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海德汉全新感应式圆周扫描的空心轴编码器直接安装减少零件数和提高性能

文: | 2017年第三期 (0) | (0)

    海德汉全新ECI 4000/EBI 4000空心轴编码器再次扩充感应式位置测量产品线。该款全新编码器为模块式结构,无内置轴承,空心轴尺寸为90 mm。用户用它可将传统皮带传动的电机反馈系统改为力矩电机。这款全新编码器不仅减少了零件数量,还提高了性能。

    生产企业的自动化程度正在不断提高,生产力的提高有赖于驱动系统拥有更高的高动态性能和更高的效率。此外,要在市场竞争中取胜,机器设备的设计必须更加可靠、环境更加友好和资源更加节省。满足这些要求的关键是电气驱动技术。噪音更低、磨损更少,通常不需要维护,而且不牺牲任何性能。

    特别是,力矩电机的直驱技术日益重要,因为在传动链中,它不需要其它机械传动件。而且,其功率密度和动态性能常常成为满足产量要求不可或缺的手段。为此,需要统一和高性能的完整系统,包括执行控制功能的伺服放大器、驱动装置和作为电机反馈系统的位置测量系统。海德汉为这些应用设计开发了全新的高性能位置编码器,即空心轴旋转编码器ECI 4000和EBI 4000(图1)。这些编码器在控制系统的动态性能、可靠性和功能性方面确立了全新标杆,为感应式旋转编码器开创了全新应用。

海德汉感应式空心轴旋转编码器ECI 4000和EBI 4000
图1:海德汉感应式空心轴旋转编码器ECI 4000和EBI 4000,其90 mm直径的空心轴使该编码器能直接安装在电机上

取代皮带传动

    例如,全新空心轴编码器可使力矩电机取代至今常用的皮带式电机反馈系统。同时,还提高了性能。由于零件数量大量减少,直接安装的全新空心轴编码器在工作中完全没有磨损。更宽的控制带宽确保动态性能的显著提高。而且,全新旋转编码器是其它可用空心轴编码器的电机、驱动模块和机器部件的理想测量系统。

    单圈版的ECI 4000的分辨率高度达20 bit。此外,海德汉也提供多圈版的EBI 4000。圈数计数器的分辨率高达16 bit并带外部后备电池。整个系统包括读数头和感应鼓。性能卓越,而且总高仅20 mm。

高定位精度的整圆周扫描

    通过整圆周扫描读取位置值。在该编码器中,感应鼓(转子)的全部栅条与读数头(定子)的相应扫描带通过扫描获取位置信号。工作时,该旋转编码器处理两路信号周期不同的增量扫描信号。这种扫描原理对安装公差和定位精度要求十分宽松。

驱动轴的旋转中心偏移时将产生位置误差,整圆周扫描方式在原则上基本可补偿该误差。这个重要特性支持高达6000 rpm的转速。图2的测量曲线为驱动轴径向偏心0.2 mm与理想安装时的典型精度图。对于径向定位的旋转编码器,根据几何原理,将大幅提高同条件下单扫描点的测量重复精度。

驱动轴径向偏心0.2 mm时的典型精度曲线图
图2:驱动轴径向偏心0.2 mm时的典型精度曲线图(空心轴直径为90 mm)

连接简单,数据传输可靠

    全新感应式旋转编码器ECI 4000和EBI 4000采用数字EnDat 2.2接口。电源电压范围为+3.6 V至+14 V。该编码器采用海德汉常用的插头式编码器电缆。除无噪音的数据传输外,EnDat 2.2接口还支持其它与设备有关的功能。例如提供内部和外部温度传感器的温度数据以及用于信号诊断的标准有效数字功能。在闭环控制模式中,输出这些工作参数让用户可以持续监测编码器状态。单圈版编码器还提供连接DRIVE-CLiQ*接口的选配。

    现在正在准备对该编码器进行EN 61508的SIL 2的应用认证。目的是对单圈位置信息进行安全传输。在后续电子电路中增加措施后,EnDat 2.2设备的安全性还能进一步提高到SIL 3。当然,相应的机械连接安全性所需的故障防护条件也是认证的一部分。

    该编码器能够轻松安装和集成到电机和机床应用中。IP40的防护等级是其特点之一。该旋转编码器的读数头和感应栅鼓分别带外定心圆和内定心圆。因此,安装可快速完成,无需任何其它专用工具进行调试和测试(图3),立等工作。感应鼓与读数头之间与应用相关的轴向偏移公差范围为±1.5 mm。驱动轴最大跳动公差也较大,达0.2 mm。带EnDat 2.2接口的该编码器的工作温度范围高达+115 °C。因此,根据EN 60068-2-6标准,定子高达400 m/s²和转子高达600 m/s²的抗振性能使该编码器适用于作为电机的反馈系统。它确保更高的稳固性,特别适用于高性能电机。

感应鼓(中心)与读数头(右)用定心圆对正
图3:感应鼓(中心)与读数头(右)用定心圆对正,无需调试和测试工具可轻松完成编码器的安装(图中左图:典型电机)

结论

    海德汉全新感应式空心轴旋转编码器ECI 4000和EBI 4000再次扩大力矩电机应用产品线。该旋转编码器的性能数据在驱动应用的动态性能、可靠性和功能性的关键指标方面再创新标杆。

    *DRIVE-CLiQ是西门子公司的注册商标。

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