Kurze Einführung in das Funktionsprinzip des magnetischen Drehgebers

Veröffentlichkeitsdatum:

2023-03-27

Einzelner magnetischer Drehgeber

Die Kernstruktur des einmagnetischen Drehgebers besteht aus einem Permanentmagneten oben, einem Hall-Chip unten, und die vier Schatten auf dem Chip sind Hall-Bauelemente. Der Hall-Effekt zeigt, dass die 4 Hall-Geräte unter der Wirkung des Permanentmagnet-Magnetfelds den entsprechenden Spannungswert erkennen können, wenn sich der Permanentmagnet mit konstanter Geschwindigkeit dreht, die von den 4 Hall-Geräten erfasste Spannungswellenform 4 sinusförmige Wellenformen beträgt und die Phasendifferenz 90 Grad beträgt. Daher kann in Abhängigkeit von der Größe der Rückspannung der Magnetwinkelwert ermittelt werden.

Drehgeber

Wenn der Chip eingeschaltet wird, kann der Spannungswert an dieser Stelle zurückgegeben werden, sodass die aktuelle Position auch dann aufgezeichnet werden kann, wenn keine Batterie vorhanden ist. Der Chip kann als Absolutwertgeber (mit seriellem Busausgang) oder als Inkrementalgeber (ABZ) eingesetzt werden. Ein typisches Gehäuse findet sich in AS5047 von Microelectronics Austria.

2. Mehrpoliger Encoder

Unipolare Drehgeber sind in der Regel axial und erfordern die Montage des Drehgebers am Ende der zu messenden Welle. Diese Montagemethode erfüllt nicht die Anforderungen an die Leerreihe von Robotergelenken, daher funktioniert sie mit einem axialen mehrpoligen Encoder.

Mehrpoliger Singleturn-Drehgeber

Mehrpolige Singleturn-Encoder bestehen im Wesentlichen aus einem toroidalen Magnetgitter und einem Sensor. Die Scheiben sind magnetisiert, und in Wonju sind abwechselnd magnetische Pole angeordnet. Während des Betriebs erkennt der untere Sensor Änderungen des Magnetfelds, wenn sich das Magnetgitter dreht, und wandelt diese Informationen in eine Sinuswelle um. Der Encoder ist ein inkrementaler ABZ-Ausgang, typische Beispiele sind AS5311, AS5304 usw. von Microelectronics Austria.

Mehrpolige Multi-Ring-Encoder

Mehrpolige Drehgeber bestehen im Wesentlichen aus einem Ring und einem Auslesekopf. Ein typisches Beispiel ist die Lennisao AKSIM-Serie von absoluten magnetischen Hohldrehgebern für UR-Robotergelenke. Ringmagnete verwenden ein Kodierungsschema, das als Nonius-Prinzip bezeichnet wird. Ringmagnete bestehen insbesondere aus zwei konzentrischen Kreisen, die abwechselnd in NS-Bahnen angeordnet sind. Die beiden Umlaufbahnen haben unterschiedliche Pole, und es gibt normalerweise einen Unterschied in der Anzahl der Pole. Zum Beispiel kann die äußere Umlaufbahn 32 magnetische Pole und die innere Umlaufbahn 31 magnetische Pole haben. Mit der Scheibe in der Mitte ändert sich die polare Ausrichtung zwischen der inneren und äußeren Spur ständig. Der Versatzwinkel zwischen dem inneren und dem äußeren Pol ist an der angegebenen Stelle um die Scheibe herum eindeutig.

Wenn der Encoder in Betrieb ist, erzeugen die beiden Magnetfeldsensoren am Lesekopf sinusförmige Signale, während sie die N- bzw. S-Stufe durchlaufen. Die gegenseitige Bewegung zwischen diesen beiden Signalen ist an jeder Stelle auf der Scheibe einzigartig. Der Lesekopf wandelt diese analoge Phasenverschiebung in digitale Signale um, die jeweils einer eindeutigen Drehposition auf dem Magnetring entsprechen.

3. Fazit

Die Ausgangssignalstärke eines magnetischen Drehgebers ist proportional zum Abstand der magnetischen Pole, so dass die Auflösung eines magnetischen Drehgebers nicht so hoch sein kann wie die eines optischen Drehgebers. Auf der anderen Seite sind optische Encoder anfällig für Staub und andere äußere Umwelteinflüsse, und das Gitter ist sehr zerbrechlich, und Installation und Wartung sind schwierig. Daher sind magnetische Drehgeber eine gute Alternative zu optischen Drehgebern.

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