伺服電機中編碼器故障常識

編碼器是安裝在伺服電機上用來測量磁極位置和伺服電機轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速的一種傳感器，在很多設(shè)備系統(tǒng)的診斷信息中，經(jīng)常會有關(guān)于伺服電機“反饋錯誤”的提示，而且在那些返廠維修的伺服電機的檢測報告中，也往往會有很大一部分將問題原因指向反饋編碼器。

作為伺服電機內(nèi)部幾乎唯一的電子元器件，反饋編碼器真的可以算的上是易損部件了，其損壞原因大致可以分為機械損傷、電氣損壞和環(huán)境影響...等幾個方面。

機械損傷

伺服反饋編碼器故障中最常見的就是各種機械損傷，包括由于機械振動、碰撞、沖擊、磨損等因素造成的編碼器內(nèi)部元件結(jié)構(gòu)（碼盤、軸和軸承...等）的硬件損壞。

振動

過大的機械振動極有可能造成編碼器碼盤、軸和軸承的損傷。

對于伺服反饋來說，有些振動是由電機本體的振動引起的，例如：電機所處的機械結(jié)構(gòu)的振動、電機需要隨負(fù)載連續(xù)運動...等等，這種情況是比較容易預(yù)防和避免的，因為這種振動看上去就比較直觀，也容易測量和采取糾正措施，只要能夠?qū)㈦姍C本體的振動強度控制在其標(biāo)稱的振動等級（加速度和頻率）范圍內(nèi)，就基本上可以避免這種振動對伺服電機和反饋帶來的危害了。

還有一些情況，振動是在電機運行過程中伴隨機械軸旋轉(zhuǎn)而引起的，例如：伺服電機軸輸出側(cè)受到過大的軸向力作用，在運轉(zhuǎn)時發(fā)生前后竄動造成編碼器機械軸的軸向振動；或者，伺服電機在運轉(zhuǎn)時，其輸出軸長期受到過大的徑向力作用，造成電機軸和軸承的磨損，進而使得電機軸在高速旋轉(zhuǎn)時因偏心而產(chǎn)生強烈振動...等等。

這些振動基本上與電機本體和設(shè)備機械結(jié)構(gòu)的振動沒有太大關(guān)系，而是和電機運行時其輸出軸的受力情況以及軸/軸承的磨損情況密切相關(guān)的，即使從電機本身看不出任何振動，反饋編碼器也很有可能因為這些異常的軸向或徑向振動而受損；同時由于此類振動主要發(fā)生在電機內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn)的機械軸上，具有很強的隱蔽性，其危害往往會被人們忽視。

不過，要預(yù)防這種因電機軸振動造成的編碼器故障或損壞也并不難，只是需要在伺服電機的安裝、使用和維護時，確保其在運行過程中軸向力和徑向力在產(chǎn)品標(biāo)稱的限值范圍以內(nèi)。

沖擊

和所有機電類產(chǎn)品一樣，伺服電機和反饋編碼器產(chǎn)品也會有額定的抗沖擊加速度限值標(biāo)稱。過大的沖擊力將可能導(dǎo)致伺服編碼器碼盤、軸、軸承、集成線路板和芯片的損壞、甚至整個反饋編碼器的損毀和報廢。

因此，在使用伺服電機過程中，須盡量避免其本體受到任何外力的撞擊，尤其要防止對電機輸出軸的沖撞和敲擊，無論是來自軸向或徑向的，例如：在往電機輸出軸上安裝各種傳動軸套（同步帶輪、聯(lián)軸器、減速機軸套...等等）時，或者在將電機安裝到傳動機構(gòu)的過程中，切勿用力敲擊電機軸和外殼本體。

磨損

另一種機械損傷，就是伺服反饋編碼器軸和軸承的磨損。雖然并不是很常見，但也需要引起一定的重視。

它有可能是因為電機軸長期振動（軸向或徑向）造成的；也有可能是由于電機軸超速運轉(zhuǎn)而引起的，盡管一般伺服電機很少出現(xiàn)超速運轉(zhuǎn)的狀況，并且反饋編碼器的最大允許轉(zhuǎn)速要比伺服電機的峰值轉(zhuǎn)速高出許多，但是在某些異常情況下，例如：反饋信號受到干擾、伺服電機整定錯誤、垂直負(fù)載失控墜落...等等，反饋編碼器因為電機“被”超速運轉(zhuǎn)而受損的風(fēng)險還是依然存在的。

電氣損壞

在各種伺服反饋編碼器故障中，電氣損壞也是經(jīng)常發(fā)生的。

一方面，當(dāng)伺服電機或/和編碼器反饋線路處在電磁兼容性能較差的機電系統(tǒng)環(huán)境中時，在其信號回路上可能會因為受到較強電磁噪聲干擾而瞬間產(chǎn)生極高（幾千甚至上萬伏特）的高頻沖擊電壓，導(dǎo)致編碼器信號電路的損壞。

另一方面，編碼器外部線路的異常，例如：短路、斷路、接錯線、極性接反、電源異常（如波動）...等等，也都有可能造成伺服反饋的電氣故障或損壞。

前面兩種故障應(yīng)該算是比較純粹的電氣故障，和通用編碼器的電氣故障是一樣的。

還有一種電氣損壞是伺服反饋所特有的，是由于電機的機械損傷而引起的。如果伺服電機在運轉(zhuǎn)時，因其輸出軸長期受到過大的軸向或徑向力作用，造成軸和軸承的磨損，就會在電機內(nèi)部產(chǎn)生大量金屬屑和粉塵，當(dāng)這些金屬粉塵附著在反饋編碼器的線路板上時，極有可能因短路而造成其內(nèi)部電路的故障或損壞。

環(huán)境影響

這里所說的環(huán)境，首先當(dāng)然還是指伺服電機所處的物理環(huán)境，包括：濕度、溫度、滴液、油污、粉塵、腐蝕...等等。

很多故障伺服電機返廠后的維修報告里，都會提到反饋編碼器因受到污染物的侵蝕而損壞，例如：浸液、粉塵...等等。

這些污染物進入電機內(nèi)部原因很多，可能是電機自身防護等級不足以抵御惡劣的應(yīng)用環(huán)境，例如：將IP54的伺服電機置于需要用水沖洗的食品衛(wèi)生設(shè)備...；也可能是不當(dāng)?shù)陌惭b使用方法造成的，例如：將沒有安裝軸封的電機軸向上安裝在有液體飛濺的環(huán)境中，或者因電機插頭/插座選用不當(dāng)使得液體沿其電纜接口滲入電機內(nèi)部...等等。

因此，伺服電機本身的IP防護等級，以及產(chǎn)品應(yīng)用集成和運行維護時所采取的環(huán)境防護措施就顯得非常重要了。

不過，僅僅做好對伺服電機的應(yīng)用防護還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因為對于伺服反饋來說，它還會受到電機內(nèi)部環(huán)境的影響。

從污染物方面看，正像前文所說，伺服反饋編碼器的防護等級大都在IP20~IP40，如果伺服電機在運轉(zhuǎn)時，其輸出軸長期受到過大的軸向或徑向力作用，會造成電機軸和軸承的磨損，從而在電機內(nèi)部產(chǎn)生大量粉塵和碎屑，它們不僅可能會因為附著在反饋編碼器的線路板上導(dǎo)致其內(nèi)部電路的損壞，也有可能因為大量堆積而影響電氣元件的散熱和機械軸承的潤滑。而這其實和伺服電機自身所具備的防護等級并沒有太大關(guān)系。

而如果再看溫度方面對伺服反饋編碼器的影響，則主要就是來自于伺服電機內(nèi)部了，因為其繞組線圈在連續(xù)運行時的實際溫度往往遠(yuǎn)高于周圍環(huán)境溫度，這對于緊貼在電機軸末端安裝著的伺服反饋編碼器來說，是一個極大的挑戰(zhàn)和威脅。通常伺服反饋的工作溫度范圍極限可達+110°C~+120°C，過高的電機運行溫度，將可能導(dǎo)致反饋編碼器內(nèi)部電路工作不穩(wěn)定甚至發(fā)熱損壞。因此，合理規(guī)劃伺服電機的動作周期和運行負(fù)荷，防止出現(xiàn)過高的繞組溫度，對于保護其內(nèi)部集成的反饋編碼器，也是十分重要的。