電機(jī)上的編碼器：實(shí)現(xiàn)精確控制的關(guān)鍵
編碼器通過將機(jī)械位置轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，用于檢測電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)位置、速度、角度和方向，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制。帶有編碼器的電機(jī)具有高精度、高可靠性、實(shí)時(shí)反饋、優(yōu)化系統(tǒng)性能等優(yōu)勢(shì)。
伺服電機(jī)編碼器的分類
根據(jù)物理介質(zhì)的不同，伺服電機(jī)編碼器可以分為光電編碼器和磁電編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器也算是一種特殊的伺服編碼器。
開環(huán)控制與閉環(huán)控制
并不是所有的電機(jī)驅(qū)動(dòng)都需要用到編碼器。對(duì)于一些中低端的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，采用的是開環(huán)的速度控制，這種控制方式?jīng)]有編碼器反饋系統(tǒng)，成本較低，但精度、可靠性和抗干擾能力較差。開環(huán)控制容易受到外部環(huán)境和負(fù)載變化的影響，導(dǎo)致輸出精度下降，不適合高精度的運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)。
相比之下，閉環(huán)控制系統(tǒng)會(huì)將電流和位置等電機(jī)信號(hào)的反饋納入控制范圍，因此需要使用編碼器。閉環(huán)控制能夠提供更高的精度和可靠性，適用于要求較高的應(yīng)用場景。
編碼器的類型
編碼器可以根據(jù)測量方式分類，包括增量式編碼器、絕對(duì)式編碼器和混合式編碼器。例如，增量式磁電編碼器利用霍爾效應(yīng)將電機(jī)的位移轉(zhuǎn)為計(jì)數(shù)脈沖，增量式光電編碼器則利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)同樣的功能。
不同類型的電機(jī)對(duì)編碼器的要求也不盡相同。例如，交流電機(jī)編碼器需要更高的IP等級(jí)和抗沖擊、抗振動(dòng)能力，而直流電機(jī)編碼器則主要用于速度控制和閉環(huán)反饋。
光電編碼器與磁編碼器
光電編碼器和磁編碼器是目前應(yīng)用最廣泛的兩種類型。光電編碼器具有更高的精度和分辨率，適用于需要高精度控制的場景，但對(duì)光線和灰塵較為敏感。磁編碼器則具有抗干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕、工作溫度范圍寬、抗沖擊、抗震等優(yōu)點(diǎn)，適用于工業(yè)控制和機(jī)械等惡劣環(huán)境。
磁編碼器的市場應(yīng)用
磁編碼器在機(jī)器人、工業(yè)母機(jī)和汽車領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，2023年在整個(gè)編碼器市場的占比超過40%。根據(jù)Yole Group的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2027年全球磁編碼器的市場規(guī)模將增長至23.19億美元，汽車是其最核心的應(yīng)用場景。在新能源汽車上，磁編碼器主要應(yīng)用在逆變系統(tǒng)、電機(jī)冷卻系統(tǒng)和啟動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等方面。
磁編碼器的供應(yīng)格局
全球主要的磁編碼器供應(yīng)商包括Heidenhain、Dynapar、Tamagawa、Baumer、Pepperl+Fuchs、Renishaw、Broadcom、Sensata Technologies和Freudenberg Sealing Technologies等。其中，德國的Heidenhain和日本的Tamagawa憑借技術(shù)實(shí)力和市場經(jīng)驗(yàn)，占據(jù)了較大的市場份額。
Heidenhain為伺服電機(jī)控制應(yīng)用提供豐富的旋轉(zhuǎn)編碼器和角度編碼器，例如ECM 2400系列適用于力矩電機(jī)，具有高軸速運(yùn)動(dòng)能力和機(jī)械防松保護(hù)功能。Tamagawa的SA48系列絕對(duì)式多圈智能編碼器則具有優(yōu)異的耐環(huán)境性和高分辨率，適用于中小型馬達(dá)、機(jī)器人等領(lǐng)域。
國內(nèi)廠商如賽卓電子、西安中科阿爾法電子科技、燦瑞科技、多維科技、矩陣光電等也供應(yīng)磁編碼器，但在產(chǎn)品力和市場認(rèn)可度上與國際廠商還有差距。
結(jié)語
磁編碼器具有體積小、重量輕、工作溫度范圍寬、抗沖擊、抗震、穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制、機(jī)器人和新能源汽車領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，目前磁編碼器市場仍以國際廠商為主導(dǎo)，尤其是Heidenhain和Tamagawa的產(chǎn)品在市場上廣受認(rèn)可。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，磁編碼器在高精度、高可靠性控制市場上的應(yīng)用前景廣闊。
