最新の産業自動化と精密機械制御では、正確な回転位置検出が重要です。 不動性リゾルバーは、サーボモーター、ロボット工学、および正確なポジショニングを必要とするその他のアプリケーションで広く使用されている非常に信頼性の高いセンサーです。一般にリゾルバーと呼ばれるこの記事では、リゾルバーの作業原則と、それらが回転ポジショニングをどのように達成するかを簡単に紹介します。
リゾルバーは、ローターの機械的角度を電気信号に変換できる電磁誘導の原理に基づいたアナログセンサーです。光エンコーダーなどのデジタルセンサーとは異なり、リゾルバーは回転位置情報の連続アナログ信号を提供し、特に過酷な環境で優れた干渉機能と信頼性を提供します。
コア構造と不変のリゾルバーの作業原則
リゾルバーが正確な回転位置をどのように実現するかを理解するには、独自の物理的構造を掘り下げることが不可欠です。これらのセンサーの独創的な設計は、高性能の基礎を形成し、電磁誘導原理の実用的な応用を例示しています。
革新的な構造設計
不本意なリゾルバーの構造は、 ステーターコア, ローターコアと 巻線システムの3つの主要なコンポーネントで構成されています。ステーターコアは、高透過性のシリコンスチールシートからラミネートされ、内側の周囲に大きな歯（ポールシューズ）がパンチされ、それぞれがさらに均等に間隔の小さな歯に分かれています。これらの小さな歯の配置と形状は、理想的な正弦波磁場分布を確保するために細心の注意を払って計算されます。ローターはよりシンプルで、巻線や電子部品のない歯付きシリコン鋼の積層でのみ作られています。この 'Passive '設計は、リゾルバーの高い信頼性の鍵です。
巻線システムは完全にステーター上にあり、 励起巻線 と2つの直交 出力巻線 （正弦巻きとコサイン巻線）が含まれています。これらの巻線は、出力信号の正弦波特性を確保するために、正弦波パターンに従って濃縮および分布しています。特に、出力巻線は、交互の逆シリーズ構成で配置され、高調波干渉を効果的に抑制し、信号純度を改善します。
不本意な変動に基づくポジショニング原則
不本意なリゾルバーの実用的な原則は、 エアギャップの磁気コンダクタンス変調を中心に展開します。正弦波AC電圧（通常1-10kHzで7V）が励起巻線に適用されると、ステーターに交互の磁場が生成されます。この磁場は、エアギャップを通過してローターまで通過します。ローターの歯が存在するため、磁気回路の磁気抵抗（磁気コンダクタンスの逆）は、ローターの位置とともに周期的に変化します。
具体的には、ローターの歯がステーターの歯と整列すると、抵抗が最小限に抑えられ、磁束が最大化されます。逆に、ロータースロットがステーターの歯と整列すると、抵抗が最大化され、磁束が最小限に抑えられます。ローターが回転する各歯のピッチごとに、エアギャップ磁気コンダクタンスは変動の完全なサイクルを完了します。励起磁場のこの変調は、出力巻線に電圧信号を誘導します。その振幅は、ローターの角度位置と相関します。
数学的には、励起電圧がe₁=e₁msinωtの場合、2つの出力巻線の電圧を次のように表現できます。
・正弦巻き出力：eₛ=eₛₘcosθsinωt
・Cosine Winding output：e_c =e_cmsinθsinωt
ここで、θはローターの機械的角を表し、ωは励起信号の角周波数です。理想的には、eₛₘとe_cmは等しいはずですが、製造耐性は振幅エラーを導入する可能性があり、キャリブレーションまたは回路補正が必要です。
極ペアと測定精度
不本意なリゾルバーの極 ペアは 、測定の精度と解像度に直接影響する重要なパラメーターです。極ペアの数は、ローターの歯数に対応し、完全な電気信号サイクルに必要な機械的回転角を決定します。たとえば、4極ペアを備えたリゾルバーは、機械的回転ごとに4つの電気信号サイクルを生成し、測定のために4倍の機械角を効果的に「増幅」します。
市場の一般的な不本意なリゾルバーの範囲は1〜12ポールペアです。より高い極は、理論的に高い角度分解能を可能にし、12極リゾルバーは±0.1°以上の精度を達成します。ただし、極ペアを増やすと、信号処理の複雑さも高まり、アプリケーション要件に基づいてトレードオフが必要です。
この角度測定方法は、不本意な変動と電磁誘導に基づいて、不本意なリゾルバーが広い温度範囲（-55°C〜 +155°C）にわたって安定に動作することを可能にし、保護評価はIP67以上になります。彼らは強い振動と衝撃に耐えることができ、自動車、航空宇宙、軍事用途などの厳しい環境に理想的です。
信号処理と角度計算手法
リゾルバーによるアナログ信号は、使用可能なデジタル角情報に変換するために特殊な処理回路を必要とします。このプロセスには、複雑な信号調整とデコードアルゴリズムが含まれます。これは、リゾルバシステムでの高精度の位置を達成するために重要です。
アナログ信号からデジタル角まで
不本意なリゾルバーからの生の信号は、ローター角度で変調された2つの正弦波（sinθsinωtおよびcosθsinωt）です。角度情報θを抽出するには、いくつかの処理手順が含まれます。まず、信号は バンドパスフィルタリングを受けて 、高周波ノイズと低周波干渉を除去します。次に、 位相感受性復調 （または同期復調）により、キャリア周波数（通常は10kHz）が除去され、角度情報を含む低周波シグナルSINθおよびcosθが得られます。
最新のデコードシステムは通常、角度計算に デジタル信号プロセッサ（DSP） または専用のリゾルバー間コンバーター（RDC）を使用します。これらのプロセッサは、CORDIC（座標デジタルコンピューター）アルゴリズムまたはarctangent操作を使用して、SINθとcosθシグナルをデジタル角度値に変換します。たとえば、DSPIC30F3013マイクロコントローラーは、2つの信号を同期するための組み込みのADCモジュールを備えており、その後にソフトウェアアルゴリズムが続き、正確な角度を計算します。
エラー補償と精度の向上
実際のアプリケーションでは、さまざまな要因が測定エラーを導入できます。
・ 振幅の不均衡：サインおよびコサイン出力信号の不均等な振幅（Eₛₘ≠e_cm）
・ 位相偏差：非理想的な90°の2つの信号間の位相差
・ 高調波歪み：非シヌソイド磁場分布による信号歪み
・ 直交エラー：不正確な巻線設備によって引き起こされる角度偏差
システムの精度を向上させるために、高度なデコード回路はさまざまな補償技術を採用しています。たとえば、 自動ゲインコントロール（AGC） 回路は、2つの信号の振幅のバランスをとり、デジタルフィルターは高調波干渉を抑制し、ソフトウェアアルゴリズムにエラー補正項が組み込まれています。綿密な設計とキャリブレーションにより、Resolver Systemsは±0.1°以内に角度エラーを達成でき、ほとんどの高精度アプリケーションの要件を満たすことができます。
新しいデコード技術の傾向
半導体テクノロジーの進歩は、リゾルバー信号処理の革新を促進しています。従来の離散コンポーネント復調回路は、徐々に 統合ソリューションに置き換えられています。一部の新しいデコーダーチップは、励起信号ジェネレーター、信号調整回路、デジタル計算ユニットを統合し、システム設計を大幅に簡素化します。
一方、 ソフトウェア定義のデコードは 人気を博しています。このアプローチは、高性能マイクロプロセッサの計算能力を活用して、ソフトウェアにほとんどの信号処理機能を実装し、柔軟性とプログラム性を向上させます。たとえば、フィルターパラメーター、補償アルゴリズム、または出力データ形式は、カスタマイズされた角度測定ソリューションのために調整できます。
デコードシステムがリゾルバー自体と同じくらい重要であることは注目に値します。適切に設計されたデコード回路は、リゾルバーのパフォーマンスの可能性を完全に実現できますが、低品質のデコードソリューションは測定システム全体のボトルネックになる可能性があります。したがって、リゾルバーソリューションを選択する場合、センサーとデコーダーの間の互換性を慎重に考慮する必要があります。
不変のリゾルバーのパフォーマンスの利点とアプリケーション領域
彼らの独自の作業原則と構造設計のおかげで、不本意なリゾルバーは、いくつかの主要なパフォーマンスメトリックで従来の位置センサーを上回ります。これらの利点により、多くの要求の厳しい産業用途で角度検出に適した選択肢があります。
従来のセンサーに対する包括的なパフォーマンスの優位性
光学エンコーダやホールセンサーなどの従来の位置検出デバイスと比較して、不本意なリゾルバーは、総合的なパフォーマンスの利点を示します。
・ 例外的な環境適応性：-55°Cから +155°Cの範囲の温度で安定に動作し、IP67以上までの保護評価があり、強い振動やショック（たとえば、自動車エンジンコンパートメントなどの過酷な環境）に耐えることができます。
・ 非接触型の長寿命：ローターに巻線またはブラシがないため、機械的な摩耗がなくなり、数万時間の理論的な寿命が可能になります。
・ 超高速応答：サポートは最大60,000 rpmの速度をサポートし、ほとんどの光学エンコーダーの制限をはるかに超えています。
・ 絶対位置測定：参照ポイントを必要とせずに絶対角度情報を提供し、パワーアップ後すぐに位置データを配信します。
・ 強力な干渉能力：電磁誘導に基づいて、ほこり、油、湿度、および外部磁場に鈍感です。
新しいエネルギー車両のコアアプリケーション
新しいエネルギー車両産業では、不本意なリゾルバーが ゴールドスタンダードとなっています。 モーター位置検出のそれらは、バッテリー電気自動車（BEV）およびハイブリッド電気自動車（HEV）の駆動モーター制御システムで広く使用されており、次のような重要な機能を備えています。
・ ローター位置検出：永久磁石同期モーター（PMSM）のベクトル制御のための正確なローター角情報を提供します。
・ 速度測定：角度変化の速度からモーター速度を計算し、閉ループ速度制御を可能にします。
・ 電動パワーステアリング（EPS） ：ステアリングホイールアングルを検出して、正確なステアリングアシスタンスを提供します。
産業用自動化と特別なアプリケーション
自動車セクターを超えて、不本意なリゾルバーは産業用自動化でも広く使用されています。
・ CNC工作機械：スピンドルの位置決めおよび供給軸角測定。
・ ロボットジョイント：ロボットアームの動きの正確な制御。
・ 繊維機械：糸の張力制御と巻線角の検出。
・ 射出成形機：ネジ位置の監視と制御。
・ 軍事および航空宇宙：レーダーアンテナポジショニング、ミサイルラダーコントロール、およびその他の極端な環境アプリケーション。
高速鉄道および鉄道輸送では、牽引力のあるモーターの速度と位置検出には不動のリゾルバーが使用されます。そこでは、高度な信頼性とメンテナンスのない機能がライフサイクルコストを大幅に削減します。マイニング機械（例、地下石炭輸送車両やコンベアベルトモーターなど）のような過酷な環境は、従来のセンサーを置き換えるためにますます不変のリゾルバーを採用しています。
Industry 4.0の出現とスマートな製造により、不本意なリゾルバーは、より高い精度、より小さなサイズ、およびより大きな知性に向けて進化しています。次世代製品は、統合されたモーターギアボックスドライブ設計との互換性に焦点を当て、石油冷却システムの要求を満たすために、耐性および高温耐性バリアントを開発します。さらに、ワイヤレス送信と自己診断機能は将来の傾向になると予想され、アプリケーションの範囲がさらに拡大します。
不本意なリソースバーのための技術的課題と将来の傾向
さまざまな分野での優れたパフォーマンスと信頼性にもかかわらず、不本意なリソースバーは依然として技術的な課題に直面し、明確なイノベーションの方向性を示しています。
既存の技術ボトルネックとソリューション
製造精度要件が高いこと は、不本意なリゾルバーにとって大きな課題です。ステーター歯の加工精度、巻線分布の均一性、ローターの動的バランスは、センサーの精度と性能に直接影響します。複数の極ペア（たとえば、12極ペア）を備えた高精度リゾルバーの場合、ミクロンレベルの製造エラーでさえ、容認できない振幅または位相エラーにつながる可能性があります。この問題の解決策は次のとおりです。
・ 高精度スタンピング金型と自動ラミネーションプロセスを採用します。 コアの一貫性と歯のスロットの精度を確保するために、
・ 有限要素の磁場解析の導入 磁気回路の設計を最適化し、製造許容範囲を補正します。
・ 自己補償アルゴリズムを開発して 、信号処理中に固有のセンサーエラーを自動的に修正します。
もう1つの課題は、 システム統合の複雑さです。リゾルバー自体には単純な構造がありますが、完全な測定システムには、励起電源、信号調整回路、デコードアルゴリズムなどのサブシステムが含まれます。これに対処するために、業界は 統合ソリューションに向かっています。
・励起ジェネレーターの統合、信号調整、および回路を単一のチップにデコードするために、システム設計を簡素化します。
・メインコントローラーとのシームレスな統合のための標準化されたインターフェイス（例えば、SPI、CAN）の開発。
・参照設計、ソフトウェアライブラリ、キャリブレーションツールなど、包括的な開発キットを提供します。
イノベーションの方向性と将来の傾向
マテリアルイノベーションは、 パフォーマンスのブレークスルーを不本意なリゾルバーにもたらします。 3次元の等方性磁気特性を備えた新しいソフト磁気複合材料（SMC）は、磁場分布を最適化し、高調波の歪みを減らすことができます。一方、高温安定断熱材と腐食耐性コーティングは、センサーの動作環境範囲を拡大します。
インテリジェンスは 、将来の不本意なリゾルバーにとってもう1つの重要な方向性です。マイクロプロセッサと通信インターフェイスを統合することにより、リゾルバーは次のことを達成できます。
・ 自己診断機能：センサーの健康と残りの寿命予測のリアルタイム監視。
・ 適応補償：環境の変化に基づく補償パラメーターの自動調整（例：温度）。
・ ネットワークインターフェイス：産業イーサネットなどの高度な通信プロトコルのサポート、産業IOT（IIOT）システムへの統合を促進します。
に関して アプリケーションの拡張、不本意なリゾルバーは、より高い解像度と信頼性を必要とする ハイエンド精度のアプリケーション （半導体製造機器、医療ロボット）、およびより経済的で広範なアプリケーション（例えば、家庭用品、電動ツール）に向けて、単純化された設計とコストを削減するための大量生産に向けて、 2つの方向に進んでい ます。
特に注目に値する傾向は、 次世代の新しいエネルギー車両に不本意なリゾルバーを適用することです。モーターシステムが高速と統合に向かって進化するにつれて、位置センサーはより厳しい要件を満たす必要があります。
・20,000 rpmを超える超高速のサポート。
・150°Cを超える温度に対する耐性。
・オイル冷却システムシーリング設計との互換性。
・より小さなインストール寸法と軽量。
標準化と工業化の進歩
不本意なリゾルバーテクノロジーが成熟するにつれて、 標準化の取り組み も進歩しています。中国はなどの国家基準を確立しており、 、GB/T 31996-2015 製品のパフォーマンスメトリックとテスト方法を調節するためのリゾルバーの一般的な技術仕様です。工業化の観点から、中国の不本意なリゾルバーテクノロジーは国際的な高度なレベルに達しました。
技術の進歩と工業化により、不本意なリゾルバーは、より多くの分野で従来のセンサーを置き換え、回転位置検出の主流のソリューションになり、産業自動化と新しいエネルギー車両開発の重要な技術サポートを提供することが予見可能です。
