I. Айнымалы құлықсыздықты шешушілердің негізгі принциптері
Біріншіден, дизайнды түсіну үшін оның дәстүрлі жаралы роторлы ерітінділерден негізгі айырмашылығын түсіну керек:
· Дәстүрлі шешуші:
статордың да, ротордың да орамдары бар. Қозу сигналы мен шығыс сигналы ауа саңылауы арқылы электромагниттік индукцияланады.
· Айнымалы қарсылық (VR) шешуші:
тек статордың орамдары бар . Ротор - бұл
оралмаған ферромагниттік компонент. Оның жұмыс принципі шөгінді полюстерден немесе тісті құрылымнан жасалған, негізделген
құлықсыздықтың өзгеруіне .
o Статор орамалары:
әдетте бір қоздыру орамасы (бастапқы) және екі шығыс орамасы (синус және косинус орамдары, қайталама) кеңістікте ортогональды (бір-бірінен 90 электрлік градус) кіреді.
o Ротордың айналуы:
Айналмалы полюстері бар ротор айналғанда, ол ауа саңылауының ұзындығын және магниттік тізбектің қарсылығын өзгертеді.
o Сигнал модуляциясы:
Ауа саңылауының келмейтіндігінің өзгеруі қоздыру магнит өрісі арқылы шығыс орамдарында индукцияланған кернеу амплитудасын модуляциялайды (амплитудалық модуляция). Екі шығыс орамасының амплитудалық конверттері сәйкесінше ротор бұрышының синусоидалы және косинус функциялары болып табылады.
Оның артықшылықтары: қарапайым құрылым, берік және берік (щеткасыз), төмен баға, жоғары сенімділік, жоғары жылдамдықты және жоғары температуралық орталарға төтеп беру қабілеті . Кемшілігі, дәлдігі мен сызықтылығы әдетте жоғары дәлдіктегі роторлы роторлы ерітінділерге қарағанда біршама төмен.
II. Жобалау процесі және негізгі ойлар
Жобалау процесі қайталанатын және әдетте келесі қадамдарды орындайды:
1. Дизайн спецификацияларын анықтаңыз
Бұл барлық дизайн үшін бастапқы нүкте және алдымен анықталуы керек:
· Полюс жұптарының саны (P):
Электрлік және механикалық бұрыштар арасындағы байланысты анықтайды (θ_electric = P * θ_механикалық). Жалпы конфигурациялар 1 полюс жұбы (бірполярлы) және 2 полюс жұбы (биполярлы). Полюс жұптарының саны дәлдік пен максималды жылдамдыққа әсер етеді.
· Дәлдік талаптары:
Әдетте доға минуттарымен (′) немесе миллирадианмен (mrad) көрсетіледі. Жоғары дәлдіктегі конструкциялар өндіріске, материалдарға және магнит өрісінің гармониясын басуға өте жоғары талаптарды талап етеді.
· Кіріс қозу сигналы:
қоздыру кернеуінің амплитудасы, жиілігі (жалпы 4кГц, 10кГц және т.б.), толқын пішіні (әдетте синусоидалы).
· Transformation Ratio (TR):
шығыс кернеуінің кіріс кернеуіне қатынасы (максималды ілінісу орнында).
· Электрлік қате:
функция қатесін, нөлдік кернеу қатесін, фазалық қатені және т.б.
· Жұмыс ортасы:
Температура диапазоны, діріл, соққы, ылғалдылық, кіруден қорғау (IP) рейтингі.
· Өлшем шектеулері:
Сыртқы диаметрі, ішкі саңылауы, қалыңдығы (ұзындығы).
· Кедергі параметрлері:
келесі схемамен сәйкестікке әсер ететін кіріс/шығыс кедергісі.
2. Электромагниттік дизайн - Негізгі бөлік
· Статор/ротор ламинациясының дизайны:
o Материалды таңдау:
Әдетте өткізгіштігі жоғары және темір шығыны аз кремний болат парақтарын пайдаланады (мысалы, DW540, 50JN400).
o Полюс-слот комбинациясы:
Бұл дизайнның жаны. Статор саңылауларының (Zs) және ротордың сыртқы полюстерінің (Zr) санын анықтау керек. Ең көп тараған комбинация
Zr = 2P (ротор полюстерінің саны полюстер жұптарының санынан екі есеге тең), Zs Zr еселігі. Мысалы, бірполярлы шешуші (P=1) жиі
Zs=4, Zr=2 пайдаланады ; биполярлы шешуші (P=2) жиі
Zs=8, Zr=4 немесе
Zs=12, Zr=6 пайдаланады..
o Слот/полюс пішіні:
тістердің пішіні (параллель, конустық) магнит өрісінің таралуына және гармоникалық мазмұнға әсер етеді. Тіс ені, саңылаудың ені және қамыт қалыңдығы сияқты өлшемдер негізгі магниттік қозғаушы күшті (MMF) барынша арттыру және ұяшық гармоникасын азайту үшін оңтайландыруды қажет етеді.
o Ауа саңылауы:
Ауа саңылауының өлшемі маңызды сауда болып табылады. Кішкентай ауа саңылауы трансформация коэффициентін және сигнал күшін арттырады, бірақ өндіріс қиындығын, эксцентристік сезімталдықты және айналу моментінің толқынын арттырады. Үлкен ауа саңылауы керісінше әсер етеді. Әдетте 0,05 мм - 0,25 мм аралығында жобаланады.
· Орам дизайны:
o Түрі:
Әдетте бөлінген орамдар немесе шоғырланған (тіс) орамдар қолданылады. Бөлінген орамдар (бірнеше саңылауларды қамтитын бір катушкалар) синусоидалы магнит өрісін тудырады, бірақ өндіруде күрделірек; шоғырланған орамдар қарапайымырақ, бірақ гармоникасы жоғары.
o Айналуды есептеу:
мақсатты түрлендіру коэффициентіне, қоздыру кернеуіне және жиілікке негізделе отырып, электромагниттік есептеу арқылы қоздыру орамасы мен синусын/косинус орамдарының айналымдар санын анықтаңыз. Екі шығыс орамасының бұрылыстарының саны бірдей болуы керек.
o Қосылу әдісі:
синус пен косинус орамдарының кеңістікте бір-бірінен қатаң 90 электрлік градусқа қашықтықта екеніне көз жеткізіңіз.
3. Магниттік өрісті модельдеу және оңтайландыру (FEA симуляциясы) - қазіргі заманғы дизайнның маңызды құралы
Таза аналитикалық есептеулер өте күрделі және жеткіліксіз дәл. Соңғы элементтерді талдау (FEA) бағдарламалық құралы (мысалы, JMAG, ANSYS Maxwell, Simcenter Magnet) өте маңызды.
· Статикалық өрісті модельдеу:
магнит өрісінің таралуын, индуктивтілік матрицасын және ротордың әртүрлі бұрыштарында шығыс потенциалын есептеңіз.
· Өтпелі өрісті модельдеу:
өнімділікті дәлірек көрсететін шығыс кернеуінің толқын пішінін имитациялау үшін нақты қоздыру кернеуін қолданыңыз.
· Параметрлік оңтайландыру:
қатені азайту (мысалы, THD) және түрлендіру қатынасын барынша арттыру үшін параметрлік сыпыруды және тіс пішіні, ауа саңылауы және ұяшықты ашу сияқты негізгі өлшемдерді оңтайландыруды орындаңыз.
· Қателерді талдау:
симуляция арқылы электрлік қатені есептеңіз және қате көздерін талдаңыз (мысалы, гармоника, коггинациялық эффект, қанықтыру әсері).
4. Механикалық құрылымды жобалау
· Корпус және мойынтіректер:
ротор мен статор арасындағы концентритті және белгіленген діріл мен соққыға төтеп бере отырып, ауа саңылауының минималды ауытқуын қамтамасыз ету үшін тірек құрылымын жобалаңыз және сәйкес мойынтіректерді таңдаңыз.
· Біліктің қосылымы:
қозғалтқыш білігімен сенімді қосылымды және кедергісіз беріліс беруді қамтамасыз ету үшін кілттік ойықтарды, тегіс саңылауларды немесе сервоинтерфейстерді жобалаңыз.
· Жылулық басқару:
жоғары температуралы орталарда қызып кетудің алдын алу үшін орамалардан және темір жоғалтулардан жылу өндіруді қарастырыңыз. Жылулық жолды жобалау кейде қажет.
· Электромагниттік экрандау:
қажет болса, сыртқы магнит өрістерінің кедергісін болдырмау үшін қалқан қосыңыз.
5. Сигналдарды өңдеу сұлбасын қарастыру
Шешуші корпус дизайнының бөлігі болмаса да, оны синергетикалық тұрғыдан қарастыру керек:
· RDC (Resolver-to-Digital Converter):
шешуші кедергісі мен қозу жиілігіне сәйкес келетін RDC чипін (мысалы, AD2S1205, AU6802) таңдаңыз. Жобалау кезінде кіріс кедергісін сәйкестендіру қажет.
· Қоздыру жетек тізбегі:
таза, тұрақты синустық толқынды қамтамасыз ете алатын қуатты оп-амп тізбегі қажет.
· Сүзгі тізбегі:
жоғары жиілікті шу мен гармониканы басу үшін шығыс сигналдарын сүзіңіз.
III. Дизайндағы қиындықтар мен негізгі технологиялар
1. Гармоникалық басу:
VR резолюторының шығыс кернеуі оның құлықсыз өзгеру сызықты еместігіне байланысты қатенің негізгі себебі болып табылатын бай гармоникаларды қамтиды. сияқты әдістер
Полюс-слот комбинациясын оңтайландыру, қисайту (слоттар немесе полюстер) және статор тістеріне қосалқы ұяшықтарды қосу гармоникаларды тиімді түрде басуы мүмкін.
2. Дәлдік пен бағаны теңестіру:
Жоғары дәлдік дәлірек өңдеуді (аз ауа саңылауы, жоғары концентрлік), жоғары сапалы материалдарды (жоғары сортты кремний болат), күрделірек конструкцияларды (мысалы, полюстердің көбірек жұптары, фракциялық ойықтар) және қатаңырақ процестерді білдіреді, бұл шығындардың күрт өсуіне әкеледі.
3. Температураның ауытқуы:
орамалардың кедергісі және кремний болатының қасиеттері температураға байланысты өзгеріп, амплитудалық және фазалық ауытқуды тудырады. Схемадағы немесе бағдарламалық құралдағы өтемақы қажет немесе электромагниттік дизайн кезінде жақсы температура тұрақтылығы бар материалдарды таңдау керек.
Түйіндеме
Дизайн бойынша ұсыныстар:
1. Техникалық сипаттардан бастаңыз:
Біріншіден, дәлдікке, өлшемге және ортаға қатысты қолданба сценарийіңіздің арнайы талаптарын мұқият түсініңіз.
2. Дәлелденген шешімдерді пайдаланыңыз:
классикалық полюс-слот комбинацияларынан бастаңыз (мысалы, 4-2, 8-4), өйткені олар тексерілген және сенімді бастапқы нүкте болып табылады.
3. Модельдеу негізіндегі дизайн:
теориялық есептеулермен тоқтап қалмаңыз; модельдеу және оңтайландыру үшін параметрлік модель жасау үшін бірден FEM бағдарламалық құралын пайдаланыңыз. Бұл дизайнның сәтті көрсеткіштерін жақсарту және даму циклдерін қысқарту үшін кілт болып табылады.
4. Қайталау және сынау:
Прототипті құрастырғаннан кейін жан-жақты өнімділік сынақтарын (қате, температураның жоғарылауы, діріл және т.б.) жүргізіңіз, модельдеу нәтижелерімен салыстырыңыз, айырмашылықтардың себептерін талдаңыз және келесі дизайн итерациясына өтіңіз.
5. Жүйе деңгейінде ойланыңыз:
біріктірілген жүйе ретінде шешуші сенсор мен төменгі ағындағы RDC тізбегін қарастырыңыз және жөндеу.
Айнымалы құлықсыздандырғыштардың дизайны теорияның, модельдеудің және эксперименттің қайталанатын циклдерін қажет ететін жоғары практикалық технология болып табылады.
