Un encodeur magnétique est un dispositif de détection de position ou de vitesse qui utilise des champs magnétiques pour détecter et convertir un mouvement mécanique – rotatif ou linéaire – en signaux électriques qu'un système de contrôle peut lire et interpréter. Contrairement aux codeurs optiques, qui reposent sur le passage de la lumière à travers un disque à fentes, les codeurs magnétiques utilisent un élément magnétisé (généralement un anneau, une bande ou un disque intégré avec des pôles nord et sud alternés) associé à un capteur de champ magnétique tel qu'un circuit intégré à effet Hall ou un élément magnétorésistif (MR). Lorsque la cible magnétisée passe devant le capteur, les pôles alternés génèrent une séquence d'impulsions électriques, et ces impulsions codent des informations précises sur la position, la vitesse et, dans de nombreuses conceptions modernes, la direction du déplacement.

Les codeurs magnétiques se trouvent dans une vaste gamme d'applications : des capteurs de vitesse de roue à l'intérieur de chaque véhicule équipé de l'ABS aux servomoteurs de précision des robots industriels, des équipements d'imagerie médicale à l'électronique grand public. Leur principal avantage par rapport aux technologies concurrentes réside dans une combinaison de robustesse dans les environnements difficiles, de faible consommation d'énergie, d'emballage compact et de capacité à fonctionner de manière fiable en présence d'huile, d'eau, de poussière et de vibrations qui détruiraient un capteur optique en quelques jours.

Comment fonctionne un encodeur magnétique

Le principe de fonctionnement est basé sur l'interaction entre une cible magnétique en mouvement et un élément de détection stationnaire. La cible magnétique - qu'il s'agisse d'un anneau, d'un tambour ou d'une bande linéaire - est magnétisée avec un motif répétitif de pôles nord et sud alternés à un pas défini (espacement des paires de pôles). À mesure que la cible se déplace, chaque transition polaire crée une modification du champ magnétique local au niveau de la face du capteur.

L'élément capteur répond à ce champ changeant en produisant une sortie électrique correspondante. Selon la technologie de capteur utilisée :

• Capteurs à effet Hall produire une sortie de tension proportionnelle à la composante perpendiculaire du champ magnétique. Les capteurs numériques à effet Hall produisent une onde carrée propre lorsque les pôles alternent devant la face de détection.
• Unnisotropic magnetoresistive (AMR) sensors modifier leur résistance électrique en réponse à la direction du champ magnétique. Ils sont très sensibles à l'angle de champ plutôt qu'à l'amplitude, ce qui permet une résolution angulaire très fine.
• Capteurs magnétorésistifs géants (GMR) et magnétorésistifs à effet tunnel (TMR) offrent une sensibilité encore plus grande que l'AMR, avec des changements de signal de jusqu'à 70 % de variation de résistance dans les conceptions GMR et potentiellement plus élevées dans les conceptions TMR, permettant la détection sur des entrefers plus grands et avec des cibles magnétiques plus petites.

La sortie du capteur est ensuite traitée électroniquement. Pour un simple codeur magnétique incrémental, la sortie est généralement constituée de deux canaux d'onde carrée (A et B) déphasés de 90 degrés l'un par rapport à l'autre — une configuration connue sous le nom de codage en quadrature. En comparant quel canal mène l'autre, le contrôleur récepteur peut déterminer non seulement la vitesse mais également le sens de rotation. Un troisième canal (Z ou impulsion d'index) peut également être présent, fournissant une impulsion par tour complet pour établir un point de référence absolu.

Résolution du signal et pas des pôles

La résolution dans un codeur magnétique est directement déterminée par le nombre de paires de pôles de la cible magnétique et la capacité d'interpolation de l'électronique de traitement du signal. Un anneau avec 64 paires de pôles génère 64 cycles électriques par tour à la sortie brute du capteur. Avec le décodage en quadrature (en comptant les deux bords des canaux A et B), cela donne 256 comptes par révolution d'un point de vue matériel. Les systèmes de codeurs magnétiques haut de gamme utilisent une interpolation de signal interne — subdivisant numériquement chaque cycle sinusoïdal — pour atteindre des résolutions de 1 000 à plus de 100 000 comptes par révolution à partir d'une même cible physique, en fonction du facteur d'interpolation et de la qualité de l'uniformité d'aimantation de l'anneau magnétique.

Tapezs d'encodeurs magnétiques

Les codeurs magnétiques sont globalement classés selon deux axes : le type de mouvement qu'ils mesurent (rotatif ou linéaire) et la nature de leur sortie (incrémentale ou absolue). Comprendre ces catégories est essentiel pour sélectionner le bon encodeur pour une application spécifique.

Codeurs magnétiques rotatifs

Les codeurs magnétiques rotatifs mesurent la position angulaire ou la vitesse de rotation. La cible magnétique est un anneau ou un disque qui tourne avec l'arbre mesuré. Il s'agit du type le plus largement déployé et on le retrouve dans les entraînements de moteur, les systèmes d'asservissement, les capteurs de groupe motopropulseur automobile, les joints robotiques et les entraînements de tangage et de lacet des éoliennes. Les codeurs magnétiques rotatifs vont des dispositifs monopuce économiques intégrés directement sur un PCB (conceptions sur axe où le disque magnétique se trouve directement au-dessus d'un seul circuit intégré) aux codeurs annulaires de gros diamètre avec des diamètres supérieurs à 500 mm pour une utilisation sur de grandes machines rotatives.

Codeurs magnétiques linéaires

Les codeurs magnétiques linéaires mesurent le déplacement en ligne droite. La cible magnétique est une bande flexible ou rigide magnétisée avec des pôles alternés à un pas défini - généralement Pas de pôle de 1 mm, 2 mm ou 5 mm . Une tête de lecture contenant l'élément capteur se déplace le long de la bande et génère des données de position dans les mêmes formats incrémentiels ou absolus que les conceptions rotatives. Les codeurs magnétiques linéaires sont largement utilisés dans les axes de machines-outils CNC, les étages de moteurs linéaires, les machines de moulage par injection et les systèmes de positionnement de lits médicaux. Leur fonctionnement étanche et sans contact les rend particulièrement adaptés aux axes qui accumulent des copeaux métalliques, du liquide de refroidissement ou d'autres contaminations pendant l'usinage.

Codeurs magnétiques incrémentaux

Unn incremental magnetic encoder outputs a pulse train as the target moves. Position is known only relative to a starting reference — the controller counts pulses from a known zero point to track position. If power is lost and the axis moves, the reference position is lost and a homing cycle is required. Incremental encoders are simpler and less expensive than absolute designs, and are suitable for applications where homing at startup is acceptable, such as conveyor drives, pump controls, and basic motor speed regulation.

Unbsolute Magnetic Encoders

Unn absolute magnetic encoder outputs a unique position value for every point within its range, even immediately after power-up with no prior movement. Single-turn absolute magnetic encoders provide a unique code for each angular position within one full revolution (typically 360 degrees divided into 12 à 18 bits de résolution , soit 4 096 à 262 144 positions uniques par tour). Les codeurs absolus multitours ajoutent un mécanisme de comptage secondaire (à engrenages mécaniques ou alimentés par batterie) pour suivre le nombre total de tours complets, permettant ainsi une connaissance absolue de la position sur des milliers de tours sans prise d'origine. Ceci est essentiel pour les applications telles que les bras robotiques, les systèmes de direction de véhicules autonomes et les actionneurs de dispositifs médicaux où la perte de position après une coupure de courant est inacceptable.

Composants clés d'un système d'encodeur magnétique

Un complete magnetic encoder system consists of several interrelated components that must be correctly matched to one another and to the application to deliver reliable performance.

La cible magnétique (anneau, disque ou bande)

La cible magnétique est l'élément mobile qui transporte les informations codées. Il est généralement fabriqué à partir d'un composé de caoutchouc ou de plastique rempli de ferrite, flexible ou rigide (aimants liés), ou à partir d'un ferrite fritté solide ou d'un matériau de terres rares. La cible est magnétisée après formation à l'aide d'un appareil de magnétisation spécialisé qui imprime le motif polaire souhaité à des intervalles précis. Les paramètres de qualité clés comprennent la précision du pas des pôles (uniformité de l'espacement), la rémanence (force du champ magnétique retenu après magnétisation) et la coercivité (résistance à la démagnétisation par des champs externes ou des températures élevées).

Les anneaux d'encodeur magnétiques flexibles liés à un support en acier sont la forme dominante dans les applications automobiles et intégrées aux roulements. Les anneaux de ferrite frittés durs ou les anneaux de terres rares (NdFeB) sont utilisés dans les applications de servocodeurs de précision où un nombre élevé de pôles et des tolérances magnétiques strictes sont nécessaires. Les anneaux codeurs basés sur NdFeB peuvent atteindre nombre de paires de pôles dépassant 500 sur un anneau de 60 mm de diamètre, permettant une résolution extrêmement fine sans interpolation électronique.

La tête de lecture du capteur

La tête de lecture contient le ou les éléments de détection de champ magnétique, les circuits de conditionnement du signal et l'électronique de pilotage de sortie. Dans les codeurs incrémentaux simples, il peut s'agir d'un seul circuit intégré à effet Hall. Dans les codeurs absolus haute résolution, la tête de lecture peut contenir un réseau de plusieurs éléments de pont AMR ou GMR disposés pour détecter simultanément les composantes sinus et cosinus du champ magnétique rotatif, permettant une interpolation angulaire précise au sein de chaque paire de pôles. La tête de lecture doit être montée à l'entrefer correct par rapport à la cible - généralement 0,3 mm à 3 mm en fonction de la conception, avec une excentricité ou un battement axial minimal pour garantir une amplitude de signal constante tout au long de la rotation.

Traitement du signal et interface de sortie

Le signal analogique brut provenant de l'élément du capteur magnétique est traité par des circuits de conditionnement qui l'amplifient, le filtrent et le convertissent au format de sortie approprié. Les interfaces de sortie courantes incluent :

• Quadrature TTL/HTL (A/B/Z) : Le format incrémental traditionnel, largement compatible avec les cartes d'entrée PLC et contrôleurs de mouvement.
• SSI (interface série synchrone) : Un serial protocol commonly used for absolute encoders, transmitting position data as a clocked serial word over a differential pair.
• BiSS-C : Unn open-source bidirectional serial protocol offering high data rates and real-time diagnostics alongside position data.
• EnDat 2.2 : Un Heidenhain proprietary bidirectional protocol supporting both position readout and encoder parameter configuration.
• HIPERFACE et HIPERFACE DSL : Protocoles Stegmann/Sick intégrant les données de position et de diagnostic sur un seul câble, avec une variante DSL transmettant via le câble d'alimentation du moteur.
• Unnalog sine/cosine (1Vpp): Sortie analogique différentielle fournissant les signaux sinusoïdaux bruts pour interpolation par le variateur ou le contrôleur récepteur, courant dans les applications d'asservissement de précision.

Encodeur magnétique et encodeur optique : une comparaison pratique

Les deux technologies de codeurs dominantes dans l’industrie et l’automobile sont magnétiques et optiques. Chacune a des forces et des faiblesses spécifiques, et comprendre ce compromis est essentiel pour faire une sélection technologique correcte pour une application donnée.

Les codeurs optiques utilisent une source de lumière (généralement une LED ou un laser) et un réseau de photodétecteurs lisant un disque de code gravé avec précision. Ils peuvent atteindre une résolution native extrêmement élevée — jusqu'à 40 000 lignes par tour sans interpolation dans les conceptions de disques en verre haut de gamme — et offrent une excellente qualité de signal dans des environnements propres. Cependant, les disques d'encodeur optique sont fragiles, très sensibles à la contamination (une seule gouttelette d'huile sur le disque peut provoquer une perte de signal ou des erreurs) et génèrent de la chaleur à partir de la source LED. Ils ont également tendance à être physiquement plus grands que les conceptions magnétiques équivalentes et plus coûteux à produire en grands volumes.

Dans la pratique, les codeurs magnétiques dominent les applications où l'environnement d'exploitation est difficile, l'espace d'emballage est limité ou le coût est un facteur principal – ce qui englobe la grande majorité des applications industrielles et automobiles. Les codeurs optiques conservent leur avantage dans le retour de précision des machines-outils (tels que les broches des rectifieuses et les équipements de manipulation de plaquettes semi-conductrices) où l'environnement est contrôlé et où la précision de position la plus élevée absolue est requise.

Applications d'encodeurs magnétiques dans tous les secteurs

La combinaison de robustesse, de taille compacte et de rentabilité du codeur magnétique a conduit à son adoption dans pratiquement tous les secteurs de l'industrie et des transports modernes. Les sections suivantes décrivent en détail les domaines d'application les plus importants.

Unutomotive Systems

Le secteur automobile est de loin le plus gros consommateur d’encodeurs magnétiques au monde. Dans un véhicule de tourisme moderne typique, les encodeurs magnétiques ou les composants intégrés aux encodeurs apparaissent à plusieurs endroits :

• Capteurs de vitesse de roue : La bague d'étanchéité magnétique (bague d'encodeur) intégrée dans chaque roulement de moyeu de roue fournit les signaux de vitesse de roue pour l'ABS, l'ESP, l'antipatinage et une liste croissante de fonctions ADAS. Les volumes de production mondiaux pour cette seule application dépassent 500 millions d'unités par an .
• Capteurs de position de vilebrequin et d'arbre à cames : Les anneaux d'encodeur magnétique ou les roues dentées sur le vilebrequin et l'arbre à cames fournissent des informations sur le calage du moteur au système de gestion du moteur pour l'injection de carburant et le calage de l'allumage.
• Direction assistée électrique (EPS) : Unn absolute magnetic encoder on the steering column or steering rack measures the steering angle and torque input, feeding the EPS motor controller for power assist calibration.
• Détection de position de transmission et de boîte de vitesses : Les codeurs magnétiques détectent la position du sélecteur de vitesse, la vitesse de l'arbre de sortie et, dans les transmissions à double embrayage et automatiques, la position précise des actionneurs d'embrayage.
• Moteurs de traction pour véhicules électriques et hybrides : Les codeurs magnétiques absolus haute résolution sur les arbres des moteurs de traction EV fournissent le retour de position du rotor requis pour le contrôle orienté champ (FOC), l'algorithme qui maximise l'efficacité du moteur et le couple de sortie.

Automatisation industrielle et robotique

Dans les servomoteurs industriels et les actionneurs articulés robotisés, les codeurs magnétiques absolus ont progressivement remplacé les codeurs optiques dans les applications où les conditions environnementales, les contraintes de montage ou les objectifs de coût rendent les solutions optiques peu pratiques. Un bras de robot collaboratif (cobot) à six degrés de liberté utilise généralement un codeur magnétique absolu par joint , et avec une croissance annuelle des installations mondiales de cobots de plus de 30 %, cela représente un marché important et en expansion rapide.

Les systèmes de convoyeurs, les véhicules à guidage automatique (AGV), les machines d'emballage, les machines textiles, les presses à imprimer et les machines de moulage par injection s'appuient tous fortement sur des codeurs magnétiques incrémentaux et absolus pour la régulation de la vitesse, le contrôle de position et la synchronisation des processus. La possibilité de monter un codeur magnétique dans un environnement d'usine poussiéreux et vibrant sans boîtiers ni mesures de protection spéciales réduit considérablement les coûts d'installation et la charge de maintenance à long terme par rapport aux alternatives optiques.

Équipement médical

Les applications médicales exigent une fiabilité élevée, une taille compacte et, dans de nombreux cas, une compatibilité avec les procédures de stérilisation. Les encodeurs magnétiques apparaissent dans les actionneurs de robots chirurgicaux, les entraînements de portiques de scanners CT, les systèmes de positionnement de tables IRM (où des conceptions d'encodeurs non magnétiques utilisant des matériaux de capteurs spécialisés sont nécessaires), les moteurs de fauteuils roulants électriques, les mécanismes de pompe à insuline et les plates-formes d'automatisation de laboratoire. La nature scellée et sans contact des codeurs magnétiques signifie également aucune génération de particules dues à l'usure, une exigence essentielle dans les environnements médicaux stériles ou en salle blanche.

Énergie renouvelable

Les éoliennes représentent l'un des environnements les plus exigeants pour toute technologie de détection : exposition à des variations de température extrêmes, à des vibrations constantes, à une humidité élevée et à l'impossibilité pratique d'un entretien fréquent. Les codeurs magnétiques sont utilisés pour mesurer la vitesse de rotation de l'arbre principal et du générateur, la position angulaire de chaque actionneur de pas de pale (pour l'optimisation de l'angle de pale) et la position d'entraînement en lacet (pour l'orientation de la nacelle). Une seule éolienne moderne peut contenir quatre à huit encodeurs magnétiques , et avec une capacité éolienne installée mondiale supérieure à 900 GW, cela représente un marché important et continu pour les produits d'encodeurs magnétiques de haute fiabilité.

Electronique et appareils électroménagers grand public

Unt the lower-cost end of the market, simple Hall-effect based magnetic encoders are used in washing machine drum motors (for speed and imbalance detection), hard disk drive spindles (for commutation in brushless DC motors), HVAC fan motor controls, electric bicycle mid-drive motors, and gaming peripherals such as steering wheels and joysticks. The miniaturized on-axis magnetic encoder IC — where a small diametrically magnetized disc magnet sits directly above a single sensor chip — has become a standard solution for position sensing in rotary knobs, valve actuators, and similar low-cost, high-volume applications, with leading chip suppliers including ams OSRAM, Allegro MicroSystems, Melexis, and RLS (a Renishaw subsidiary).

Facteurs affectant la précision et la fiabilité de l'encodeur magnétique

Un magnetic encoder's accuracy in real-world use depends on multiple interacting factors, and understanding these is essential for both system designers and maintenance engineers.

Unir Gap Variation

L'amplitude du signal provenant du codeur est inversement proportionnelle à l'entrefer entre le capteur et la cible magnétique. Un entrefer excessif réduit l'amplitude du signal en dessous du seuil de détection du capteur, provoquant des pertes d'impulsion et des erreurs de position. Un écart insuffisant risque de provoquer un contact physique entre le capteur et la cible en rotation, provoquant des dommages mécaniques immédiats. Pour la plupart des systèmes de codeurs à effet Hall standard, le maintien de l'entrefer à l'intérieur ±0,5 mm de la spécification nominale est suffisant. Les systèmes AMR ou GMR haute résolution peuvent nécessiter un contrôle plus strict : ±0,1 mm — pour maintenir la précision de l'interpolation sur toute la plage de fonctionnement.

Qualité de la cible magnétique et uniformité des pôles

Un pas polaire non uniforme ou une rémanence incohérente dans la cible magnétique produit des erreurs de position systématiques qui se répètent à chaque tour – connues sous le nom d'erreur périodique ou d'erreur une fois par tour. Dans un codeur absolu haute résolution utilisant l'interpolation sinus/cosinus, une variation de 5 % de l'intensité du champ magnétique entre les pôles peut produire une erreur de position de plusieurs minutes d'arc à la sortie du codeur, ce qui se traduit directement par une erreur de positionnement du servo. Les fabricants de codeurs réputés caractérisent leurs anneaux avec un balayage gaussmétrique après magnétisation et garantissent l'uniformité des pôles dans des tolérances serrées - généralement moins de ± 3 % de variation de la rémanence sur toute la circonférence.

Interférence du champ magnétique externe

Des champs magnétiques externes puissants peuvent interférer avec le fonctionnement du codeur de deux manières distinctes. Premièrement, un champ puissant peut démagnétiser partiellement l’anneau codeur, réduisant ainsi de manière permanente l’amplitude du signal – un problème particulier avec les anneaux NdFeB s’ils sont exposés à des champs supérieurs à leur niveau de coercivité à des températures élevées. Deuxièmement, les champs magnétiques alternatifs parasites provenant des câbles de moteur à courant élevé ou des transitoires de commutation de l'onduleur peuvent induire du bruit dans la sortie du capteur, provoquant de fausses impulsions ou une instabilité de position. Un acheminement correct des câbles, un blindage des câbles du codeur et des noyaux de ferrite sur les câbles d'alimentation du moteur sont des techniques d'atténuation standard.

Effets de la température

La rémanence de tous les matériaux magnétiques diminue à mesure que la température augmente. Pour les anneaux codeurs à base de ferrite, cette réduction est d'environ -0,2% par °C . Pour le NdFeB, c’est environ -0,12% par °C . Sur une plage de fonctionnement de -40°C à 120°C, cela représente une réduction de 32 % de l'intensité du champ pour la ferrite, ce qui doit être pris en compte dans la conception du seuil de détection du capteur pour garantir un fonctionnement fiable sur toute la plage de températures. Les systèmes de codeurs de haute qualité sont caractérisés et garantis sur toute leur plage de températures de fonctionnement, avec des performances à basse température souvent plus difficiles qu'à haute température pour les capteurs à effet Hall en raison du gel accru des supports semi-conducteurs aux températures cryogéniques.

Comment sélectionner le bon encodeur magnétique pour une application

La sélection d'un codeur magnétique nécessite une évaluation systématique des exigences de l'application sur plusieurs dimensions. La précipitation de ce processus et la sélection basée uniquement sur le prix sont une source courante de problèmes de fiabilité des systèmes sur le terrain.

1. Définir la résolution et la précision requises. Déterminez l'incrément de position minimum qui doit être détectable et l'erreur de position maximale autorisée. Ces deux exigences déterminent ensemble la résolution du codeur nécessaire et la spécification d'erreur périodique acceptable. Un axe servo nécessitant une précision de positionnement de 0,1° nécessite un encodeur fondamentalement différent d'une boucle de rétroaction de vitesse de convoyeur nécessitant une régulation de vitesse de ± 1 %.
2. Unssess the environment. Documentez la plage de température, la présence d'huile, d'eau, de poussière, l'exposition aux produits chimiques et l'intensité de tout champ magnétique externe à proximité du point d'installation. Cela détermine l'indice de protection IP requis, la conception de l'étanchéité et si des circuits intégrés de capteur spéciaux à faibles interférences ou un blindage supplémentaire sont nécessaires.
3. Déterminez si une sortie incrémentielle ou absolue est requise. Si le système ne peut pas effectuer de cycle de référence au démarrage (soit pour des raisons de sécurité, soit pour des contraintes de temps de cycle), un codeur absolu est obligatoire.
4. Sélectionnez l'interface de sortie basée sur le contrôleur de réception. Vérifiez que le protocole de sortie du codeur (TTL, SSI, BiSS-C, EnDat, etc.) est pris en charge de manière native par le variateur ou l'automate utilisé, ou qu'un module d'interface compatible est disponible. L'inadéquation des interfaces est une source courante de retards d'intégration.
5. Vérifiez l'ajustement mécanique. Confirmez le diamètre de l'arbre, le diamètre de l'alésage (pour les codeurs traversants), les dimensions de la bride de montage ainsi que le faux-rond et le jeu final admissibles par rapport aux spécifications mécaniques du codeur.
6. Évaluez la plage de vitesse. Confirmez que le codeur peut fonctionner à la fois à la vitesse maximale attendue (limitée par la réponse en fréquence du capteur et l'électronique de traitement du signal) et à la vitesse minimale nécessitant une détection (pertinente pour la prise d'origine absolue du codeur ou l'asservissement à basse vitesse).
7. Pensez à la disponibilité et au support à long terme. Pour les conceptions dont la durée de vie est de 10 à 20 ans, l’obsolescence des composants du codeur constitue un risque important. Le choix de produits provenant de fabricants établis ayant des engagements d'approvisionnement démontrés à long terme atténue ce risque.

Progrès récents dans la technologie des encodeurs magnétiques

La technologie des encodeurs magnétiques continue de progresser rapidement, principalement sous l’effet des exigences des véhicules électriques, de la robotique collaborative et des dispositifs médicaux miniaturisés.

Conceptions d'encodeur sur puce intégrées

Les circuits intégrés de capteur d'angle magnétique monopuce modernes intègrent les éléments de capteur, le frontal analogique, l'ADC, le processeur CORDIC pour le calcul d'angle, l'interpolation et l'interface de sortie numérique sur une seule puce inférieure à 4 mm × 4 mm. Des appareils tels que l'ams AS5147U ou la série Allegro A33xx atteignent Résolution 14 bits (16 384 positions par tour) avec une précision supérieure à ±0,05° en utilisant un seul petit aimant, consommant moins de 10 mA de courant d'alimentation. Ce niveau d'intégration a rendu la détection de position absolue haute résolution accessible dans des applications où elle était auparavant trop coûteuse ou physiquement peu pratique.

Codeurs magnétiques pour la sécurité fonctionnelle (ISO 26262 / CEI 61508)

Uns electric vehicles and autonomous driving systems require safety-critical position feedback at ASIL-C and ASIL-D levels (ISO 26262), encoder manufacturers have developed redundant magnetic encoder systems. These designs integrate two or three independent sensing channels with independent signal paths, enabling cross-comparison and fault detection. Some designs achieve UnSIL-D system-level safety ratings grâce à des circuits intégrés de capteur à double puce associés à des pistes magnétiques redondantes sur un seul anneau.

Codeurs absolus multitours sans batterie

Les codeurs absolus multitours traditionnels nécessitaient une batterie pour compter les tours pendant les périodes de mise hors tension. La maintenance des batteries dans les environnements industriels est une responsabilité connue en matière de fiabilité. Les nouvelles conceptions multitours sans batterie utilisent soit un système de récupération d'énergie à effet Wiegand (qui génère sa propre impulsion de puissance à partir du champ magnétique rotatif pour synchroniser un compte-tours), soit une approche par train d'engrenages avec une mémoire magnétique à haute coercivité pour stocker le nombre de tours sans alimentation. Ces approches éliminent entièrement le besoin de maintenance de la batterie tout en fournissant des informations complètes sur la position absolue sur plusieurs tours à partir du moment où l'alimentation est appliquée, même après que l'axe a bougé pendant la période de mise hors tension.

Modes de défaillance courants et considérations de maintenance

Les codeurs magnétiques sont généralement plus fiables que les conceptions optiques dans les environnements industriels, mais ils ne sont pas à l'abri des pannes. Comprendre les modes de défaillance les plus courants aide les ingénieurs à concevoir des systèmes plus robustes et les équipes de maintenance à diagnostiquer les problèmes plus efficacement.

• Démagnétisation de l'anneau cible : Causé par l'exposition à de forts champs magnétiques externes (élévateurs magnétiques d'atelier, salles d'IRM, équipements de soudage) ou par un fonctionnement prolongé à des températures élevées supérieures au seuil de démagnétisation nominal de l'anneau. Les symptômes incluent un signal réduit ou absent, en particulier à des vitesses de rotation plus élevées où le capteur a besoin d'une intensité de champ adéquate avec des temps de séjour courts par pôle.
• Dégâts physiques sur l'anneau cible : Les dommages causés par un impact, la fissuration du composé de caoutchouc lié induite par la corrosion ou la fatigue due aux cycles thermiques peuvent produire des sections manquantes de matériau magnétique. Cela se manifeste par une perte de signal à des positions angulaires spécifiques, souvent détectable par des pics de position ou des ondulations de vitesse dans les servomoteurs.
• Entrefer excessif dû à l’usure des roulements : Uns bearings wear and shaft endplay increases, the air gap between the encoder ring and sensor may grow beyond the specified maximum, causing intermittent signal loss. This typically manifests as sporadic position errors that worsen as the axis speed increases.
• Défaillance du circuit intégré du capteur : Défaillances de composants électroniques dans la tête de lecture du capteur en raison de dommages ESD lors de l'installation, de surtensions transitoires ou d'une usure en fin de vie. Les symptômes sont généralement une perte totale du signal de sortie plutôt qu'une dégradation des performances.
• Défauts de câbles et de connecteurs : Les connexions cassées ou intermittentes dans le câble du codeur, en particulier au niveau du connecteur ou aux points de flexion, sont l'une des principales causes de pannes sur le terrain. La transmission différentielle du signal (telle qu'utilisée dans les systèmes RS-422 ou sinus/cosinus) est nettement plus insensible au bruit que la transmission asymétrique et doit être spécifiée dans la mesure du possible.

La plupart des systèmes d'entraînement industriels modernes dotés d'interfaces de codeur numérique (BiSS-C, EnDat, HIPERFACE) incluent des fonctions de diagnostic intégrées qui surveillent en permanence la qualité du signal, la tension d'alimentation et la température du codeur. Ces diagnostics permettent une maintenance prédictive en signalant les conditions de signal dégradantes avant qu'ils ne provoquent un défaut d'arrêt de la production , ce qui constitue un avantage opérationnel significatif par rapport à l'interface TTL incrémentielle plus simple qui ne fournit aucun retour de diagnostic au lecteur.