Comment le couplage électromagnétique stator-rotor permet la détection de position

UN Le résolveur , également connu sous le nom de résolveur synchrone, est un capteur électromagnétique conçu pour mesurer les angles de rotation avec une haute précision. Son fonctionnement dépend du principe de l'induction électromagnétique, où l'interaction entre un stator (composant fixe) et un rotor (composant rotatif) génère des signaux électriques dépendants de la position. Vous trouverez ci-dessous une explication détaillée de la façon dont ce couplage électromagnétique traduit la rotation mécanique en sorties électriques mesurables.

1. Structure et excitation centrales
Le résolveur se compose de deux parties principales: le stator et le rotor. Le stator contient des enroulements primaires sous tension par une tension d'excitation à courant alternatif (AC), généralement à des fréquences comme 400 Hz, 3 kHz ou 5 kHz. Cette excitation crée un champ magnétique rotatif dans le stator. Le rotor, lié mécaniquement à l'arbre dont la position doit être mesurée, présente des enroulements secondaires qui tournent dans ce champ magnétique.

2. Mécanisme de couplage électromagnétique
Au fur et à mesure que le rotor tourne, la position relative entre le champ magnétique rotatif du stator et les enroulements du rotor changent. Les enroulements du rotor, souvent disposés orthogonalement (par exemple, les enroulements sinuscéds et cosinus), connaissent des flux magnétiques variables. Selon la loi d'induction de Faraday, ces flux changeants induisent des tensions sinusoïdales dans les enroulements du rotor. Les amplitudes de ces tensions induites dépendent du déplacement angulaire entre le stator et le rotor, suivant généralement les fonctions sinus et cosinus de l'angle du rotor.

3. Caractéristiques du signal
Les signaux de sortie des enroulements du rotor sont des tensions analogiques. Pour un résolveur à une seule vitesse, les sorties sont:

• Sortie sinusoïdale (E_SIN): proportionnelle à Sinθ, où θ est l'angle de rotor.

• Sortie du cosinus (E_COS): proportionnel à Cosθ.

Dans les résolveurs à plusieurs vitesses (par exemple, les systèmes à double canal), les paires de pôles supplémentaires génèrent des signaux de fréquence plus élevée, améliorant la résolution et permettant une détection d'angle plus fine.

4. Traitement du signal et extraction de position
pour convertir les sorties sinus / cosinus en données de position utilisables, des circuits externes ou des algorithmes sont nécessaires. Les méthodes courantes comprennent:

• Division analogique: en utilisant Tan - 1 (esin / ecos) pour calculer θ, bien que cela soit sensible au bruit.

• Convertisseurs de résolveur-numérique (RDC): circuits intégrés qui utilisent des boucles de suivi (par exemple, boucles de servo de type II) pour décoder les signaux de résolveur. Ces dispositifs comparent les sorties de résolveur à des références générées en interne, en ajustant jusqu'à ce que l'erreur de phase soit minimisée, récupérant ainsi l'angle du rotor.

5. Des avantages et des applications de conception
s'excellent dans des environnements difficiles en raison de leur construction robuste (pas de composants ou de contacts optiques) et d'immunité à une interférence électromagnétique. Ils sont largement utilisés dans:

• Systèmes de contrôle moteur: fournir des commentaires en temps réel pour les servomoteurs en robotique, aérospatiale et automatisation.

• Aérospatiale et défense: critique pour les applications nécessitant une forte fiabilité et une tolérance aux vibrations / températures extrêmes.

• Équipement industriel: dans les outils d'usinage de précision, où les systèmes à base de résolveur permettent une résolution inférieure à l'arc.

6. Paramètres clés influençant les performances

• Fréquence d'excitation: affecte le rapport signal / bruit et la bande passante du système.

• Nombre de paires de pôles: détermine la résolution et la plage de mesure.

• Configuration de l'enroulement: optimisée pour les relations de sortie linéaires ou non linéaires (par exemple, sinusoïdales).

En résumé, la capacité du résolveur à transformer la rotation mécanique en signaux électriques via un couplage électromagnétique en fait un composant vital dans les systèmes exigeant une mesure angulaire précise. Son équilibre de conception entre simplicité, robustesse et précision garantit sa pertinence continue dans les applications d'ingénierie modernes.