Come l'accoppiamento elettromagnetico statore-rotore consente il rilevamento della posizione

UN Il risolutore , noto anche come risolutore sincrono, è un sensore elettromagnetico progettato per misurare gli angoli di rotazione con elevata precisione. Il suo funzionamento si basa sul principio dell'induzione elettromagnetica, dove l'interazione tra uno statore (componente fisso) e un rotore (componente rotante) genera segnali elettrici dipendenti dalla posizione. Di seguito è riportata una spiegazione dettagliata di come questo accoppiamento elettromagnetico traduce la rotazione meccanica in uscite elettriche misurabili.

1. Struttura del nucleo ed eccitazione
Il risolutore è costituito da due parti principali: lo statore e il rotore. Lo statore contiene avvolgimenti primari energizzati da una tensione di eccitazione di corrente alternata (CA), tipicamente a frequenze come 400 Hz, 3 kHz o 5 kHz. Questa eccitazione crea un campo magnetico rotante all'interno dello statore. Il rotore, collegato meccanicamente all'albero di cui si vuole misurare la posizione, è dotato di avvolgimenti secondari che ruotano all'interno di questo campo magnetico.

2. Meccanismo di accoppiamento elettromagnetico
Mentre il rotore ruota, la posizione relativa tra il campo magnetico rotante dello statore e gli avvolgimenti del rotore cambia. Gli avvolgimenti del rotore, spesso disposti ortogonalmente (ad esempio, avvolgimenti seno e coseno), subiscono flussi magnetici variabili. Secondo la legge di induzione di Faraday, questi flussi variabili inducono tensioni sinusoidali negli avvolgimenti del rotore. Le ampiezze di queste tensioni indotte dipendono dallo spostamento angolare tra lo statore e il rotore, tipicamente seguendo le funzioni seno e coseno dell'angolo del rotore.

3. Caratteristiche del segnale
I segnali di uscita dagli avvolgimenti del rotore sono tensioni analogiche. Per un risolutore a velocità singola, le uscite sono:

• Uscita sinusoidale (E_sin): proporzionale a sinθ, dove θ è l'angolo del rotore.

• Uscita coseno (E_cos): proporzionale a cosθ.

Nei risolutori a più velocità (ad esempio, sistemi a doppio canale), coppie polari aggiuntive generano segnali a frequenza più elevata, migliorando la risoluzione e consentendo un rilevamento dell'angolo più preciso.

4. Elaborazione del segnale ed estrazione della posizione
Per convertire le uscite seno/coseno in dati di posizione utilizzabili, sono necessari circuiti o algoritmi esterni. I metodi comuni includono:

• Divisione analogica: utilizzo di tan−1(Esin/Ecos) per calcolare θ, sebbene questo sia sensibile al rumore.

• Convertitori da risoluzione a digitale (RDC): circuiti integrati che utilizzano anelli di tracciamento (ad esempio, anelli servo di tipo II) per decodificare i segnali del risolutore. Questi dispositivi confrontano le uscite del risolutore con i riferimenti generati internamente, regolandoli fino a ridurre al minimo l'errore di fase, recuperando così l'angolo del rotore.

5. Vantaggi di progettazione e applicazioni
I risolutori eccellono negli ambienti difficili grazie alla loro struttura robusta (senza componenti ottici o contatti) e all'immunità alle interferenze elettromagnetiche. Sono ampiamente utilizzati in:

• Sistemi di controllo motori: forniscono feedback in tempo reale per servomotori nei settori della robotica, dell'aerospaziale e dell'automazione.

• Aerospaziale e difesa: fondamentale per applicazioni che richiedono elevata affidabilità e tolleranza a vibrazioni/temperature estreme.

• Attrezzature industriali: negli utensili di lavorazione di precisione, dove i sistemi basati su risolutori consentono una risoluzione inferiore al minuto d'arco.

6. Parametri chiave che influenzano le prestazioni

• Frequenza di eccitazione: influisce sul rapporto segnale-rumore e sulla larghezza di banda del sistema.

• Numero di coppie polari: determina la risoluzione e l'intervallo di misurazione.

• Configurazione dell'avvolgimento: ottimizzata per relazioni di uscita lineari o non lineari (ad esempio sinusoidali).

In sintesi, la capacità del risolutore di trasformare la rotazione meccanica in segnali elettrici tramite accoppiamento elettromagnetico lo rende un componente vitale nei sistemi che richiedono misurazioni angolari precise. Il suo equilibrio progettuale tra semplicità, robustezza e precisione ne garantisce la continua rilevanza nelle moderne applicazioni ingegneristiche.