Hřídelové enkodéry versus bezložiskové enkodéry

Zettex dodává indukční senzory po servořízení a enkodéry motorů pro odvětví lékařství, průmyslu, obrany, letectví a petrochemie. Zettex dodává indukční senzory po servořízení a enkodéry motorů pro odvětví lékařství, průmyslu, obrany, letectví a petrochemie. Zettex a Control Engineering Europe

Kde by se měly používat určité technologie enkodérů a proč?

Když si konstruktéři představí enkodéry, obvykle mají na mysli hřídelové enkodéry. Ty obvykle vypadají jako malý váleček s hřídelem vyčnívajícím z jedné strany – otočíte hřídelem a enkodér odešle elektrický signál podle úhlu natočení nebo změny úhlu natočení. Uvnitř většiny hřídelových enkodérů se nachází optický senzor a mřížka připojená k hřídeli. Když se hřídel otáčí, mřížka přerušuje světelnou dráhu senzoru a je produkován elektrický impulz. Jde o poměrně jednoduchý princip, zejména při měření nenáročných přesností za normálních podmínek.

Avšak při měření s přesností menší než 1° v nepříznivém nebo venkovním prostředí nemusejí být tyto enkodéry nejlepší volbou. Optické senzory nejsou robustní a neprospívají jim teplotní extrémy. Také cizí částice a nárazy mohou představovat problémy. 

Senzory používané v enkodérech

Alternativou je používat hřídelové enkodéry na bázi jiných technologií snímání. Mohou pracovat na kapacitním, magnetickém nebo indukčním principu. Kapacitní senzory jsou v nepříznivých prostředích stejně nespolehlivé jako optická zařízení. Magnetické senzory mohou v náročném prostředí fungovat dobře, avšak mají omezený měřicí výkon a jsou citlivé na stejnosměrná pole.

Indukční enkodéry (inkodéry) jsou novější záležitostí, ale stále více se používají jako alternativa k tradičním indukčním zařízením, jako jsou dekodéry (resolver) nebo rotační variabilní diferenciální transformátory (RVDT). Dekodéry a rotační variabilní diferenciální transformátory se využívají v aplikacích v těžkém průmyslu, letectví, obraně a lékařství. Inkodéry pracují na stejném základním fyzikálním principu jako dekodéry a nabízejí podobné úrovně spolehlivosti a výkonu.

Indukční hřídelové enkodéry jsou odolnější a kompaktnější než optické enkodéry a nabízejí kratší osovou délku. Uvnitř se hřídel otáčí v ložiskovém uspořádání. Ložiska jsou obvykle malá a nejsou určena pro významná zatížení. Hřídel, k němuž je enkodér připojen, s ním musí být souosý, aby nepůsobil proti vlastním ložiskům enkodéru. V případě nesouososti by ložiska enkodéru nevydržela dlouho.

V případě volnější montážní tolerance v dané aplikaci může flexibilní napojení hřídele minimalizovat dopady nesouososti. Při měření úhlů s vysokou přesností se však použití flexibilních spojení nedoporučuje. Úhlový posun hlavního hřídele nemusí mít nutně za následek stejný úhlový posun hřídele enkodéru, což může vést k „mrtvému chodu“ (hysterezi) a nepřesnosti.

Problémům s nesouosostí může zamezit také použití bezložiskového enkodéru. Ten využívá ložiska hostitelského systému namísto ložisek enkodéru. Bezložiskové enkodéry se obvykle dodávají jako dvě části – stator a rotor. Stator má obvykle elektrické připojení (pro přívod napájení a datový výstup), takže se obvykle připevňuje k hlavní kostře systému, přičemž rotor se připevňuje k otočnému prvku.

Nejčastější používanou metodou snímání je optická metoda. Jestliže provozní prostředí není čisté a stabilní, může docházet k problémům u bezložiskových optických enkodérů – často označovaných jako prstencové enkodéry. Optický prstencový enkodér obvykle využívá stacionární čtecí hlavu a otočný optický kotouč. Jestliže se měří s přesností pod 1°, pak instalační tolerance optického kotouče vzhledem ke čtecí hlavě vyžaduje pečlivé zvážení. U vysoce přesných prstencových enkodérů bývají tolerance inzerovaného měřicího výkonu uváděny v datovém listu drobným písmem. U některých optických prstencových enkodérů není ničím neobvyklým instalační excentricita pod 0,025 mm.

K dalším metodám patří indukční prstencové enkodéry, které fungují spolehlivě za extrémních teplot a v místech s přítomností nečistot. Mají větší toleranci vůči nesouososti, protože využívají ploché čelo statoru a rotoru namísto bodového měření jednou optickou čtecí hlavou. Indukční prstencové enkodéry se stále více preferují před plochými (pancake) nebo deskovými (slab) dekodéry.

Nejčastějším důvodem používání bezložiskového enkodéru je jeho velikost a tvar. Hřídelové enkodéry jsou kompaktní a jsou dostupné v provedení s průchozím hřídelem (neboli dutým hřídelem), ale jsou vzácné (drahé), když je průchozí otvor širší než 50 mm. Pro nízkou osovou výšku anebo velký otvor jsou vhodné bezložiskové enkodéry. Velký otvor umožňuje vést středem enkodéru kabely, trubky nebo mechanické prvky. 

Mark Howard je generální ředitel společnosti Zettlex, Spojené království. Upravil Mark T. Hoske, obsahový ředitel, Control Engineering, CFE Media, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript., na základě článku publikovaného v časopise Control Engineering Europe.

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com