컴팩트하고 안정적인 모터 엔코더 기술

Jun 14, 2023

이제 광범위한 산업 응용 분야에서 AC 모터가 지배적으로 사용되면서, 정확할 뿐만 아니라 현재의 까다로운 기계적, 전기적, 자기적 환경을 견딜 수 있는 모터 샤프트 속도, 위치 및 방향을 모니터링하는 보다 신뢰할 수 있는 방법에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 이 기계에서. Phil Burge는 이러한 문제를 극복하는 동시에 샤프트 장착 인코더에 비해 더욱 컴팩트한 솔루션을 제공하기 위해 통합 센서 베어링을 설계할 수 있는 방법을 설명합니다.

기존 엔코더는 모터 샤프트 속도, 방향 및 위치를 측정하기 위해 수년 동안 사용되어 왔지만 기본적으로 모터 샤프트에 추가 공간이 필요한 '볼트 연결' 추가 장치입니다. 게다가 이러한 엔코더는 기계적 충격 부하에 매우 취약하며 해당 측정 출력은 국부적으로 강한 전기장 및 자기장에 의해 부정적인 영향을 받을 수 있습니다.

한 가지 해결책은 속도 및 방향 센서 기능을 모터 샤프트 베어링 어셈블리와 통합하여 '센서 베어링'을 만드는 것이었습니다. 이 배열은 공간 문제를 해결하고 기존 샤프트 장착 인코더에 대한 컴팩트한 대안을 제공하며 더 적은 수의 엔코더를 제공합니다. 움직이는 부품.

그러나 모터 샤프트의 속도, 방향 및 위치를 감지하기 위해 홀 효과 장치를 사용하는 센서 베어링 기술은 모터 전류에 의해 생성되는 강한 자기장의 간섭에 취약하며, 대규모 산업 장치의 경우 수백 암페어에 이를 수 있습니다. . 효과적인 차폐, 전자 필터링을 사용하거나 모터의 전기장 및 자기장에 영향을 받지 않는 감지 기술을 사용하여 민감성을 줄이거나 제거할 수 있습니다.

AC 모터 제어 응용 분야를 위한 최신 센서 베어링은 두 가지 특정 시장 요구 사항을 해결합니다. 즉, 감지 배열을 더욱 견고하게 만들고 모터 응용 분야의 극한 기계적 및 전자기(EM)로부터 더 잘 보호하고, 고도의 설계자를 위한 저렴한 솔루션을 제공하는 것입니다. 자동화된 메카트로닉스 시스템.

예를 들어 SKF의 BMD 시리즈는 지게차와 같은 산업용 차량에 사용되는 깊은 홈 볼 베어링과 임펄스 링으로 구성된 센서 어셈블리, 센서 요소가 포함된 센서 본체, 보호용 패러데이 케이지 및 내장 EM 필터를 결합합니다. .

이러한 센서 베어링 장치는 홀 효과 기술을 사용하여 증분 인코더 신호를 생성합니다. 베어링의 내부 링에 부착되는 임펄스 링은 일련의 북극 및 남극을 포함하는 복합 자화 링이며 극 수는 베어링 크기에 따라 다릅니다. 외부 베어링 링에 부착된 센서 본체는 홀 효과 셀과 제어 전자 장치를 보호하여 분당 14,000에서 0까지 정확한 증분 인코더 신호를 제공합니다. 대체 측정 기술을 사용하면 어려울 수 있으므로 매우 낮은 각속도를 측정하는 이러한 장치의 능력은 특히 주목할 만합니다.

홀 효과 셀은 90° 위상 분리된 두 개의 구형파로 구성된 출력 신호를 생성합니다. 이러한 위상 변화는 회전 방향에 따라 부호를 변경하는 반면, 직교 위상에 두 개의 신호가 있으면 처리 장치에서 회전당 각도 위치 증분 수를 곱할 수 있습니다. 예를 들어 회전당 64개의 펄스가 있는 표준 센서 베어링과 두 신호 각각의 상승 및 하강 시간을 감지할 수 있는 표준 전자 인터페이스를 사용하면 회전당 256개의 전기 이벤트를 얻을 수 있으며 이는 각도 분해능으로 변환됩니다. 1.4°. 두 개의 전기적 이벤트(두 구형파의 상승 및 하강 에지인 이벤트) 사이의 시간을 측정하여 느린 속도를 얻을 수 있습니다. 고속은 주어진 기간 내의 전기적 이벤트 수를 계산하여 측정됩니다.

센서 베어링 설계의 발전으로 최대 150°C의 주변 온도에서도 작동할 수 있게 되었습니다. 이러한 열 성능은 열충격, 심한 진동 및 극심한 EM 조건을 생성하는 차량 응용 분야에서 일반적으로 경험되는 환경에서 중요합니다. SKF의 BMD 설계의 경우 새로운 보호 기술(기계식 및 전자식)도 지원됩니다. 센서 본체 외부에 형성된 패러데이 케이지는 외부 자기장에 대해 효율적인 물리적 차폐를 제공하는 반면, 전자 차폐는 전력 서지 및 정전기 방전으로부터 센서를 보호하는 통합 EMI 필터를 통해 구현됩니다.