Hvordan stator-rotor elektromagnetisk kobling muliggjør posisjonsføling

EN resolver , også kjent som en synkron resolver, er en elektromagnetisk sensor designet for å måle rotasjonsvinkler med høy presisjon. Driften avhenger av prinsippet om elektromagnetisk induksjon, der samspillet 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 primærviklinger som aktiveres av en vekselstrøm (AC) eksitasjonsspenning, typisk ved frekvenser som 400 Hz, 3 kHz eller 5 kHz. Denne eksitasjonen skaper et roterende magnetfelt inne i statoren. Rotoren, mekanisk koblet 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 ordnet ortogonalt (f.eks. sinus- og cosinusviklinger), opplever varierende magnetiske flukser. I henhold til Faradays lov om induksjon induserer disse skiftende fluksene sinusformede spenninger i rotorviklingene. Amplitudene til disse induserte spenningene avhenger av vinkelforskyvningen mellom statoren og rotoren, typisk etter sinus- og cosinusfunksjonene til rotorvinkelen.

3. Signalkarakteristikk
Utgangssignalene fra rotorviklingene er analoge spenninger. For en enkelthastighets resolver er utgangene:

• Sinusutgang (E_sin): Proporsjonal med sinθ, der θ er rotorvinkelen.

• Cosinus utgang (E_cos): proporsjonal med cosθ.

I multi-speed resolvere (f.eks. to-kanals systemer), genererer ekstra polpar høyere frekvenssignaler, forbedrer oppløsningen og muliggjør finere vinkeldeteksjon.

4. Signalbehandling og posisjonsekstraksjon
For å konvertere sinus/cosinus-utgangene til brukbare posisjonsdata, kreves eksterne kretser eller algoritmer. Vanlige metoder inkluderer:

• Analog divisjon: Bruker tan−1(Esin/Ecos) for å beregne θ, selv om dette er følsomt for støy.

• Resolver-to-Digital Converters (RDCs): Integrerte kretser som bruker sporingsløkker (f.eks. Type II servoløkker) for å dekode resolversignalene. Disse enhetene sammenligner resolverutgangene med internt genererte referanser, justerer til fasefeilen er minimert, og gjenoppretter dermed rotorvinkelen.

5. Designfordeler og applikasjoner
Resolvere 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: Gir tilbakemelding i sanntid for servomotorer innen robotikk, romfart og automasjon.

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

• Industrielt utstyr: I presisjonsmaskineringsverktøy, der resolverbaserte systemer muliggjør sub-arcminute oppløsning.

6. Nøkkelparametre som påvirker ytelsen

• Eksiteringsfrekvens: Påvirker signal-til-støy-forhold og systembåndbredde.

• Antall polpar: Bestemmer oppløsning og måleområde.

• Viklekonfigurasjon: Optimalisert for lineære eller ikke-lineære (f.eks. sinusformede) utgangsforhold.

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