Hvordan stator-rotor elektromagnetisk kobling muliggjør posisjonssensing

EN Resolver , også kjent som en synkron resolver, er en elektromagnetisk sensor designet for å måle rotasjonsvinkler med høy presisjon. Operasjonen henger sammen med prinsippet om elektromagnetisk induksjon, der interaksjonen mellom en stator (fast komponent) og en rotor (roterende komponent) genererer posisjonsavhengige elektriske signaler. Nedenfor er en detaljert forklaring på hvordan denne elektromagnetiske koblingen oversetter mekanisk rotasjon til målbare elektriske utganger.

1. Kjernestruktur og eksitasjon
Resolveren består av to hoveddeler: statoren og rotoren. Statoren inneholder primære viklinger som er energisk av en vekselstrøm (AC) eksitasjonsspenning, typisk ved frekvenser som 400 Hz, 3 kHz eller 5 kHz. Denne eksitasjonen skaper et roterende magnetfelt i statoren. Rotoren, mekanisk knyttet til akselen hvis posisjon skal måles, har sekundære viklinger som roterer innenfor dette magnetfeltet.

2. Elektromagnetisk koblingsmekanisme
Når rotoren roterer, endres den relative posisjonen mellom statorens roterende magnetfelt og rotorens viklinger. Rotorviklingene, ofte anordnet ortogonalt (f.eks, sinus og kosinusviklinger), opplever varierende magnetiske flukser. I henhold til Faradays induksjonslov, induserer disse skiftende fluksene sinusformede spenninger i rotorviklingene. Amplituder av disse induserte spenningene avhenger av vinkelforskyvningen mellom stator og rotor, typisk etter sinus- og kosinusfunksjoner i rotorvinkelen.

3. Signalegenskaper
Utgangssignalene fra rotorviklingene er analoge spenninger. For en enhastighetsoppløsning er utgangene:

• Sinusutgang (e_sin): proporsjonal med sinθ, hvor θ er rotorvinkelen.

• Cosine Output (E_COS): proporsjonal med cosθ.

I flerhastighetsoppløsere (f.eks. Dobbeltkanalsystemer) genererer ytterligere polpar med høyere frekvens, og forbedrer oppløsningen og muliggjør finere vinkeldeteksjon.

4. Signalbehandling og posisjonsekstraksjon
for å konvertere sinus/kosinusutgangene til brukbare posisjonsdata, eksterne kretsløp eller algoritmer er nødvendig. Vanlige metoder inkluderer:

• Analog inndeling: Bruke Tan - 1 (ESIN/ECOS) for å beregne θ, selv om dette er følsomt for støy.

• Resolver-til-digitale omformere (RDCS): Integrerte kretsløp som bruker sporingssløyfer (f.eks. Type II-serveringssløyfer) for å avkode oppløsersignalene. Disse enhetene sammenligner resolverutgangene med internt genererte referanser, og justerer til fasefeilen minimeres, og dermed gjenopprette rotorvinkelen.

5. Design fordeler og applikasjoner
oppløsere utmerker seg i tøffe miljøer på grunn av deres robuste konstruksjon (ingen optiske komponenter eller kontakter) og immunitet mot elektromagnetisk interferens. De er mye brukt i:

• Motorkontrollsystemer: Tilbyr tilbakemelding i sanntid for servomotorer innen robotikk, romfart og automatisering.

• Luftfart og forsvar: Kritisk for applikasjoner som krever høy pålitelighet og toleranse for vibrasjoner/temperaturer.

• Industrielt utstyr: I presisjonsbearbeidingsverktøy, der resolverbaserte systemer muliggjør under-arcminute oppløsning.

6. Nøkkelparametere som påvirker ytelsen

• Eksitasjonsfrekvens: påvirker signal-til-støy-forhold og systembåndbredde.

• Antall polpar: bestemmer oppløsnings- og måleområde.

• Viklingskonfigurasjon: Optimalisert for lineære eller ikke -lineære (f.eks. Sinusformet) utgangsrelasjoner.

Oppsummert gjør resolverens evne til å transformere mekanisk rotasjon til elektriske signaler via elektromagnetisk kobling det til en viktig komponent i systemer som krever presis vinkelmåling. Designbalansen mellom enkelhet, robusthet og nøyaktighet sikrer dens fortsatte relevans i moderne ingeniørapplikasjoner.