Cómo el acoplamiento electromagnético estator-rotor permite la detección de posición

A El resolver , también conocido como resolver síncrono, es un sensor electromagnético diseñado para medir ángulos de rotación con alta precisión. Su funcionamiento depende del principio de inducción electromagnética, donde la interacción entre un estator (componente fijo) y un rotor (componente giratorio) genera señales eléctricas dependientes de la posición. A continuación se muestra una explicación detallada de cómo este acoplamiento electromagnético traduce la rotación mecánica en salidas eléctricas medibles.

1. Estructura central y excitación
El resolver consta de dos partes principales: el estator y el rotor. El estator contiene devanados primarios energizados por un voltaje de excitación de corriente alterna (CA), típicamente a frecuencias como 400 Hz, 3 kHz o 5 kHz. Esta excitación crea un campo magnético giratorio dentro del estator. El rotor, unido mecánicamente al eje cuya posición se va a medir, presenta devanados secundarios que giran dentro de este campo magnético.

2. Mecanismo de acoplamiento electromagnético
A medida que el rotor gira, la posición relativa entre el campo magnético giratorio del estator y los devanados del rotor cambia. Los devanados del rotor, a menudo dispuestos ortogonalmente (por ejemplo, devanados sinusoidales y cosenos), experimentan flujos magnéticos variables. Según la ley de inducción de Faraday, estos flujos cambiantes inducen tensiones sinusoidales en los devanados del rotor. Las amplitudes de estos voltajes inducidos dependen del desplazamiento angular entre el estator y el rotor, típicamente siguiendo funciones seno y coseno del ángulo del rotor.

3. Características de la señal
Las señales de salida de los devanados del rotor son voltajes analógicos. Para un resolver de una sola velocidad, las salidas son:

• Salida sinusoidal (E_sin): Proporcional a sinθ, donde θ es el ángulo del rotor.

• Salida de coseno (E_cos): Proporcional a cosθ.

En los resolutores de varias velocidades (por ejemplo, sistemas de dos canales), los pares de polos adicionales generan señales de mayor frecuencia, lo que mejora la resolución y permite una detección de ángulos más finos.

4. Procesamiento de señales y extracción de posición
Para convertir las salidas seno/coseno en datos de posición utilizables, se requieren algoritmos o circuitos externos. Los métodos comunes incluyen:

• División analógica: uso de tan−1(Esin/Ecos) para calcular θ, aunque es sensible al ruido.

• Convertidores de resolución a digital (RDC): circuitos integrados que emplean bucles de seguimiento (por ejemplo, servobucles de tipo II) para decodificar las señales de resolución. Estos dispositivos comparan las salidas del resolver con referencias generadas internamente, ajustándolas hasta minimizar el error de fase, recuperando así el ángulo del rotor.

5. Ventajas de diseño y aplicaciones
Los solucionadores destacan en entornos hostiles debido a su construcción robusta (sin componentes ópticos ni contactos) y su inmunidad a las interferencias electromagnéticas. Son ampliamente utilizados en:

• Sistemas de control de motores: Proporciona retroalimentación en tiempo real para servomotores en robótica, aeroespacial y automatización.

• Aeroespacial y defensa: fundamental para aplicaciones que requieren alta confiabilidad y tolerancia a vibraciones/temperaturas extremas.

• Equipos industriales: en herramientas de mecanizado de precisión, donde los sistemas basados ​​en resolución permiten una resolución por debajo del minuto de arco.

6. Parámetros clave que influyen en el rendimiento

• Frecuencia de excitación: afecta la relación señal-ruido y el ancho de banda del sistema.

• Número de pares de polos: determina la resolución y el rango de medición.

• Configuración del devanado: optimizada para relaciones de salida lineales o no lineales (por ejemplo, sinusoidales).

En resumen, la capacidad del resolutor para transformar la rotación mecánica en señales eléctricas mediante un acoplamiento electromagnético lo convierte en un componente vital en sistemas que exigen una medición angular precisa. Su equilibrio de diseño entre simplicidad, robustez y precisión garantiza su continua relevancia en las aplicaciones de ingeniería modernas.