ステーターとローターの電磁結合により位置検出が可能になる仕組み

あ レゾルバ は、同期レゾルバとも呼ばれ、回転角度を高精度で測定するように設計された電磁センサーです。その動作は電磁誘導の原理に基づいており、ステーター (固定コンポーネント) とローター (回転コンポーネント) の間の相互作用により、位置に依存する電気信号が生成されます。以下は、この電磁結合がどのように機械的回転を測定可能な電気出力に変換するのかについて詳しく説明します。

1. コアの構造と励磁
レゾルバは、ステータとロータの 2 つの主要な部分で構成されます。ステータには、通常 400 Hz、3 kHz、または 5 kHz などの周波数の交流 (AC) 励起電圧によって通電される一次巻線が含まれています。この励磁により、ステータ内に回転磁界が生成されます。位置を測定するシャフトに機械的に接続されたローターは、この磁界内で回転する二次巻線を備えています。

2. 電磁結合機構
ローターが回転すると、ステーターの回転磁界とローター巻線の相対位置が変化します。ローター巻線は直交して配置されることが多く (サイン巻線とコサイン巻線など)、さまざまな磁束を受けます。ファラデーの誘導の法則によれば、これらの変化する磁束はローター巻線に正弦波電圧を誘導します。これらの誘導電圧の振幅は、ステータとロータの間の角変位に依存し、通常はロータ角度のサイン関数とコサイン関数に従います。

3. 信号特性
回転子巻線からの出力信号はアナログ電圧です。シングルスピード リゾルバの場合、出力は次のとおりです。

• サイン出力 (E_sin): sinθ に比例します。ここで、θ はローター角度です。

• コサイン出力 (E_cos): cosθ に比例します。

マルチスピード レゾルバ (デュアル チャネル システムなど) では、追加の極ペアが高周波信号を生成し、分解能が向上し、より微細な角度検出が可能になります。

4. 信号処理と位置抽出
サイン/コサイン出力を使用可能な位置データに変換するには、外部回路またはアルゴリズムが必要です。一般的な方法には次のようなものがあります。

• アナログ除算:tan−1(Esin/Ecos) を使用して θ を計算しますが、これはノイズの影響を受けやすくなります。

• レゾルバデジタルコンバータ (RDC): レゾルバ信号をデコードするためにトラッキング ループ (タイプ II サーボ ループなど) を使用する集積回路。これらのデバイスは、レゾルバ出力を内部で生成された基準と比較し、位相誤差が最小になるまで調整し、それによってローター角度を回復します。

5. 設計上の利点と用途
レゾルバは、頑丈な構造 (光学部品や接点を含まない) と電磁干渉に対する耐性により、過酷な環境で優れた性能を発揮します。これらは以下の分野で広く使用されています。

• モーター制御システム: ロボット工学、航空宇宙、オートメーションのサーボモーターにリアルタイムのフィードバックを提供します。

• 航空宇宙および防衛: 高い信頼性と極端な振動/温度に対する耐性が必要なアプリケーションに不可欠です。

• 産業用機器: レゾルバベースのシステムが分角未満の分解能を可能にする精密加工ツール。

6. パフォーマンスに影響を与える主要なパラメータ

• 励起周波数: S/N 比とシステム帯域幅に影響します。

• 極ペアの数: 分解能と測定範囲を決定します。

• 巻線構成: 線形または非線形 (正弦波など) の出力関係に最適化されています。

要約すると、電磁結合を介して機械的回転を電気信号に変換するレゾルバの機能により、レゾルバは正確な角度測定を必要とするシステムにおいて不可欠なコンポーネントとなっています。シンプルさ、堅牢性、精度のバランスが取れた設計により、最新のエンジニアリング アプリケーションでの継続的な関連性が保証されます。