1 概述

1.1 定义

机械齿轮绝对式编码器，全称机械齿轮储能多圈绝对式编码器，是带内置精密齿轮减速机构的多圈绝对值位置检测传感器。 区别于单圈绝对值编码器、电池电子计数多圈编码器，该产品依靠纯机械齿轮组记录旋转圈数，无需依赖内置锂电池供电保存多圈位置，断电后无论停机多久，单圈角度 + 总旋转圈数数据永久不丢失。

1.2 核心特点

1.内置微型精密行星 / 减速齿轮组，机械记忆圈数，无电池、无电池更换维护；

2.每一圈内角度拥有唯一格雷码地址，总行程内全部位置绝对唯一；

3.上电直接读取完整坐标，无需回零、无需外部原点开关；

4.无电池老化、亏电失效风险，适合长期 24 小时连续工况。

1.3 应用场景

起重卷扬、提升机、立体仓库堆垛机、水利启闭机、大型机床主轴、工程机械动臂、长行程直线拉线位移设备、无人值守自动化设备。

2 整体结构与工作原理

2.1 内部硬件组成

1.主轴输入轴：连接设备负载转轴；

2.单圈编码码盘：光电 / 磁电多轨道格雷码盘，采集 0~360° 单圈角度；

3.精密微型减速齿轮组（核心部件）：多级减速齿轮，传动比固定，将主轴多圈旋转转化为低速输出；

4.多圈编码副码盘：齿轮末端从动轴配套小型格雷码盘，记录总圈数；

5.信号读取电路板：光电接收 / 霍尔采集芯片、解码芯片、差分通讯驱动电路；

6.外壳、轴承、密封防护结构。

2.2 工作逻辑

1.设备主轴旋转时，一方面驱动主码盘输出当前单圈角度格雷码；

2.主轴同步带动内部多级减速齿轮组做机械传动，大幅降低从动轴转速；

3.齿轮末端从动轴带动多圈副码盘同步转动，记录主轴累计旋转圈数；

4.齿轮为纯机械结构，断电后齿轮齿位不会发生偏移、打滑，机械锁定当前圈数位置；

5.上电瞬间，电路板同时读取「单圈角度编码 + 齿轮多圈编码」，控制器合并计算出全局绝对坐标。

2.3 与电池式多圈编码器核心区别

普通电子多圈编码器依靠内置锂电池断电计数，电池耗尽后丢失圈数； 机械齿轮式全程依靠齿轮机械定位记忆，完全不需要电池，理论机械寿命内永久保存多圈位置。

2.4 编码制式

内部统一采用格雷码输出：

单圈：12bit/16bit 格雷码，一圈内每个角度唯一编码；

多圈：配套齿轮减速档位对应 8~16bit 圈数编码； 相邻位置仅 1 位数据跳变，杜绝角度跳码、读数抖动。

3 产品分类

3.1 按检测方式

1.光电齿轮多圈编码器 玻璃光栅码盘，精度高、温漂小；防护 IP54~IP65；适合室内高精度机床、自动化产线。

2.磁电齿轮多圈编码器 霍尔磁传感，无玻璃光栅，抗震动、油污、粉尘；防护 IP67；起重、水利、工程机械首选。

3.2 按齿轮量程（最大记录圈数）

根据齿轮减速比划分常规规格：

4096 圈（12bit 多圈）：通用款，卷扬、闸门；

16384 圈（14bit 多圈）：立体仓库、长行程升降；

65536 圈（16bit 多圈）：超高行程大型起重设备。

3.3 按输出通讯接口

1.SSI 差分同步串行：高精度伺服、数控系统标配；

2.CANopen / Profinet / Modbus-RTU：多设备总线组网；

3.Endat / Hiperface：进口伺服电机配套专用接口；

4.4~20mA 模拟量：简易 PLC 闸门开度采集。

4 关键技术参数

4.1 分辨率参数

1.单圈精度：8/12/16 Bit 12Bit 工业通用：单圈 4096 点，分辨角度 0.0879°

2.多圈量程：12bit (4096r)、14bit (16384r)、16bit (65536r)

3.全局总点位 = 单圈 2^Bit × 最大记录圈数

4.2 机械齿轮参数

1.齿轮材质：耐磨粉末冶金 / 不锈钢微型齿轮；

2.齿轮回程间隙：≤0.1°（高精度款≤0.05°）；

3.允许最高机械转速：3000~6000rpm（齿轮结构限制，不可超高速）；

4.齿轮机械寿命：≥1000 万次旋转无打滑、无间隙增大。

4.3 电气参数

1.供电：DC5V、DC12~24V；

2.信号传输：全系列差分信号，远距离抗干扰；

3.无内置电池，零电池维护成本。

4.4 环境防护参数

标准温度：-20℃ ~ +70℃；宽温款 -40℃ ~ +120℃

防护等级：光电 IP54/IP65；磁电 IP67 防水防尘

抗振动：10~2000Hz，150m/s²；抗冲击 300m/s²

5 机械齿轮绝对式编码器优缺点

5.1 核心优势

1.无电池设计，免维护 不存在电池亏电、更换电池、电池漏液故障，适合长期无人值守设备。

2.断电永久记忆全局位置 停机、断电数年再次上电，坐标完全不变，无需回零、无需原点校准。

3.无累计定位误差 机械齿轮锁死圈数 + 格雷码独立读数，不受电磁干扰丢脉冲影响。

4.恶劣工况稳定性更强 相比电池款，低温环境不会出现电池容量衰减、位置丢失。

5.故障追溯能力强 任意断电停机位置均可精准读取，便于设备限位、故障记录。

5.2 固有缺陷

1.内部齿轮结构复杂，生产成本高于电池多圈、单圈绝对值编码器；

2.内部齿轮存在微小回程间隙，频繁正反转场景会产生微小机械回差；

3.最高允许转速低于增量编码器，不适合持续超高速旋转工况；

4.受齿轮最大量程限制，超出记录圈数范围会出现坐标循环。

6 与其他编码器对比

6.1 机械齿轮多圈 VS 电池电子多圈绝对值

6.2 机械齿轮多圈 VS 单圈绝对值编码器

7 安装、调试规范

1.同轴安装要求 编码器输入轴与负载轴同轴度≤0.1mm，选用波纹管弹性联轴器，禁止刚性硬连接；偏心会加剧齿轮磨损、增大回程间隙。

2.布线规范 SSI / 总线差分信号使用双绞屏蔽电缆，屏蔽层单端接地；动力电缆与编码器线缆分开敷设，间距≥30cm，避免电磁干扰。

3.零点设置 上电读取原始编码后，软件写入偏移量自定义机械原点，无需外部限位开关。

4.使用限制 设备总行程旋转圈数不得超过编码器额定最大记录圈数，否则坐标溢出循环。

5.维护要求 禁止拆解编码器，内部微型齿轮、码盘精密易碎；每年定期检查联轴器是否松动，避免齿轮冲击磨损。