Hoe de elektromagnetische koppeling tussen stator en rotor positiedetectie mogelijk maakt

A solver , ook wel synchrone solver genoemd, is een elektromagnetische sensor die is ontworpen om rotatiehoeken met hoge precisie te meten. De werking ervan is gebaseerd op het principe van elektromagnetische inductie, waarbij de interactie tussen een stator (vast onderdeel) en een rotor (roterend onderdeel) positieafhankelijke elektrische signalen genereert. Hieronder vindt u een gedetailleerde uitleg van hoe deze elektromagnetische koppeling mechanische rotatie vertaalt in meetbare elektrische vermogens.

1. Kernstructuur en excitatie
De solver bestaat uit twee hoofdonderdelen: de stator en de rotor. De stator bevat primaire wikkelingen die worden bekrachtigd door een wisselstroom (AC) excitatiespanning, doorgaans op frequenties zoals 400 Hz, 3 kHz of 5 kHz. Deze excitatie creëert een roterend magnetisch veld in de stator. De rotor, mechanisch verbonden met de as waarvan de positie moet worden gemeten, is voorzien van secundaire wikkelingen die binnen dit magnetische veld roteren.

2. Elektromagnetisch koppelingsmechanisme
Terwijl de rotor draait, verandert de relatieve positie tussen het roterende magnetische veld van de stator en de rotorwikkelingen. De rotorwikkelingen, vaak orthogonaal gerangschikt (bijvoorbeeld sinus- en cosinuswikkelingen), ondergaan variërende magnetische fluxen. Volgens de inductiewet van Faraday veroorzaken deze veranderende fluxen sinusoïdale spanningen in de rotorwikkelingen. De amplitudes van deze geïnduceerde spanningen zijn afhankelijk van de hoekverplaatsing tussen de stator en de rotor, waarbij doorgaans de sinus- en cosinusfuncties van de rotorhoek worden gevolgd.

3. Signaalkarakteristieken
De uitgangssignalen van de rotorwikkelingen zijn analoge spanningen. Voor een solver met één snelheid zijn de uitgangen:

• Sinusuitgang (E_sin): Evenredig met sinθ, waarbij θ de rotorhoek is.

• Cosinusuitgang (E_cos): proportioneel aan cosθ.

In resolvers met meerdere snelheden (bijvoorbeeld tweekanaalssystemen) genereren extra poolparen signalen met een hogere frequentie, waardoor de resolutie wordt verbeterd en een fijnere hoekdetectie mogelijk wordt.

4. Signaalverwerking en positie-extractie
Om de sinus-/cosinus-uitgangen om te zetten in bruikbare positiegegevens zijn externe schakelingen of algoritmen vereist. Veel voorkomende methoden zijn onder meer:

• Analoge deling: tan−1(Esin/Ecos) gebruiken om θ te berekenen, hoewel dit gevoelig is voor ruis.

• Resolver-naar-Digitaal Converters (RDC's): Geïntegreerde circuits die gebruik maken van volglussen (bijvoorbeeld Type II servolussen) om de oplossersignalen te decoderen. Deze apparaten vergelijken de resolutie-uitgangen met intern gegenereerde referenties en passen zich aan totdat de fasefout tot een minimum wordt beperkt, waardoor de rotorhoek wordt hersteld.

5. Ontwerpvoordelen en toepassingen
Resolvers blinken uit in ruwe omgevingen vanwege hun robuuste constructie (geen optische componenten of contacten) en immuniteit voor elektromagnetische interferentie. Ze worden veel gebruikt in:

• Motorbesturingssystemen: bieden realtime feedback voor servomotoren in robotica, ruimtevaart en automatisering.

• Lucht- en ruimtevaart en defensie: van cruciaal belang voor toepassingen die een hoge betrouwbaarheid en tolerantie voor extreme trillingen/temperaturen vereisen.

• Industriële apparatuur: In precisiebewerkingsgereedschappen, waar op oplossers gebaseerde systemen een resolutie onder boogminuten mogelijk maken.

6. Belangrijke parameters die de prestaties beïnvloeden

• Excitatiefrequentie: beïnvloedt de signaal-ruisverhouding en de systeembandbreedte.

• Aantal poolparen: bepaalt de resolutie en het meetbereik.

• Wikkelingsconfiguratie: Geoptimaliseerd voor lineaire of niet-lineaire (bijvoorbeeld sinusoïdale) uitgangsrelaties.

Samenvattend kan worden gezegd dat het vermogen van de solver om mechanische rotatie via elektromagnetische koppeling om te zetten in elektrische signalen hem tot een essentieel onderdeel maakt in systemen die nauwkeurige hoekmetingen vereisen. De ontwerpbalans tussen eenvoud, robuustheid en nauwkeurigheid zorgt ervoor dat het apparaat relevant blijft in moderne technische toepassingen.