电子发烧友网报道（文/吴子鹏）电机上的编码器通过将机械位置转换为电信号，用于检测电机轴的旋转位置、速度、角度和方向，从而实现对电机的精确控制。一般而言，带有编码器的电机具有高精度、高可靠性、实时反馈、优化系统性能等优势。 从物理介质的不同来分，伺服电机编码器可以分为光电编码器和磁电编码器，另外旋转变压器也算一种特殊的伺服编码器。 电机驱动系统里的编码器当然，并不是所有的电机驱动都需要用到编码器，比如一些中低端的电机驱动应用，采用的是开环的速度控制，就不需要编码器。也就是说，开环控制是没有电机编码器反馈系统的控制，由于没有编码器，加上控制器成本也低，因此开环控制系统一般都很便宜。不过，开环控制也有其缺点，包括精度差、可靠性差、抗干扰能力差等。一般而言，开环控制受到外部环境和负载变化等因素的影响较大，容易导致输出精度下降，不利于高精度的运动控制任务‌。 闭环控制会将系统反馈纳入控制考虑范围，因此电机的闭环控制会考虑电流和位置等电机信号的反馈，也就会应用到编码器。上述提到了电机驱动编码器以物理介质的分类方式。实际上，分类的方式有很多，比如可以以测量方式来分类，包括增量式编码、绝对式编码器和混合式编码器。例如，如果是增量式的磁电编码器，就是利用霍尔效应将电机的位移转为计数脉冲，用脉冲来测量速度和位移；如果是增量式的光电编码器，就是利用光电效应将电机的位移转为计数脉冲，用脉冲来测量速度和位移。 同时，对于各种不同类型的电机，对于编码器的要求也不太一样。比如，在交流电机中，电机编码器用于更精确的速度控制，并且通常需要具有更强大的IP，冲击和振动参数；在直流电机中，提供了一种测量转子速度的机制，并为驱动器提供闭环反馈，以实现精确的速度控制。 回归到物理介质的分类方式，目前光电编码器和磁编码器是应用最广泛的。其中，光电编码器一般会具有更高的精度和分辨率，因此采用光电编码器能够实现更精准的控制。不过，光电编码器对于光线和灰尘的反应也更大，在恶劣的使用环境中性能容易被影响，这一点磁编码器就拥有很大的优势，因为磁编码器的抗干扰能力很强。因此，在工业控制和机械等环境非常恶劣且需要更高可靠性的领域，磁编码器是主流的选择。 磁编码器具有体积小、重量轻、工作温度范围宽、抗冲击、抗震、稳定性强的优点，在机器人、工业母机和汽车领域应用广泛。目前，磁编码器在高精度、高可靠性控制市场上占据着主导地位，2023年磁性编码器在整个编码器市场占比超40%。根据Yole Group的统计数据，2027年全球磁编码器的市场规模将增长至23.19亿美元，汽车为最核心应用场景。在新能源汽车上，磁编码器主要应用在逆变系统、电机冷却系统和启动发电机系统等方面，单车价值量超过500元。 当然，越是智能化水平高，需要精准控制的领域，磁编码器的价值量越高。比如人形机器人，在特斯拉Optimus机器人的器件清单里，编码器用量超过了50个，价值量超过了7500元。在人形机器人的关节和灵巧手等环节，磁编码器优势明显。 磁编码器的供应格局如上所述，磁编码器使用磁场传感器来检测磁性标记的位置，通常通过检测磁性标记的位置变化来测量转动或线性位置，通常具有较高的分辨率和精度，并对于环境条件的变化具有较好的稳定性。 据统计，目前全球磁编码器供应商主要包括Heidenhain、Dynapar、Tamagawa、Baumer、Pepperl+Fuchs、Renishaw、Broadcom、Sensata Technologies和Freudenberg Sealing Technologies等。 其中，德国Heidenhain（海德汉）和日本Tamagawa（多摩川）凭借技术实力和市场经验，占据了较大的市场份额。目前，全球TOP 5级别厂商——Heidenhain、Dynapar、Tamagawa、Baumer和Pepperl+Fuchs占据市场47%的份额。 通过Heidenhain官网能够看到，该公司为伺服电机控制应用提供非常丰富的旋转编码器和角度编码器，满足不同的定位和控制任务要求。这些编码器可连接常规电缆和接头，也可以连接创新的HMC 6单电缆解决方案，支持EnDat 2接口，或连接HMC 2电缆，支持先进的EnDat 3接口。Heidenhain也面向不同的应用去推出编码器，比如面向力矩电机应用，该公司可提供的编码器包括旋转编码器和模块型角度编码器，专用于大型空心轴电机。 其中，ECM 2400系列便是Heidenhain开发的应用于力矩电机的磁电扫描系列，可配不同尺寸和形状的栅鼓。内径可达260 mm，可在编码器内轻松布线电缆，结构紧凑，可安装在有限空间中。ECM 2400系列支持在连续负载和反向负载情况下进行高轴速运动，甚至可在安装中使用机械防松保护功能。在高轴速下，不增加编码器的声学工作噪声。ECM 2410系列角码器也提供功能安全特性和机械连接防松保护功能。安装在应用中后，可达SIL 2级安全，最大限度减少故障，实现机床的安全运行。 Tamagawa同样拥有丰富的编码器产品系列，包括增量式的、绝对式的，以及适用于单转弯和多转弯场景的。比如，Tamagawa公司SA48系列便是一款绝对式多圈智能编码器，具有优异的耐环境性，允许在恶劣的环境中使用，可实现高分辨率/高速跟踪。SA48系列可支持单转17位和多转16位，总计33位的高精度检测，支持双向串行通讯类型和自诊断运行，可用于中小型马达、机器人、工程机械和树脂成型机等领域。 在国内厂商方面，赛卓电子、西安中科阿尔法电子科技、灿瑞科技、多维科技、矩阵光电等都可以供应磁编码器，不过产品力和市场认可度还和Heidenhain、Tamagawa等公司有很大差距。 结语磁编码器具有体积小、重量轻、工作温度范围宽、抗冲击、抗震、稳定性强的优点，在工业控制、机器人和新能源汽车领域应用广泛，不过当前磁编码器的供应依然是以国际厂商为主导，尤其是Heidenhain和Tamagawa的产品在市场上广受认可。