浅析亨士乐电容式编码器的设计

浅析亨士乐电容式编码器的设计

电容的基本原理由公式C=εS/d定义，其中ε代表极板间介质的介电常数，S为极板覆盖的面积，d为极板之间的距离。在Hengstler编码器的运作过程中，电容的介质基本保持恒定，尽管极板间距可能会因轴向移动而产生微小变化，但这些变化可通过技术手段进行校正。因此，电容的大小主要取决于极板的正对面积，而与外部因素如磁场、电场、辐射、安装精度及温度等几乎无关。这一特性使得电容式编码器能够在极端环境下保持极高的精确度。


图为亨士乐AM64超薄绝对值编码器照片

电容式编码器的核心组件包括：

发射极：采用完整的铜质基板，并通入Vm*cos(wt)的时变电压作为时间基准信号。
接收极：由多个小铜片沿圆周均匀分布，形成环形布置，与发射极保持平行，共同构成电容结构。
转子：
  三片结构：位于发射极与接收极之间，具有环形齿状正弦轮廓。当转子随电机轴旋转时，其交替划过空气或转子材料，由于两者介电常数的显著差异，导致电容值发生变化，通过解算可获取实时位置信息。
  两片结构：转子旋转时仅改变电容板的正对面积，其中发射极与调制转子被集成在一起。

电容式编码器的结构设计：

整体构成：Hengstler编码器由发射极、调制转子及接收极三部分组成，均采用PCB印制技术制造，确保产品的精度与一致性。
发射极设计：由一整块铜环构成，提供稳定的电压基准。
接收极布局：接收极由四组小铜片组成，每组均与发射极形成电容，四组铜片按顺序排列。
扇区与齿对应：每四个相邻的小铜片组成的扇区（如A、B、C、D）与调制转子的一个齿的角度（θ）相匹配。

电容式编码器在运行时，调制转子随电机轴旋转，依次遮挡接收极的四组铜片。随着遮挡面积的变化，电容值也随之改变。由于编码器一圈内任意位置的遮挡面积都是唯一的，因此对应的电容值也是唯一的。这一特性使得电容式编码器成为绝对式编码器，即使在断电后也能保持位置信息不丢失。

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