I. Temeljna načela razlučivača varijable nevoljkosti
Prvo, da bismo razumjeli dizajn, mora se razumjeti njegove temeljne razlike od tradicionalnih razlučivača rotora:
· Tradicionalni razlučivač: i stator i rotor imaju namote. Signal pobude i izlazni signal elektromagnetski su inducirani preko zračnog jaza.
· Varijabilna nevoljkost (VR) razlučivač: Samo stator ima namote . Rotor je neražena feromagnetska komponenta izrađena od vidljivih stupova ili nazubljene strukture. Njegov princip rada temelji se na varijaciji nevoljkosti.
o namoti statora: obično uključuju jedno namotavanje pobuda (primarno) i dva izlazna namota (sinusni i kosinusni namoti, sekundarni) koji su prostorno ortogonalni (90 električnih stupnjeva).
O rotacija rotora: Kad se rotor s vidljivim stupovima rotira, mijenja duljinu zraka i nevoljkost magnetskog kruga.
o Modulacija signala: Varijacija u zraku modulira modulira (amplitudna modulacija) Amplituda napona izazvana u izlaznim namotima magnetskim poljem pobude. Amplitudne omotnice dvaju izlaznih namota su sinusoidne i kosinusne funkcije kuta rotora.
Njegove prednosti su: jednostavna struktura, robusna i izdržljiva (bez četkica), niska cijena, visoka pouzdanost, sposobnost izdržavanja okruženja velike brzine i visoke temperature . Nedostatak je u tome što su točnost i linearnost obično malo niži od onih od visoko preciznih razlučivača rana rotora.
Ii. Proces dizajna i ključna razmatranja
Proces dizajniranja je iterativan i obično slijedi ove korake:
1. Definirajte specifikacije dizajna
Ovo je polazište za sve dizajne i prvo se mora pojasniti:
· Broj parova stupa (P): Određuje odnos između električnih i mehaničkih kutova (θ_elektric = P * θ_mechanički). Uobičajene konfiguracije su 1 pari stupa (unipolarni) i 2 pol parova (bipolarni). Broj parova pola utječe na točnost i maksimalnu brzinu.
· Zahtjevi za točnost: Obično se izražavaju u lukovima (′) ili Milliradijanima (MRAD). Dizajni visoke preciznosti zahtijevaju izuzetno velike zahtjeve za proizvodnju, materijale i harmonično suzbijanje magnetskog polja.
· Ulazni pobudni signal: Amplituda napona pobude, frekvencija (uobičajeni su 4KHz, 10kHz itd.), Valni oblik (obično sinusoidno).
· Omjer transformacije (TR): Omjer izlaznog napona i ulaznog napona (na položaju maksimalnog spajanja).
· Električna pogreška: Uključuje pogrešku funkcije, nulta pogreška napona, fazna pogreška, itd.
· Radno okruženje: temperaturni raspon, vibracija, udar, vlaga, ocjena zaštite od ulaska (IP).
· Ograničenja veličine: vanjski promjer, unutarnja provrta, debljina (duljina).
· Parametri impedancije: Ulazna/izlazna impedancija, koja utječe na podudaranje s sljedećim krugom.
2. Elektromagnetski dizajn - temeljni dio
· Dizajn laminacije statora/rotora:
o Odabir materijala: Obično koristi silicijske čelične listove s velikom propusnošću i niskim gubitkom željeza (npr. DW540, 50JN400).
O kombinacija pol-usoljenja: ovo je duša dizajna. Mora se odrediti broj utora za statore (ZS) i rotora (ZR). Najčešća kombinacija je zr = 2p (broj stupova rotora jednak je dvostrukom broju parova stupa), a ZS je više od Zr. Na primjer, unipolarni razlučivač (p = 1) često koristi zs = 4, zr = 2 ; bipolarni razlučivač (p = 2) često koristi zs = 8, zr = 4 ili zs = 12, zr = 6.
O utor/pol oblik: Oblik zuba (paralelno, konus) utječe na raspodjelu magnetskog polja i harmonični sadržaj. Dimenzije poput širine zuba, širine otvora utora i debljine jarma trebaju optimizaciju kako bi se maksimizirala temeljna magneto-motivna sila (MMF) i umanjila harmonika utora.
o Zračni jaz: Veličina zračnog jaza je kritična kompromisa. Mali jaz u zraku povećava omjer transformacije i čvrstoću signala, ali povećava poteškoće u proizvodnji, osjetljivost na ekscentričnost i pucanje okretnog momenta. Veliki jaz u zraku ima suprotan učinak. Tipično dizajniran između 0,05 mm - 0,25 mm.
· Namotani dizajn:
o Tip: Koriste se obično raspodijeljeni namoti ili koncentrirani (zubni) namoti. Distribuirani namoti (jedna zavojnica koja se proteže s više utora) proizvodi više sinusoidno magnetsko polje, ali su složenije za proizvodnju; Koncentrirani namoti su jednostavniji, ali imaju veće harmonike.
o Izračunavanje okretanja: Na temelju omjera ciljane transformacije, napona pobude i frekvencije odredite broj zavoja za namotavanje pobude i namote sinusa/kosina putem elektromagnetskog izračuna. Broj zavoja za dva izlazna namota mora biti strogo identičan.
o Način povezivanja: osigurajte da su sinusni i kosinusni namoti strogo 90 električnih stupnjeva odvojeno prostorno.
3. Simulacija i optimizacija magnetskog polja (simulacija FEA) - Esencijalni moderni dizajn alata
Čisto analitički proračuni su vrlo složeni i nedovoljno točni. Softver za analizu konačnih elemenata (FEA) (npr. Jmag, ANSYS Maxwell, SimCenter Magnet) je neophodan.
· Simulacija statičkog polja: Izračunajte raspodjelu magnetskog polja, matricu induktivnosti i izlazni potencijal pod različitim kutovima rotora.
· Simulacija prolaznog polja: Primijenite stvarni napon pobude da simulira valni oblik izlaznog napona, točnije odražavajući performanse.
· Parametrijska optimizacija: Izvršite parametrijske pomicanja i optimizacije dimenzija ključeva poput oblika zuba, zraka i otvaranja utora za minimiziranje pogreške (npr. THD) i maksimiziranje omjera transformacije.
· Analiza pogreške: Izračunajte električnu pogrešku simulacijom i analizom izvora pogreške (npr. Harmonika, učinak kockinja, učinak zasićenja).
4. Dizajn mehaničke strukture
· Kućište i ležajevi: Dizajnirajte strukturu potpore i odaberite odgovarajuće ležajeve kako biste osigurali koncentričnost između rotora i statora i minimalne varijacije zračnog jaza, istovremeno izdržavajući navedene vibracije i udar.
· Priključak osovine: Dizajn ključeva, glatko provrtanje ili servo sučelje kako bi se osiguralo pouzdano povezivanje i mjenjač bez povratnog udarca s osovinom motora.
· Toplinsko upravljanje: Razmotrite stvaranje topline od namota i gubitaka željeza kako biste spriječili pregrijavanje u okruženjima s visokim temperaturama. Dizajn toplinskih staza ponekad je potreban.
· Elektromagnetsko oklop: dodajte štit ako je potrebno kako biste spriječili smetnje iz vanjskih magnetskih polja.
5. razmatranja kruga za obradu signala
Iako nije dio dizajna tijela rezolucije, mora se smatrati sinergistički:
· RDC (Resolver-to-Digital Converter): Odaberite RDC čip (npr. AD2S1205, AU6802) koji odgovara frekvenciji impedancije i uzbuđenja razlučivača. Tijekom dizajna potrebno je podudaranje ulazne impedance.
· Pogonski krug pobude: Zahtijeva napajanje OP-AMP krug koji može pružiti čist, stabilan sinusni val.
· Krug filtra: filtrirajte izlazne signale za suzbijanje buke i harmonike visokog frekvencije.
Iii. Izazovi dizajna i ključne tehnologije
1. Harmonično suzbijanje: Zbog nelinearnosti njegove varijacije nevoljkosti, izlazni napon VR razlučivača sadrži bogate harmonike, koji su glavni uzrok pogreške. Metode poput kombinirane optimizacije kombinacije poleta, iskrivljenja (utora ili stupova) i dodavanja pomoćnih utora na zube statora mogu učinkovito suzbiti harmonike.
2. Točnost i trošak uravnoteženja: visoka točnost podrazumijeva preciznije obradu (manji jaz u zraku, veća koncentričnost), kvalitetniji materijali (silikonski čelik višeg stupnja), složeniji dizajn (npr. Više parova stupa, frakcijski prorezi) i stroži procesi, što dovodi do oštrog sve većih troškova.
3. Temperaturni nalet: Otpor namota i svojstva silicijskog čelika mijenjaju se s temperaturom, uzrokujući amplitudu i fazni nagib. Potrebna je kompenzacija u krugu ili softveru ili se tijekom elektromagnetskog dizajna treba odabrati materijali s dobrom temperaturnom stabilnošću.
Sažetak
Preporuke dizajna:
1. Započnite s specifikacijama: Prvo, temeljito shvatite specifične zahtjeve vašeg scenarija prijave u vezi s točnošću, veličinom i okolinom.
2. Upotrijebite dokazana rješenja: Počnite s klasičnim kombinacijama naleta (npr. 4-2, 8-4), jer su oni provjereni i pouzdani polazište.
3. Dizajn vođen simulacijom: Ne zaustavljajte se na teorijskim proračunima; Odmah koristite FEM softver za stvaranje parametrijskog modela za simulaciju i optimizaciju. To je ključno za poboljšanje stope uspjeha dizajna i skraćivanje ciklusa razvoja.
4. Iterate i ispitivanje: Nakon izgradnje prototipa, provesti sveobuhvatne testove performansi (pogreška, porast temperature, vibracije itd.), Usporedite s rezultatima simulacije, analizirajte uzroke razlika i nastavite na sljedeću iteraciju dizajna.
5. Razmislite na razini sustava: razmislite i uklanjam ispravljanje senzora za razlučivanje i nizvodno RDC krug kao integrirani sustav.
Dizajn varijabilnih razlučivača nevoljkosti je vrlo praktična tehnologija koja zahtijeva ponovljene cikluse teorije, simulacije i eksperimentiranja.
