현대 산업 자동화 및 정밀 기계 제어에서 정확한 회전 위치 감지가 중요합니다. 그만큼 Reluctance Resolver 는 Servo Motors, Robotics 및 Crecise Positioning이 필요한 기타 응용 프로그램에 널리 사용되는 신뢰할 수있는 센서입니다. Resolver라고하는 이 기사는 Resolvers의 작업 원칙과 회전 위치를 달성하는 방법을 간단히 소개합니다.
리졸버는 전자기 유도의 원리에 기초한 아날로그 센서이며, 로터의 기계적 각도를 전기 신호로 변환 할 수 있습니다. 광학 인코더와 같은 디지털 센서와 달리 Resolvers는 회전 위치 정보에 대한 연속 아날로그 신호를 제공하여 특히 가혹한 환경에서 우수한 항 회상 기능 및 신뢰성을 제공합니다.
꺼리는 Resolvers의 핵심 구조 및 작업 원칙
Reluctance Resolvers가 정확한 회전 위치를 달성하는 방법을 이해하려면 고유 한 물리적 구조를 탐구해야합니다. 이 센서의 독창적 인 설계는 고성능의 기초를 형성하고 전자기 유도 원리의 실제 적용을 보여줍니다.
혁신적인 구조 설계
RENUCTANCE RESOLVER의 구조는 고정자 코어 , 로터 코어 및 와인딩 시스템의 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다 . 고정자 코어는 큰 치아 (폴 슈즈)가 내부 둘레에 펀칭 된 고전성 실리콘 스틸 시트에서 적층되어 각각은 더 균등 한 작은 이빨로 나뉩니다. 이 작은 치아의 배열과 모양은 이상적인 정현파 자기장 분포를 보장하기 위해 세 심하게 계산됩니다. 로터는 더 간단하며 권선이나 전자 성분없이 치아 실리콘 스틸 라미네이션 만 제작합니다. 이 'Passive '디자인은 Resolver의 높은 신뢰성의 핵심입니다.
와인딩 시스템은 고정자에 완전히 위치하며 여기 와인딩 과 두 개의 직교 출력 권선 (사인 및 코사인 권선)이 포함됩니다. 이러한 권선은 출력 신호의 정현파 특성을 보장하기 위해 정현파 패턴에 따라 집중되고 분포됩니다. 특히, 출력 권선은 교대 및 역방향 구성으로 배열되어 고조파 간섭을 효과적으로 억제하고 신호 순도를 향상시킵니다.
꺼리는 변화 원리
꺼리는 레졸버의 작동 원리는 공기 갭 자기 전도도 변조를 중심으로 진행됩니다 . 정현파 AC 전압 (일반적으로 1-10kHz에서 7V)이 여기 와인딩에 적용되는 경우, 고정자에서 교대 자기장이 생성된다. 이 자기장은 에어 갭을 통과하여 로터로 전달됩니다. 회 전자 치아의 존재로 인해, 자기 회로의 자기 꺼리는 (자기 전도도의 역)는 로터의 위치에 따라 순환 적으로 변화합니다.
구체적으로, 로터 치아가 고정자 치아와 정렬 될 때, 꺼리는 것을 최소화하고 자기 플럭스가 최대화된다. 반대로, 로터 슬롯이 고정자 치아와 정렬 될 때, 주저가 최대화되고 자기 플럭스가 최소화됩니다. 각 치아 피치에 대해 로터가 회전하면 공기 갭 자기 전도도가 전체 변형 사이클을 완료합니다. 여기 자성 자기장의 이러한 변조는 출력 권선에서 전압 신호를 유도하며, 이는 로터의 각도 위치와 상관 관계가 있습니다.
수학적으로 여기 전압이 e₁ = e₁msinΩt 인 경우, 두 출력 권선의 전압은 다음과 같이 표현 될 수 있습니다.
· 사인 와인딩 출력 : eₛ = eₛₘcosθsinΩt
· 코사인 와인딩 출력 : e_c = e_cmsinθsinΩt
여기서 θ는 로터의 기계적 각도를 나타내고, 여기 신호의 각 주파수를 나타냅니다. 이상적으로는 e e 및 e_cm이 동일해야하지만 제조 공차는 캘리브레이션 또는 회로 보정이 필요한 진폭 오차를 도입 할 수 있습니다.
극 쌍 및 측정 정확도
입니다 . 꺼리는 Resolver의 극 쌍은 측정 정확도와 해상도에 직접적인 영향을 미치는 중요한 매개 변수 극 쌍의 수는 로터 치아 수에 해당하며 완전한 전기 신호 사이클에 필요한 기계적 회전 각도를 결정합니다. 예를 들어, 4 극 쌍이있는 리졸버는 기계적 회전 당 4 개의 전기 신호주기를 생성하며, 효과적으로 '증폭 '를 측정하기 위해 4 배로 기계적 각도를 4 배로 만듭니다.
시장의 일반적인 꺼리는 Resolvers는 1 ~ 12 극 쌍입니다. 더 높은 극은 이론적으로 더 높은 각도 해상도를 가능하게하며, 12 극 분해자는 ± 0.1 ° 이상의 정확도를 달성합니다. 그러나, 극 쌍을 증가시키는 것은 또한 신호 처리 복잡성을 증가시켜 응용 프로그램 요구 사항에 따라 트레이드 오프가 필요합니다.
이 각도 측정 방법은 꺼려 변화 및 전자기 유도에 기초한이 각도 측정 방법을 사용하면 꺼려해도 Resolvers는 넓은 온도 범위 (-55 ° C ~ +155 ° C)에서 IP67 이상까지의 보호 등급을 통해 안정적으로 작동 할 수 있습니다. 그들은 강력한 진동과 충격을 견딜 수있어 자동차, 항공 우주 및 군용 응용 프로그램과 같은 까다로운 환경에 이상적입니다.
신호 처리 및 각도 계산 기술
Reluctance Resolvers의 아날로그 신호 출력은이를 사용 가능한 디지털 각도 정보로 변환하기 위해 특수 처리 회로가 필요합니다. 이 프로세스에는 복잡한 신호 컨디셔닝 및 디코딩 알고리즘이 포함되며, 이는 리졸버 시스템에서 고정밀 위치를 달성하는 데 중요합니다.
아날로그 신호에서 디지털 각도까지
RENUCTANCE RESOLVER로부터의 원시 신호는 로터 각도에 의해 변조 된 2 개의 사인파 (sinθsinωt 및 cosθsinΩt)이다. 각도 정보 θ는 여러 처리 단계가 포함됩니다. 먼저, 신호는 대역 통과 필터링을 통해 고주파 노이즈 및 저주파 간섭을 제거합니다. 다음으로, 위상에 민감한 복조 (또는 동기화 복조)은 캐리어 주파수 (일반적으로 10kHz)를 제거하여 각도 정보를 포함하는 저주파 신호 SINθ 및 COSθ를 산출합니다.
최신 디코딩 시스템은 일반적으로 각도 계산을 위해 DSP (Digital Signal Processor) 또는 전용 RDC (Resolver-to-Digital Converter)를 사용합니다. 이 프로세서는 CORIC (CORDINATINE ROTATION DIGIAL COMPUTER) 알고리즘 또는 아크 탕트 작업을 사용하여 SINθ 및 COSθ 신호를 디지털 각도 값으로 변환합니다. 예를 들어, DSPIC30F3013 마이크로 컨트롤러는 두 신호의 동기 샘플링을위한 내장 ADC 모듈을 특징으로하며, 소프트웨어 알고리즘을 통해 정확한 각도를 계산합니다.
오류 보상 및 정확도 향상
실제 응용 분야에서 다양한 요인이 다음을 포함하여 측정 오류를 도입 할 수 있습니다.
· 진폭 불균형 : 사인 및 코사인 출력 신호의 불평등 한 진폭 (eₛₘ ≠ e_cm)
· 위상 편차 : 두 신호 사이의 비 이상 90 ° 위상차 차이
· 고조파 왜곡 : 비 시노 이드 자기장 분포로 인한 신호 왜곡
· 직교 오류 : 부정확 한 와인딩 설치로 인한 각도 편차
시스템 정확도를 향상시키기 위해 고급 디코딩 회로는 다양한 보상 기술을 사용합니다. 예를 들어, AGC (Automatic Gain Control) 회로는 두 신호의 진폭과 균형을 이루고, 디지털 필터는 고조파 간섭을 억제하며 소프트웨어 알고리즘에는 오류 보상 항을 통합합니다. 세심한 설계 및 교정을 통해 Resolver Systems는 ± 0.1 ° 이내에 각도 오류를 달성 할 수있어 대부분의 고정밀 애플리케이션의 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다.
새로운 디코딩 기술의 트렌드
반도체 기술의 발전은 리졸버 신호 처리의 혁신을 주도하고 있습니다. 기존의 이산 성분 복조 회로는 점차 통합 솔루션 으로 대체되고 있습니다 . 일부 새로운 디코더 칩은 여기 신호 생성기, 신호 컨디셔닝 회로 및 디지털 계산 장치를 통합하여 시스템 설계를 크게 단순화합니다.
한편 소프트웨어 정의 디코딩은 인기를 얻고 있습니다. 이 접근법은 고성능 마이크로 프로세서의 계산 능력을 활용하여 소프트웨어에서 대부분의 신호 처리 기능을 구현하여 유연성과 프로그래밍 성을 더 많이 제공합니다. 예를 들어, 필터 매개 변수, 보상 알고리즘 또는 출력 데이터 형식을 맞춤형 각도 측정 솔루션에 대해 조정할 수 있습니다.
디코딩 시스템은 리졸버 자체만큼 중요하다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 잘 디자인 된 디코딩 회로는 리졸버의 성능 잠재력을 완전히 실현할 수있는 반면, 저품질 디코딩 솔루션은 전체 측정 시스템의 병목 현상이 될 수 있습니다. 따라서 레졸버 솔루션을 선택할 때 센서와 디코더 사이의 호환성을 신중하게 고려해야합니다.
꺼리는 Resolvers의 성능 장점 및 응용 분야
독특한 작업 원칙과 구조 설계 덕분에 꺼리는 Resolvers는 여러 주요 성능 지표에서 전통적인 위치 센서를 능가합니다. 이러한 장점으로 인해 많은 까다로운 산업 응용 분야에서 각도 감지에 선호되는 선택이됩니다.
전통적인 센서보다 포괄적 인 성능 우수성
광학 인코더 및 홀 센서와 같은 기존 위치 감지 장치와 비교하여 Reluctance Resolvers는 모든 성능 이점을 나타냅니다.
· 탁월한 환경 적응성 : -55 ° C ~ +155 ° C 범위의 온도에서 안정적으로 작동하며, 보호 등급은 IP67 이상까지, 강력한 진동 및 충격 (예 : 자동차 엔진 공동체와 같은 가혹한 환경)을 견딜 수 있습니다.
· 비접촉식 긴 수명 : 로터에 와인딩이나 브러시가 없으면 기계식 마모가 제거되어 수만 시간의 이론적 수명이 가능합니다.
· 초고속 응답 : 최대 60,000 rpm의 속도를 지원하여 대부분의 광학 인코더의 한계를 훨씬 초과합니다.
· 절대 위치 측정 : 기준점을 필요로하지 않고 절대 각도 정보를 제공하여 전원을 켜는 즉시 위치 데이터를 전달합니다.
· 강한 간격 기능 : 전자기 유도에 기초하여 먼지, 기름, 습도 및 외부 자기장에 민감하지 않습니다.
새로운 에너지 차량의 핵심 응용
새로운 에너지 차량 산업에서 꺼리는 Resolvers는 되었습니다 . 금 표준이 모터 위치 감지의 이들은 배터리 전기 자동차 (BEVS) 및 하이브리드 전기 자동차 (HEV)의 구동 모터 제어 시스템에서 널리 사용되며 다음을 포함한 주요 기능이 있습니다.
· 로터 위치 감지 : 영구 자석 동기 모터 (PMSM)의 벡터 제어를위한 정확한 로터 각도 정보를 제공합니다.
· 속도 측정 : 각도 변화 속도에서 운동 속도를 계산하여 폐 루프 속도 제어를 가능하게합니다.
· 전력 조향 (EPS) : 스티어링 휠 각도를 감지하여 정확한 스티어링 지원을 제공합니다.
산업 자동화 및 특별 응용 프로그램
자동차 부문 외에도 꺼리는 Resolvers는 산업 자동화에 널리 사용됩니다.
· CNC 공작 기계 : 스핀들 포지셔닝 및 피드 축 각도 측정.
· 로봇 조인트 : 로봇 팔 움직임의 정확한 제어.
· 섬유 기계 : 원사 장력 제어 및 와인딩 각도 감지.
· 사출 성형기 : 나사 위치 모니터링 및 제어.
· 군사 및 항공 우주 : 레이더 안테나 포지셔닝, 미사일 방향타 제어 및 기타 극단 환경 응용 프로그램.
고속 철도 및 철도 교통에서 꺼리는 꺼리는 자극 자속 및 위치 감지에는 꺼리는 데 사용됩니다. 높은 신뢰성과 유지 보수가없는 기능은 수명주기 비용을 크게 줄입니다. 채굴 기계 (예 : 지하 석탄 운송 차량 및 컨베이어 벨트 모터)와 같은 가혹한 환경은 기존 센서를 대체하기 위해 주저한 리솔을 점점 채택하고 있습니다.
산업 4.0과 스마트 제조의 출현으로 꺼리는 Resolvers는 더 높은 정밀도, 작은 크기 및 더 큰 지능으로 진화하고 있습니다. 차세대 제품은 통합 모터 기어 박스 구동 설계와의 호환성에 중점을 둘뿐만 아니라 석유 냉각 시스템의 요구를 충족시키기 위해 오일 저항성 및 고온 저항성 변형을 개발하는 데 중점을 둘 것입니다. 또한 무선 전송 및 자체 진단 기능은 미래의 트렌드가 될 것으로 예상되어 응용 프로그램 범위가 더욱 확대 될 것으로 예상됩니다.
꺼리는 해결책을위한 기술적 과제와 미래 추세
다양한 분야에서 뛰어난 성능과 신뢰성에도 불구하고 꺼리는 Resolvers는 여전히 기술적 인 과제에 직면하고 명확한 혁신 방향을 보여줍니다.
기존의 기술 병목 현상 및 솔루션
높은 제조 정밀 요구 사항은 꺼리는 자극 자에게 주요 과제입니다. 고정자 치아의 가공 정확도, 와인딩 분포 균일 성 및 로터 동적 균형은 센서 정확도와 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 다중 극 쌍 (예 : 12 극 쌍)을 갖는 고정밀 고정 자리의 경우 미크론 수준 제조 오류조차도 허용 할 수없는 진폭 또는 위상 오차로 이어질 수 있습니다. 이 문제에 대한 솔루션에는 다음이 포함됩니다.
· 고정밀 스탬핑 금형 및 자동 라미네이션 프로세스를 채택합니다. 코어의 일관성 및 치아 슬롯 정확도를 보장하기 위해
· 유한 요소 자기장 분석을 도입하여 자기 회로 설계를 최적화하고 제조 공차를 보상합니다.
· 셀프 보상 알고리즘을 개발합니다. 신호 처리 중에 고유 센서 오류를 자동으로 수정하기 위해
또 다른 과제는 시스템 통합 복잡성 입니다 . Resolver 자체에는 간단한 구조가 있지만 완전한 측정 시스템에는 여기 전원 공급 장치, 신호 컨디셔닝 회로 및 디코딩 알고리즘과 같은 서브 시스템이 포함되어있어 제대로 설계되지 않은 경우 병목 현상이 될 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 업계는 통합 솔루션 으로 나아가고 있습니다 .
· 여기 생성기, 신호 조절 및 디코딩 회로를 단일 칩으로 통합하여 시스템 설계를 단순화합니다.
· 기본 컨트롤러와 원활한 통합을위한 표준화 된 인터페이스 (예 : SPI, CAN) 개발.
· 참조 설계, 소프트웨어 라이브러리 및 교정 도구를 포함한 포괄적 인 개발 키트 제공.
혁신 방향과 미래 트렌드
재료 혁신은 꺼리는 자극 자에게 성능 혁신을 가져올 것입니다. 3 차원 등방성 자기 특성을 갖는 새로운 소프트 자기 복합재 (SMC)는 자기장 분포를 최적화하고 고조파 왜곡을 줄일 수 있습니다. 한편, 고 온도 안정적인 절연 재료와 부식 방지 코팅은 센서의 작동 환경 범위를 확장 할 것입니다.
지능은 미래의 꺼리는 자료를위한 또 다른 중요한 방향입니다. 마이크로 프로세서 및 통신 인터페이스를 통합하여 Resolvers는 다음을 달성 할 수 있습니다.
· 자기 진단 기능 : 센서 건강의 실시간 모니터링 및 남아있는 수명 예측.
· 적응 보상 : 환경 변화 (예 : 온도)에 기초한 보상 매개 변수의 자동 조정.
· 네트워크 인터페이스 : 산업 이더넷과 같은 고급 통신 프로토콜을 지원하여 산업 IoT (IIT) 시스템에 통합을 용이하게합니다.
측면에서 적용 확장 , 꺼리는 Resolvers는 두 가지 방향으로 발전하고 있습니다. 고급 정밀 응용 (예 : 반도체 제조 장비, 의료 로봇)을 향해 더 큰 해상도와 신뢰성을 필요로하며, 단순화 된 설계 및 대량 생산을 통한 보다 경제적이고 광범위한 응용 (예 : 가정용 가전 제품, 전동 공구)을 향해 비용을 줄입니다.
특히 주목할만한 추세는 차세대 새로운 에너지 차량 에서 꺼리는 자료를 적용하는 것입니다 . 모터 시스템이 빠른 속도와 통합으로 진화함에 따라 위치 센서는 더 까다로운 요구 사항을 충족해야합니다.
· 20,000 rpm을 초과하는 초 고속에 대한 지원.
· 150 ° C 이상의 온도에 대한 내성.
· 오일 냉각 시스템 밀봉 설계와의 호환성.
· 더 작은 설치 치수와 가벼운 무게.
표준화 및 산업화 진행
RENUTONCE RESOLVER 기술이 성숙함에 따라 표준화 노력 도 발전하고 있습니다. 중국은 GB/T 31996-2015와 같은 국가 표준을 설립하여 제품 성능 지표 및 테스트 방법을 규제하기위한 Resolvers를위한 일반적인 기술 사양입니다 . 산업화 측면에서, 중국의 꺼리는 거부자 기술은 국제 고급 수준에 도달했습니다.
기술 진보와 산업화로 인해 꺼리는 Resolvers는 더 많은 분야의 전통적인 센서를 대체하여 회전 위치 감지를위한 주류 솔루션이되고 산업 자동화 및 새로운 에너지 차량 개발에 대한 중요한 기술 지원을 제공 할 것입니다.
