POSITAL的新型通孔KIT編碼器是為安裝在機器軸或軸周圍的旋轉(zhuǎn)位置測量元件(編碼器)而設計的。由于其寬大的中心開口(30或50毫米)和可用于多圈測量范圍，這對于許多應用是一個優(yōu)秀的解決方案，包括伺服電機，反饋控制步進電機和機器人關節(jié)。

這些設備是基于先進的電容測量技術，結(jié)合了準確性，合理的安裝公差和堅固的可靠性。它們還具有自供電的旋轉(zhuǎn)計數(shù)器，消除了對備用電池的需要，大大降低了維護成本。

一種新型的產(chǎn)品

POSITAL在旋轉(zhuǎn)編碼器位置和其他工業(yè)應用運動傳感器的開發(fā)中處于領先地位。這些設備提供角位置(絕對編碼器)或旋轉(zhuǎn)速度(增量編碼器)的數(shù)字測量。在本公司的產(chǎn)品目錄中，大多數(shù)編碼器的位置傳感元件都位于設備的中心。雖然這對于許多應用來說是令人滿意的，但在某些情況下，設計者更喜歡使用能夠圍繞中心軸、軸或結(jié)構(gòu)元件的測量設備。

例如:

▪▪ 對于伺服電機，步進電機或驅(qū)動器，可以方便地使用一個圍繞軸安裝的位置傳感器來測量軸旋轉(zhuǎn)位置。

▪▪ 機器人的關節(jié)可以用一個中心鉸鏈銷來設計，也可以用電纜和通過關節(jié)中心的空氣軟管來設計。在裝配這些結(jié)構(gòu)元件時測量關節(jié)角度的設備可以有助于制造更緊湊的關節(jié)。

POSITAL的新系列通孔KIT編碼器可以滿足這些要求，并在配置運動控制系統(tǒng)時給予設計人員更大的靈活性。有了這些設備，伺服電機或反饋控制步進電機的設計者可以在電機軸的兩端布置位置傳感器。

圖1:典型的通孔編碼器安裝

多轉(zhuǎn)測量范圍-無齒輪或電池

POSITAL的新型通孔KIT編碼器可提供多圈測量范圍。這意味著這些設備可以跟蹤完整的軸轉(zhuǎn)動圈數(shù)，并報告轉(zhuǎn)子在每次旋轉(zhuǎn)中的精確角度位置。當電機驅(qū)動螺旋軸、電纜卷筒或減速齒輪系統(tǒng)時，多轉(zhuǎn)數(shù)測量對于監(jiān)測機械部件的位置非常有用。

對于一個可靠的多圈編碼器系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)計數(shù)器必須能夠準確地計數(shù)設備所經(jīng)歷的完整轉(zhuǎn)數(shù)，即使這些轉(zhuǎn)數(shù)是在沒有設備電源的情況下發(fā)生的。如果旋轉(zhuǎn)計數(shù)器不能記錄每一次機械旋轉(zhuǎn)，就會丟失定位精度。在這種情況下，通常需要通過將整個機器返回到已知的定位狀態(tài)并重新啟動旋轉(zhuǎn)計數(shù)來“復位”系統(tǒng)。為了確保在所有的工作條件下準確的位置計數(shù)，一些編碼器制造商包括一個備用電池，當設備電源不可用時保持旋轉(zhuǎn)計數(shù)器的電源。

用于多圈絕對編碼器的旋轉(zhuǎn)計數(shù)器是自供電的。隨著每一個軸的旋轉(zhuǎn)，Wiegand導線系統(tǒng)產(chǎn)生的電脈沖提供了激活旋轉(zhuǎn)計數(shù)器所需的能量。這確保旋轉(zhuǎn)計數(shù)總是準確的，無論是否有外部設備電源。不需要備用電池!消除對電池的需求可以減少停機時間，降低維護成本，避免廢棄電池(可能含有危險物質(zhì))的處理。

多轉(zhuǎn)計數(shù)器有43位的內(nèi)存，可測量近9萬億轉(zhuǎn)。

完整的多圈電容編碼器系統(tǒng)，包括定子組件和電子器件、轉(zhuǎn)子盤、Wiegand能量采集組件和一個外殼(有助于機械保護和電氣屏蔽)，包含在一個18毫米厚的包中。(更薄的包裝是可能的單圈模型，不需要旋轉(zhuǎn)計數(shù)電路和附帶的Wiegand電源。)

電容式旋轉(zhuǎn)測量

這種新型通孔編碼器有兩個主要部件，都是開中心圓盤形狀。定子單元包含控制和信號處理電子和通信接口。轉(zhuǎn)子單元被設計成緊接在定子附近的機械的旋轉(zhuǎn)部分(如傳動軸)上。

圖2:通孔編碼器組件

這兩部分的表面都有專門設計的導電表面元件陣列。這些元件在互連電容器系統(tǒng)中起著極板的作用。

定子表面電容片的簡化表示如圖3a所示。在這個圖中，定子的電容面被組織成三個同心帶。導電材料的外帶和內(nèi)帶繞圓盤的整個圓周運行，而中間的帶被分成一組單獨的梯形導電片。

轉(zhuǎn)子上的導電表面有兩個導電材料區(qū)，由正弦波形狀的間隙隔開。(圖3 b)。

當轉(zhuǎn)子廓線疊加在定子上時(圖4)，我們可以看到在某些地方，轉(zhuǎn)子的外導電區(qū)與定子的外圈和中間帶重疊。在其他地方，轉(zhuǎn)子內(nèi)部區(qū)域與中間帶和內(nèi)部導電環(huán)上的貼片重疊。當轉(zhuǎn)子上的導電表面與定子上的兩個帶重疊時，在這些區(qū)域之間產(chǎn)生電容耦合。

當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，中間帶的單個梯形片與另外兩個帶的電容耦合模式將發(fā)生變化。定子中勵磁電路產(chǎn)生的中頻電信號經(jīng)過電容器系統(tǒng)時被調(diào)制，從而改變輸出的相角。特殊的ASIC處理器捕捉和解碼這些信號的變化，以確定轉(zhuǎn)子的角度位置的高精度。

360°電容測量

重疊圖形在設備的圓周上以一定的間隔重復自身。無論轉(zhuǎn)子的位置如何，所有標記為“a”的定子段都將經(jīng)歷相同程度的轉(zhuǎn)子區(qū)域重疊，以及與內(nèi)環(huán)或外環(huán)的電容耦合。這同樣適用于標記為“b”、“c”和“d”的段。編碼器的設計利用了這種重復的模式，將所有“a”段并聯(lián)，所有“b”段并聯(lián)，以此類推，創(chuàng)建了四組交錯電容系統(tǒng)。每個組都分布在磁盤的整個圓周上。

將單個電容器元件分組有兩個重要的結(jié)果。首先，并聯(lián)小電容片增加系統(tǒng)的總電容。其次，這種“整體”方法平均了設備周圍的電容。這抵消了電容器強度的局部變化，例如，轉(zhuǎn)子和定子之間的微小偏差。

在實際應用中，定子和轉(zhuǎn)子上有兩組不同周向頻率的電容帶。通過結(jié)合數(shù)據(jù)從這些,信號處理系統(tǒng)可以明確地確定轉(zhuǎn)子的角位移滿360°。

通信接口

這些產(chǎn)品的通信接口基于非專有的SSI和BiSS C標準。與大多數(shù)專有的、特定于供應商的接口不同，這些開源標準對制造商來說是免費的。

摘要

電容式測量系統(tǒng)用于POSITAL通孔編碼器有以下幾個優(yōu)點:

▪▪ 中空的中心配置為設計人員在布置機械時提供了額外的靈活性

▪▪ 精確度非常高，具有19位分辨率(524288分辨率)。

▪▪ 電容測量是在轉(zhuǎn)子/定子盤的整個圓周上進行的。這種“整體”方法意味著該系統(tǒng)對定子和轉(zhuǎn)子之間的微小對準誤差具有相對的余量。因此，這些編碼器可以安裝在伺服電機外殼或其他機器在合理清潔的工廠條件下。(相比之下，光學編碼器需要非常精確的內(nèi)部校準，通常是在類似實驗室的條件下組裝的。)

▪▪ 電容式測量系統(tǒng)在裝配和運行過程中對灰塵和濕氣具有較強的耐受性。

▪▪ 電容式測量系統(tǒng)不受磁場的影響，包括馬達剎車產(chǎn)生的強磁場。然而，它們對強電場很敏感，因此通常建議使用屏蔽材料。

初步技術規(guī)格

對于POSITAL首批發(fā)布的通孔編碼器，將提供兩種尺寸:

▪▪ 中心開口直徑30毫米，外徑80毫米，厚度18毫米

▪▪ 中心開口直徑50毫米，外徑100毫米，厚度18毫米

(空心軸設計的基本結(jié)構(gòu)可以很容易地適應不同的直徑，并根據(jù)行業(yè)需求提供更多的尺寸。)

精度：

▪▪ +/- 0.02° 對于30mm版本

▪▪ +/- 0.02° 對于50mm版本

工作溫度范圍:

▪▪ -40 °C 至 85 °C

工作情況相對濕度:

▪▪ 最高98%(非凝結(jié))

轉(zhuǎn)速范圍：

▪▪ 0 – 6000 RPM

多圈測量范圍：

▪▪ 高達43位（約9萬億圈）