電子發燒友網報道（文/吳子鵬）電機上的編碼器通過將機械位置轉換為電信號，用于檢測電機軸的旋轉位置、速度、角度和方向，從而實現對電機的精確控制。一般而言，帶有編碼器的電機具有高精度、高可靠性、實時反饋、優化系統性能等優勢。

從物理介質的不同來分，伺服電機編碼器可以分為光電編碼器和磁電編碼器，另外旋轉變壓器也算一種特殊的伺服編碼器。

電機驅動系統里的編碼器

當然，并不是所有的電機驅動都需要用到編碼器，比如一些中低端的電機驅動應用，采用的是開環的速度控制，就不需要編碼器。也就是說，開環控制是沒有電機編碼器反饋系統的控制，由于沒有編碼器，加上控制器成本也低，因此開環控制系統一般都很便宜。不過，開環控制也有其缺點，包括精度差、可靠性差、抗干擾能力差等。一般而言，開環控制受到外部環境和負載變化等因素的影響較大，容易導致輸出精度下降，不利于高精度的運動控制任務?。

閉環控制會將系統反饋納入控制考慮范圍，因此電機的閉環控制會考慮電流和位置等電機信號的反饋，也就會應用到編碼器。上述提到了電機驅動編碼器以物理介質的分類方式。實際上，分類的方式有很多，比如可以以測量方式來分類，包括增量式編碼、絕對式編碼器和混合式編碼器。例如，如果是增量式的磁電編碼器，就是利用霍爾效應將電機的位移轉為計數脈沖，用脈沖來測量速度和位移；如果是增量式的光電編碼器，就是利用光電效應將電機的位移轉為計數脈沖，用脈沖來測量速度和位移。

同時，對于各種不同類型的電機，對于編碼器的要求也不太一樣。比如，在交流電機中，電機編碼器用于更精確的速度控制，并且通常需要具有更強大的IP，沖擊和振動參數；在直流電機中，提供了一種測量轉子速度的機制，并為驅動器提供閉環反饋，以實現精確的速度控制。

回歸到物理介質的分類方式，目前光電編碼器和磁編碼器是應用最廣泛的。其中，光電編碼器一般會具有更高的精度和分辨率，因此采用光電編碼器能夠實現更精準的控制。不過，光電編碼器對于光線和灰塵的反應也更大，在惡劣的使用環境中性能容易被影響，這一點磁編碼器就擁有很大的優勢，因為磁編碼器的抗干擾能力很強。因此，在工業控制和機械等環境非常惡劣且需要更高可靠性的領域，磁編碼器是主流的選擇。

磁編碼器具有體積小、重量輕、工作溫度范圍寬、抗沖擊、抗震、穩定性強的優點，在機器人、工業母機和汽車領域應用廣泛。目前，磁編碼器在高精度、高可靠性控制市場上占據著主導地位，2023年磁性編碼器在整個編碼器市場占比超40%。根據Yole Group的統計數據，2027年全球磁編碼器的市場規模將增長至23.19億美元，汽車為最核心應用場景。在新能源汽車上，磁編碼器主要應用在逆變系統、電機冷卻系統和啟動發電機系統等方面，單車價值量超過500元。

當然，越是智能化水平高，需要精準控制的領域，磁編碼器的價值量越高。比如人形機器人，在特斯拉Optimus機器人的器件清單里，編碼器用量超過了50個，價值量超過了7500元。在人形機器人的關節和靈巧手等環節，磁編碼器優勢明顯。

磁編碼器的供應格局

如上所述，磁編碼器使用磁場傳感器來檢測磁性標記的位置，通常通過檢測磁性標記的位置變化來測量轉動或線性位置，通常具有較高的分辨率和精度，并對于環境條件的變化具有較好的穩定性。

據統計，目前全球磁編碼器供應商主要包括Heidenhain、Dynapar、Tamagawa、Baumer、Pepperl+Fuchs、Renishaw、Broadcom、Sensata Technologies和Freudenberg Sealing Technologies等。

其中，德國Heidenhain（海德漢）和日本Tamagawa（多摩川）憑借技術實力和市場經驗，占據了較大的市場份額。目前，全球TOP 5級別廠商——Heidenhain、Dynapar、Tamagawa、Baumer和Pepperl+Fuchs占據市場47%的份額。

通過Heidenhain官網能夠看到，該公司為伺服電機控制應用提供非常豐富的旋轉編碼器和角度編碼器，滿足不同的定位和控制任務要求。這些編碼器可連接常規電纜和接頭，也可以連接創新的HMC 6單電纜解決方案，支持EnDat 2接口，或連接HMC 2電纜，支持先進的EnDat 3接口。Heidenhain也面向不同的應用去推出編碼器，比如面向力矩電機應用，該公司可提供的編碼器包括旋轉編碼器和模塊型角度編碼器，專用于大型空心軸電機。

其中，ECM 2400系列便是Heidenhain開發的應用于力矩電機的磁電掃描系列，可配不同尺寸和形狀的柵鼓。內徑可達260 mm，可在編碼器內輕松布線電纜，結構緊湊，可安裝在有限空間中。ECM 2400系列支持在連續負載和反向負載情況下進行高軸速運動，甚至可在安裝中使用機械防松保護功能。在高軸速下，不增加編碼器的聲學工作噪聲。ECM 2410系列角碼器也提供功能安全特性和機械連接防松保護功能。安裝在應用中后，可達SIL 2級安全，最大限度減少故障，實現機床的安全運行。

Tamagawa同樣擁有豐富的編碼器產品系列，包括增量式的、絕對式的，以及適用于單轉彎和多轉彎場景的。比如，Tamagawa公司SA48系列便是一款絕對式多圈智能編碼器，具有優異的耐環境性，允許在惡劣的環境中使用，可實現高分辨率/高速跟蹤。SA48系列可支持單轉17位和多轉16位，總計33位的高精度檢測，支持雙向串行通訊類型和自診斷運行，可用于中小型馬達、機器人、工程機械和樹脂成型機等領域。

在國內廠商方面，賽卓電子、西安中科阿爾法電子科技、燦瑞科技、多維科技、矩陣光電等都可以供應磁編碼器，不過產品力和市場認可度還和Heidenhain、Tamagawa等公司有很大差距。

結語

磁編碼器具有體積小、重量輕、工作溫度范圍寬、抗沖擊、抗震、穩定性強的優點，在工業控制、機器人和新能源汽車領域應用廣泛，不過當前磁編碼器的供應依然是以國際廠商為主導，尤其是Heidenhain和Tamagawa的產品在市場上廣受認可。