Ste se kdaj vprašali, zakaj en sistem magnetnega kodirnika zagotavlja stabilne in natančne povratne informacije o gibanju, drugi pa se bori s šumom, neusklajenostjo ali zgodnjimi spremembami dizajna? V mnogih primerih se razlika ne začne pri senzorju, ampak pri magnetu.
Magneti s trajnim magnetnim kodirnikom so vir signala znotraj magnetnega kodirnika. Oblikujejo magnetno polje, ki ga prebere senzor, kar neposredno vpliva na natančnost položaja, povratne informacije o hitrosti, ločljivost in splošno zanesljivost. Zato je izbira pravega magneta dajalnika, obroča magnetnega dajalnika ali rotacijskega magneta dajalnika tako pomembna pri robotiki, motorjih, avtomatizaciji in drugih preciznih sistemih.
V tem članku bomo razpravljali o tem, kaj so trajni magnetni kodirni magneti, glavne vrste, ki se uporabljajo v sodobnih modelih, kje se uporabljajo in kako izbrati pravo možnost za vaš projekt. Izvedeli boste tudi, kako dejavniki, kot so material magneta, vzorec polov in potrebe uporabe, vplivajo na delovanje absolutnega magnetnega dajalnika ali inkrementalnega magnetnega dajalnika.
Kako delujejo magneti s trajnim magnetnim kodirnikom v magnetnem kodirniku
Magnetni rotacijski dajalnik običajno združuje tri elemente: trajni magnet, senzor in elektroniko za obdelavo signalov. Ko se gred vrti, se vrti tudi magnetno polje. Senzor zazna spremembe polja in jih nato pretvori v električne signale za nadzorni sistem.
V mnogih rotacijskih izvedbah se trajni magnet nahaja na konici gredi motorja. Hallov senzor na PCB bere spreminjajoče se polje. V eni skupni postavitvi se za izračun kotnega položaja uporabita dve zaznavni osi. Elektronika nato pretvori te signale v digitalne podatke o kotih.
Zato je oblikovanje magnetov tako pomembno. Senzor lahko bere le tisto, kar ustvari magnet. Če je polje šibko, nestabilno ali slabo poravnano, bo izhod kodirnika prizadet. Tudi zato ekipe magneta ne bi smele obravnavati kot generični del blaga.
Hallov učinek in magnetno-uporovno zaznavanje sta pogosta. Dizajni z učinkom dvorane so pogosto uporabljeni in praktični. Magnetno-uporovni tipi lahko v nekaterih sistemih nudijo večjo občutljivost in ločljivost. Boljša izbira je odvisna od ciljne natančnosti, embalaže, tolerance hrupa in stroškov.
Vrste trajnih magnetnih kodirnih magnetov
Najpogostejši format magnetnega kodirnika obroča je obročni magnet. Naravno se prilega rotacijskemu gibanju. Ustvari tudi uravnoteženo polje okoli rotirajočega telesa, zaradi česar je uporabno za vrtenje ali nihanje. Obročaste magnete je mogoče magnetizirati po obrazu, po obodu ali na notranjih in zunanjih robovih, odvisno od zasnove.
Obročasti magnet za aplikacije dajalnika je pogosto prednosten, kadar geometrija gredi omogoča osrednjo luknjo. Podpira kompaktno montažo in stabilno rotacijsko branje. Oblikovalci običajno skrbijo za notranji premer, zunanji premer, debelino, število polov in vzorec magnetizacije.
Druga možnost so disk magneti. So ravne, okrogle in uporabne, ko sestav potrebuje preprosto vrtljivo tarčo. Plošča lahko dobro deluje, če je razpoložljivega prostora na paketu malo. Lahko tudi ustreza nekaterim postavitvam magnetov rotacijskega dajalnika , kjer obroč ni potreben.
Pomembni so tudi ločni in segmentirani magneti. Oblikovani so tako, da sledijo krožni poti. V sklopih, povezanih z motorji, oblike lokov pomagajo prilagoditi ukrivljenosti komponente. Za nekatere postavitve kodirnikov po meri lahko segmentirani ali ločni deli podpirajo kompaktno embalažo ali prilagojeno postavitev drogov.
Smer magnetizacije je še ena ključna odločitev. Aksialni magnetizirani magnet dajalnika ima pole razporejene po debelini. Radialni magnetizirani kodirni obroč postavlja pole okoli premera ali oboda. Ti vzorci spremenijo, kako senzor vidi polje, zato jih je treba izbrati skupaj s položajem senzorja in zasnovo zračne reže.
Tudi večpolni formati so pomembni. Večpolni magnetni kodirnik uporablja več parov polov sever-jug okoli obroča ali diska. To pomaga ustvariti ponavljajoči se magnetni vzorec, ki ga senzor bere za sledenje kota ali gibanja. V praksi lahko več polov podpira natančnejšo segmentacijo signala, vendar le, če lahko senzor, mehanika in elektronika dobro uporabljajo te dodatne podrobnosti.
Hitra primerjalna tabela
Vrsta magneta |
Najboljše prileganje |
Glavna moč |
Glavna previdnost |
Magnetni kodirni obroč |
Rotacijske gredi |
Uravnoteženo rotacijsko polje |
Potrebuje tesno prileganje in poravnavo |
Magnet za kodirnik diska |
Ravne postavitve |
Enostavna embalaža |
Lahko nudijo manjšo prilagodljivost kot prstani |
Obločni / segmentirani magnet |
Ukrivljeni sklopi |
Dobro za omejeno geometrijo |
Več virov po meri |
Večpolni magnetni kodirnik |
Visoko podrobni vzorci signala |
Boljša segmentacija signala |
Težji nadzor tolerance |
Vrste magnetnih kodirnikov, ki so odvisne od zasnove magneta
Magnet ne deluje sam. Podpira specifično arhitekturo kodirnika. Prva velika delitev je absolutni magnetni dajalnik proti inkrementalnemu magnetnemu dajalniku . Absolutni sistemi poročajo o edinstveni vrednosti položaja na vsaki točki. Inkrementalni sistemi poročajo o spremembah gibanja kot impulze.
Za kupce B2B je to komercialna odločitev, ne le tehnična. Če je obnovitev po izgubi moči pomembna, so absolutne zasnove pogosto varnejša izbira. Če aplikacija potrebuje predvsem hitrost ali relativno premikanje ob nižjih sistemskih stroških, je lahko inkrementalno dovolj.
Tudi jezik ločljivosti se spreminja glede na vrsto. Inkrementalni modeli pogosto uporabljajo PPR ali impulze na vrtljaj. Absolutni modeli običajno uporabljajo bitno ločljivost. Višja ločljivost lahko izboljša podrobnosti nadzora, vendar ne zagotavlja samodejno boljše natančnosti celotnega sistema. Kakovost magneta, namestitev, poravnava in vrsta senzorja so še vedno pomembni.
Razlikujejo se tudi rotacijski in linearni sistemi. Ta članek se osredotoča na rotacijske aplikacije, ker so trajni magnetni dajalniki tam še posebej pogosti. V rotacijskih sistemih postane vzorec polja iz magneta referenca za kotno gibanje.
Namig: Številne ekipe se preveč osredotočajo na številke ločljivosti in premalo preverjajo napako poravnave, kar lahko bolj škodi resnični zmogljivosti.
Materiali s trajnimi magneti in kaj spreminjajo
Izbira materiala vpliva na poljsko jakost, temperaturno obnašanje, ceno, odpornost proti koroziji in možnost izdelave. Pri projektih dajalnikov so še posebej pomembne tri družine: NdFeB, ferit in SmCo.
Magneti NdFeB so zelo cenjeni zaradi visoke magnetne moči. Pogosti so, ko je paket tesen in mora polje ostati močno v kompaktnem prostoru. Ustrezno gradivo ugotavlja, da neodim železo bor velja za najmočnejšo glavno vrsto magneta in se običajno proizvaja s sintranjem ali lepljenjem.
Feritni magneti običajno zmagajo pri stroških. Nudijo tudi odpornost proti koroziji in dobro odpornost proti razmagnetenju. Številni obročni magneti so keramični ali feritni, zaradi česar je ferit še posebej pomemben za cenovno občutljive programe magnetnih obročev kodirnikov . Kompromis je manjša magnetna moč v primerjavi z NdFeB.
Magneti SmCo so privlačni za zahtevna toplotna okolja. Imajo visoko koercitivnost in močno odpornost proti razmagnetenju ter ostanejo stabilni pri temperaturnih spremembah. Njihova slabost je krhkost in višji stroški materiala.
Pomembna je tudi proizvodna pot. Sintrani magneti pogosto zagotavljajo večjo zmogljivost, medtem ko lahko vezani magneti nudijo večjo prilagodljivost oblike. Če vaš kodirnik potrebuje nenavadno geometrijo, tanke dele ali posebne integracijske omejitve, vam lahko pomaga povezovanje. Če je prednost največja poljska jakost, je lahko primernejši sintrani material.
Povzetek izbire materiala
Material |
Zakaj ga ekipe izberejo |
Tipična skrb |
NdFeB |
Močno polje v majhni embalaži |
Preveriti je treba meje korozije in temperature |
Ferit |
Nižji stroški, odpornost proti koroziji |
Nižja jakost polja |
SmCo |
Boljša toplotna stabilnost |
Višji stroški in krhkost |
Kje se uporabljajo trajni magnetni kodirni magneti
Sistemi kodirnikov s trajnimi magneti se pogosto uporabljajo v robotiki in avtomatizaciji. V robotskih sklepih pomagajo natančno zaznati položaj in podpirajo ponovljiv nadzor gibanja. To je eden od razlogov, zakaj so magnetni kodirniki pogosti pri robotih za sodelovanje in industrijskih robotih.
Pomembni so tudi pri AGV in AMR. Ti stroji potrebujejo natančno krmiljenje koles in povratne informacije o položaju. Soočajo se tudi s udarci, neurejenim okoljem in nenehnimi vibracijami. Magnetni modeli so tukaj privlačni, ker lahko ostanejo zanesljivi v teh pogojih.
Uporabljajo jih tudi CNC stroji in industrijska orodja. Ti sistemi potrebujejo ponovljive povratne informacije o gibanju za rezanje, oblikovanje in avtomatizirano gibanje. V teh primerih lahko ustrezna nastavitev kodirnika s trajnim magnetom podpira bolj gladek nadzor in nižje stopnje napak.
Avtomobilske, medicinske in vesoljske aplikacije uporabljajo tudi magnetne kodirnike. Na teh področjih sta tako vzdržljivost kot povratne informacije o položaju kritične. Primeri so krmilni sistemi, električni motorji, kirurški roboti in nadzorni sistemi.
Namig: Sistemi gibanja v težkih okoljih pogosto izberejo magnetno zaznavanje, ker so prah, olje in tresljaji normalni, ne izredni.
Kako izbrati pravi magnet za kodirnik
dober magnetnega kodirnika vodnik za izbiro se začne z aplikacijo, ne s katalogom magnetov. Najprej določite vrsto gibanja. Je samo rotacijski? Ali potrebuje povratno informacijo z enim ali več obrati? Ali potrebuje natančen položaj po izpadu električne energije? Ti odgovori hitro zožijo arhitekturo kodirnika.
Drugič, uskladite geometrijo z mehaniko. Obroč z magnetnim dajalnikom se pogosto najbolje prilega rotacijskim postavitvam na osnovi gredi. Disk se lahko prilega bolj ravnim paketom. Obločni ali segmentirani magneti lahko pomagajo, ko je zasnova ukrivljena ali prostorsko omejena.
Tretjič, natančno preglejte okolje. Prah, olje in vibracije lahko podpirajo magnetno izbiro namesto optične. Toda močna zunanja magnetna polja, ekstremne temperature in udarci še vedno potrebujejo oceno. Tudi magnetni sistemi imajo meje.
Četrtič, preverite točnost kot sistemsko težavo. Jasno je, da sta moč in kakovost magneta pomembni, vendar so pomembni tudi tip senzorja, poravnava in namestitev. Če je magnet močan, a nagnjen, napačno centriran ali slabo razmaknjen, je lahko rezultat še vedno šibak.
Petič, preverite potrebe vmesnika in virov. Če bo kodirnik dobavljen v izdelku OEM, so dobavni rok, podpora za prilagajanje in združljivost vmesnika pomembni prav tako kot surova zmogljivost. SPI, SSI in podobni izhodi lahko oblikujejo odločitve o združljivosti platforme.
Praktični kontrolni seznam B2B
Najprej opredelite absolutne ali inkrementalne potrebe.
Nato potrdite geometrijo obroča, diska ali segmentov.
Ujemite vzorec magnetizacije s postavitvijo senzorja.
Preglejte tveganje temperature, vibracij in motenj.
Pred zagonom preverite dejanske tolerance sestavljanja.
Pogoste težave, kompromisi in napake pri izbiri
Pogosta napaka je nakup samo za ločljivost. Ekipe lahko izberejo ciljni vzorec z višjo ločljivostjo, nato pa zanemarijo mehansko odtekanje ali različico vgradnje. To lahko zmanjša resnično natančnost kljub boljšim naslovnim specifikacijam.
Druga napaka je ignoriranje blodečih magnetnih polj in virov hrupa. Kotne napake lahko nastanejo zaradi neporavnanosti, nagiba, razpršenih polj in proizvodnih odstopanj v bližnji elektroniki. To so težave na sistemski ravni, ne samo na delni ravni.
Drugo tveganje je neusklajenost materiala. Poceni feritna izbira je lahko primerna za številne kodirne obroče, vendar morda ne ustreza kompaktni zasnovi z visokim poljem. Močnejša možnost NdFeB lahko reši težave s signalom, vendar lahko povzroči drugačne pomisleke glede stroškov ali temperature.
Zadnja napaka je obravnavanje izbire kodirnika in izbire magneta kot ločenih nalog. Morali bi biti en tok dela. Oblika magneta, magnetizacija, vrsta senzorja, vmesnik in mehanske tolerance vplivajo drug na drugega.
Magnetni kodirnik proti optičnemu kodirniku
Magnetni kodirnik ima običajno jasen rob v umazanih ali težkih okoljih. Magnetni kodirniki so zelo zanesljivi v prahu, olju in vibracijah, medtem ko so optični modeli bolj primerni za čiste in nadzorovane nastavitve.
Optični sistemi lahko nudijo zelo visoko ločljivost in natančne meritve. Lahko pa potrebujejo tudi čistejše pogoje in skrbnejše vzdrževanje. Magnetni sistemi pogosto zmagajo, ko so čas delovanja, robustnost in nizko vzdrževanje pomembnejši od vrhunske optične natančnosti.
Za mnoge industrijske kupce je to pravo pravilo odločitve: izberite magnetno, ko je rastlinsko okolje trše od laboratorijskega. Izberite optiko, ko to upravičujeta čisto okolje in natančnost.
Zaključek
Magneti s trajnim magnetnim kodirnikom so jedro sistema magnetnega kodirnika , ki ustvarja polje . Določajo, kaj lahko senzor bere, kako stabilen ostane signal in kako dobro deluje kodirnik v resnični opremi.
Za večino B2B ekip je prava pot enostavna. Začnite s potrebami aplikacij. Nato izberite vrsto kodirnika, geometrijo magneta, material in vzorec magnetizacije kot en ujemajoči se sistem. Obročasti magneti, diskasti magneti in večpolne zasnove imajo vrednost, vendar le, če ustrezajo postavitvi senzorja in delovnemu okolju.
SDM MAGNETICS lahko ta proces podpira s prilagojenimi rešitvami s trajnimi magneti. Njegovi izdelki pomagajo izboljšati doslednost signala, kompaktno zasnovo in prileganje aplikaciji. Za kupce, ki iščejo zanesljivo delovanje kodirnika, je ta praktična vrednost pomembna.
pogosta vprašanja
V: Kaj je magnet za magnetni kodirnik?
O: Ustvari polje, ki ga senzor bere za položaj in hitrost.
V: Kako deluje obroč magnetnega kodirnika?
O: Vrti se mimo senzorja in ustvari berljiv vzorec polov.
V: Zakaj izbrati magnetni kodirnik namesto optičnega?
O: V težkih razmerah bolje prenaša prah, olje in vibracije.
V: Absolutni magnetni kodirnik ali inkrementalni magnetni kodirnik?
O: Absolutno ohranja položaj po izgubi moči; postopne spremembe gibanja sledi.
V: Kaj vpliva na natančnost magneta kodirnika?
O: Kakovost magneta, vzorec polov, zračna reža in poravnava so pomembni.
