I. Prinsip -prinsip inti penyelesaian keengganan variabel
Pertama, untuk memahami desainnya, seseorang harus memahami perbedaan mendasarnya dari penyelesaian luka tradisional:
· Resolver tradisional: baik stator dan rotor memiliki belitan. Sinyal eksitasi dan sinyal output diinduksi secara elektromagnetik di seluruh celah udara.
· Resolver Variable Reluctance (VR): Hanya stator yang memiliki belitan . Rotor adalah komponen feromagnetik non-luka yang terbuat dari tiang yang menonjol atau struktur bergigi. Prinsip kerjanya didasarkan pada variasi keengganan.
O WINTING STATOR: Biasanya mencakup satu belitan eksitasi (primer) dan dua belitan output (sine dan cosine belitan, sekunder) yang secara spasial ortogonal (terpisah 90 derajat listrik).
o Rotasi rotor: Ketika rotor dengan kutub yang menonjol berputar, ia mengubah panjang celah udara dan keengganan sirkuit magnetik.
o Modulasi Sinyal: Variasi dalam modulasi keengganan celah udara (modulasi amplitudo) amplitudo tegangan yang diinduksi dalam belitan output oleh medan magnet eksitasi. Amplop amplitudo dari dua belitan output adalah fungsi sinusoidal dan cosinus dari sudut rotor, masing -masing.
Keuntungannya adalah: struktur sederhana, kasar dan tahan lama (sikat), biaya rendah, keandalan tinggi, kemampuan untuk menahan lingkungan berkecepatan tinggi dan suhu tinggi . Kerugiannya adalah bahwa akurasi dan linieritas biasanya sedikit lebih rendah daripada pemecah luka presisi tinggi.
Ii. Proses desain dan pertimbangan utama
Proses desainnya berulang dan biasanya mengikuti langkah -langkah ini:
1. Tentukan spesifikasi desain
Ini adalah titik awal untuk semua desain dan harus diklarifikasi terlebih dahulu:
· Jumlah pasangan tiang (P): Menentukan hubungan antara sudut listrik dan mekanik (θ_elektrik = p * θ_mekanis). Konfigurasi umum adalah 1 pasangan tiang (unipolar) dan 2 pasangan tiang (bipolar). Jumlah pasangan tiang mempengaruhi akurasi dan kecepatan maksimum.
· Persyaratan Akurasi: Biasanya dinyatakan dalam arcminutes (′) atau Milliradians (MRAD). Desain presisi tinggi membutuhkan tuntutan yang sangat tinggi pada manufaktur, bahan, dan penekanan harmonik medan magnet.
· Sinyal eksitasi input: amplitudo tegangan eksitasi, frekuensi (yang umum adalah 4kHz, 10kHz, dll.), Bentuk gelombang (biasanya sinusoidal).
· Rasio Transformasi (TR): Rasio tegangan output terhadap tegangan input (pada posisi kopling maksimum).
· Kesalahan listrik: Termasuk kesalahan fungsi, kesalahan tegangan nol, kesalahan fase, dll.
· Lingkungan Operasi: Kisaran suhu, getaran, guncangan, kelembaban, peringkat perlindungan masuk (IP).
· Kendala ukuran: diameter luar, lubang dalam, ketebalan (panjang).
· Parameter Impedansi: Impedansi Input/Output, mempengaruhi pencocokan dengan sirkuit berikutnya.
2. Desain Elektromagnetik - Bagian Inti
· Desain laminasi stator/rotor:
o Pemilihan material: Biasanya menggunakan lembaran baja silikon dengan permeabilitas tinggi dan kehilangan zat besi rendah (misalnya, DW540, 50JN400).
o Kombinasi slot tiang: Ini adalah jiwa dari desain. Jumlah slot stator (ZS) dan kutub yang menonjol rotor (ZR) harus ditentukan. Kombinasi yang paling umum adalah Zr = 2p (jumlah kutub rotor sama dengan dua kali jumlah pasangan tiang), dan ZS adalah kelipatan ZR. Misalnya, resolver unipolar (p = 1) sering menggunakan zs = 4, zr = 2 ; resolver bipolar (p = 2) sering menggunakan zs = 8, zr = 4 atau zs = 12, zr = 6.
o Slot/bentuk tiang: Bentuk gigi (paralel, meruncing) mempengaruhi distribusi medan magnet dan konten harmonik. Dimensi seperti lebar gigi, lebar pembukaan slot, dan ketebalan kuk perlu optimasi untuk memaksimalkan gaya magneto-motif fundamental (MMF) dan meminimalkan harmonik slot.
O Air Gap: Ukuran celah udara adalah trade-off yang kritis. Kesenjangan udara kecil meningkatkan rasio transformasi dan kekuatan sinyal tetapi meningkatkan kesulitan manufaktur, sensitivitas terhadap eksentrisitas, dan riak torsi. Kesenjangan udara yang besar memiliki efek sebaliknya. Biasanya dirancang antara 0,05mm - 0,25mm.
· Desain berliku:
Jenis o : belitan yang biasanya didistribusikan atau gulungan terkonsentrasi (gigi) digunakan. Belitan terdistribusi (satu kumparan yang mencakup beberapa slot) menghasilkan medan magnet yang lebih sinusoidal tetapi lebih kompleks untuk diproduksi; Gulungan terkonsentrasi lebih sederhana tetapi memiliki harmonik yang lebih tinggi.
o Perhitungan belokan: Berdasarkan rasio transformasi target, tegangan eksitasi, dan frekuensi, tentukan jumlah belokan untuk belitan eksitasi dan belitan sinus/cosinus melalui perhitungan elektromagnetik. Jumlah belokan untuk dua belitan output harus benar -benar identik.
o Metode Koneksi: Pastikan belitan sinus dan cosinus secara ketat 90 derajat listrik terpisah secara spasial.
3. Simulasi dan optimasi medan magnet (simulasi FEA) - Alat Desain Modern yang Esensial
Perhitungan analitik murni sangat kompleks dan tidak cukup akurat. Perangkat lunak analisis elemen hingga (FEA) (misalnya, JMAG, ANSYS MAXWELL, SIMCENTER MAGNET) sangat penting.
· Simulasi medan statis: Hitung distribusi medan magnet, matriks induktansi, dan potensi output pada sudut rotor yang berbeda.
· Simulasi bidang transien: Terapkan tegangan eksitasi aktual untuk mensimulasikan bentuk gelombang tegangan output, lebih mencerminkan kinerja.
· Optimalisasi Parametrik: Lakukan sapuan parametrik dan optimalisasi dimensi kunci seperti bentuk gigi, celah udara, dan bukaan slot untuk meminimalkan kesalahan (misalnya, THD) dan memaksimalkan rasio transformasi.
· Analisis kesalahan: Hitung kesalahan listrik melalui simulasi dan analisis sumber kesalahan (misalnya, harmonik, efek cogging, efek saturasi).
4. Desain Struktur Mekanik
· Perumahan dan bantalan: Desain struktur pendukung dan pilih bantalan yang sesuai untuk memastikan konsentrisitas antara rotor dan stator dan variasi celah udara minimal, sementara menahan getaran dan guncangan yang ditentukan.
· Koneksi poros: Keyways desain, bor halus, atau antarmuka servo untuk memastikan koneksi yang andal dan transmisi bebas reaksi dengan poros motor.
· Manajemen termal: Pertimbangkan generasi panas dari belitan dan kehilangan zat besi untuk mencegah overheating di lingkungan suhu tinggi. Desain jalur termal terkadang diperlukan.
· Pelindung elektromagnetik: Tambahkan perisai jika perlu untuk mencegah gangguan dari medan magnet eksternal.
5. Pertimbangan Sirkuit Pemrosesan Sinyal
Meskipun bukan bagian dari desain tubuh resolver, itu harus dipertimbangkan secara sinergis:
· RDC (konverter resolver-ke-digital): Pilih chip RDC (misalnya, AD2S1205, AU6802) yang cocok dengan impedansi dan frekuensi eksitasi resolver. Pencocokan impedansi input diperlukan selama desain.
· Sirkuit penggerak eksitasi: Membutuhkan sirkuit op-amp daya yang mampu memberikan gelombang sinus yang bersih dan stabil.
· Sirkuit Filter: Saring sinyal output untuk menekan kebisingan dan harmonik frekuensi tinggi.
AKU AKU AKU. Desain tantangan dan teknologi utama
1. Penindasan Harmonik: Karena non-linearitas variasi keengganannya, tegangan output resolver VR mengandung harmonik yang kaya, yang merupakan penyebab utama kesalahan. Metode seperti optimasi kombinasi slot tiang, miring (slot atau kutub), dan menambahkan slot tambahan pada gigi stator dapat secara efektif menekan harmonik.
2. Akurasi dan Biaya Penyeimbangan: Akurasi tinggi menyiratkan pemesinan yang lebih tepat (celah udara yang lebih kecil, konsentrisitas yang lebih tinggi), bahan berkualitas lebih tinggi (baja silikon tingkat lebih tinggi), desain yang lebih kompleks (misalnya, lebih banyak pasangan tiang, slot fraksional), dan proses yang lebih ketat, yang mengarah pada peningkatan biaya yang tajam.
3. Suhu Drift: Resistansi belitan dan sifat -sifat perubahan baja silikon dengan suhu, menyebabkan amplitudo dan penyimpangan fase. Kompensasi dalam sirkuit atau perangkat lunak diperlukan, atau bahan dengan stabilitas suhu yang baik harus dipilih selama desain elektromagnetik.
Ringkasan
Rekomendasi Desain:
1. Mulailah dengan spesifikasi: Pertama, pahami secara menyeluruh persyaratan spesifik dari skenario aplikasi Anda mengenai akurasi, ukuran, dan lingkungan.
2. Leverage Solusi Terbukti: Mulailah dengan kombinasi slot tiang klasik (misalnya, 4-2, 8-4), karena mereka adalah titik awal yang diverifikasi dan andal.
3. Desain yang digerakkan oleh simulasi: Jangan berhenti pada perhitungan teoretis; Segera gunakan perangkat lunak FEM untuk membuat model parametrik untuk simulasi dan optimasi. Ini adalah kunci untuk meningkatkan tingkat keberhasilan desain dan memperpendek siklus pengembangan.
4. Iterasi dan Tes: Setelah membangun prototipe, melakukan tes kinerja komprehensif (kesalahan, kenaikan suhu, getaran, dll.), Bandingkan dengan hasil simulasi, menganalisis penyebab perbedaan, dan melanjutkan ke iterasi desain berikutnya.
5. Pikirkan di tingkat sistem: pertimbangkan dan debug sensor resolver dan sirkuit RDC hilir sebagai sistem terintegrasi.
Desain resolvers keengganan variabel adalah teknologi yang sangat praktis yang membutuhkan siklus teori, simulasi, dan eksperimen yang berulang.
