maxon sensor Technik – kurz und bündig

maxon sensor
maxon sensor
Technik – kurz und bündig
Istwertgeber
Programm
maxon bietet eine Reihe von Istwertgebern an.
Ihre Hauptmerkmale sind:
– Digitaler MILE-Encoder
– Digitaler MR-Encoder
– Digitaler Hall-Effekt Encoder
– Digitaler optischer Encoder
– DC-Tacho
– Resolver
Digitale Inkrementalencoder
– Relatives Positionssignal, geeignet für
Positionieraufgaben
– Drehrichtungserkennung
– Drehzahl aus Anzahl Impulse pro Zeiteinheit
– Standardlösung für viele Anwendungen
DC-Tacho
– Analoges Drehzahlsignal
– Drehrichtungserkennung
– Ungeeignet für Positionieraufgaben
Resolver
– Analoge Rotorposition
– Analoges Drehzahlsignal
– Aufwändige Auswertelektronik in der
Steuerung nötig
– Für spezielle Lösungen in Zusammenspiel
mit Sinuskommutierung bei EC-Motoren
Digitale Inkrementalencoder
Encoder-Signale
Für die Weiterverarbeitung in der Steuerung liefern die Encoder ein einfaches Rechtecksignal,
dessen Impulse für eine genaue Positionierung
oder zur Drehzahlbestimmung gezählt werden
können. Kanal A und B sind phasenverschobene Signale, die zur Drehrichtungserkennung
miteinander verglichen werden.
Dabei gilt die unten skizzierte Phasenlage der
Kanäle A und B für den Motorbetrieb im Uhrzeigersinn (CW), wenn stirnseitig von aussen auf
die Motorwelle gesehen wird.
Die Flanken des Indexkanals I können zur
präzisen Bestimmung einer Referenzposition
(«home») herangezogen werden.
Der Line Driver erzeugt Komplementärsignale
– – A, B, I mit deren Hilfe die bei langen Signalleitungen auftretenden Störungen eliminiert
werden können. Daneben verbessert dieser im
Encoder eingebaute elektronische Treiber die
Signalqualität durch steilere Flanken.
Darstellung der Ausgangssignale
eines digitalen Encoders
Magnetoresistives (MR) Prinzip
Beim MR-Encoder erzeugt die auf der Motorwelle angebrachte vielpolige Magnetscheibe
einen sinusförmigen Spannungsverlauf im MRSensor. Durch Interpolation und elektronische
Signalaufbereitung entstehen die typischen
Encodersignale.
Eigenschaften
– Minimaler Platzbedarf
– Keine vorkragenden Teile
– Dank Interpolation hohe Impulszahl
– Diverse Impulszahlen wählbar
– Indexkanal wählbar
– Line Driver wählbar
Magnetisches Prinzip mit Hall-Sensoren
Beim magnetischen MEnc-Encoder sitzt ein
kleiner, mehrpoliger Dauermagnet auf der Motorwelle. Die Änderungen des Magnetflusses
werden von Hall-Sensoren erfasst und als
Kanal A und B der Elektronik zugeführt.
Eigenschaften
– Kleine Baugrösse
– 2 Kanäle A und B
– Line Driver nicht möglich
– Tiefe Impulszahl
Schematischer Aufbau der
Magnet-Encoder
1 Abschlussdeckel
2 Elektrische Anschlüsse Motor und Encoder
3 Print
4 MR-Sensor
5 ASIC
6 Polrad
7 Encoder-Gehäuse
8 Motoranschlüsse
9 Motor
= Massverkörperung
+ Träger für Massverkörperung
Optisches Prinzip
Beim optischen Prinzip der Gabellichtschranke
(Beispiel: HEDL, HEDS, Enc22) sendet eine
LED Licht durch eine fein gerasterte Impulsscheibe, die an der Motorwelle starr befestigt
ist. Der Empfänger wandelt die Hell-Dunkel-Signale in entsprechende elektrische Ströme um,
die in der dazugehörigen Elektronik verstärkt
und zu Impulsen aufbereitet werden.
Eigenschaften
– Grosser Platzbedarf mit vorkragendem Teil
– Hohe Impulszahl
– Indexkanal möglich
– Line Driver möglich
– Hohe Genauigkeit
Induktives Wirbelstrom-Prinzip
Beim induktiven MILE-Encoder wird ein hochfrequentes Magnetfeld auf eine strukturierte
Kupferscheibe gebracht und die winkelab-
hängige Feldverdrängung gemessen.
Eigenschaften
– Sehr robust gegen magnetische und elektrische Felder, sowie gegen Verschmutzung
– Sehr hohe Drehzahlen möglich
– Hohe Genauigkeit. Interpolationsfehler
werden mit einer Wertetabelle weitgehend
kompensiert
– Indexkanal und Line Driver vorhanden
– Absolutinterface (SSI) auf Anfrage
Schematischer Aufbau eines
optoelektronischen Encoders
90° e Phasenverschiebung A,B
360° e Zyklus
Indexpulsbreite
Phasenlage Indexpuls
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9
8
9
7
3
4
6
+
53
1
=
8
Grundsätzlich ist jeder maxon DC-Motor als
DC-Tacho verwendbar. Für Motor-TachoKombinationen bieten wir einen DC-Tacho an,
bei dem der Tacho-Rotor direkt auf der Motorwelle montiert ist.
1
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Merkpunkte zur Encoderauswahl
Hauptmerkmale der maxon Inkrementalencoder
sind:
– Die Anzahl Impulse pro Umdrehung
(Inkremente)
– Die Genauigkeit
– Die Verwendung eines Indexkanals
– Die Verwendung eines Line Drivers
– Die maximale unterstützte Drehzahl
– Die Eignung für spezielle Umgebungs-
bedingungen (Staub, Öl, Magnetfelder,
ionisierende Strahlung)
Encoder und maxon Regler
– Standardmässig sind die maxon-Regler auf
Encoder mit 500 Inkrementen voreingestellt.
– Je höher die Impulszahl und je höher die
Genauigkeit, umso besser lässt sich ein
glatter, ruckfreier Betrieb auch bei kleinen
Drehzahlen erreichen.
– Die maxon-Regler lassen sich für den Betrieb
bei kleinen oder grossen Drehzahlen sowie
für Encoder mit tiefer oder hoher Impulszahl
einstellen.
– Die Regelelektronik kann die maximal mögliche Impulszahl des Encoders beschränken.
Speziell für Positioniersysteme gilt:
– Bei allen maxon Positioniersystemen werden
die Signalflanken ausgewertet. Dadurch
ergibt sich in Bezug zur Impulsanzahl des
Encoders eine vierfach höhere PositionierAuflösung. Man spricht in diesem Fall von
sogenannten Quadcounts.
– Je höher die Impulszahl, umso genauer kann
eine Position erreicht werden. Bei 500 Impulsen (2000 Quadcounts) wird eine Winkelauflösung von 0.18° mechanisch erreicht, was
meistens viel besser ist als die Genauigkeit
der mechanischen Antriebskomponenten
(z.B. aufgrund des Getriebespiels oder Elastizitäten von Antriebsriemen).
– In Positioniersteuerungen sollten nur Encoder mit integriertem Line Driver (z.B. RS422)
verwendet werden. Damit wird verhindert,
dass elektromagnetische Störsignale zu
Signalverlusten und aufkumulierten Positionsfehlern führen.
– Positionieranwendungen benötigen oft den
Indexkanal des Encoders zur genauen Referenzpunktermittlung.
Empfehlungen zum Einsatz
der maxon Encoder
MILE
✓
✓
✓
✓
✓
A/D
präzise Position
✓
cos
✓
LUT
sehr kleine Drehzahl
✓
MEnc
✓
Indexkanal möglich
MR
Line Driver möglich
arctan
sin
sehr hohe Drehzahl
(✓)
✓
✓
Staub, Schmutz, Öl
✓
✓
✓
ionisierende Strahlung
Eigenschaften
– Abgegebene Gleichspannung proportional
zur Drehzahl dank Edelmetallbürsten
– AINiCo-Magnet für hohe Signalstabilität bei
Temperaturschwankungen
– Ohne zusätzliche Tacho-Lagerung, kein
zusätzliches Reibmoment
– Keine Kupplungen, hohe mechanische
Resonanzfrequenz
Resolver
Der Resolver ist auf die durchgehende Welle
des Motors aufgebaut und in exaktem Bezug
zum Magnetfeld des Motor-Rotors ausgerichtet.
Der Resolver hat eine drehbare Primärwicklung
(Rotor) und zwei räumlich um 90° versetzte
Sekundärwicklungen (Stator). Eine an die
Primärwicklung angeschlossene Wechselspannung wird transformatorisch auf die zwei Sekundärwicklungen übertragen. Die Amplituden
der Sekundärspannungen sind sin j und cos j,
wobei j der Drehwinkel ist.
Eigenschaften
– Robust, für den industriellen Einsatz
– Hohe Lebensdauer
– Kein mechanischer Verschleiss
– Störungssichere Signalübertragung über
weite Distanz
– Keine empfindliche Elektronik
– Spezielle Signalauswertung nötig
– Nur ein Geber für Positions- und Geschwindigkeitsinformation
– EC-Motoren mit Resolver werden ohne
Hall-Sensoren geliefert.
Schematischer Aufbau eines Resolvers
Optisch
Schematischer Aufbau
des induktiven MILE-Encoders
DC-Tacho
✓*
*auf Anfrage
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