I. Kerneprincipper for variabel modviljeopløsere
For det første, for at forstå designet, skal man forstå dets grundlæggende forskelle fra traditionelle sårrotoropløsere:
· Traditionel opløsning: Både stator og rotor har viklinger. Excitationssignalet og udgangssignalet induceres elektromagnetisk på tværs af luftgabet.
· Variabel modvilje (VR) Resolver: Kun statoren har viklinger . Rotoren er en ikke-såret ferromagnetisk komponent lavet af fremtrædende poler eller en tandstruktur. Dens arbejdsprincip er baseret på modvilje variant.
o Statorviklinger: Inkluder typisk en excitationsvikling (primær) og to udgangsviklinger (sinus og kosinusviklinger, sekundær), der er rumligt ortogonale (90 elektriske grader fra hinanden).
o Rotorrotation: Når rotoren med fremtrædende poler roterer, ændrer den luftgaplængden og modviljen for det magnetiske kredsløb.
o Signalmodulation: Variationen i modulater mod luftgap (amplitude -modulation) Den spændingsamplitude, der er induceret i udgangsvinding af excitationsmagnetfeltet. Amplitude -konvolutterne af de to udgangsviklinger er sinusformede og kosinusfunktioner i henholdsvis rotorvinklen.
Dens fordele er: enkel struktur, robust og holdbar (børsteløs), lave omkostninger, høj pålidelighed, evne til at modstå højhastighedsmiljøer og høje temperaturmiljøer . Ulempen er, at nøjagtighed og linearitet normalt er lidt lavere end dem med høj præcision sår-rotoropløsere.
Ii. Designproces og nøgleovervejelser
Designprocessen er iterativ og følger typisk disse trin:
1. Definer designspecifikationer
Dette er udgangspunktet for alle designs og skal først afklares:
· Antal stangpar (P): Bestemmer forholdet mellem elektriske og mekaniske vinkler (θ_elektrisk = P * θ_mechanisk). Almindelige konfigurationer er 1 polet par (unipolar) og 2 polspar (bipolar). Antallet af polpar påvirker nøjagtigheden og maksimal hastighed.
· Nøjagtighedskrav: Normalt udtrykt i arcminutes (′) eller Milliradians (MRAD). Højpræcisionsdesign kræver ekstremt høje krav til fremstilling, materialer og magnetfeltharmonisk undertrykkelse.
· Input excitationssignal: excitationsspændingsamplitude, frekvens (almindelige er 4 kHz, 10 kHz osv.), Bølgeform (normalt sinusformet).
· Transformationsforhold (TR): Forholdet mellem udgangsspænding og indgangsspænding (på positionen for maksimal kobling).
· Elektrisk fejl: inkluderer funktionsfejl, nulspændingsfejl, fasefejl osv.
· Driftsmiljø: Temperaturområde, vibration, chok, fugtighed, indtrængningsbeskyttelse (IP) -rating.
· Størrelsesbegrænsninger: Ydre diameter, indre boring, tykkelse (længde).
· Impedansparametre: Input/output impedans, der påvirker matchning med efterfølgende kredsløb.
2. Elektromagnetisk design - kernetel
· Stator/rotor lamineringsdesign:
o Valg af materiale: bruger typisk siliciumstålplader med høj permeabilitet og lavt jerntab (f.eks. DW540, 50JN400).
o Kombination af pol-slot: Dette er designets sjæl. Antallet af statorspalter (ZS) og rotoraliente poler (ZR) skal bestemmes. Den mest almindelige kombination er Zr = 2p (antal rotorstænger svarer til det dobbelte af antallet af polpar), og ZS er et multipel af Zr. For eksempel bruger en unipolar opløsning (P = 1) ofte ZS = 4, ZR = 2 ; En bipolar opløsning (p = 2) bruger ofte zs = 8, zr = 4 eller zs = 12, zr = 6.
o Slot/polform: Formen på tænderne (parallel, konisk) påvirker magnetfeltfordeling og harmonisk indhold. Dimensioner såsom tandbredde, åbningsbredde og ågetykkelse har brug for optimering for at maksimere grundlæggende magneto-motivkraft (MMF) og minimere slotharmonik.
o Luftgap: Luftspaltningsstørrelsen er en kritisk afvejning. Et lille luftgap øger transformationsforholdet og signalstyrken, men øger fremstillingsvanskeligheden, følsomhed over for excentricitet og drejningsmoment. Et stort luftgap har den modsatte effekt. Typisk designet mellem 0,05 mm - 0,25 mm.
· Vikling af design:
o Type: Typisk distribuerede viklinger eller koncentrerede (tand) viklinger bruges. Distribuerede viklinger (en spole, der spænder over flere slots), producerer et mere sinusformet magnetfelt, men er mere komplekse at fremstille; Koncentrerede viklinger er enklere, men har højere harmonik.
o Beregning: Baseret på måltransformationsforholdet, excitationsspænding og frekvens, bestemm antallet af sving for excitationsviklingen og sinus/kosinusviklinger gennem elektromagnetisk beregning. Antallet af sving for de to outputviklinger skal være strengt identiske.
o Forbindelsesmetode: Sørg for, at sinus- og kosinusviklingerne er strengt 90 elektriske grader fra hinanden rumligt.
3. Magnetisk feltsimulering og optimering (FEA -simulering) - Essential Modern Design Tool
Rent analytiske beregninger er meget komplekse og utilstrækkeligt nøjagtige. Endelig elementanalyse (FEA) software (f.eks. JMAG, Ansys Maxwell, SimCenter Magnet) er vigtig.
· Statisk feltsimulering: Beregn magnetfeltfordeling, induktansmatrix og udgangspotentiale i forskellige rotorvinkler.
· Forbigående feltsimulering: Påfør den faktiske excitationsspænding for at simulere udgangsspændingsbølgeformen, hvilket mere præcist afspejler ydeevne.
· Parametrisk optimering: Udfør parametriske fejer og optimering af nøgledimensioner som tandform, luftgap og slotåbning for at minimere fejl (f.eks. THD) og maksimere transformationsforholdet.
· Fejlanalyse: Beregn elektrisk fejl gennem simulering og analyser fejlkilder (f.eks. Harmonik, cogging -effekt, mætningseffekt).
4. mekanisk struktur design
· Boliger og lejer: Design understøttelsesstrukturen og vælg passende lejer for at sikre koncentricitet mellem rotor og stator og minimal luftgapvariation, mens den modstår specificeret vibration og chok.
· Skaftforbindelse: Design Keyways, glatboring eller servo-interface for at sikre pålidelig forbindelse og tilbageslagfri transmission med motorakslen.
· Termisk styring: Overvej varmeproduktion fra viklinger og jerntab for at forhindre overophedning i miljøer med høj temperatur. Termisk sti -design er undertiden nødvendigt.
· Elektromagnetisk afskærmning: Tilføj om nødvendigt et skjold for at forhindre interferens fra eksterne magnetiske felter.
5. Signalbehandlingskredsløb overvejelser
Selvom det ikke er en del af resolver kropsdesignet, skal det betragtes som synergistisk:
· RDC (resolver-to-digital konverter): Vælg en RDC-chip (f.eks. AD2S1205, AU6802), der matcher resolverens impedans og excitationsfrekvens. Indgangsimpedans -matching er påkrævet under design.
· Excitation Drive Circuit: Kræver en strømop-amp-kredsløb, der er i stand til at tilvejebringe en ren, stabil sinusbølge.
· Filterkredsløb: Filtrer output-signalerne for at undertrykke højfrekvent støj og harmonik.
III. Designudfordringer og nøgleteknologier
1. Harmonisk undertrykkelse: På grund af ikke-lineariteten i dens modvilje variation indeholder udgangsspændingen for en VR-resolver Rich Harmonics, som er den vigtigste årsag til fejl. Metoder som polskombinationsoptimering, skævhed (slots eller poler) og tilføjelse af hjælpespil på statortænder kan effektivt undertrykke harmonik.
2. Afbalanceringsnøjagtighed og omkostninger: Høj nøjagtighed indebærer mere præcis bearbejdning (mindre luftgap, højere koncentricitet), materialer af højere kvalitet (siliciumstål af højere kvalitet), mere komplekse design (f.eks. Flere polpar, fraktionerede slots) og strengere processer, hvilket fører til skarpt stigende omkostninger.
3. Temperaturdrift: Modstanden for viklinger og egenskaberne ved siliciumstålskift med temperatur, hvilket forårsager amplitude og fasedrift. Kompensation i kredsløbet eller softwaren er nødvendig, eller materialer med god temperaturstabilitet skal vælges under elektromagnetisk design.
Oversigt
Designanbefalinger:
1. Start med specifikationer: Forstå først de specifikke krav i dit applikationsscenarie vedrørende nøjagtighed, størrelse og miljø.
2. Leverage EVENDE LØSNINGER: Start med klassiske stang-slot-kombinationer (f.eks. 4-2, 8-4), da de er et verificeret og pålideligt udgangspunkt.
3. Simuleringsdrevet design: Stop ikke ved teoretiske beregninger; Brug straks FEM -software til at oprette en parametrisk model til simulering og optimering. Dette er nøglen til forbedring af designsuccesrater og forkortelse af udviklingscyklusser.
4. Iterate og test: Efter at have opbygget en prototype, skal du udføre omfattende ydelsestest (fejl, temperaturstigning, vibrationer osv.), Sammenlign med simuleringsresultater, analysere årsagerne til forskelle og gå videre til den næste design -iteration.
5. Tænk på systemniveau: Overvej og debug resolver -sensoren og nedstrøms RDC -kredsløb som et integreret system.
Designet af varierende modvilje -resolvers er en meget praktisk teknologi, der kræver gentagne cyklusser af teori, simulering og eksperimentering.
