涨知识 | 传感器轴承单元在工业革命中的角色

SKF传感器轴承单元，用于准确地监测旋转或线性元件的状态，且具备以下特性:

• 结构紧凑

• 坚固可靠

• 简单快装式

SKF设计的集成传感器解决方案的可行性,已在各种工业和汽车应用中得到充分证实，如电机、电动车辆、压路机、拖拉机、叉车和输送机。包括以下典型应用:

• 电机管理

• 转速和位置传感

• 转速和位置传感

• 角位置测量

在许多应用中，能精确监测旋转部件的状态是至关重要的。对于需要编码器连续监测转速和旋转方向的交流电机来说，尤其如此。

SKF电机编码器单元(图1)是一种将有源传感器技术与SKF Explorer深沟球轴承结合在一起的轴承单元:

• 可以提供的信号分辨率为每转32到80个数字脉冲

• 结构紧凑，只比相应的标准深沟球轴承宽6.2 mm (图2)

• 快装式，可以安装在交流电机的任一轴承位置

• 适用的轴径范围从15到45mm不等

SKF电机编码器单元是-种结构紧凑的集成装置，包含(图3) :

• 62系列中的SKFExplorer深沟球轴承,且外圈带止动槽和RS1接触式密封件(单列深沟球轴承)

• 脉冲圈

• 传感器主体

• 连接电缆

与内圈相连的脉冲圈包括32到80个南北磁极。磁极的数量取决于轴承的尺寸。与外圈相连的传感器主体保护着SKF拥有专利权的霍尔感应器。由多根导线组成的连接电缆沿径向方向伸出。

轴承的一侧装有接触式密封件，用于保护轴承。轴承另一侧的脉冲圈和传感器主体构成有效的迷宫式密封件，可以防止润滑脂流失并阻止污染物进入轴承。

SKF电机编码器单元使用一个紧凑而坚固的传感器,用以产生增量式编码器信号。传感器可精确到每分钟零转速。传感器主体上的嵌入式有源电路(需要外部电源) 包含两个霍尔感应器，可产生由两个方波组成的输出信号(图4)。

电机控制器可以通过不同的方式解读此信号:

• 当首个信号的上升沿出现时，我们可以根据这时的相移来确认旋转方向

• 可以通过测量两个电气突变之间的时间差来确认低转速(突变是指任意一个方波的上升沿和下降沿)

• 可以通过测量给定时间内的电气突变数来确定高转速

两个方波彼此之间的相位差为90°。此相移随着旋转方向的变化而改变。图4显示了信号的一般规格。由于两个信号呈正交状态，处理单元可以使每圈的角位移增量数成倍增加。例如:通过使用标准SKF传感器轴承(每圈可产生64个脉冲)和标准电气接口(可以检测任何一个信号上升(低/高)和下降(高/低)的次数),就有可能获得每圈256个电气突变，转换为角分辨率就是1.4° (图4)。

SKF电机编码器单元在生产期间经过了100%的周期精度、占空比和相移测试，能够提供精确、可靠的信号，从而确保有效控制电机。

SKF电机编码器单元的标准配置如下:

• 带有由两个方波组成的输出信号的无连接插头，型号后缀为008A (图5)

• AMP Superseal TM接头(AMP Nos. 282106-1和282404-1),型号后缀为108A (图6)

标准电缆长度见产品表。有关其它连接插头或电缆长度的信息，请咨询嘉瑞技术工程师或客服。

SKF电机编码器单元:

• 在清洁的条件下，填充适用于电机最常见工作条件的高品质润滑脂(表2)

• 几乎不需要维护

轴承中的润滑脂寿命可根据闭式轴承的润滑脂寿命所述的方法进行计算。

电磁传感器有温度和电机功率限制。对于不能使用电磁传感器的工况，可以改用高性能感应式传感器。感应式传感器使用线圈来感应专个门]设计的感应齿环的转动。如需了解极端工况用电机编码器单元的更多信息，请咨询嘉瑞技术工程师或客服。

接收接口必须能够处理通过集电极开路(图7) 提供的信号。输出信号特性见表1。相移是两个信号的上升沿之间的延时(上文图4)。相移为1/4周期或90度。占空比是指高电平占整个信号的百分比(上文图4)，正常情况下为50%。

SKF电机编码器单元需要5V到18VDC的稳压电源才可工作。若为18V以上的应用，请咨询嘉瑞技术工程师或客服。

应该在电源和输出信号线之间安装上拉电阻(上文表2), 以将输出电流限制在20 mA以下。接地线和输出信号线之间的负载电阻至少应比上拉电阻高10倍。这样有助于保证输出信号的可读性。

正相移相当于信号B在信号A之前上升,表种圈顺时针旋转(从传感器一侧观察时) 。

SKF电机编码器单元可在国际标准IEC61000-6-2中所述的恶劣电磁环境下工作。

所有标准SKF电机编码器单元都采用高性能滤波进行保护，因而能适应工业和汽车应用中常见的电气环境:

• 带有无连接插头的电机编码器单元将滤波器嵌入到电缆的包胶材料中

• 带AMP Superseal TM连接插头的轴承单元将滤波器嵌入到连接插头中

如需了解最小载荷和轴承当量载荷的相关信息，请参阅载荷。所需的最小负载系数kr和计算系数f0见产品表。

SKF电机编码器单元已在多种转速和载荷条件下成功通过测试:

• 125°C(255 °F)时为500小时，150 °C(300 °F )时的间隔时间最长为10分钟

• -40°C(- 40 °F )时为100小时

如需了解其他温度值的信息，请咨询嘉瑞技术工程师或客服。

允许的工作转速受到轴承内接触式密封件的限制。传感器可以精确地检测从每分钟零转速到产品表中所列的传感器单元的极限转速。

SKF自动润滑剂配送器是一款单点自动润滑器，设计用于向单个润滑点提供润滑脂。该款润滑器采用30巴的相对高压，适于长距离润滑，即使很难到达的不安全润滑位置，亦能应付自如。TLMR系列润滑器适用温度范围广、设计坚固耐用，适于各种温度和振动水平下的运行工况。

一般而言，SKF 电机编码器单元可以像SKF深沟球轴承一样应用到设计中。下文将介绍一些具体建议。

电缆从电机编码器单元径向伸出。在轴承座或轴承座压盖里必须有足够空间的电缆槽。轴承座上的径向凹槽在圆周方向上的宽度范围应为15至20mm (图8)。

SKF推荐在浮动端轴承位置使用电机编码器单元(图9)。不过,这有可能导致外圈在轴承座孔中旋转，尤其是在振动的情况下。因此，SKF推荐在止动槽内安装0形圈以防止外圈旋转，避免损坏电缆。

在固定端轴承位置使用电机编码器单元时,脉冲圈、传感器主体和连接电缆不应承受任何轴向载荷。如果轴承承受双向轴向载荷,电机编码器单元应采用以下方式安装:较重的轴向载荷作用在不含传感器的轴承外圈端面上(图10)。

电机编码器单元可通过以下几种方式轴向固定在轴承座上:

• 外圈中的止动环以及通过螺栓固定在轴承座上的端盖(图11)

• 轴承座上的隔圈和止动环(图12)

• 卡在外圈上的端盖(图13)

d≤25mm的电机编码器单元只能通过外圈上的止动环进行轴向固定。

在浮动式轴承配置中使用电机编码器单元时，应在止动槽内安装0形圈来防止外圈旋转。电机编码器单元应采用来防止外圈旋转。电机编码器单元应采用器的外圈端面上。

处理SKF电机编码器单元时必须十分小心，以免损坏轴承、传感器和连接电缆。不要对电缆、电缆出口、传感器主体或脉冲圈施加任何形式的作用力。

如有需要，SKF可以协助客户优化安装如有需要，嘉瑞可以协助客户优化安装。

电机编码器单元通常安装在具有过盈配合的轴上。应通过靠紧内圈端面的安装套筒或冲击套简来施加安装作用力，将它们压入轴 (图14)。为了便于安装，可以加热轴承内圈:

• 应使用温控电加热板

• 请勿将设备加热到80°C(175 °F )以上

• 轴承应该放置在心轴上，以便高效地加热内圈(图15)。

• 密封件应放置在相对较低的位置，以免润滑脂从轴承中渗漏

• 请勿使用感应加热器，否则可能导致电子部件损坏

如果电机编码器单元需要以过盈配合安装到轴承座中，则可以将其按压入轴承座或对轴承座进行加热。应该通过靠近外圈端面的安装套筒或冲击套筒或者外圈上的止动环来施加安装力(图16)。

在典型的电机应用中，可以通过螺栓一起拉动电机壳体和端盖，从而将轴承移动到位(图17)。

电缆应通过电缆槽进行保护，以防止其过度弯曲、夹住或与任何运动部件接触。为了避免传感器信号受到干扰，请勿将连接插头放置在其他电源电缆或电线附近。

用于标识电机编码器单元型号的前缀和后缀释义如下。

前缀

• BMB-电机编码器单元BMB系列

• BMD-电机编码器单元BMD系列

• BM0-电机编码器单元BMO系列

后缀

• /03232   次数字脉冲/转

• /048 48  次数字脉冲/转

• /06464   次数字脉冲/转

• /08080   次数字脉冲/转

• S2           两个信号

• /U           全球销售

• A             带有冲压钢保持架的轴承,钢球引导

• B            带有玻璃纤维增强PA66保持架的轴承,钢球引导 

• 008A       无连接插头

• 108A       0108A AMP SuperseaTM接头(AMP Nos.282106-1和282404-1)

SKF滚轮编码器单元(图18,表3)是一种即插即用的传感器轴承单元，专为外圈旋转的应用设计。

编码器单元:

• 采用密封式6201 SKF Explorer免维护深沟球轴承沟球轴承

• 可以容易地集成到皮带轮、凸轮、滚轴或轮子上，以形成一个紧凑的外圈旋转编码器组件

• 可根据要求提供定制的齿轮、轮子或滑轮

SKF滚轮编码器单元使用与SKF电机编码器单元相似的传感器。它们提供两组信号，用于确定运动的相对位置、速度、加速度和方向。其接收接口的要求与SKF电机编码器单元相同。

SKF转向编码器单元(图19， 表4)是用于线控转向系统的转向输入设备，结合了编码器技术的可靠性与即插即用组件套装的简单性。

单元的详细设计基于SKF成熟的技术。单元包括:

• 密封SKF Explorer深沟球轴承，具有较长的使用寿命和可靠的性能

• 进行精确监控的轴承编码器技术

• 摩擦力矩设备，通过在方向盘中产生足够的阻力以向操作员提供反馈

• 用于安装的机械接口

• 连接方向盘的轴

这个解决方案能够可靠地满足工业和非公路用车线控转向系统的需求，同时:

• 无需调整

• 在预期的使用寿命内，它们无需补充润滑，而且通常无需维护

• 以快装组件形式提供(通过插头与线控转向系统连接)

SKF转向编码器单元使用传感器来追踪方向盘的运动。它们包含两组传感器以实现冗余。传感器:

• 磁性的

• 非接触式和增量式

• 不会磨损

• 不受到外部影响

• 旨在提供最大的使用寿命

SKF转向编码器单元旨在满足与安全相关的控制系统的安全要求，符合IS0 13849标准。

SKF转向编码器单元通过集电极开路电路提供两组相互独立的方波信号(图20)。

要求:

• 需要5V到24VDC的稳压电源才可工作

• 应该在电源线和输出信号线之间安装上拉电阻(上文表2),以将输出电流限制在20 mA以下

接地线和输出信号线之间的负载电阻至少应比.上拉电阻高10倍。这样可保持输出信号的可读性。

如果应用需要绝对位置信息、可变转向操纵感和主动停止点等组合信息，SKF可提供定制的转向单元。如需了解更多信息,请咨询嘉瑞技术工程师或客服。

同步电机需要使用可以高精度定位转子的传感器，从而精确地控制电机力矩并获得最佳的效率和动态性能。这些电机使用直接驱动控制或正弦波控制。SKF 转子定位传感器轴承单元(图21， 表5)可有助于优化两个系统的电机效率。

• 在整个电机速度范围内实时提供轴角位置

• 所产生的信号(图表1)可以与分解器所产生的信号相媲美，因此可供电机控制器软件使用

• 通过正弦/余弦波信号传达轴角度位置

• 比感应式分解器更紧凑、更经济

• 便于安装(安装)

• 与感应式分解器相比，不需要特殊的轴或外壳精度

SKF可以调整电子元件以适应具体应用的接口要求。

SKF转子定位轴承(图22, 表6)属于定制单元，其在应用中的磁性脉冲圈和轴承之间具有优化的机械集成。本集成单元:

• 允许使用几乎所有的轴承类型

• 允许高速和高温

• 产生与转子角位置有关的强磁脉冲

• 可以在直轴上或在轴的端部轴向或径向方向上传递磁场

• 由于磁场强度高，在恶劣的工作条件下非常可靠

• 绝对角位置信息用于电机控制，例如:

  - 皮带传动起动机发电机

  - 牵引电机

  - 电动增压器和电动涡轮增压器

• 轴转速检测或低分辨率角位置，例如:

  - 曲轴

  - 传动轴

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