odolnosť proti korózii |
Nižšia intenzita poľa |
SmCo |
Lepšia tepelná stabilita |
Vyššia cena a krehkosť |
Kde sa používajú permanentné magnetické kodérové magnety
Systémy kódovania s permanentnými magnetmi sú široko používané v robotike a automatizácii. V robotických kĺboch pomáhajú presne zistiť polohu a podporujú opakovateľné riadenie pohybu. To je jeden z dôvodov, prečo sú magnetické kódovače bežné v kolaboratívnych robotoch a priemyselných robotoch.
Sú tiež dôležité v AGV a AMR. Tieto stroje potrebujú presné riadenie kolies a spätnú väzbu o polohe. Tiež čelia otrasom, neprehľadnému prostrediu a neustálym vibráciám. Magnetické vzory sú tu atraktívne, pretože za týchto podmienok môžu zostať spoľahlivé.
Využívajú ich aj CNC stroje a priemyselné nástroje. Tieto systémy potrebujú opakovateľnú spätnú väzbu pohybu na rezanie, tvarovanie a automatizovaný pohyb. V týchto prípadoch môže vhodné nastavenie kódovača s permanentným magnetom podporiť hladšie ovládanie a nižšiu chybovosť.
Automobilové, lekárske a letecké aplikácie tiež používajú magnetické kódovače. V týchto oblastiach je rozhodujúca odolnosť a spätná väzba polohy. Príkladmi sú riadiace systémy, elektromotory, chirurgické roboty a riadiace systémy.
Tip： Systémy pohybu v drsnom prostredí si často vyberajú magnetické snímanie, pretože prach, olej a vibrácie sú normálne, nie výnimočné.
Ako si vybrať správny magnetický enkodérový magnet
Dobrý magnetického snímača Sprievodca výberom magnetov začína aplikáciou, nie katalógom magnetov. Najprv definujte typ pohybu. Je to len rotačné? Potrebuje jednootáčkovú alebo viacotáčkovú spätnú väzbu? Potrebuje presnú polohu po strate napájania? Tieto odpovede rýchlo zúžia architektúru kódovača.
Po druhé, prispôsobte geometriu mechanike. Magnetický krúžok kódovača často najlepšie vyhovuje rotačným usporiadaniam založeným na hriadeli. Disk sa môže hodiť do plochejších obalov. Oblúkové alebo segmentové magnety môžu pomôcť, keď je dizajn zakrivený alebo obmedzený na priestor.
Po tretie, dôkladne skontrolujte prostredie. Prach, olej a vibrácie môžu podporovať magnetickú voľbu pred optickou. Silné vonkajšie magnetické polia, extrémne teploty a otrasy však stále potrebujú vyhodnotenie. Aj magnetické systémy majú svoje limity.
Po štvrté, skontrolujte presnosť ako systémový problém. Je jasné, že na sile a kvalite magnetu záleží, ale záleží aj na type snímača, jeho zarovnaní a inštalácii. Ak je magnet silný, ale naklonený, zle vycentrovaný alebo má slabú medzeru, výsledok môže byť stále slabý.
Po piate, overte si potreby rozhrania a zdrojov. Ak bude kódovač dodávaný v produkte OEM, dodacia lehota, podpora prispôsobenia a kompatibilita rozhrania sú dôležité rovnako ako hrubý výkon. SPI, SSI a podobné výstupy môžu formovať rozhodnutia o kompatibilite platformy.
Praktický kontrolný zoznam B2B
Najprv definujte absolútne alebo prírastkové potreby.
Ďalej potvrďte prstenec, disk alebo segmentovanú geometriu.
Prispôsobte vzor magnetizácie rozloženiu snímača.
Skontrolujte teplotu, vibrácie a riziko rušenia.
Pred spustením overte skutočné montážne tolerancie.
Bežné problémy, kompromisy a chyby pri výbere
Častou chybou je nakupovanie len na rozlíšenie. Tímy si môžu zvoliť cieľový vzor s vyšším rozlíšením a potom ignorovať mechanické hádzanie alebo montážne variácie. To môže znížiť skutočnú presnosť napriek lepším špecifikáciám nadpisu.
Ďalšou chybou je ignorovanie rušivých magnetických polí a zdrojov hluku. Uhlové chyby môžu pochádzať z nesprávneho nastavenia, naklonenia, bludných polí a výrobných odchýlok v blízkej elektronike. Sú to problémy na úrovni systému, nielen problémy na čiastočnej úrovni.
Ďalším rizikom je nesúlad materiálu. Nízkonákladová voľba feritu môže byť v poriadku pre mnohé krúžky kódovača, ale nemusí vyhovovať kompaktnému dizajnu s vysokým poľom. Silnejšia možnosť NdFeB môže vyriešiť problémy so signálom, ale môže spôsobiť odlišné náklady alebo problémy s teplotou.
Poslednou chybou je zaobchádzanie s výberom kódovača a výberom magnetu ako so samostatnými úlohami. Mali by byť jedným pracovným postupom. Tvar magnetu, magnetizácia, typ snímača, rozhranie a mechanické tolerancie sa navzájom ovplyvňujú.
Magnetický kódovač vs optický kódovač
Magnetický kódovač má zvyčajne jasný okraj v špinavom alebo drsnom prostredí. Magnetické kódovače sú veľmi spoľahlivé v prachu, oleji a vibráciách, zatiaľ čo optické konštrukcie sú vhodnejšie na čisté a kontrolované nastavenia.
Optické systémy môžu ponúknuť veľmi vysoké rozlíšenie a presné meranie. Môžu však potrebovať aj čistejšie podmienky a starostlivejšiu údržbu. Magnetické systémy často vyhrávajú, keď na prevádzke, robustnosti a nižšej údržbe záleží viac ako na špičkovej optickej presnosti.
Pre mnohých priemyselných nákupcov je toto skutočné pravidlo rozhodovania: vyberte si magnetické, keď je prostredie závodu ťažšie ako prostredie laboratória. Vyberte si optiku, keď to vyžaduje čisté prostredie a presnosť.
Záver
Magnety permanentného magnetického kódovača sú jadrom systému magnetického kódovača , ktorý vytvára pole . Určujú, čo môže snímač čítať, ako stabilný signál zostáva a ako dobre funguje kódovač v skutočnom zariadení.
Pre väčšinu B2B tímov je správna cesta priamočiara. Začnite od potrieb aplikácie. Potom vyberte typ kódovača, geometriu magnetu, materiál a vzor magnetizácie ako jeden zladený systém. Prstencové magnety, diskové magnety a viacpólové konštrukcie majú hodnotu, ale iba vtedy, keď zodpovedajú rozloženiu snímača a prevádzkovému prostrediu.
SDM MAGNETICS môže tento proces podporiť riešeniami s permanentnými magnetmi na mieru. Jeho produkty pomáhajú zlepšiť konzistenciu signálu, kompaktný dizajn a prispôsobenie sa aplikácii. Pre kupujúcich, ktorí hľadajú spoľahlivý výkon kódovača, je dôležitá praktická hodnota.
FAQ
Otázka: Čo je magnet magnetického kódovača?
Odpoveď: Vytvára pole, ktoré snímač sníma pre polohu a rýchlosť.
Otázka: Ako funguje prstenec magnetického kódovača?
Odpoveď: Otáča sa okolo snímača a vytvára čitateľný vzor pólov.
Otázka: Prečo zvoliť magnetický kódovač pred optickým?
Odpoveď: Lepšie zvláda prach, olej a vibrácie v drsných podmienkach.
Otázka: Absolútny magnetický kódovač alebo inkrementálny magnetický kódovač?
Odpoveď: Absolútna si po strate energie udrží pozíciu; inkrementálne sleduje zmeny pohybu.
Otázka: Čo ovplyvňuje presnosť magnetu kódovača?
Odpoveď: Dôležitá je kvalita magnetu, vzor pólov, vzduchová medzera a zarovnanie.
