I. Muutuvate vastumeelsuse resolulide põhiprintsiipe
Esiteks, disaini mõistmiseks tuleb mõista selle põhilisi erinevusi traditsiooniliste haavarottide resolveridest:
· Traditsiooniline resolver: nii staatoril kui ka rootoril on mähised. Ergastussignaal ja väljundsignaal indutseeritakse kogu õhuvahega elektromagnetiliselt.
· Muutuv vastumeelsus (VR) resolver: ainult staatoril on mähised . Rootor on mitte haavatud ferromagnetiline komponent, mis on valmistatud silmapaistvatest poolustest või hammastest struktuurist. Selle tööpõhimõte põhineb vastumeelsuse variatsioonil.
o Staatori mähised: hõlmab tavaliselt ühte ergastuskeemi (primaarset) ja kahte väljundmähist (siinus ja koosinus mähised, sekundaarsed), mis on ruumiliselt ortogonaalsed (90 elektri kraadi kaugusel).
O Rootori pöörlemine: kui rootor silmapaistvate poolustega pöörleb, muudab see õhupihendi pikkust ja magnetilise vooluahela vastumeelsust.
o Signaali modulatsioon: õhulõhede vastumeelsuse varieeruvus moduleerib (amplituudi modulatsiooni) pinge amplituud, mis on indutseeritud väljundmähistes ergastusmagnetvälja abil. Kahe väljundmähise amplituudümbrised on vastavalt rootori nurga sinusoidsed ja koosinusfunktsioonid.
Selle eelised on: lihtne struktuur, vastupidav ja vastupidav (harjata), odavad, kõrge usaldusväärsus, võime taluda kiiret ja kõrge temperatuuriga keskkonda . Puuduseks on see, et täpsus ja lineaarsus on tavaliselt pisut madalam kui ülitäpse haavarotoorse resolverite oma.
Ii. Kujundusprotsess ja peamised kaalutlused
Kujundusprotsess on iteratiivne ja järgib tavaliselt neid samme:
1. määratlege disaini spetsifikatsioonid
See on kõigi kujunduste lähtepunkt ja see tuleb kõigepealt selgitada:
· Postipaaride arv (P): määrab seose elektriliste ja mehaaniliste nurkade vahel (θ_electric = p * θ_mechanical). Tavalised konfiguratsioonid on 1 pooluspaar (unipolaarne) ja 2 poolusepaari (bipolaarne). Postipaaride arv mõjutab täpsust ja maksimaalset kiirust.
· Täpsusnõuded: tavaliselt väljendatakse arkmiinites (′) või milliradiaanlastel (MRAD). Täpsemad disainilahendused nõuavad valmistamise, materjalide ja magnetvälja harmoonilise supressiooni jaoks äärmiselt suuri nõudmisi.
· Sisendi ergastussignaal: ergastuspinge amplituud, sagedus (tavalised on 4kHz, 10kHz jne), lainekuju (tavaliselt sinusoidaalne).
· Transformatsiooni suhe (TR): väljundpinge ja sisendpinge suhe (maksimaalse sidumise asendi korral).
· Elektriviga: sisaldab funktsiooni viga, nullpinge viga, faasiviga jne.
· Töökeskkond: temperatuurivahemik, vibratsioon, šokk, õhuniiskus, sissetulekukaitse (IP) reiting.
· Suurusepiirangud: välimine läbimõõt, sisemine ava, paksus (pikkus).
· Impedantsi parameetrid: sisend/väljundtakistus, mis mõjutab sobitamist järgneva vooluringiga.
2. elektromagnetiline disain - põhiosa
· Staatori/rootori lamineerimise kujundus:
o Materjalivalik: tavaliselt kasutab kõrge läbilaskvuse ja madala rauakaduga räni terasest lehed (nt DW540, 50JN400).
o Pole-plot kombinatsioon: see on disaini hing. Staatori pilude (ZS) ja rootori silmapaistvate pooluste (ZR) arv tuleb kindlaks määrata. Kõige tavalisem kombinatsioon on Zr = 2p (rootoripostide arv võrdub kahekordse postipaaride arvuga) ja ZS on ZR -i kordne. Näiteks kasutab unipolaarset eraldusvõimet (p = 1) sageli zs = 4, zr = 2 ; Bipolaarne resolver (p = 2) kasutab sageli ZS = 8, ZR = 4 või ZS = 12, ZR = 6.
o pesa/poolus: hammaste kuju (paralleelne, kitsenev) mõjutab magnetvälja jaotust ja harmoonilist sisaldust. Sellised mõõtmed nagu hammaste laius, pesa ava laius ja ikke paksus vajavad optimeerimist, et maksimeerida põhilist magneto-motive jõudu (MMF) ja minimeerida pilude harmoonilisi.
o Õhulõhe: õhuvahe suurus on kriitiline kompromiss. Väike õhuvahe suurendab transformatsiooni suhet ja signaali tugevust, kuid suurendab tootmisraskusi, tundlikkust ekstsentrilisuse ja pöördemomendi pulsatsiooni suhtes. Suur õhupiel on vastupidine mõju. Tavaliselt kujundatud vahemikus 0,05 mm - 0,25 mm.
· Möödakujundus:
O Tüüp: kasutatakse tavaliselt jaotunud mähiseid või kontsentreeritud (hammaste) mähiseid. Jagatud mähised (üks mähis, mis hõlmab mitut pesa) annavad sinusoidsema magnetvälja, kuid nende valmistamiseks on keerulisem; Kontsentreeritud mähised on lihtsamad, kuid neil on kõrgemad harmoonilised.
o Pööramise arvutamine: tuginedes sihtmärgi teisendamise suhtele, ergastuspingele ja sagedusele, määrake elektromagnetilise arvutamise kaudu ergastamise mähise ja siinuse/koosinusmähise pöördete arv. Kahe väljundmähise pöörde arv peab olema rangelt identne.
o Ühendusmeetod: veenduge, et siinus- ja koosinusmähised asuksid rangelt 90 elektrilise kraadi ruumiliselt.
3. Magnetvälja simulatsioon ja optimeerimine (FEA simulatsioon) - oluline moodne disaini tööriist
Puhtalt analüütilised arvutused on väga keerulised ja ebapiisavalt täpsed. Lõplike elementide analüüsi (FEA) tarkvara (nt Jmag, Ansys Maxwell, Simcenter Magnet) on hädavajalik.
· Staatiline välja simulatsioon: arvutage magnetvälja jaotus, induktiivsuse maatriks ja väljundpotentsiaal erinevatel rootori nurkadel.
· Mööduv välja simulatsioon: rakendage tegelikku ergastuspinget väljundpinge lainekuju simuleerimiseks, kajastades täpsemalt jõudlust.
· Parameetriline optimeerimine: teostage parameetrilised pühkimised ja võtmemõõtmete, näiteks hamba kuju, õhuvahe ja pesa avanemise optimeerimine, et minimeerida vea (nt THD) ja maksimeerida teisendussuhet.
· Veaanalüüs: arvutage simulatsiooni ja veaallikate analüüsi abil elektriviga (nt harmooniline, hasartmänguefekt, küllastusefekt).
4. Mehaanilise struktuuri disain
· Eluase ja laagrid: kavandage tugistruktuur ja valige sobivad laagrid, et tagada rootori ja staatori ning õhupilude minimaalse variatsiooni kontsentrilisus, taludes samal ajal täpsustatud vibratsiooni ja šokki.
· Võlliühendus: disainilahenduse võtmetee, sujuv ava või servo-liides, et tagada usaldusväärne ühendus ja tagasilöögivaba käigukast mootori võlli abil.
· Termiline juhtimine: kaaluge mähiste ja raua kadude soojuse genereerimist, et vältida ülekuumenemist kõrgtemperatuurilises keskkonnas. Mõnikord on vajalik termiline tee kujundamine.
· Elektromagnetiline varjestus: vajadusel lisage kilp, et vältida häireid välistest magnetväljadest.
5. Signaalitöötluse vooluahela kaalutlused
Ehkki see ei kuulu eraldatava kehakujunduse hulka, tuleb seda pidada sünergistlikult:
· RDC (resolver-digitaalmuundur): valige RDC kiip (nt AD2S1205, AU6802), mis vastab resolveri takistusele ja ergastuse sagedusele. Kujunduse ajal on vaja sisendtakistuse sobitamist.
· Ergastusjuhi vooluring: nõuab toiteallika vooluringi, mis on võimeline tagama puhta, stabiilse siinuslaine.
· Filtri vooluring: filtreerige väljundsignaalid, et pärssida kõrgsagedusmüra ja harmoonilisi.
Iii. Kujundusprobleemid ja võtmetehnoloogiad
1. Harmooniline mahasurumine: selle vastumeelsuse variatsiooni mittelineaarsuse tõttu sisaldab VR-resolveri väljundpinge rikkalikku harmoonilisi, mis on vea peamine põhjus. Meetodid nagu pooluse kombinatsiooni optimeerimine, viltu (pesad või poolused) ja lisapesade lisamine staatorihammastele võivad harmoonilisi tõhusalt maha suruda.
2. Tasakaalustamine täpsus ja kulud: suur täpsus tähendab täpsemat töötlemist (väiksem õhuvahe, kõrgem kontsentrilisus), kõrgema kvaliteediga materjalid (kõrgema kvaliteediga räniratas), keerukamad disainilahendused (nt rohkem poolakapaarid, murdosa pesad) ja rangemad protsessid, mis suurendavad kulusid järsult.
3. Temperatuuri triiv: mähiste vastupidavus ja räni terase omadused muutuvad temperatuuriga, põhjustades amplituudi ja faasi triivi. Elektromagnetilise disaini ajal tuleb valida vooluringi või tarkvara kompensatsiooni või tuleks valida hea temperatuuri stabiilsusega materjalid.
Kokkuvõte
Kujundussoovitused:
1. Alustage spetsifikatsioonidega: kõigepealt mõistke põhjalikult oma rakenduse stsenaariumi konkreetseid nõudeid täpsuse, suuruse ja keskkonna osas.
2. Tõestatud lahendused: alustage klassikaliste poolusalade kombinatsioonidega (nt 4-2, 8-4), kuna need on kinnitatud ja usaldusväärsed lähtepunktid.
3. Simulatsioonipõhine disain: ärge peatuge teoreetiliste arvutuste korral; Kasutage kohe FEM -tarkvara, et luua simuleerimiseks ja optimeerimiseks parameetriline mudel. See on võti disaini edukuse määra parandamisel ja arendustsüklite lühendamisel.
4. Iterake ja test: pärast prototüübi ehitamist viige läbi põhjalikud jõudluskatsed (viga, temperatuuri tõus, vibratsioon jne), võrrelge simulatsiooni tulemustega, analüüsige erinevuste põhjuseid ja jätkake järgmise kujunduse iteratsiooni juurde.
5. Mõelge süsteemi tasemele: kaaluge ja siluge Resolveri andurit ja RDC allavoolu vooluringi integreeritud süsteemina.
Muutuvate vastumeelsuse resolulide kujundamine on väga praktiline tehnoloogia, mis nõuab teooria, simulatsiooni ja eksperimenteerimise korduvaid tsüklit.
