注意：本网页中提到的反馈器件，若非特殊说明，均指FAULHABER产品。

2、如何确定应选择何种反馈器件？

3、测速发电机的结构与原理是什么？

4、测速发电机的规格与参数范围是多少？各参数含义是什么？

5、编码器的结构与原理是什么？

6、编码器的规格与参数范围是多少？各参数含义是什么？

8、如何选用合适的编码器？编码器使用时有哪些注意事项？

9、编码器的常见故障有哪些？如何排除？

10、为什么说霍尔传感器也可作为转速与转角反馈器件？

11、反馈器件损坏后可以单独更换吗？

测速发电机可以反馈电机的转速与转向，而编码器与霍尔传感器还能进一步反馈电机的转角（位置）。它们的特性如下：

测速发电机是早期的经典反馈器件。但同比编码器与霍尔传感器，它不能反馈电机的转角，还具有体积大、转动惯量大、能跟踪的电机转速区间小等缺陷，其灵敏度也（或称分辨率）较低且还受信号采集端的限制。因此已逐渐被淘汰，仅在一些特殊场合与备件更换中还有应用。

随着数字电路的发展，编码器已成为当今的主流反馈器件。它不仅能反馈电机的转速与转向，还可反馈电机的转角。它具有体积小、转动惯量低、无磨损、分辨率高、能跟踪的电机 转速区间宽等优势。

霍尔传感器则通常用于无刷电机，它同时为驱动器提供换向信号。霍尔传感器特点与编码器比较接近，但电机每旋转一圈，每个霍尔传感器只能产生一个脉冲信号，因此分辨率很低，不宜作为 转角反馈信号，在低速时反馈的转速精度也低。不过FAULHABER特有的线性霍尔信号细分技术，很好地弥补了这一缺点。关于线性霍尔传感器的原理，请参阅问题10。 [返回]

对于有刷电机，编码器基本上已成为不二选择。只有少数型号的电机才可匹配的测速发电机。仅在必须使用模拟电压信号反馈时才考虑使用。

编码器有不同结构与不同分辨率产品，它们的输出信号规格与通道数也不尽相同，具体情况请参阅问题6。

对于无刷伺服电机，如果只需在电机高速转动时控制转速，则电机自带的霍尔传感器已经足够。而要控制低速或电机转角，则往往需要再加装编码器。各驱动器所定义的“高速”与“低速”范围不同，具体请参阅驱动器参数表。

采用MCBL3003或3006系列驱动器时，无刷电机需采用线性霍尔传感器并无需编码器，关于线性霍尔传感器的原理，请参阅问题10。[返回]

要查看装配大图，请下载我们的装配图集。

与普通发电机的原理一样，测速发电机是在电机的带动下同步旋转、产生电压输出。所输出的电压在一定范围内，与电机的转速成正比。电压的极性则对应这电机的转向。要保证反馈精度，除了要求测速发电机本身有足够灵敏度之外，还要保证用以采集电压信号的接收端必须与之匹配。

从结构可以看出，这种以电力驱动电机、测速发电机再发电的方式，即“以电发电”，势必降低系统的效率。[返回]

测速发电机参数与直流电机—测速发电机组件的参数比较简单，在此仅对如两下个重要参数进行说明。

反电势（EMF）常数：单位mV/rpm，目前分1.0、1.5和4.3三种。例如1.0，它表示电机转速为1rpm时，测速发电机反馈电压为1.0mV。

连续工作最高转速：通常为5 000rpm，一般还有个转速下限，例如500rpm。在这个转速区间之外，反馈电压的线性度无法保证。太高的转速有可能损坏测速发电机。通过最高运行转速和反电势常数可以算出测速发电机的最高反馈电压，例如为5 000*4.3=21.5V。

其它参数与电机的参数类似，若有必要，请参阅直流电机技术信息中的问题11。[返回]

编码器从结构上可分为光电式与磁电式。它们的结构如右图所示，要查看装配大图，请下载我们的装配图集。下面将以光电式编码器为例介绍其原理：

如左图所示，编码器的核心是一个外沿均匀分布有若干开孔的编码盘，编码盘随电机同步旋转。

A为发光二极管、B为光电二极管。编码盘旋转时，上面的开孔将周期性阻挡B接收到A的光信号，这个“通—断—通—断”的交替状态由电路转换成脉冲信号输出。

磁电式编码器原理与此类似，它的编码盘边沿是交替的磁铁南北极。例如，可将上面的光电编码器示意图中的开孔理解为磁铁南极，而孔间则为北极。旋转时，磁场的交替变化被固定位置的霍尔传感器所探测，然后转换成脉冲信号输出。

脉冲信号的频率f（Hz）与电机转速v（rpm）的对应关系为v=f*60/R。其中R为编码器分辨率，分辨率是编码盘每旋转一圈所能输出的脉冲数，它由编码盘上的开孔数（或磁极对数）所决定。

脉冲的个数（n）与电机转动角度（α，又称为位置）的对应关系为α=360*n/R。[返回]

除此之外，还有通道数、截止频率、信号规格等指标需要了解：

通道数：指编码器所输出的信号路数。它至少有两路存在固定相位差（一般为90度）的信号，而三通道则增加一个用以确定零位的索引通道（Index），电机每旋转一圈，索引通道输出一个信号。在信号传输距离较长时，一般还带有各路信号的反相输出， 则通道数增加一倍。有的编码器还可同时输出数字与模拟信号，则通道数更多。

截止频率：指编码器能反馈的电机 转速最大值所对应的编码器信号频率，又称之为频响范围。截止频率主要是由信号的上升沿与下降沿时间所决定。信号的高低电平转换需要时间， 这主要是由分布电容引起。如右图所示，从低电平跳变为高电平的时间叫上升沿时间T_r，反之叫下降沿时间T_f。对于某款具体的编码器，其T_r与T_f是固定不变的（图中的有T_r与T_f变化，是为了更加清楚地说明效果）。虚线表示输出信号的理论波形，实线表示实际波形。当编码器输出信号频率过高（电机 转速过快）时，则受T_r与T_f限制，信号电平有可能尚未上升到高（下降到低）就又开始下降（上升），无法达到标准规格的规定。 超过截止频率后，频率越高，则输出信号越趋近于一条水平线。

信号规格：指输出信号的波形规格，最常见的为兼容TTL的方波，其高电平＞4.5V、低电平＜0.5V。另有正弦波输出的模拟信号，具体规格可参阅参数表。[返回]

光电式：带索引通道输出，还可选择带各自反相的6通道规格；信号强且稳定性好；有专门的HEDL系列适应信号的长距离传输。但光电式编码器体积大、防尘能力较弱，可匹配的电机型号相对较少。

磁电式：集成于电机内部，体积非常小巧；可匹配的电机型号多；对灰尘（非磁性）与光线不敏感。但它抗振性相对较差、标准IE2系列的信号传输距离仅数十厘米。IE3系列带索引通道且可选择支持信号长距离传输的规格，但 长度比IE2系列大一些。

IE2-1 024编码器占市场应用的95%以上。关于IE2-1 024编码器的特点，我们还在产品应用知识库问题14中为您准备了技术文档。[返回]

要选择合适的编码器，除了请参阅问题7之外，需要考虑以下问题：

分辨率：根据系统的控制精度要求（主要是转角控制精度）选择分辨率，但通常情况下都选用分辨率为1 024线的IE2-1 024系列。这是因为IE2为最常用的产品，而分辨率超过16线的产品价格一样。驱动器通常具备四倍频功能，可将编码器分辨率提高至物理分辨率的4倍。关于四倍频的具体原理，请参阅产品应用知识库问题14。IE2-512对电机的角位移的探测精度小于0.09度（360÷1 024÷4），这通常已经足够。若电机带非零回差减速箱，则单纯提高编码器分辨率，无助于系统精度的提高 （参阅产品应用知识库问题15）。

截止频率（电机转速）：关于截止频率的概念请参阅问题6。截止频率f（Hz）与电机转速v（rpm）之间的关系为：v=f*60/R，R为编码器分辨率，例如IE2-512编码器，从参数表中可获知其截止频率为160kHz，则它所匹配的电机，转速不能超过160 000*60/512=18 750rpm。

信号传输距离：如果编码器距离驱动器距离超过1米，则通常需要带中继放大的长线驱动编码器，例如HEDL系列。

编码器构造精密，与电机、减速箱、驱动器一起组成伺服系统时，它是最脆弱的部件，必须注意以下问题，否则将导致编码器直接报废：

严防撞击：意外跌落和撞击将造成编码盘损坏；

严禁错接电源与电源电压过高：编码器输出线较多，通常使用扁平电缆排线加插座输出，最常见的错误是将插头与插座反插。[返回]

正常情况下，编码器的使用寿命很长。再确定没有物理损坏的前提下，编码器最常见的故障是输出信号不稳定、波形不规整。这一般是因为与电机电流等相比，编码器输出信号非常微弱而易受干扰，请酌情采用以下方式解决：

编码器信号线远离电机电源线或采用屏蔽线：尤其采用PWM方式驱动电机时，PWM波可能对编码器信号产生干扰；

缩短编码器信号的传输距离：信号线过长，或其它原因导致信号线内阻增大，将导致信号产生压降；

采用长线驱动编码器或外接中继放大：信号传输距离过长时（例如超过1米），请采用这种方式改善波形；

外加上拉或下拉电阻：信号端与编码器电源端之间连接一个上拉电阻，可以提升高电平；而信号端与电源地之间接一个下拉电阻，可以稳定低电平。上、下拉电阻通常在1.5~10k之间，具体请根据实际情况调节。

阻抗匹配：如果用于接收编码器信号的端口阻抗过低，则将引起高电平下降，阻抗应不低于10k。[返回]

标准的霍尔传感器反馈信号为方波，电机每旋转一圈，每个霍尔产生一个方波。它与编码器的反馈信号类似，因此也可用作转速与转角的反馈，相当于物理分辨率为三线的编码器。

由上可知，标准霍尔传感器的反馈精度远低于编码器。但无刷伺服电机往往工作在非常高的转速状态，因此作用于高转速反馈时，也能达到令人满意的精度。而用作转角或低转速反馈时，标准霍尔传感器就显得太过粗糙 。能保证精度的最低可控转速与驱动器类型有关，详情请参阅驱动器参数表。

FAULHABER特有的线性霍尔信号细分技术完美地解决了以上问题，如右图所示，线性霍尔传感器将方波转化为模拟的正弦波，然后驱动器将其细分，从而极大地提高了信号分辨率。

目前，MCBL3003与MCBL3006系列驱动器支持细分线性霍尔传感器信号。无需编码器即可达到5rpm的低速与1/3 000圈的定位精度。[返回]

反馈器件与电机紧密连接在一起，测速发电机与IE系列编码器与电机更是无法分割。因此，反馈器件一旦损坏，一般地说，只能连同电机一起报废。有客户自行更换过HED系列编码器并取得成功，但我们目前不提供这项服务。[返回]