图1  EBI1135

机器人和数控机床制造商需要具有更高效率、更精确和更紧凑型驱动器。史陶比尔公司决定开发出新的3种不同尺寸的伺服电机，由海德汉公司新开发EBI 1135缓冲电池式多圈绝对值旋转编码器适用于该伺服电机的定位和速度控制。

为了适应越来越短伺服驱动器的设计，使用多圈绝对值旋转编码器的长度和直径也必须减少。

机器人和数控机床制造商比以往任何时候都需要具有更高效率、更精确和更紧凑型的驱动器。为了满足这些未来的需求，史陶比尔公司（ST?BER）决定开发出新的3种不同尺寸的伺服电机，在2.8～31N·m的扭矩值有4个不同长度的版本。受益于其创新的电机设计，EZ系列同步伺服电机在一个非常紧凑的形式下提供一个非常高的功率密度。同样的，由海德汉公司新开发EBI 1135缓冲电池式多圈绝对值旋转编码器（图1）适用于该伺服电机的定位和速度控制。

新的制造方法

更小、更轻、更动态和更精确，这些都是从客户到Heinz B?zner先生（史陶比尔成本中心和电机事业主管）的共同需求。这些市场需求导致EZ系列伺服电机全新的开发，也就是现在推向市场的法兰尺寸从98～145mm的同步伺服电机。这些同步伺服电机速度高达6000r的高功率密度而且尺寸都非常短，这可能由生产定子绕组的创新方法而实现。Heinz B?zner先生说：“此前，史陶比尔的伺服电机，我们用一个完整的夹层定子铁芯到其中的绕组的独立外壳。然而，在EZ系列电机的情况下使用了齿状绕组，其中绕组为多层绕组（orthocyclic线圈）来生产，这确保了非常高的铜填充因子。此外，定子板不再焊接或铆接，而是粘合在一起时直接冲压。这意味着该板紧密地结合在一起，相比冲孔或铆接，这种制造方法确保更高的稳定性，从而减少振动，减少制动转矩，无铆钉或焊接接缝的光滑表面，反过来又可以防止涡流，也意味着夹层定子铁芯功率损失较少和更高的功率密度。”

Heinz B?zner先生提到的另一个亮点是“塑料封装绕组”，这确保了更好的散热。较高的铜填充因子、定子板绕组以及其他措施，如使用高能钕铁硼磁体的生产和封装后续的新的专利技术，允许电机体积将减少约 50%，具有相比与以前制造的伺服电机的相同扭矩。Heinz B?zner先生强调：“这些电机达到91%～95%的高效率，因此优于IE4的要求。因为体积较小，电机重量也降低了50%。新计算的转子设计及优化的转定子间隙也考虑到减少的转动惯量，从而提高了电机的动态响应。”

图2  电机截面

紧凑型电机需要紧凑的元件

Heinz B?zner说：“电机极其紧凑的设计，是我们不得不解决的设计问题，举例来说，转子轴承深入绕组尾端（图2）。为此我们需要一个非常小的编码器安装在凸轮轴上。以前ST?BER伺服电机安装的机械传动的多圈式旋转编码器，由于其尺寸因素已不再适合。因此，本着我们与海德汉有着多年的成功合作关系，咨询他们是否有一款旋转编码器可以放入这个空间，并能满足我们的高要求。最后，经过集中的测试，新开发的感应式旋转编码器EBI1135是我们的EZ系列伺服电机的最佳解决方案。”

“EBI 1135编码器是海德汉公司的第一代感应式多圈绝对值旋转编码器带缓冲电池的方式，”海德汉公司的市场营销和产品管理André Schramm博士解释说，“因此，与其他机械传动的多圈式旋转编码器相比，尽管其体积小，这种缓冲电池式的编码器，我们仍然可以实现同等的高层次控制和精度。这意味着高层次的控制性能也可以实现。”

Heinz B?zner笑着补充说：“只是有点可惜，在我们没有新编码器之前，我们已经完成了电机设计。否则，我们可能可以设计出另一个短的10mm电机。这种感应式编码器的圈数通过编码器内部计数器来计数并通过缓冲电池保持计数记忆，这意味着即使是电源故障，伺服电机的当前位置总是可以被读出。”缓冲电池必须安装在外部并与所有编码器连接，这是因为编码器在电机中温度过高。ST?BER的电池安装在同样也是新开发的AES中（图3）。AES安装在伺服控制器和旋转编码器电缆之间。这种解决方案的优点是：当伺服控制器被替换时，伺服电机的绝对位置会被安全地保留，而且电池很容易替换。

图3  AES

小型的旋转编码器具有非凡的性能

EBI 1135绝对多圈编码器的分辨率达到了34位（单圈18位，多圈16位）。模块化设计且无轴承和传动机构，是世界上最小的绝对旋转编码器，12.3mm的长度和直径只有36.83mm的外壳。因此，它是注定要应用于高动态伺服电机、自动化技术和工业机器人领域中。这个带电池缓冲的新的旋转编码器，特别优化了电感扫描技术以及外部坚固的设计，这个产品的精度达到±120"。良好的控制品质和大的允许轴向安装公差±0.3mm，宽电压范围3.6～14V。

和机械传动多圈方式相比，EBI 1135扩展到65536多圈值的范围，因而增加了客户的应用领域。电子记忆多圈无需额外的机械部件，也提高了冲击和振动的能力，同时确保了低噪声操作。

据André Schramm博士说，EBI 1135是第一个感应式编码器配备EnDat 2.2的输出。纯串行输出接口允许在时钟脉冲率高达8MHz的快速和安全的数据传输，实现了高动态响应。可应用在具有潜在高电磁干扰（如焊接机器人）的环境中。此外，3.6～14V的电压范围更大，不再有任何电缆压降问题。EBI 1135的多圈功能由圈数的计数器来实现。为了防止停电期间的绝对位置信息丢失，多圈数据必须与外部缓冲电池连接。这种电池缓冲计数的绝对值编码器目前广泛使用在亚洲，但EBI 1135这个产品的两个功能特别突出：一方面，在电池缓冲模式下的功耗降低至12μA（通常值约25μA）因此使用1500mA和3.6V的缓冲电池寿命约为10年。另一方面，在12000r/min的转速时电池缓冲模式也是允许的。在大部分情况下，同类产品在电池缓冲模式下需要大大降低允许的转速。

总结与展望

EBI 1135多圈绝对值旋转编码器是世界上最小的，它是伺服电机不断发展的需求和结果，如上文提到的关于长度和功率密度方面的EZ系列同步伺服电机这种情况。当前伺服电机已有广泛的各种类型可以选择，在不久的将来，也期待EBI 1135应用在更加广泛的行业和领域。