電機驅動系統(tǒng) (EMDS) 高度依賴位置編碼器來提升效率，并滿足日益嚴苛的法規(guī)要求。如圖 1 所示，位置編碼器將感知到的速度和位置信息反饋給控制器，從而實現(xiàn)高精度電機控制和同步。位置編碼器種類繁多，包括機械式、光學式、磁式或電感式。

圖1 通過編碼器實現(xiàn)高精度電機控制和同步

值得注意的是，旋轉電感編碼器在惡劣環(huán)境下具有顯著優(yōu)勢，能夠有效抵抗污垢、磁性碎屑、濕氣和沖擊等污染因素的影響。這些器件基于法拉第電磁相互感應原理，在工業(yè) 4.0 的各個領域得到廣泛應用，能夠測量變速箱、踏板、機械臂等眾多工業(yè)系統(tǒng)的位置移動。

旋轉電感傳感器原理

典型的旋轉電感編碼器有三個主要部件，如圖 2 所示。轉子安裝在旋轉電機軸上，定子安裝在編碼器外殼上。轉子和定子都有扁平線圈，這些線圈被集成在 PCB 上，而位置感知器件（例如安森美 (onsemi) 的 NCS32100 電感位置傳感器）通常安裝在定子上。

感知器件將正弦波（NCS32100 為 4 MHz）傳輸?shù)蕉ㄗ由系膭畲啪€圈，該線圈起到天線的作用，將能量耦合到轉子的接收線圈中。定子也有一組接收線圈，當轉子旋轉時，其線圈中的耦合能量會對定子接收線圈產(chǎn)生擾動。感知器件與定子接收線圈相連以接收輸入信號，并通過分析定子接收線圈中的擾動來測量轉子位置。

通過增加轉子和定子線圈的數(shù)量，改變線圈的模式，以及增加感知器件接收的輸入數(shù)量，可以提高旋轉電感編碼器的分辨率和精度。

圖2 旋轉電感編碼器有三個主要部件

安森美NCS32100簡介

NCS32100 是一款新近獲得專利的雙電感傳感器，非常適合工業(yè)市場應用，包括機器人、電機控制和定位、伺服應用等。

NCS32100 支持靜態(tài)高速應用，在高達 6,000 rpm 的轉速下可實現(xiàn) 50 角秒或更高的精度，功能轉子轉速最高可達 45,000 rpm。

全功能控制器和傳感器接口與非接觸式 PCB 傳感器配合使用時，可實現(xiàn)高分辨率、高精度角度感知。該器件具有高度可配置的 8 通道傳感器接口，支持連接多種類型的電感傳感器，并提供豐富的數(shù)字輸出格式。此外，它還提供了速度、溫度和備用電池測量，集成的電源電路支持寬 VCC 范圍和備用電池能力。

安森美基于Web的設計工具

旋轉電感編碼器的整體分辨率和精度，取決于定子和轉子 PCB 的設計以及感知器件的性能。PCB 設計具有挑戰(zhàn)性，對走線寬度和間距、通孔焊盤直徑、鉆孔直徑、銅和絕緣層的厚度等參數(shù)都有嚴格的容差要求。

鑒于不當?shù)脑O計會極大地影響編碼器的性能，安森美創(chuàng)建了基于 Web 的 NCS32100 PCB 設計工具，以指導工程師完成必要的 PCB 設計步驟。使用該工具時，用戶遵循三步流程（參見圖 3）：首先輸入一組明確的數(shù)據(jù)來描述編碼器設計，然后生成轉子和定子 PCB 的詳細圖紙，最后根據(jù)輸入的設計參數(shù)運行仿真。用戶運行的這些仿真根據(jù)輸入?yún)?shù)模擬接收器輸入幅度和角度誤差（角秒），通過迭代這些參數(shù)，解決方案就能針對成本和精度要求進行優(yōu)化。

圖3 使用NCS32100 PCB設計工具的三步開發(fā)流程

安森美助您更快實現(xiàn)盈利

旋轉電感編碼器因其穩(wěn)健性和抗污染能力，成為惡劣工業(yè)環(huán)境中電機控制方案的常見選擇。雖然安森美的 NCS32100 傳感器為設計人員提供了高度精確且可配置的方案，但糟糕的 PCB 設計可能會降低任何使用該傳感器的編碼器系統(tǒng)的整體性能。NCS32100 PCB 設計工具讓設計人員能夠放心地優(yōu)化 PCB 設計，而無需投入資源進行原型設計。PCB 線圈設計工具支持一系列輸入選項的快速迭代，幫助設計人員根據(jù)成本和精度要求迅速優(yōu)化 PCB 設計，從而加快開發(fā)進程并縮短產(chǎn)品上市時間。

工業(yè)系統(tǒng)制造商對其基于 NCS32100 的設計的精度充滿信心，因為在安森美進行的測試中，該器件的精度水平可與被視為行業(yè)標桿的精密 Gurley 編碼器相媲美。