I. Podstawowe zasady rozwiązywania niechęci zmiennej
Po pierwsze, aby zrozumieć projekt, należy zrozumieć jego podstawowe różnice w stosunku do tradycyjnych rozdzielczości ran:
· Tradycyjny rozdzielcz: zarówno stojany, jak i wirnik mają uzwojenia. Sygnał wzbudzenia i sygnał wyjściowy są indukowane elektromagnetycznie na szczelinie powietrznej.
· Dystrybucja niechęci zmiennej (VR): Tylko stojan ma uzwojenia . Rotor jest beztłuszczonym składnikiem ferromagnetycznym wykonanym z dużych biegunów lub struktury zębów. Jego zasada pracy opiera się na zróżnicowaniu niechęci.
o Uzwojenia stojana: zazwyczaj obejmują jedno uzwojenie wzbudzenia (pierwotne) i dwa uzwojenia wyjściowe (uzwojenia sinusoidalne i cosinus, wtórne), które są przestrzennie ortogonalne (90 stopni elektrycznych w odstępie).
o Rotacja wirnika: Gdy wirnik z istotnymi biegunami obraca się, zmienia długość szczeliny powietrza i niechęć obwodu magnetycznego.
o Modulacja sygnału: Zmienność niechęci szczelin powietrza moduluje (modulacja amplitudy) amplituda napięcia indukowana w uzwojeniach wyjściowych przez pole magnetyczne wzbudzenia. Koperty amplitudy dwóch uzwojeń wyjściowych są odpowiednio sinusoidalne i cosinusowe funkcje kąta wirnika.
Jego zalety to: prosta struktura, wytrzymała i trwała (bezszczotkowa), tani koszt, wysoka niezawodność, zdolność do wytrzymywania środowisk szybkich i wysokiej temperatury . Wadą jest to, że dokładność i liniowość są zwykle nieco niższe niż w przypadku rozstrzygnięć rany o dużej precyzyjnej.
Ii. Proces projektowania i kluczowe względy
Proces projektowania jest iteracyjny i zazwyczaj wykonuje te kroki:
1. Zdefiniuj specyfikacje projektowe
To jest punkt wyjścia dla wszystkich projektów i należy go najpierw wyjaśnić:
· Liczba par biegunowych (P): Określa związek między kątym elektrycznym i mechanicznym (θ_electric = p * θ_mechanical). Wspólne konfiguracje to 1 para bieguna (jednobiegunowa) i 2 pary biegunowe (bipolar). Liczba par biegunowych wpływa na dokładność i maksymalną prędkość.
· Wymagania dotyczące dokładności: zwykle wyrażane w Arcminutes (′) lub Milliradian (MRAD). Wysokie projekty wymagają wyjątkowo wysokich wymagań produkcji, materiałów i supresji harmonicznej pola magnetycznego.
· Sygnał wzbudzenia wejściowego: amplituda napięcia wzbudzenia, częstotliwość (wspólne to 4 kHz, 10 kHz itp.), Facite (zwykle sinusoidalne).
· Współczynnik transformacji (TR): Stosunek napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego (w pozycji maksymalnego sprzężenia).
· Błąd elektryczny: obejmuje błąd funkcji, błąd napięcia zerowy, błąd fazowy itp.
· Środowisko robocze: zakres temperatur, wibracje, wstrząs, wilgotność, Ochrona Ochrony (IP).
· Ograniczenia wielkości: średnica zewnętrzna, otwór wewnętrzny, grubość (długość).
· Parametry impedancji: impedancja wejściowa/wyjściowa, wpływając na dopasowanie do kolejnego obwodu.
2. Projekt elektromagnetyczny - część podstawowa
· Projekt laminowania stojana/wirnika:
o Wybór materiału: Zwykle wykorzystuje krzemowe arkusze stali o wysokiej przepuszczalności i niskiej utraty żelaza (np. DW540, 50JN400).
o Połączenie rozłoku na bieguna: To jest dusza projektu. Należy określić liczbę szczelin stojanych (ZS) i wirnika (ZR). Najczęstszą kombinacją jest ZR = 2p (liczba bieguna wirnika równa się dwukrotnie większą liczbę par biegunowych), a ZS jest wielokrotnością Zr. Na przykład rozdzielcz jednobiegunowy (p = 1) często używa ZS = 4, Zr = 2 ; Dystrybutor dwubiegunowy (p = 2) często używa ZS = 8, Zr = 4 lub ZS = 12, Zr = 6.
o Kształt szczeliny/bieguny: Kształt zębów (równolegle, zwężane) wpływa na rozkład pola magnetycznego i zawartość harmonicznych. Wymiary, takie jak szerokość zęba, szerokość otwierania szczeliny i grubość jarzma, wymagają optymalizacji, aby zmaksymalizować podstawową siłę magneto-ruchową (MMF) i zminimalizować harmoniczne szczeliny.
O luka powietrzna: rozmiar szczeliny powietrznej jest krytycznym kompromisem. Niewielka szczelina powietrza zwiększa współczynnik transformacji i wytrzymałość sygnału, ale zwiększa trudność produkcyjną, wrażliwość na mimośrodowość i tętnienie momentu obrotowego. Duża szczelina powietrzna ma odwrotny efekt. Zazwyczaj zaprojektowany między 0,05 mm do 0,25 mm.
· Uzwojenie:
O Typ: Zastosowane są zwykle rozłożone uzwojenia lub stężone (zęba) uzwojenia. Rozproszone uzwojenia (jedna cewka obejmująca wiele szczelin) wytwarzają bardziej sinusoidalne pole magnetyczne, ale są bardziej złożone w produkcji; Skoncentrowane uzwojenia są prostsze, ale mają wyższe harmoniczne.
o Obliczanie obrotu: Na podstawie docelowego współczynnika transformacji, napięcia wzbudzenia i częstotliwości określ liczbę zakrętów uzwojenia wzbudzenia i uzwojenia sinusoidalne/cosinus poprzez obliczenia elektromagnetyczne. Liczba zakrętów dla dwóch uzwojeń wyjściowych musi być ściśle identyczna.
o Metoda połączenia: Upewnij się, że uzwojenia sinusoidalne i cosinus są ściśle 90 stopni elektrycznych od siebie.
3. Symulacja i optymalizacja pola magnetycznego (symulacja FEA) - Niezbędne nowoczesne narzędzie do projektowania
Obliczenia czysto analityczne są bardzo złożone i niewystarczająco dokładne. Niezbędne jest oprogramowanie do analizy elementów skończonych (FEA) (np. JMAG, ANSYS Maxwell, SimCenter Magnet).
· Symulacja pola statycznego: Oblicz rozkład pola magnetycznego, macierz indukcyjności i potencjał wyjściowy pod różnymi kątami wirnika.
· Symulacja pola przejściowego: Zastosuj rzeczywiste napięcie wzbudzenia, aby symulować przebieg napięcia wyjściowego, dokładniej odzwierciedlając wydajność.
· Optymalizacja parametryczna: Wykonaj zamiatanie parametryczne i optymalizacja kluczowych wymiarów, takich jak kształt zęba, szczelina powietrza i otwieranie szczeliny, aby zminimalizować błąd (np. THD) i zmaksymalizować współczynnik transformacji.
· Analiza błędów: Oblicz błąd elektryczny poprzez symulację i analizuj źródła błędów (np. Harmoniczne, efekt przechowywania, efekt nasycenia).
4. Projektowanie struktury mechanicznej
· Obudowa i łożyska: Zaprojektuj strukturę nośną i wybierz odpowiednie łożyska, aby zapewnić koncentryczność między wirnikiem a stojanem oraz minimalną zmianę szczelin powietrznych, jednocześnie wytrzymane określone wibracje i wstrząs.
· Połączenie wału: Kluczowe drogi, gładki otwór lub interfejs serwomechanizmu, aby zapewnić niezawodne połączenie i transmisję bez luzu z wałkiem silnika.
· Zarządzanie termicznie: Rozważ wytwarzanie ciepła z uzwojeń i strat żelaza, aby zapobiec przegrzaniu w środowiskach o wysokiej temperaturze. Czasami konieczna jest konstrukcja ścieżki termicznej.
· Wprowadzenie ochrony elektromagnetycznej: w razie potrzeby dodaj tarczę, aby zapobiec zakłóceniu z zewnętrznych pól magnetycznych.
5. Rozważania obwodów przetwarzania sygnału
Chociaż nie jest częścią konstrukcji ciała Residver, należy go uznać za synergistycznie:
· RDC (konwerter ds. Resolver-to-cyfr): Wybierz układ RDC (np. AD2S1205, AU6802), który odpowiada częstotliwości impedancji i wzbudzenia rozdzielczości. Podczas projektowania wymagane jest dopasowanie impedancji wejściowej.
· Obwód napędu wzbudzenia: Wymaga obwodu MOC OP-AMP zdolnego do zapewnienia czystej, stabilnej fali sinusoidalnej.
· Obwód filtracyjny: Filtruj sygnały wyjściowe w celu tłumienia szumów i harmonicznych o wysokiej częstotliwości.
Iii. Wyzwania projektowe i kluczowe technologie
1. Supresja harmoniczna: Ze względu na nieliniowość jej zmienności niechęci, napięcie wyjściowe VR Resister zawiera bogate harmoniczne, które są główną przyczyną błędu. Metody takie jak optymalizacja kombinacji bieguna, skewkowanie (szczeliny lub bieguny) i dodawanie gniazd pomocniczych na zębach stojana może skutecznie tłumić harmoniczne.
2. Dokładność równoważenia i koszt: Wysoka dokładność implikuje bardziej precyzyjną obróbkę (mniejsza szczelina powietrza, wyższa koncentryczność), materiały o wyższej jakości (stal krzemowa wyższej klasy), bardziej złożone projekty (np. Więcej pary biegunów, szczeliny ułamkowe) i surowsze procesy, co prowadzi do gwałtownego wzrostu kosztów.
3. Dryf temperatury: odporność uzwojeń i właściwości stali krzemu zmieniają się wraz z temperaturą, powodując amplitudę i dryf fazowy. Konieczna jest kompensacja w obwodzie lub oprogramowaniu lub materiały o dobrej stabilności temperatury należy wybrać podczas projektowania elektromagnetycznego.
Streszczenie
Zalecenia projektowe:
1. Zacznij od specyfikacji: Po pierwsze, dokładnie zrozum konkretne wymagania scenariusza aplikacji dotyczące dokładności, wielkości i środowiska.
2. Udowodnione rozwiązania dźwigni: Zacznij od klasycznych kombinacji rozcięcia biegunów (np. 4-2, 8-4), ponieważ są one zweryfikowanym i niezawodnym punktem wyjścia.
3. Projekt oparty na symulacji: nie zatrzymuj się na obliczeniach teoretycznych; Natychmiast użyj oprogramowania MES do utworzenia modelu parametrycznego do symulacji i optymalizacji. Jest to kluczem do poprawy wskaźników sukcesu projektowania i skracania cykli rozwoju.
4. Iteracja i test: Po zbudowaniu prototypu przeprowadzaj kompleksowe testy wydajności (błąd, wzrost temperatury, wibracje itp.), Porównaj z wynikami symulacji, przeanalizuj przyczyny różnic i przejdź do następnej iteracji projektowej.
5. Pomyśl na poziomie systemowym: rozważ i debuguj czujnik Resolver i obwód RDC w dalszej części jako zintegrowany system.
Projektowanie rozdzielczości zmiennej niechęci jest wysoce praktyczną technologią, która wymaga powtarzających się cykli teorii, symulacji i eksperymentów.
