新闻资讯 / 圆磁栅适合什么设备?6 类应用场景与 4 条使用边界

圆磁栅适合什么设备?6 类应用场景与 4 条使用边界

IKVE 增量式圆磁栅:磁性硫化橡胶磁道与不锈钢底座复合的圆环

圆磁栅能不能装,先看的不是行业,是工况。非接触、靠磁场读数、结构能做薄,这三条决定了它能进哪些设备;强磁、超温、亚角秒精度这三道坎过不去,换方案比硬上更省事。

一、先定三条物理特性,再谈设备

圆磁栅是环形载体上按极距充磁的磁性元件,由不接触的读数头或磁编码器芯片读取角度信号。它能装进一台什么样的设备,取决于三条特性,其余参数都是这三条成立之后才谈的。

读数头不接触磁道,中间留得住气隙。轴向游标磁环的芯片安装间隙是 0.4 mm(150A32、150A64、128A64)或 0.5 mm(200A32);增量式圆磁栅的读数头间隙最大可到 2 mm,推荐区间 0.7 ~ 1.5 mm。有了这段距离,磁道外面就能加防护盖,装配公差有地方去,运转中也不会掉磨屑。

测量基准是磁场,不是光路。光学读法要求光线畅通,任何挡在刻线和读数头之间的东西都会削减信号;磁场不靠透光,油、粉尘、水汽落在磁道表面,大多不改变磁场的空间分布。官网给出的环境边界是:泥土、沙尘、盐分、油和润滑脂环境均可运行。

结构可以做薄。轴向游标磁环总厚度 1.1 mm(200A32 为 1.40 mm),增量式圆磁栅的系列高度在 5 ~ 18 mm。薄意味着它经常不是加装在轴上,而是直接换掉原来被轴承挡圈或端盖占住的那几毫米。

磁道的疏密决定分辨率。增量式圆磁栅在同样外径下,磁极数从 20 排到 1060,磁极数越多,单圈能分出的刻度越细;极距可在 1 / 2 / 5 mm 之间选,极距越小对轴的跳动越敏感。游标磁环换了一条路:不靠外部电池或记忆电路,而是把绝对位置直接编进两条磁道的相位差里,所以断电之后位置信息仍在磁环上。

这三条特性背后有一组材料参数支撑:磁道由磁性硫化橡胶与不锈钢底座复合而成,20 ℃ 剩磁 25 mT,矫顽场强 240 kA/m,剩磁温度系数 −0.19 %/K。橡胶层给弹性与附着力,钢体给刚性与安装基准。

磁环截面结构示意:磁性硫化橡胶磁道(圆周均匀充磁)与不锈钢底座(载体与安装基准)复合
磁环截面——磁性硫化橡胶磁道圆周均匀充磁,不锈钢底座作载体与安装基准

二、6 类设备,各自吃的是哪一条

① 伺服电机与主轴电机的换向、转速反馈。电机要知道转子当前的电角度才能正确换向,同时需要连续转速信号做闭环。磁环套在或压在电机轴上,读数头径向或轴向读取,不额外增加轴向长度。这类位置转速高,强粘合工艺支持到 20000 转/分。主导需求是薄和耐转速。

② 机器人关节与末端执行器。关节腔体里塞着减速器、线束和抱闸,留给编码器的空间很少。轴向磁环装在轴端,几乎不改变机构的径向尺寸。选绝对式的原因很具体:上电即知角度,机器人断电重启后不必执行回零动作。手臂摆动带来的冲击与振动,对应的是 500 g 抗冲击与 2000 Hz 抗振动两个指标。

③ 数控机床的回转工作台与刀库。这里的环境是切削液飞溅、铁屑和油雾。光学方案要靠护罩和气封去挡,磁环的做法是把磁道做成橡胶复合层,让污染落在表面而不影响读数。刀库的换刀轴还要求位置记忆,断电后刀位不能丢。

④ 自动化产线与包装机械的转位、计量辊。产线停机的代价高,维护窗口短。非接触测量没有磨损件,读数头不需要定期清洁,这是这类产线选磁环的主要理由。计量辊与张力辊靠角度反馈稳定膜张力,减少切偏与漏封,属于精度要求中等但绝不能停的位置。

⑤ 医疗与实验设备的旋转部件。这类位置要求非接触、低噪声,整机还要能擦拭消毒。官网标出的工作温域是 −40 ℃ ~ +120 ℃,覆盖了常规清洗与消毒流程带来的温度波动;全封闭的磁电测量方式没有光学窗口,不构成清洁死角。

⑥ 户外与移动设备:云台、AGV 舵轮、工程机械回转。泥土、沙尘、盐分、油和润滑脂这一组环境描述,对应的正是这类设备。云台电机的换向反馈、AGV 舵轮的转向角度、工程机械的回转角度,都要求元件在户外长期暴露之后仍然工作。

三、4 条使用边界,这几件事别硬上

① 附近有强磁场。官网对磁环的提醒写得很明确:外部磁场可能改变功能特性、降低系统精度,甚至损坏磁化,必须避免与磁夹或其他永磁体直接接触。焊接工位、充磁与退磁设备、强磁夹具、大电流母线附近,要先评估距离与屏蔽,而不是把磁环直接装上去。

② 长期温度超出 −40 ℃ ~ +120 ℃。超出这个范围,磁性能得不到保证。电机内部、烘箱附近、高温模具旁的位置,要先量实际工作温度,而不是看车间环境温度。

③ 要求亚角秒级或计量级分辨率。圆磁栅的分辨率由极距与细分数决定,落在工业化测量的量级区间。回转计量台、角度基准这类场合,工程上更常选圆光栅或更高等级的角度基准器件——不是磁环做不了,是这类场合的精度目标不在这条技术路线的经济区间里。

④ 轴系本身的跳动与偏心没控制住。增量式圆磁栅要求读数头与磁道保持一定的同心度与端面跳动,推荐间隙只有 0.7 ~ 1.5 mm。轴的跳动一旦吃掉大半间隙,精度先丢在机械上,换什么编码器都补不回来。碰到这种情况,先修轴系,再谈编码器。

四、三款圆磁栅怎么对号入座

IKVE 的圆磁栅分三条产品线。选型先分两问:要不要绝对角度,磁道做在哪个面上。这两问答完,直径才有意义。

轴向游标磁环给的是绝对角度。主极道与副极道等长、极对数量相差 1,两路信号的相位差在整个圆周内只出现一次,芯片据此一次解出绝对位置。四个标准规格的内径从 18.00 mm 到 47.40 mm,配套 iC-Haus iC-MU150 与 iC-MU200 系列芯片。适合装在轴端、轴向空间紧的腔体里。

径向非孔磁环的磁道做在外圆柱面上,读数头从侧面径向读取。标准型号主极道 32 或 64 极对、副极道 31 或 63 极对,内径 20.00 ~ 53.10 mm、外径 24.50 ~ 59.60 mm,不锈钢厚 6 ~ 8 mm。适合轴从中间穿过、端面装不下的结构。

增量式圆磁栅只输出 A/B/I 增量脉冲,用于角度与转速测量。系列覆盖内径 6 ~ 615 mm,共 19 种规格,磁极数 20 ~ 1060,磁极距 1 / 2 / 5 mm 可选,高度 5 ~ 18 mm。这是三条线里直径跨度最大的一条,大直径回转台与小型电机轴都能覆盖。

五、IKVE 的圆磁栅

IKVE(深圳市埃克韦斯科技有限公司)2016 年成立于深圳市坪山区,做磁编码技术与工业自动化位置测量,引进德国技术,官网标注通过 ISO9001 质量管理体系认证。圆磁栅以这三条产品线为主,标准规格之外支持按直径、极对数、是否带参考点、线缆与接口定制。

圆磁栅选得对不对,最后不落在参数表上,而落在那张标了油污、温度和气隙的工况图上。把这三样标清楚,型号自己会浮出来。

相关产品:轴向游标磁环 · 径向非孔磁环 · 增量式圆磁栅。规格书索取与选型协助,可联系 IKVE 工程师。

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