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

A El resolución , también conocido como resolución sincrónica, es un sensor electromagnético diseñado para medir ángulos de rotación con alta precisión. Su operación 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 y excitación del núcleo
El resolución 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, vinculado mecánicamente al eje cuya posición se debe 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 cambian. Los devanados del rotor, a menudo dispuestos ortogonalmente (por ejemplo, devanados sinusoidal y coseno), experimentan diferentes flujos magnéticos. Según la ley de inducción de Faraday, estos flujos cambiantes inducen voltajes sinusoidales en los devanados del rotor. Las amplitudes de estos voltajes inducidos dependen del desplazamiento angular entre el estator y el rotor, típicamente siguiendo las funciones sinusoidal y cosena del ángulo del rotor.

3. Características de la señal
Las señales de salida de los devanados del rotor son voltajes analógicos. Para un resolución 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 solucionadores de múltiples velocidades (p. Ej., Sistemas de doble canal), los pares de polos adicionales generan señales de mayor frecuencia, mejorando la resolución y habilitando la detección de ángulo más fino.

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

• División analógica: usando Tan - 1 (ESIN/ECOS) para calcular θ, aunque esto es sensible al ruido.

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

5. Ventajas y aplicaciones de diseño
Los resueltos se destacan en entornos hostiles debido a su construcción resistente (sin componentes o contactos ópticos) e inmunidad a la interferencia electromagnética. Son ampliamente utilizados en:

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

• Aeroespacial y Defensa: crítico para aplicaciones que requieren alta confiabilidad y tolerancia a los extremos de vibración/temperatura.

• Equipo industrial: en herramientas de mecanizado de precisión, donde los sistemas basados ​​en resolución permiten la resolución de sub-arcminte.

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: optimizado para relaciones de salida lineales o no lineales (p. Ej., Sinusoidales).

En resumen, la capacidad del resolutor para transformar la rotación mecánica en señales eléctricas a través del 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.