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轴向游标磁环

IKVE 轴向游标磁环与配套读数头电路板

IKVE 轴向游标磁环(Nonius)在主极道之外多设一条副极道,两条磁道极对数量相差 1,利用两者的相位差一次读出绝对角度位置。与 iC-Haus iC-MU 系列磁编码器芯片配合,构成非接触、免维护的绝对位置与角度测量系统;总厚度仅 1.1 mm,适合空间受限的旋转测量场合。

IKVE 轴向游标磁环(Nonius)与配套读数头电路板
IKVE 轴向游标磁环与配套读数头电路板

产品概述

轴向游标磁环是在环形磁性载体上按 Nonius(游标)原理充磁的双码道磁环:主极道与副极道的极对数量相差 1,两条磁道的相位差在整个圆周内只出现一次,因此编码器芯片可据此一次读出绝对角度位置,上电即知角度、无需回零。

磁环由 磁性硫化橡胶化合物 与 不锈钢支撑环 复合而成,兼顾橡胶的弹性变形能力与结构的刚性;可在泥土、沙尘、盐分、油和润滑脂环境中运行。产品提供多种直径与极对数量的标准规格,并可按传感器类型量身定制,适配霍尔、AMR、GMR 等各种传感器技术。

核心优势

  • 宽广温度范围 —— −40 ℃ ~ +120 ℃,确保高温环境中长期高稳定性
  • 超薄轻量 —— 总厚度仅 1.1 mm,小型、轻量、节省空间
  • 高矫顽磁场 —— 240 KA/m,抗冲击 500 g、抗振动 2000 Hz
  • 强粘合工艺 —— 最高转速可达 20000 转/分
  • 耐恶劣介质 —— 磁性硫化橡胶化合物兼具橡胶弹性,可在泥土、沙尘、盐分、油和润滑脂环境运行
  • 广泛传感器适配 —— 适配霍尔、AMR、GMR 等各类传感器技术
  • 与 iC-Haus iC-MU 系列组合 —— 构成非接触的绝对位置测量系统

磁道结构与工作原理

磁环表面录有两条同心磁道:主极道(M1) 与 副极道(N1)。主极道负责提供位置基准,副极道比主极道少 1 个极对;由于两条磁道在圆周上等长、极对数量相差 1,两者的相位差随转动在整个圆周内单调变化且唯一,芯片读取两路信号的相位差即可解算出绝对角度。

轴向游标磁环码盘:径向充磁磁道图案
磁环码盘:主极道与副极道径向充磁图案

规格明细表

标准零件共 4 种规格,覆盖不同直径与极对数量;下表 项目的行、型号的列,逐项给出数值。

① 磁环特性

项目 150A32 150A64 200A32 128A64
副极道极对数量(N1) 31 63 31 63
副极道扫描读取直径 23.36 mm 53.90 mm 32.80 mm 44.95 mm
副极道极宽度 1.18 mm 1.34 mm 1.66 mm 1.22 mm
主极道极对数量(M1) 32 64 32 64
主极道扫描读取直径 30.56 mm 61.10 mm 40.80 mm 52.15 mm
主极道极宽度 1.50 mm 1.50 mm 2.00 mm 1.28 mm
芯片中心径向位置 13.8 mm 28.75 mm 18.40 mm 24.28 mm
配合使用芯片 iC-MU150 iC-MU150 iC-MU200 iC-MU
芯片到磁环的安装间隙 0.4 mm 0.4 mm 0.5 mm 0.4 mm

② 结构参数(单位:mm)

轴向游标磁环截面尺寸标注示意图
磁环截面尺寸标注:ØD1 内径 · ØD2 磁性轨道内径 · ØD3 外径 · E1 不锈钢厚度 · E2 总厚度
项目 150A32 150A64 200A32 128A64
磁环内径 ØD1 18.00 +0.03 / −0.00 47.40 +0.03 / −0.00 25.00 +0.03 / −0.00 38.00 +0.03 / −0.00
磁性轨道内径 ØD2 20.50 ±0.1 49.90 ±0.01 29.10 ±0.01 41.00 ±0.01
磁环外径 ØD3 34.00 ±0.2 64.50 ±0.2 44.00 ±0.2 55.00 ±0.2
不锈钢厚度 E1 0.6 +0.01 / −0.05 0.6 +0.01 / −0.05 0.6 +0.01 / −0.05 0.6 +0.01 / −0.05
总厚度 E2 1.10 ±0.1 1.10 ±0.1 1.40 ±0.1 1.10 ±0.1

③ 材料特性

项目 参数
20 ℃ 剩磁 Br 25 mT
剩磁温度系数 Tc −0.19 %/K
矫顽场强 240 KA/m

典型应用

  • 速度测量
  • 位置与角度测量
  • 绝对角度测量
  • 医疗应用
  • 自动化生产线
  • 机床与机器人

磁环可用于安全与维护场景的位置、速度控制,是医疗设备、自动化产线及机床机器人等场合的关键部件。

安装与使用注意事项

  • 避免外部强磁场 —— 外部磁场可能改变功能特性、降低系统精度或损坏磁环磁化,系统功能可能无法得到保证。必须避免与磁夹或其他永磁体直接接触。
  • 保证安装间隙 —— 芯片到磁环的安装间隙应控制在 0.4 mm(150A32 / 150A64 / 128A64)或 0.5 mm(200A32),并保持全周均匀。
  • 控制工作温度 —— 建议在 −40 ℃ ~ +120 ℃ 范围内使用,超出范围磁性能将无法保证。
  • 避免过载冲击 —— 磁环可承受 500 g 冲击与 2000 Hz 振动,安装与运转中请勿超过该量级,避免机械损伤。
  • 安装面清洁 —— 粘接前请清洁安装面,避免油污与粉尘影响粘合强度;强粘合工艺支持最高 20000 转/分的转速。

安装准则

轴向磁环的最终精度并不只由零件规格决定,气隙、偏心与端面倾斜三项安装公差往往才是关键。完整安装准则(PDF)给出安装前必须锁定的三组尺寸、气隙的取值与全周四点检验方法、偏心与倾斜的成因与控制手段、交合与压装两种固定方式、使用环境边界,以及装后验证三步法与四规格安装参数总表。

延伸阅读

游标原理在旋转与直线两种形态下的用法,以及小直径关节的选型要点:

说明:以上为轴向游标磁环的标准零件规格。厂家直销模式,支持按传感器类型、直径、极对数量与安装方式定制;特殊工况请联系我们确认选型。

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FAQ

常见问题

关于选型与使用,工程师最常问到的几个问题。

轴向游标磁环和圆光栅该怎么选?

看工况,不看纸面分辨率。磁环的码道直接充磁在磁性硫化橡胶层里,由不锈钢环支撑,读取是非接触的,油污、粉尘、切削液、盐分和润滑脂都不影响信号,工作温区 −40 ℃ ~ +120 ℃,可承受 500 g 冲击与 2000 Hz 振动,总厚度只有 1.1 mm,强粘合工艺支持 20000 转/分。圆光栅靠玻璃或金属盘上的刻线做光电读取,分辨率可以做得更高,但刻线一旦沾上油污粉尘就会丢信号,玻璃盘怕冲击怕振动,轴向尺寸也更大。轴端有油、有粉尘、有冲击,或者要薄要高速,选磁环;洁净环境、轴端空间充裕、追极限分辨率,选圆光栅。机床、机器人关节、医疗设备与自动化产线这类现场,磁环的可用性通常更好。

轴向磁环和径向磁环该怎么选?

区别在码道做在哪个面上,也就是芯片从哪个方向读。轴向游标磁环的主极道(M1)与副极道(N1)都在磁环端面上,芯片正对端面、沿轴向读取,磁环装在轴端靠端面定位,轴向只占 1.1 mm(200A32 为 1.4 mm),适合轴端可用但轴向空间紧张的结构。径向磁环的码道在圆周面上,芯片从侧面径向靠近读取,适合轴端被其他零件占住、只能从侧面接近的场合。一句话判断:芯片能不能正对轴端 —— 能,选轴向;只能从侧面进,选径向。两者都是双码道游标结构,绝对测量、上电免回零的性质一致,差别只在安装方向。

极对数越多分辨率越高吗?32 和 64 极对怎么选?

极对数决定一圈里有多少个电气周期。IKVE 标准件给 32 与 64 两档主极道极对(副极道对应 31 与 63,相差 1 对,这是游标解算的基础):32 极对每对占 11.25°,64 极对每对占 5.625°。芯片在单个周期内做内插细分,同样细分倍数下,64 极对的分辨率是 32 极对的两倍。代价是极宽变窄 —— 128A64 的主极道极宽只有 1.28 mm,比 200A32 的 2.00 mm 窄得多,对安装面精度与气隙均匀性的要求随之收紧。所以不是越多越好:先定需要的分辨率,再确认安装面能不能做到对应精度;安装条件一般就选 32 极对。极对数是磁环的物理属性,选定后不能改,要更高分辨率只能换规格或提高芯片内插倍数。

气隙、偏心、端面倾斜的公差要求是多少?

气隙是最硬的一条:芯片到磁环的安装间隙,150A32 / 150A64 / 128A64 为 0.4 mm,200A32 为 0.5 mm,且必须全周均匀。偏心(磁环中心与轴心不重合)和端面倾斜会直接调制这个气隙 —— 转到偏心方向气隙变大,反方向变小;端面倾斜则让气隙随转角波动。两者造成的角度误差都以每转一次的频率为主,靠后级软件补不掉,只能在机械上做准。控制手段三条:磁环内径 ØD1 按 +0.03 / −0.00 公差与轴做过渡配合压装,不允许有可测的径向窜动;端面靠轴肩刚性定位,压装后检查端面跳动;装完用四点法在 0°/90°/180°/270° 各测一次气隙,读数的极差就是偏心与倾斜的综合反映。三组尺寸的具体限值与检验方法见《轴向磁环安装准则》PDF,选型阶段建议先按那张表核对安装面能不能做到。

能替换多摩川或海德汉的现有编码器吗?

要分机械、电气、精度三层看,不能一概而论。机械层最容易过:磁环是套在轴上的独立零件,内径 ØD1 有 18.00 / 25.00 / 38.00 / 47.40 四种标准规格(+0.03 / −0.00),总厚 1.1 ~ 1.4 mm,只要原编码器的轴端有对应轴肩和安装高度,就能重新配磁环与读数头支架装上去;轴径不在标准档内的可按尺寸定制。电气层需要设计:磁环本身不带电路,输出接口由配套的 iC-Haus iC-MU 系列芯片决定,该系列提供 BiSS-C、SSI 与增量 ABZ 等接口,对接原控制器通常要一块接口转接板,不是插上就用。精度层最需要提前确认:磁环系统的角度精度由极对数、芯片内插倍数与安装质量共同决定,与高精度光电编码器不在同一量级,如果原设计是角秒级定位,替换前必须把实际需要的精度、重复性与带宽列出来重新核算。我们的做法是先拿原编码器型号、轴端图纸、输出协议和精度要求做一次匹配评估,再给磁环规格与芯片方案。