Hoe stator-rotor elektromagnetische koppeling positie-detectie mogelijk maakt

A Resolver , ook bekend als een synchrone resolver, is een elektromagnetische sensor die is ontworpen om rotatiehoeken met hoge precisie te meten. De werking ervan hangt af van het principe van elektromagnetische inductie, waarbij de interactie tussen een stator (vaste component) en een rotor (roterende component) positie-afhankelijke elektrische signalen genereert. Hieronder is een gedetailleerde uitleg over hoe deze elektromagnetische koppeling mechanische rotatie vertaalt in meetbare elektrische uitgangen.

1. Kernstructuur en excitatie
De resolver bestaat uit twee hoofdonderdelen: de stator en de rotor. De stator bevat primaire wikkelingen die worden gestimuleerd door een excitatiespanning van de wisselstroom (AC), meestal bij frequenties zoals 400 Hz, 3 kHz of 5 kHz. Deze excitatie creëert een roterend magnetisch veld in de stator. De rotor, mechanisch gekoppeld aan de as waarvan de positie moet worden gemeten, heeft secundaire wikkelingen die roteren binnen dit magnetische veld.

2. Elektromagnetisch koppelingsmechanisme
Terwijl de rotor roteert, verandert de relatieve positie tussen het roterende magnetische veld van de stator en de wikkelingen van de rotor. De rotorwikkelingen, vaak orthogonaal gerangschikt (bijv. Sinus- en cosinuswikkelingen), ervaren variërende magnetische fluxen. Volgens de inductiewet van Faraday induceren deze veranderende fluxen sinusvormige spanningen in de rotorwikkelingen. De amplitudes van deze geïnduceerde spanningen zijn afhankelijk van de hoekverplaatsing tussen de stator en rotor, meestal na sinus- en cosinusfuncties van de rotorhoek.

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

• Sinusuitvoer (e_sin): evenredig met sinθ, waarbij θ de rotorhoek is.

• Cosinusuitvoer (E_COS): evenredig met cosθ.

In multi-snelheid resolvers (bijv. Dual-channel-systemen) genereren extra poolparen hogere frequente signalen, verbetering van de resolutie en het mogelijk maken van een fijnere hoekdetectie.

4. Signaalverwerking en positie -extractie
om de sine/cosinusuitgangen om te zetten in bruikbare positiegegevens, externe circuits of algoritmen zijn vereist. Gemeenschappelijke methoden zijn onder meer:

• Analoge verdeling: gebruik van tan - 1 (esin/ecos) om θ te berekenen, hoewel dit gevoelig is voor ruis.

• Resolver-to-digitale converters (RDC's): geïntegreerde circuits die gebruik maken van trackinglussen (bijv. Type II servomussen) om de resolversignalen te decoderen. Deze apparaten vergelijken de resolveruitgangen met intern gegenereerde referenties, aanpassen tot de fasefout is geminimaliseerd, waardoor de rotorhoek wordt hersteld.

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

• Motorbesturingssystemen: het geven van realtime feedback voor servo-motoren in robotica, ruimtevaart en automatisering.

• Aerospace en verdediging: kritisch voor toepassingen die een hoge betrouwbaarheid en tolerantie vereisen voor trillingen/temperatuur extremen.

• Industriële apparatuur: in precisie-bewerkingstools, waar op resolver gebaseerde systemen sub-arcminute resolutie mogelijk maken.

6. Belangrijkste parameters die de prestaties beïnvloeden

• Excitatiefrequentie: beïnvloedt signaal-ruisverhouding en systeembandbreedte.

• Aantal poolparen: bepaalt resolutie en meetbereik.

• Wikkelconfiguratie: geoptimaliseerd voor lineaire of niet -lineaire (bijv. Sinusoïdale) uitvoerrelaties.

Samenvattend maakt het vermogen van de resolver om mechanische rotatie om te zetten in elektrische signalen via elektromagnetische koppeling een essentiële component in systemen die een precieze hoekmeting eisen. Het ontwerpbalans tussen eenvoud, robuustheid en nauwkeurigheid zorgt voor zijn voortdurende relevantie in moderne engineeringtoepassingen.