I. Kjerneprinsipper for variabel motviljeoppløsere
For det første, for å forstå designen, må man forstå dets grunnleggende forskjeller fra tradisjonelle sårrotoroppløsere:
· Tradisjonell resolver: Både stator og rotor har viklinger. Eksitasjonssignalet og utgangssignalet er elektromagnetisk indusert over luftgapet.
· Resolver med variabel motvilje (VR): Bare statoren har viklinger . Rotoren er en ikke-såret ferromagnetisk komponent laget av fremtredende stolper eller en tannstruktur. Dets arbeidsprinsipp er basert på motviljevariasjon.
O statorviklinger: inkluderer vanligvis en eksitasjonsvikling (primær) og to utgangsviklinger (sinus og kosinusvikling, sekundær) som er romlig ortogonal (90 elektriske grader fra hverandre).
o Rotorrotasjon: Når rotoren med fremtredende stolper roterer, endrer den luftgaplengden og motviljen fra magnetkretsen.
o Signalmodulering: Variasjonen i luftgapsmotelling modulerer (amplitude -modulasjon) Spenningsamplituden indusert i utgangsviklingene av eksitasjonsmagnetfeltet. Amplitude -konvoluttene til de to utgangsviklingene er sinusformede og kosinusfunksjoner i rotorvinkelen.
Fordelene er: enkel struktur, robust og holdbar (børsteløs), lave kostnader, høy pålitelighet, evne til å motstå miljøer med høy hastighet og høy temperatur . Ulempen er at nøyaktighet og linearitet vanligvis er litt lavere enn for sårrotoroppløsere med høy presisjon.
Ii. Designprosess og viktige hensyn
Designprosessen er iterativ og følger vanligvis disse trinnene:
1. Definer designspesifikasjoner
Dette er utgangspunktet for alle design og må avklares først:
· Antall polpar (P): Bestemmer forholdet mellom elektriske og mekaniske vinkler (θ_elektrisk = p * θ_Mechanical). Vanlige konfigurasjoner er 1 polpar (unipolar) og 2 polpar (bipolar). Antall polpar påvirker nøyaktighet og maksimal hastighet.
· Nøyaktighetskrav: vanligvis uttrykt i Arcminutes (′) eller Milliradians (MRAD). Design med høy presisjon krever ekstremt høye krav til produksjon, materialer og magnetfelt harmonisk undertrykkelse.
· Inngangseksitasjonssignal: eksitasjonsspenningsamplitude, frekvens (vanlige er 4kHz, 10 kHz, etc.), bølgeform (vanligvis sinusformet).
· Transformasjonsforhold (TR): Forholdet mellom utgangsspenning og inngangsspenning (på plassering av maksimal kobling).
· Elektrisk feil: Inkluderer funksjonsfeil, nullspenningsfeil, fasefeil, etc.
· Driftsmiljø: Temperaturområde, vibrasjon, sjokk, fuktighet, IP) -vurdering (IP).
· Størrelsesbegrensninger: ytre diameter, indre boring, tykkelse (lengde).
· Impedansparametere: inngang/utgangsimpedans, som påvirker samsvar med påfølgende kretsløp.
2.
· Stator/rotor lamineringsdesign:
o Materialvalg: Bruker vanligvis silisiumstålark med høy permeabilitet og lavt jerntap (f.eks. DW540, 50JN400).
o Pol-spor-kombinasjon: Dette er designens sjel. Antall stator -spor (Zs) og rotor fremtredende stolper (ZR) må bestemmes. Den vanligste kombinasjonen er Zr = 2p (antall rotorstenger tilsvarer det dobbelte av antall polpar), og Zs er et multiplum av ZR. For eksempel bruker en unipolar resolver (p = 1) ofte ZS = 4, Zr = 2 ; En bipolar resolver (p = 2) bruker ofte zs = 8, zr = 4 eller zs = 12, zr = 6.
o Spor/polform: Formen på tennene (parallell, avsmalnet) påvirker magnetfeltfordeling og harmonisk innhold. Dimensjoner som tannbredde, sporingsbredde og åkettykkelse trenger optimalisering for å maksimere grunnleggende magneto-motivkraft (MMF) og minimere spalteharmonikk.
o Luftgap: Luftgapstørrelsen er en kritisk avveining. Et lite luftgap øker transformasjonsforholdet og signalstyrken, men øker produksjonsvansker, følsomhet for eksentrisitet og dreiemomentkrupp. Et stort luftgap har motsatt effekt. Vanligvis designet mellom 0,05 mm - 0,25 mm.
· Viklingsdesign:
o Type: Typisk distribuerte viklinger eller konsentrerte (tann) viklinger brukes. Distribuerte viklinger (en spole som spenner over flere spor) produserer et mer sinusformet magnetfelt, men er mer sammensatt å produsere; Konsentrerte viklinger er enklere, men har høyere harmonikk.
o Turnberegning: Basert på måltransformasjonsforholdet, eksitasjonsspenningen og frekvensen, må du bestemme antall svinger for eksitasjonsvikling og sinus/kosinusviklinger gjennom elektromagnetisk beregning. Antall svinger for de to utgangsviklingene må være strengt identisk.
o Tilkoblingsmetode: Forsikre deg om at sinus og kosinusviklinger er strengt 90 elektriske grader fra hverandre romlig.
3. Magnetfeltsimulering og optimalisering (FEA -simulering) - Essential Modern Design Tool
Rent analytiske beregninger er veldig komplekse og utilstrekkelig nøyaktige. Finite Element Analysis (FEA) Software (f.eks. JMAG, ANSYS Maxwell, Simcenter Magnet) er essensielt.
· Statisk feltsimulering: Beregn magnetfeltfordeling, induktansmatrise og utgangspotensial i forskjellige rotorvinkler.
· Forbigående feltsimulering: Bruk den faktiske eksitasjonsspenningen for å simulere utgangsspenningsbølgeformen, mer nøyaktig reflekterende ytelse.
· Parametrisk optimalisering: Utfør parametriske sveip og optimalisering av viktige dimensjoner som tannform, luftgap og spalteåpning for å minimere feil (f.eks. THD) og maksimere transformasjonsforholdet.
· Feilanalyse: Beregn elektrisk feil gjennom simulering og analyser feilkilder (f.eks. Harmonikk, koggingffekt, metningseffekt).
4. Mekanisk strukturdesign
· Boliger og lagre: Design støttestrukturen og velg passende lagre for å sikre konsentrisitet mellom rotor og stator og minimal luftgapvariasjon, samtidig som den overstiser spesifisert vibrasjon og sjokk.
· Skafttilkobling: Design Keyways, glatt boring eller servo-grensesnitt for å sikre pålitelig tilkobling og tilbakeslagsfri overføring med motorakselen.
· Termisk styring: Vurder varmeproduksjon fra viklinger og jerntap for å forhindre overoppheting i miljøer med høy temperatur. Termisk banedesign er noen ganger nødvendig.
· Elektromagnetisk skjerming: Tilsett et skjold om nødvendig for å forhindre interferens fra ytre magnetfelt.
5. Signalbehandlingskretshensyn
Selv om det ikke er en del av resolver kroppsdesign, må den betraktes som synergistisk:
· RDC (Resolver-to-Digital Converter): Velg en RDC-brikke (f.eks. AD2S1205, AU6802) som samsvarer med resolverens impedans- og eksitasjonsfrekvens. Inngangsimpedansmatching er nødvendig under design.
· Excitation Drive Circuit: Krever en strøm-op-amp-krets som er i stand til å gi en ren, stabil sinusbølge.
· Filterkrets: Filtrer utgangssignalene for å undertrykke høyfrekvent støy og harmonikk.
Iii. Designutfordringer og nøkkelteknologier
1. Harmonisk undertrykkelse: På grunn av ikke-lineariteten i dens motviljevariasjon, inneholder utgangsspenningen til en VR-resolver rik harmonikk, som er den viktigste årsaken til feil. Metoder som pole-sporet kombinasjonsoptimalisering, skjevhet (spor eller stolper), og å legge til hjelpespor på statortenner kan effektivt undertrykke harmonikk.
2. Balanseringsnøyaktighet og kostnader: høy nøyaktighet innebærer mer presis maskinering (mindre luftgap, høyere konsentrisitet), materialer av høyere kvalitet (silisiumstål av høyere kvalitet), mer komplekse design (f.eks. Flere polpar, fraksjonelle spor) og strengere prosesser, noe som fører til kraftig økende kostnader.
3. Temperaturdrift: motstanden mot viklinger og egenskapene til silisiumstålendring med temperatur, forårsaker amplitude og fasedrift. Kompensasjon i kretsen eller programvaren er nødvendig, eller materialer med god temperaturstabilitet bør velges under elektromagnetisk design.
Sammendrag
Designanbefalinger:
1. Begynn med spesifikasjoner: Først, forstå de spesifikke kravene i applikasjonsscenariet ditt om nøyaktighet, størrelse og miljø.
2. Utnytt beviste løsninger: Start med klassiske pol-spotekombinasjoner (f.eks. 4-2, 8-4), ettersom de er et bekreftet og pålitelig utgangspunkt.
3. Simuleringsdrevet design: Ikke stopp ved teoretiske beregninger; Bruk umiddelbart FEM -programvare for å lage en parametrisk modell for simulering og optimalisering. Dette er nøkkelen til å forbedre suksessrater for design og forkortelse av utviklingssykluser.
4. Iterere og test: Etter å ha bygget en prototype, gjennomfør omfattende ytelsestester (feil, temperaturøkning, vibrasjon osv.), Sammenlign med simuleringsresultater, analyser årsakene til forskjeller og fortsett til neste design iterasjon.
5. Tenk på systemnivå: Vurder og feilsøk Resolver -sensoren og nedstrøms RDC -kretsen som et integrert system.
Utformingen av variabel motviljeoppløsere er en svært praktisk teknologi som krever gjentatte sykluser av teori, simulering og eksperimentering.
