各类电机有没有编码器？如何分类？

1 电机的基本介绍

电机，是指根据电磁感应定律，对电能进行转换的执行设备，可根据能量转化的不同，分成电动机和发电机。电动机，俗称马达，即将电能转化为机械能，也是我们常见常用的方式;发电机，即将机械能转化为电能，用于发电等场合。

1.1伺服电机

电机分类方式不同，叫法也各不相同，下面简单通过几种分类方式和流程图，来介绍一下电机的分类。

首先，按照工作电源种类划分，可分为直流电机和交流电机。其中直流电机按照结构和工作原理，又可分为无刷直流电机和有刷直流电机;交流电机，按照电压的不同，又可分为单相电机和三相电机。其次，按照结构和工作原理划分，可分为直流电机、同步电机和异步电机，其中同步电机又可分为永磁同步电机、磁阻同步电机和磁滞同步电机;异步电机又可分为感应电机和交流换向器电机。最后，按照用途划分，可分为驱动用电机和控制用电机，其中驱动用电机又可分为电动工具用电机、家电用电机和其他通用小型机械设备用电机;控制用电机又可分为步进电机和伺服电机。

常见的伺服电机，是永磁同步交流伺服电机，其内部转子是永磁铁。驱动器通过控制U、V、W三相电形成电磁场，转子在电磁场的作用下转动，同时电机后衔接的编码器通过电机的运转产生反馈的编码器信号给驱动器，驱动器再根据反馈值和目标值进行比较，调整转子转动的角度。由此可以看出，电机的控制精度，取决于编码器的精度(或称为线数)。

什么是编码器?

编码器为传感器类别的一种，只要用来检测机械运动的速度、位置、角度、距离等。除了应用在机械外，许多电机控制，比如伺服电机均需配备编码器以作为换相、速度及位置的检测。

编码器分类：

按外形分：轴型编码器、通孔型编码器、盲孔型编码器

按工作原理分：光电式和磁电式

磁电式相比于光电式：

具有防尘、防油、抗震动的特性;

调试方便、安装简单;

相同精度可以做到体积更小;

适用于更加恶劣的环境。

按输出信号分为：模拟量信号、数字信号模拟量信号又分为：旋转变压器和正余弦编码器;

旋转变压器精度较低，抗干扰能力强，应用于干扰较多的场景;

正余弦编码器精度相对较高。抗干扰能力一般，应用转速很快的场景较多。

数字信号分为：增量式和绝对值式;增量式ABZ编码器、绝对值式分为单圈和多圈。

增量式编码器：增量式掉电或电源出现故障时位置信息会丢失;在每一个通道信号上加一个反向输出，反向信号的存在主要是为了消除干扰以及补偿损耗以便长距离输出。配图(ABZ)

绝对值式的位置信息一直可用，即使在掉电情况下。

单圈绝对值：在0-360°的每一个角度位置传输一个唯一的信号，应用于角度测量以及往复运动的测量。

多圈绝对值：相对于单圈绝对值增加记圈数功能，每一圈的每一个位置都是唯一的。

编码器通讯方式：分两种串行或者并行串行适用于增量式和绝对值式，绝对值式需要线束上带电池。

并行适用于全线式和省线式。

编码器与系统交互1.与驱动器交互

第一步：驱动器发送读取编码器数据命令;

第二步：编码器接收命令，发送位置数据给驱动器;

2.与系统交互

常见的故障分析编码器本身故障

连接线缆故障

编码器+5V电源下降

绝对值式的电池电压不足

编码器屏蔽线未接或脱落

光栅污染(光电式)

伺服电机编码器分类

伺服电机编码器是由一组相连接的传感器构成，每个传感器由多个不同精度的分度头和一定数目的编码器组成，通过对分度头不同位置的编码器信号分析，可以得到转速和位移。

伺服电机编码器也叫位置传感器或机械加速度计。

它能直接获取旋转机械的速度、角位置等信息，是现代机械装置中主要的信号源之一。

伺服电机编码器分很多种，有直接转速型编码器、有位置分辨率型编码器、有高精度位姿编码输出和高灵敏度位移测量等类型;下面我们来了解一下伺服电机编码器如何分类：

一、直接转速型编码器

这种类型的编码器在转速为1000 rpm以上，在高负载下有很好的性能。

这种类型的编码器具有良好的抗振稳定性，在高负载下保持较高性能。

该类型编码器可以使用与交流伺服电机匹配的交流驱动器，例如 PID控制器和集成的驱动器等来控制编码器。

直接转速式编码器具有很好的稳定性，因此适用于大多数场合，包括要求高可靠性、高精度和长寿命要求的场合。

常见类型：1)直接转速型编码器(即伺服电机编码器);

2)直接转速型和位置分辨率型编码器;

3)多用途高速精密伺服驱动器。

二、有位置分辨率型编码器

有位置分辨率型编码器，是指将编码的每一点的角位移在坐标系中转换成位置的增量。

其原理是：把每一点按照一定的方向与角度排列，当转动编码器时，旋转点的角位移变化了，其对应轴上位置也随之变化。

在两个相同方向位置差中，一个为零另一个是正(反)零。

由于有位置分辨率型编码器可以通过旋转实现位移测量，因而有较高的测量精度和分辨率。

有位置分辨率型编码器通常采用三轴形式：

两个方向角(零值)信号分别输入两组输出信号：

三、高精度位姿编码输出

这种伺服电机编码器采用了一种非常高精度的技术，可以直接读取到编码器的输出。

通常来说，为了能够直接读到编码器输出端的输出信号，这类编码器还需要提供高精度的位移测量。

这种高规格的位姿测量系统可以与其他类型的伺服电机编码器配合使用。

这类编码器在设计上可以提供最大1/10μm的量程，因此可以提供一个非常高精度的位姿测量。

在一般情况下这种编码器是不能直接与外部传感器相连接来获取位移数据，而是需要安装在伺服电机内部来实现对外部位移传感器检测数据(如角度、位置、速度等)的读取。

另外还需要有一些专用仪器来获取编码器所输出信号。

四、高灵敏度位移测量

它是在位移测量的基础上，增加了一个信号发生器。信号产生电路由三个主要部分组成：数字信号发生器、线性放大器、放大单元。

线性放大器是用于放大输入脉冲宽度的设备，在一个脉冲中把两个脉冲叠加在一起，用来补偿系统对脉冲宽度的非线性效应，使输入电压达到线性输出电压的极限，即为输入信号所允许的最大值。

线性放大器和增益控制电路相结合构成高灵敏度位移测量模块(SAPS-A)。采用了高灵敏度特性、低功耗的运算放大器，以保证较高输出灵敏度和较长使用寿命。

该模块集成了两个通道：一个用于放大和反馈;另一个用来进行测量，可以使分辨率得到提高。

五、伺服电机转角传感器

伺服电机转角传感器是一种角位置(角速度)的测量装置，可应用于各种旋转机械，例如轧机、轧辊、卷取机、压花机、纺纱机等等。

它的结构与安装位置如图4-2所示。

其原理是通过测量旋转物体的角位移来计算转角的大小，从而获得旋转轴或物体相对于分度头的角速度。

该传感器通过安装在分度头上的两个偏心齿轮和两个偏心轮实现。

在安装位置时，两个偏心齿轮相互啮合从而使偏心轮产生径向力，通过测量出两个偏心轮之间的距离来获得转角参数。

当转矩发生变化时，也会产生位置变化和径向力的变化，从而输出信号;也可以用电机提供转矩(输入转矩)实现转角测量。

伺服电机编码器是一种直接测量旋转机械角速度和位置参数的设备。

六、直接驱动系统(可由电机直接驱动)

直接驱动系统，指伺服电机驱动系统直接由编码器产生信号，也就是通过电机带动编码器的转轴，在编码器的齿数上进行增加或减少达到控制编码器工作位置的目的。

直接驱动系统一般可以分为2种：一种是由电机直接带动分度头转轴产生信号;另一种是通过分度头与伺服驱动器相连接。

1、直接驱动系统：这种方式可以有效的避免机械编码器与伺服驱动器之间的相互影响，使编码器工作稳定可靠;

2、分度头与转轴之间采用光电隔离方式：这种方式可以有效的防止编码器和转轴因外部干扰而产生的信号畸变、噪声。

3、转轴与分度头之间采用霍尔元件进行连接：这种方式由于是直接将霍尔元件接在编码器上，因此无需考虑霍尔元件在电磁场中产生感应电流而影响其工作的问题。

4、采用磁屏蔽方式：这种方式主要用于电机和编码器之间存在干扰的场合，但是由于使用了磁屏蔽材料，因此可以有效地消除电机和编码器之间产生的电磁干扰。

七、可实现无机械运动的自动位置检测与控制

在检测与控制中，伺服电机编码器作为位置测量的工具，已被广泛应用。

伺服电机编码器的种类主要有：光电编码器(如光电编码器)、电磁编码器(如电磁、电磁式、磁场式等)、电容式编码器以及光电倍增管等。

在这类传感器中，电磁式编码器用来测量信号，当被测物通过时，由于传感器的机械运动，产生相应电信号;而电磁感应编码也是一种类似的原理，用来测量位置。

电磁式编码器在实际应用中使用最多，例如传感器、放大器、换能器或伺服电动机等都可以用来测量位置。

电磁编码器是通过安装在轴上的磁极组与安装在轴上的电容形成回路实现位置检测的。这类传感器一般是由三个电极组成：一组用于通入信号;另两组用于通出信号;第三组用于控制开关。