Hogyan teszi lehetővé az állórész-rotor elektromágneses csatolás a helyzetérzékelést

A A rezolver , más néven szinkronfeloldó, egy elektromágneses érzékelő, amelyet az elfordulási szögek nagy pontosságú mérésére terveztek. Működése az elektromágneses indukció elvén múlik, ahol az állórész (fix alkatrész) és a forgórész (forgó alkatrész) közötti kölcsönhatás helyzetfüggő elektromos jeleket generál. Az alábbiakban részletesen bemutatjuk, hogy ez az elektromágneses csatolás hogyan alakítja át a mechanikai forgást mérhető elektromos kimenetekké.

1. Magfelépítés és gerjesztés
A rezolver két fő részből áll: az állórészből és a forgórészből. Az állórész primer tekercseket tartalmaz, amelyeket váltóáramú (AC) gerjesztőfeszültség táplál, jellemzően 400 Hz, 3 kHz vagy 5 kHz frekvencián. Ez a gerjesztés forgó mágneses teret hoz létre az állórészen belül. A forgórész, amely mechanikusan kapcsolódik a mérendő tengelyhez, másodlagos tekercsekkel rendelkezik, amelyek ebben a mágneses mezőben forognak.

2. Elektromágneses csatolási mechanizmus
Ahogy a forgórész forog, az állórész forgó mágneses tere és a forgórész tekercseinek relatív helyzete megváltozik. A gyakran ortogonálisan elhelyezett forgórész tekercsek (pl. szinuszos és koszinuszos tekercsek) változó mágneses fluxusokat tapasztalnak. Faraday indukciós törvénye szerint ezek a változó fluxusok szinuszos feszültségeket indukálnak a rotor tekercseiben. Ezen indukált feszültségek amplitúdója az állórész és a forgórész közötti szögeltolódástól függ, jellemzően a forgórész szögének szinusz- és koszinuszfüggvényét követve.

3. A jel jellemzői
A rotor tekercseinek kimeneti jelei analóg feszültségek. Egysebességes feloldó esetén a kimenetek a következők:

• Szinusz kimenet (E_sin): arányos sinθ-val, ahol θ a forgórész szöge.

• Koszinusz kimenet (E_cos): Cosθ-val arányos.

A többsebességű felbontásban (pl. kétcsatornás rendszerekben) további póluspárok generálnak magasabb frekvenciájú jeleket, növelve a felbontást és lehetővé téve a finomabb szögérzékelést.

4. Jelfeldolgozás és pozíciókivonás
A szinusz/koszinusz kimenetek használható helyzetadatokká alakításához külső áramkörre vagy algoritmusokra van szükség. A gyakori módszerek a következők:

• Analóg felosztás: Tan−1 (Esin/Ecos) használata a θ kiszámításához, bár ez érzékeny a zajra.

• Rezolver-digitális átalakítók (RDC): Integrált áramkörök, amelyek nyomkövető hurkokat (pl. II. típusú szervo hurkot) alkalmaznak a feloldó jelek dekódolására. Ezek az eszközök összehasonlítják a rezolver kimeneteit a belsőleg generált referenciákkal, addig állítanak be, amíg a fázishiba minimálisra nem csökken, ezáltal helyreállítja a rotor szögét.

5. Tervezési előnyök és alkalmazások
A rezolverek masszív felépítésüknek (nincs optikai alkatrésznek vagy érintkezőnek) és elektromágneses interferenciával szembeni ellenálló képességüknek köszönhetően kiválóak a zord környezetben. Széles körben használják:

• Motorvezérlő rendszerek: Valós idejű visszacsatolás biztosítása a robotikában, a repülésben és az automatizálásban használt szervomotorokhoz.

• Repülés és védelem: Kritikus az olyan alkalmazásokhoz, amelyek nagy megbízhatóságot és rezgés-/extrém hőmérsékleti tűrést igényelnek.

• Ipari berendezések: Precíziós megmunkáló szerszámokban, ahol a rezolver alapú rendszerek lehetővé teszik az ívperc alatti felbontást.

6. A teljesítményt befolyásoló kulcsparaméterek

• Gerjesztési frekvencia: Befolyásolja a jel-zaj arányt és a rendszer sávszélességét.

• Póluspárok száma: Meghatározza a felbontást és a mérési tartományt.

• Tekercskonfiguráció: Lineáris vagy nemlineáris (pl. szinuszos) kimeneti kapcsolatokhoz optimalizálva.

Összefoglalva, a rezolvernek az a képessége, hogy a mechanikai forgást elektromágneses csatoláson keresztül elektromos jelekké tudja átalakítani, létfontosságú elemévé teszi a precíz szögmérést igénylő rendszerekben. Az egyszerűség, a robusztusság és a pontosság közötti tervezési egyensúly biztosítja, hogy továbbra is relevanciája legyen a modern mérnöki alkalmazásokban.