空心軸編碼器打破了多圈障礙填補(bǔ)了運(yùn)動(dòng)控制的關(guān)鍵空白

通過韋根效應(yīng)，空心軸編碼器可以旋轉(zhuǎn)多次，能量收集變得更加高效，將使得Hengstler編碼器應(yīng)用范圍擴(kuò)展到機(jī)器人領(lǐng)域。

空心軸編碼器是一個(gè)有吸引力的替代運(yùn)動(dòng)控制。中空的形狀使工程師在設(shè)計(jì)時(shí)更加靈活。然而，在過去，這種類型的旋轉(zhuǎn)編碼器通常僅限于單圈測(cè)量范圍。新一代空心軸旋轉(zhuǎn)編碼器克服了這一限制，這得益于基于韋根效應(yīng)的無電池多圈速度計(jì)數(shù)系統(tǒng)。

空心軸編碼器填補(bǔ)了運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要空白，使伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和機(jī)器人設(shè)計(jì)師有機(jī)會(huì)將位置反饋傳感器集成到他們的產(chǎn)品中。這種類型的編碼器在中心有一個(gè)大開口，很容易安裝在電機(jī)或齒輪箱的驅(qū)動(dòng)軸端?？招妮S編碼器非常適合安裝在機(jī)器人上，可以內(nèi)置在關(guān)節(jié)中直接測(cè)量手臂位置?？招男螤顬榻Y(jié)構(gòu)元件或電氣或氣動(dòng)/液壓管路留出了穿過接頭中心的空間。

具有大中心孔徑的空心軸編碼器通常基于電容測(cè)量技術(shù)，與磁技術(shù)不同，電容測(cè)量技術(shù)不需要將儀器置于其中心線上。Hengstler電容式編碼器的轉(zhuǎn)子和定子組件的形狀類似于平環(huán)。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些導(dǎo)電表面改變了它們的相對(duì)位置，從而改變了整個(gè)系統(tǒng)的電容耦合。這將調(diào)整通過電容器系統(tǒng)傳輸?shù)闹蓄l電信號(hào)的振幅和相位角。

信號(hào)變化解碼后，可以確定轉(zhuǎn)子的角度位置。它的精度非常高，分辨率為19位。由于電容在環(huán)形轉(zhuǎn)子和定子組件的整個(gè)圓周上是平均的，因此系統(tǒng)對(duì)微小的不對(duì)中或濕氣或灰塵的存在相對(duì)不敏感。


空心軸編碼器是一個(gè)有吸引力的替代運(yùn)動(dòng)控制；空心模具使工程師在設(shè)計(jì)時(shí)具有更大的靈活性。

增加多圈功能

在空心軸編碼器中添加多圈計(jì)數(shù)功能，使許多應(yīng)用更容易，例如，當(dāng)電機(jī)連接到減速齒輪或電纜盤時(shí)。對(duì)于機(jī)器人應(yīng)用，多圈測(cè)量范圍是行程范圍超過360度的關(guān)節(jié)的理想選擇。

由于空心軸編碼器的開放中心形狀，增加多圈功能一直是一個(gè)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，這個(gè)難題可以通過使用韋根效應(yīng)來解決，它使用一組磁鐵的旋轉(zhuǎn)來觸發(fā)編碼器的內(nèi)置旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器系統(tǒng)。這種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，計(jì)量系統(tǒng)基本上是自供電的，不需要笨重的備用電池或笨重而復(fù)雜的齒輪系統(tǒng)。

多圈測(cè)量范圍的關(guān)鍵是計(jì)數(shù)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子元件運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量提供動(dòng)力。雖然基于韋根能量收集技術(shù)的系統(tǒng)通常使用安裝在驅(qū)動(dòng)軸中心線上的永磁體，但空心軸的設(shè)計(jì)需要全新的布局。經(jīng)過廣泛的磁場(chǎng)測(cè)試和磁場(chǎng)模擬，轉(zhuǎn)子上安裝了4個(gè)永磁體。

磁鐵產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連接在定子上的韋根傳感器會(huì)對(duì)磁場(chǎng)的變化做出反應(yīng)，并產(chǎn)生脈沖電流，激活計(jì)數(shù)電子設(shè)備以記錄每次旋轉(zhuǎn)。許多PLC和微控制器都支持這種接口。


高效的能量收集方式

能量收集是指直接從現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中收集能量的技術(shù)，減少對(duì)備用電池和相關(guān)維護(hù)的需求。

盡管壓電系統(tǒng)、熱能和動(dòng)力學(xué)過程為能量收集設(shè)定了速度，但以美國(guó)發(fā)明家約翰·韋根命名的韋根效應(yīng)仍然被認(rèn)為是一個(gè)奇妙的替代品。韋根線是一種特殊的Wicat線（鈷鐵釩磁合金）。當(dāng)韋根線暴露于變化的外部磁場(chǎng)（例如，安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的附近永磁體）時(shí)，它最初保持自己的磁極，然后在外部磁場(chǎng)達(dá)到一定閾值時(shí)突然反轉(zhuǎn)磁極。磁芯磁性狀態(tài)的突然變化會(huì)導(dǎo)致纏繞在維卡周圍的銅線圈產(chǎn)生電流脈沖。

自2005年以來，這項(xiàng)技術(shù)已被用于能源收集，這一突破的一個(gè)主要因素是超高效、低功耗電子芯片的出現(xiàn)。利用韋根效應(yīng)獲得的能量是由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中的電磁感應(yīng)產(chǎn)生的。與發(fā)電機(jī)不同，每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能量是恒定的，即使轉(zhuǎn)速接近于零。韋根傳感器長(zhǎng)15毫米，在7伏電壓下能產(chǎn)生近200納米焦耳的能量，足以激活旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器和相關(guān)電子設(shè)備。

關(guān)鍵概念：


韋根效應(yīng)使空心軸編碼器能夠多次旋轉(zhuǎn)，從而擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。

思考一下：

您工廠中的哪些應(yīng)用最能從空心軸編碼器中受益？

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