I. Kernprincipes van resolvers van variabele terughoudendheid
Ten eerste, om het ontwerp te begrijpen, moet men zijn fundamentele verschillen begrijpen van traditionele wond-rotorische resolvers:
· Traditionele resolver: zowel stator als rotor hebben wikkelingen. Het excitatiesignaal en het uitgangssignaal zijn elektromagnetisch geïnduceerd over de luchtspleet.
· Variabele Reluctance (VR) Resolver: alleen de stator heeft wikkelingen . De rotor is een niet-gewonde ferromagnetische component gemaakt van opvallende polen of een getande structuur. Het werkingsprincipe is gebaseerd op terughoudende variatie.
o Statorwikkelingen: omvatten meestal één excitatiewikkeling (primair) en twee uitgangswikkelingen (sinus- en cosinuswikkelingen, secundair) die ruimtelijk orthogonaal zijn (90 elektrische graden uit elkaar).
o Rotorrotatie: wanneer de rotor met opvallende polen roteert, verandert deze de lengte van de luchtspleet en de terughoudendheid van het magnetische circuit.
o Signaalmodulatie: de variatie in luchtspaarreluctantie -modulaten (amplitudemodulatie) De spanningsamplitude geïnduceerd in de uitgangswikkelingen door het excitatiemagnetisch veld. De amplitude -enveloppen van de twee uitgangswikkelingen zijn respectievelijk sinusvormige en cosinusfuncties van de rotorhoek.
De voordelen ervan zijn: eenvoudige structuur, robuust en duurzaam (borstelloos), lage kosten, hoge betrouwbaarheid, vermogen om hoge snelheid en omgevingen met een hoge temperatuur te weerstaan . Het nadeel is dat nauwkeurigheid en lineariteit meestal iets lager zijn dan die van zeer nauwkeurige wond-rotor resolvers.
II. Ontwerpproces en belangrijke overwegingen
Het ontwerpproces is iteratief en volgt meestal deze stappen:
1. Definieer ontwerpspecificaties
Dit is het startpunt voor alle ontwerpen en moet eerst worden verduidelijkt:
· Aantal poolparen (p): bepaalt de relatie tussen elektrische en mechanische hoeken (θ_electric = p * θ_mechanisch). Gemeenschappelijke configuraties zijn 1 polspaar (unipolair) en 2 poolparen (bipolair). Het aantal poolparen beïnvloedt de nauwkeurigheid en maximale snelheid.
· Nauwkeurigheidsvereisten: meestal uitgedrukt in Arcminutes (′) of Milliradianen (MRAD). Ontwerpen met een hoge precisie vereisen extreem hoge eisen aan productie, materialen en magnetische veldharmonische onderdrukking.
· Ingangsuitexitatiesignaal: excitatiespanningsamplitude, frequentie (veel voorkomende 4 kHz, 10 kHz, enz.), Golfvorm (meestal sinusoïdaal).
· Transformatieverhouding (TR): de verhouding van uitgangsspanning tot ingangsspanning (op de positie van maximale koppeling).
· Elektrische fout: bevat functiefout, nulspanningsfout, fasefout, etc.
· Bedrijfsomgeving: temperatuurbereik, trillingen, schok, vochtigheid, binnendringende bescherming (IP) rating.
· Grootte beperkingen: buitendiameter, binnenboring, dikte (lengte).
· Impedantieparameters: input/uitgangsimpedantie, die de matching met daaropvolgende circuit beïnvloeden.
2. Electromagnetisch ontwerp - kerndeel
· Stator/rotorlamineringsontwerp:
O Selectie van materiaal: gebruikt meestal siliciumstaalbladen met hoge permeabiliteit en laag ijzerverlies (bijv. DW540, 50JN400).
O Pole-slot combinatie: dit is de ziel van het ontwerp. Het aantal statorslots (ZS) en rotor salient polen (ZR) moet worden bepaald. De meest voorkomende combinatie is zr = 2p (aantal rotorpalen is gelijk aan twee keer het aantal poolparen) en ZS is een veelvoud van ZR. Een unipolaire resolver (p = 1) gebruikt bijvoorbeeld vaak zs = 4, zr = 2 ; Een bipolaire resolver (p = 2) gebruikt vaak zs = 8, zr = 4 of zs = 12, zr = 6.
o Slot/poolvorm: de vorm van de tanden (parallel, taps toelopend) beïnvloedt het magnetische veldverdeling en het harmonische gehalte. Afmetingen zoals tandbreedte, sleufopeningsbreedte en jukdikte hebben optimalisatie nodig om de fundamentele magneto-motieve kracht (MMF) te maximaliseren en gokharmonischen te minimaliseren.
O luchtspleet: de grootte van de luchtspleet is een kritieke afweging. Een kleine luchtspleet verhoogt de transformatieverhouding en signaalsterkte maar verhoogt de productie -moeilijkheid, gevoeligheid voor excentriciteit en rimpel van koppel. Een grote luchtspleet heeft het tegenovergestelde effect. Meestal ontworpen tussen 0,05 mm - 0,25 mm.
· Wikkelingsontwerp:
O Type: Typisch verdeelde wikkelingen of geconcentreerde (tand) wikkelingen worden gebruikt. Gedistribueerde wikkelingen (één spoel die meerdere slots overspant) produceren een meer sinusvormig magnetisch veld, maar zijn complexer om te produceren; Geconcentreerde wikkelingen zijn eenvoudiger maar hebben hogere harmonischen.
o Berekening Berekening: op basis van de doeltransformatieverhouding, excitatiespanning en frequentie, bepaal het aantal beurten voor de excitatiewikkeling en de sine/cosinuswikkelingen door elektromagnetische berekening. Het aantal beurten voor de twee uitvoerwikkelingen moet strikt identiek zijn.
o Verbindingsmethode: zorg ervoor dat de sinus- en cosinuswikkelingen strikt 90 elektrische graden ruimtelijk uit elkaar liggen.
3. Magnetische veldsimulatie en optimalisatie (FEA -simulatie) - Essentiële moderne ontwerptool
Puur analytische berekeningen zijn zeer complex en onvoldoende nauwkeurig. Software voor eindige elementanalyse (FEA) (bijv. JMAG, ANSYS Maxwell, SimCenter Magnet) is essentieel.
· Statische veldsimulatie: bereken het magnetische veldverdeling, inductiematrix en uitgangspotentiaal bij verschillende rotorhoeken.
· Tijdelijke veldsimulatie: Pas de werkelijke excitatiespanning toe om de uitgangsspanningsgolfvorm te simuleren, die nauwkeuriger de prestaties weerspiegelt.
· Parametrische optimalisatie: voer parametrische sweeps uit en optimalisatie van sleutelafmetingen zoals tandvorm, luchtopening en sleufopening om fout (bijv. THD) te minimaliseren en de transformatieverhouding te maximaliseren.
· Foutanalyse: bereken elektrische fout door simulatie en analyseer foutbronnen (bijv. Harmonischen, cogging -effect, verzadigingseffect).
4. Ontwerp van mechanische structuur
· Huisvesting en lagers: ontwerp de ondersteuningsstructuur en selecteer geschikte lagers om de concentriciteit tussen rotor en stator en minimale luchtspleetvariatie te waarborgen, terwijl het weergegeven gespecificeerde trillingen en shock.
· As-aansluiting: ontwerpspaden, gladde boring of servo-interface om een betrouwbare verbinding en spelingvrije transmissie met de motoras te garanderen.
· Thermisch beheer: overweeg warmte-generatie door wikkelingen en ijzerverliezen om oververhitting in omgevingen op hoge temperatuur te voorkomen. Thermisch padontwerp is soms noodzakelijk.
· Elektromagnetische afscherming: voeg indien nodig een schild toe om interferentie uit externe magnetische velden te voorkomen.
5. Overwegingen van signaalverwerkingscircuit
Hoewel het geen deel uitmaakt van het resolverlichaamontwerp, moet het synergetisch worden beschouwd:
· RDC (resolver-to-digitale converter): selecteer een RDC-chip (bijv. AD2S1205, AU6802) die overeenkomt met de impedantie- en excitatiefrequentie van de resolver. Input -impedantie -matching is vereist tijdens het ontwerp.
· Excitatieaandrijfcircuit: vereist een power op-amp circuit dat een schone, stabiele sinusgolf kan bieden.
· Filtercircuit: filter de uitvoersignalen om hoogfrequente ruis en harmonischen te onderdrukken.
Iii. Ontwerp -uitdagingen en belangrijke technologieën
1. Harmonische onderdrukking: vanwege de niet-lineariteit van zijn terughoudende variatie, bevat de uitgangsspanning van een VR-resolver rijke harmonischen, die de belangrijkste oorzaak van fouten zijn. Methoden zoals pool-slot combinatie-optimalisatie, scheef (slots of polen) en het toevoegen van hulpsleuven op statortanden kunnen harmonischen effectief onderdrukken.
2. Balancingsnauwkeurigheid en kosten: hoge nauwkeurigheid impliceert meer precieze bewerking (kleinere luchtspleet, hogere concentriciteit), materialen van hogere kwaliteit (siliciumstaal van hogere kwaliteit), meer complexe ontwerpen (bijv. Meer poolparen, fractionele slots) en strengere processen, wat leidt tot sterk toenemende kosten.
3. Temperatuurafwijking: de weerstand van wikkelingen en de eigenschappen van siliciumstaalverandering met temperatuur, waardoor amplitude en fase -drift veroorzaakt. Compensatie in het circuit of software is nodig, of materialen met een goede temperatuurstabiliteit moeten worden geselecteerd tijdens elektromagnetisch ontwerp.
Samenvatting
Ontwerpaanbevelingen:
1. Begin met specificaties: begrijp ten eerste de specifieke vereisten van uw toepassingsscenario met betrekking tot nauwkeurigheid, grootte en omgeving grondig.
2. Leverage bewezen oplossingen: begin met klassieke pool-slotcombinaties (bijv. 4-2, 8-4), omdat ze een geverifieerd en betrouwbaar startpunt zijn.
3. Simulatiegedreven ontwerp: stop niet bij theoretische berekeningen; Gebruik onmiddellijk FEM -software om een parametrisch model te maken voor simulatie en optimalisatie. Dit is de sleutel tot het verbeteren van de ontwerpsucces en het verkorten van ontwikkelingscycli.
4. Herhalen en testen: na het bouwen van een prototype, voert u uitgebreide prestatietests uit (fout, temperatuurstijging, trillingen, enz.), Vergelijk met simulatieresultaten, analyseer de oorzaken van verschillen en ga door naar de volgende ontwerpherhaling.
5. Denk op systeemniveau: overweeg en debugt de resolversensor en het stroomafwaartse RDC -circuit als een geïntegreerd systeem.
Het ontwerp van resolvers van variabele terughoudendheid is een zeer praktische technologie die herhaalde theoriecycli, simulatie en experimenten vereist.
