拆解Nidec电机，看绝对位置编码器究竟咋工作的

近日，我们拆解了Nidec Avtron制造的一个电机AV30的编码器系统，这是一款专为重载而设计的，外壳具有 IP65 等级，并包括一组坚固的轴承。它还可以在更大的温度范围内工作。拥有的特定单元每转可输出超过 8000 个计数位，并以二进制形式提供关于所谓的 SSI 连接的位置信息。

如果您对工业编码器不太熟悉，SSI 协议可能是新事物。SSI（串行同步接口）是连接绝对位置传感器和控制器的广泛应用的串行接口。SSI利用控制器发出一个时钟脉冲序列，初始化传感器的门限输出。典型的 SSI 连接有六根线：两根用于时钟信号，两根用于数据，两根用于电源和接地。控制器提供时钟脉冲，因此编码器不需要生成时钟。每次编码器接收到一个时钟脉冲，它都会在移位寄存器的输出引脚上提供一个新的数据位。数据流反映表示特定轴位置的二进制 12 或 14 位，然后重复。

该产品包含编码器的电子设备和外壳两部分。电缆终止于外壳后端的接头中。

当卸下外壳时，感到了一丝惊讶：外壳内部基本上是空的。您看到的不是编码器内部，而是另一个较小的金属外壳。因此，外壳可以提供对元件的密封，并将坚固的轴承固定在编码器轴上。

内壳通过螺钉连接到编码器轴上。由于采用压接方式，因此必须露出实际的绝对编码器电子设备。

像这种电机的绝对编码器通常被称为韦根线传感器，因为它们确实使用韦根线感应旋转。韦根线实际上是一种特殊制备的维卡合金线（如钒铁钴）。特殊的材质使其具有硬磁外壳和软磁芯。外壳具有很高的抗磁化能力。如果将磁铁靠近导线，外壳会屏蔽内部软芯免受磁场影响，直到磁场变得足够高，此时整根导线——包括外壳和内核——将迅速切换磁化极性。这种切换会在几微秒内发生。这种转换就是所谓的韦根效应。

韦根效应的一个重要特征是，每次磁极化反转产生的能量是恒定的，并且完全独立于外部磁场的变化率，即使这种情况发生得很慢。利用韦根效应的典型应用是将韦根线放在线圈的中间，两个磁铁连接到旋转轴上就可以根据磁化产生脉冲。

PCB 中心有一颗Melexis 芯片和可能是ARM的MCU。

编码器中旋转的一对磁铁使韦根线传感器每一圈输出两个脉冲。但是您可能想知道，当韦根线每转只产生两个脉冲时，如何从编码器中获得 4,096 个不同的代码。 答案在 PCB 的另一面。电路板中间是Melexis的特殊霍尔传感器 IC。 传统的平面霍尔技术仅对垂直施加到 IC 表面的通量密度敏感。但是，由于在 CMOS 芯片上采用了一种特殊材料，Melexis 芯片对平行于 IC 表面施加的通量密度很敏感。 这允许芯片使用通量密度的方向分量来解码 0 到 360 度的绝对旋转或角度位置。

我们在编码器板上发现的唯一其他可识别芯片是闪存芯片，可能用于跟踪编码器的起始位置。 板上还有另一个芯片，我们怀疑它是 ARM 处理器，但芯片标记不明确。