נקודות עיצוב מפתח עבור רזולוצי רתיעה משתנים

I. עקרונות ליבה של רזולוצי רתיעה משתנים

ראשית, כדי להבין את העיצוב, יש להבין את ההבדלים היסודיים שלו מהפתרנים מסורתיים של פצעים:

· פותר מסורתי: גם לסטטור וגם לרוטור יש פיתולים. אות העירור ואות הפלט נוצרים באופן אלקטרומגנטי על פני פער האוויר.

· רגישות רתיעה משתנה (VR): רק לסטטור יש פיתולים . הרוטור הוא רכיב פרומגנטי שאינו פלאת העשוי מקטבים בולטים או מבנה שיניים. עיקרון העבודה שלו מבוסס על וריאציה של חוסר רצון.

o פיתולי סטטור: בדרך כלל כוללים פיתול עירור אחד (ראשוני) ושני פיתולי תפוקה (פיתולי סינוס וקוסינוס, משני) שהם אורתוגונליים מרחביים (90 מעלות חשמל זה מזה).

o סיבוב הרוטור: כאשר הרוטור עם עמודי בולטים מסתובב, הוא משנה את אורך פער האוויר ואת חוסר הרצון של המעגל המגנטי.

o אפנון אות: הווריאציה באי -רצון פער האוויר מווסתת (אפנון משרעת) משרעת המתח הנגרמת בפיתולי הפלט על ידי השדה המגנטי לעירור. מעטפות המשרעת של שני פיתולי הפלט הם פונקציות סינוסואידיות וקוסינוסיות של זווית הרוטור, בהתאמה.

היתרונות שלה הם: מבנה פשוט, מחוספס ועמיד (ללא מברשות), עלות נמוכה, אמינות גבוהה, יכולת לעמוד בסביבות במהירות גבוהה וטמפרטורה גבוהה . החיסרון הוא שהדיוק והליניאריות בדרך כלל נמוכים מעט מאלה של רזולוצי רוטור פצעים בעלי דיוק גבוה.

II. תהליך תכנון ושיקולי מפתח

תהליך העיצוב הוא איטרטיבי ובדרך כלל עוקב אחר השלבים הללו:

1. הגדר מפרט עיצוב

זו נקודת המוצא של כל העיצובים ויש להבהיר תחילה:

· מספר זוגות המוט (P): קובע את הקשר בין זוויות חשמליות ומכניות (θ_electric = p * θ_mechanical). תצורות נפוצות הן זוג מוט 1 (חד -קוטבי) ו -2 זוגות מוט (דו קוטבי). מספר זוגות המוט משפיע על הדיוק והמהירות המרבית.

· דרישות דיוק: בדרך כלל בא לידי ביטוי בארקמינוטס (′) או במילירדים (MRAD). עיצובים בעלי דיוק גבוה דורשים דרישות גבוהות במיוחד לגבי דיכוי הרמוני לייצור, חומרים ודיכוי שדה מגנטי.

· אות עירור קלט: משרעת מתח עירור, תדר (נפוצים הם 4kHz, 10kHz וכו '), צורת גל (בדרך כלל סינוסואידית).

· יחס טרנספורמציה (TR): היחס בין מתח היציאה למתח קלט (במיקום של צימוד מקסימאלי).

· שגיאה חשמלית: כוללת שגיאת פונקציה, שגיאת מתח אפס, שגיאת פאזה וכו '.

· סביבת הפעלה: טווח טמפרטורות, רטט, הלם, לחות, דירוג הגנת כניסה (IP).

· אילוצי גודל: קוטר חיצוני, נשא פנימי, עובי (אורך).

· פרמטרי עכבה: עכבת קלט/פלט, המשפיעים על התאמה עם מעגלים עוקבים.

2. עיצוב אלקטרומגנטי - חלק ליבה

· עיצוב למינציה של סטטור/רוטור:

o בחירת חומרים: בדרך כלל משתמשת בגיליונות פלדת סיליקון עם חדירות גבוהה ואובדן ברזל נמוך (למשל, DW540, 50JN400).

o שילוב חריץ מוט: זו נשמת העיצוב. יש לקבוע את מספר חריצי הסטטור (ZS) וקטבי בולטים ברוטור (ZR). השילוב הנפוץ ביותר הוא Zr = 2p (מספר עמודי הרוטור שווה כפול ממספר זוגות המוט), ו- Zs הוא מכפיל של Zr. לדוגמה, פותר חד -קוטבי (p = 1) משתמש לעתים קרובות ב- zs = 4, zr = 2 ; פותר דו קוטבי (p = 2) משתמש לעתים קרובות ב- Zs = 8, Zr = 4 או Zs = 12, Zr = 6.

o צורת חריץ/מוט: צורת השיניים (מקבילות, מחודדות) משפיעה על התפלגות השדה המגנטי ועל תוכן הרמוני. מידות כמו רוחב שיניים, רוחב פתיחת משבצת ועובי עול זקוקים לאופטימיזציה כדי למקסם את כוח המניעה המנוטיבית הבסיסית (MMF) ולמזער את הרמוניות החריץ.

o פער אוויר: גודל הפער האווירי הוא חילופי דברים קריטיים. פער אוויר קטן מגדיל את יחס הטרנספורמציה ואת חוזק האות אך מגביר את קושי הייצור, הרגישות לאקסצנטריות ו Ripple מומנט. לפער אוויר גדול יש השפעה הפוכה. בדרך כלל מעוצב בין 0.05 מ'מ - 0.25 מ'מ.

· עיצוב מפותל:

O סוג: בדרך כלל משתמשים בפתולים מבוזרים או פיתולים מרוכזים (שן). פיתולים מבוזרים (סליל אחד המשתרע על חריצים מרובים) מייצרים שדה מגנטי סינוסואידי יותר אך הם מורכבים יותר לייצור; פיתולים מרוכזים הם פשוטים יותר אך יש הרמוניות גבוהות יותר.

o חישוב סיבוב: בהתבסס על יחס טרנספורמציית היעד, מתח עירור ותדר, קבע את מספר הפניות עבור פיתול העירור והפתיות הסינוס/קוסינוס באמצעות חישוב אלקטרומגנטי. מספר הפניות לשני פיתולי הפלט חייב להיות זהה בהחלט.

o שיטת חיבור: ודא שהסינוס והקוסינוס פיתול הם רק 90 מעלות חשמליות זה מזה במרחב.

3. סימולציה ואופטימיזציה של שדה מגנטי (סימולציה של FEA) - כלי עיצוב מודרני חיוני

חישובים אנליטיים גרידא מורכבים מאוד ומדויקים מספיק. תוכנת ניתוח אלמנטים סופיים (FEA) (למשל, JMAG, ANSYS Maxwell, SimCenter Magnet) היא חיונית.

· הדמיית שדה סטטי: חישוב התפלגות שדה מגנטי, מטריצת השראות ופוטנציאל יציאה בזוויות רוטור שונות.

· סימולציה של שדה חולף: החל את מתח העירור בפועל כדי לדמות את צורת גל מתח היציאה, ומשקף בצורה מדויקת יותר את הביצועים.

· אופטימיזציה פרמטרית: בצע טאטאות פרמטריות ואופטימיזציה של ממדי המפתח כמו צורת שן, פער אוויר ופתיחת חריץ כדי למזער את השגיאה (למשל, THD) ולמקסם את יחס הטרנספורמציה.

· ניתוח שגיאות: חישוב שגיאה חשמלית באמצעות סימולציה וניתוח מקורות שגיאה (למשל, הרמוניות, אפקט ציוד, אפקט רוויה).

4. תכנון מבנה מכני

· דיור ומסבים: תכנן את מבנה התמיכה ובחר מיסבים מתאימים כדי להבטיח ריכוזיות בין רוטור לסטטור ושונות פער אוויר מינימלי, תוך עמידה ברטט והלם מוגדרים.

· חיבור פיר: תכנון מסלולי מפתח, נשא חלק או ממשק סרוו כדי להבטיח חיבור אמין ותמסורת ללא התנגשות עם פיר המנוע.

· Thermal Management: Consider heat generation from windings and iron losses to prevent overheating in high-temperature environments. לעיתים יש צורך בעיצוב נתיבים תרמיים.

· מיגון אלקטרומגנטי: הוסף מגן במידת הצורך כדי למנוע הפרעות משדות מגנטיים חיצוניים.

5. שיקולי מעגלי עיבוד אותות

אף על פי שאינו חלק מעיצוב גוף הפותר, יש לשקול אותו באופן סינרגטי:

· RDC (ממיר רזולוצי-לדיגיטלי): בחר שבב RDC (למשל, AD2S1205, AU6802) התואם את עכבה ותדירות העירור של הפותר. התאמת עכבה קלט נדרשת במהלך העיצוב.

· מעגל כונן עירור: דורש מעגל מגבר-מגבר כוח המסוגל לספק גל סינוס נקי ויציב.

מעגל פילטר : סנן את אותות הפלט לדיכוי רעש והרמוניות בתדר גבוה.

III. אתגרי עיצוב וטכנולוגיות מפתח

1. דיכוי הרמוני: בשל אי ליניאריות של שונות הרתיעה שלו, מתח היציאה של פותר VR מכיל הרמוניות עשירות, המהוות את הגורם העיקרי לטעות. שיטות כמו אופטימיזציה של שילוב חריץ מוט, שיפוט (משבצות או מוטות) והוספת חריצי עזר על שיני סטטור יכולות לדכא ביעילות את ההרמוניות.

2. איזון בין דיוק ועלות: דיוק גבוה מרמז על עיבוד מדויק יותר (פער אוויר קטן יותר, קונצנטריות גבוהה יותר), חומרים באיכות גבוהה יותר (פלדת סיליקון בדרגה גבוהה יותר), עיצובים מורכבים יותר (למשל, זוגות מוט יותר, משבצות חלקיות), ותהליכים מחמירים יותר, המובילים לעלויות העלאות בחדות.

3. סחף טמפרטורה: ההתנגדות של פיתולים ותכונות פלדת הסיליקון משתנים עם הטמפרטורה, וגורמת למשרעת וסחף פאזה. יש צורך בפיצוי במעגל או בתוכנה, או שיש לבחור חומרים עם יציבות טמפרטורה טובה במהלך תכנון אלקטרומגנטי.

תַקצִיר

המלצות עיצוב:

1. התחל עם מפרטים: ראשית, הבינו היטב את הדרישות הספציפיות של תרחיש היישום שלך לגבי דיוק, גודל וסביבה.

2. מנוף פתרונות מוכחים: התחל עם שילובי חריצי מוט קלאסיים (למשל, 4-2, 8-4), מכיוון שהם נקודת התחלה מאומתת ואמינה.

3. עיצוב מונע סימולציה: אל תפסיק בחישובים תיאורטיים; השתמש מייד בתוכנת FEM כדי ליצור מודל פרמטרי לסימולציה ואופטימיזציה. זה המפתח לשיפור שיעורי ההצלחה בעיצוב וקיצור מחזורי הפיתוח.

4. איטרציה ובדיקה: לאחר בניית אב -טיפוס, ערכו בדיקות ביצועים מקיפות (שגיאה, עליית טמפרטורה, רטט וכו '), השווה לתוצאות סימולציה, נתח את הגורמים להבדלים והמשיך לאיטרציה העיצובית הבאה.

5. חשבו ברמת המערכת: שקול ובעל באגים את חיישן Resolver ואת מעגל ה- RDC במורד הזרם כמערכת משולבת.

תכנון של פתרונות רתיעה משתנים הוא טכנולוגיה מעשית ביותר הדורשת מחזורים חוזרים ונשנים של תיאוריה, סימולציה וניסויים.