I. Основные принципы резолюра с нежелательностью переменной
Во-первых, чтобы понять дизайн, нужно понять его фундаментальные отличия от традиционных резолюров с раной-ротором:
· Традиционный резолювер: как статор, так и ротор имеют обмотки. Сигнал возбуждения и выходной сигнал электромагнитно индуцируются по всему воздушному зазору.
· Резолювер с переменным приостановением (VR): только статор имеет обмотки . Ротор представляет собой невоотборный ферромагнитный компонент, изготовленный из заметных полюсов или зубчатой структуры. Его принцип работы основан на изменении нежелания.
o Обмотки статора: обычно включают в себя одну обмотку возбуждения (первичная) и две выходные обмотки (синусные и косинусные обмотки, вторичные), которые являются пространственно ортогональными (90 электрических градусов друг от друга).
o Вращение ротора: когда вращается ротор с дистанционными полюсами, он меняет длину воздушного зазора и нежелание магнитной цепи.
o Сигнальная модуляция: изменение воздушного зазора модулирует (амплитудная модуляция) амплитуда напряжения, индуцированная в выходных обмотках магнитным полем возбуждения. Амплитудные конверты двух выходных обмоток являются синусоидальными и косинусными функциями угла ротора соответственно.
Его преимущества: простая структура, прочная и долговечная (бесщеточная), низкая стоимость, высокая надежность, способность выдерживать высокоскоростные и высокотемпературные среды . Недостаток заключается в том, что точность и линейность обычно немного ниже, чем у высокоотранных резокриверов раны-ротора.
II Процесс проектирования и ключевые соображения
Процесс проектирования является итеративным и обычно следует этим шагам:
1. Определить спецификации дизайна
Это отправная точка для всех дизайнов и должна быть уточнена в первую очередь:
· Количество пар полюсов (P): определяет взаимосвязь между электрическими и механическими углами (θ_Electric = P * θ_mechanical). Общие конфигурации - 1 полюсная пара (Unipolar) и 2 пары полюсов (биполярный). Количество пар полюсов влияет на точность и максимальную скорость.
· Требования к точности: обычно выражается в аркминутах (′) или миллирадах (MRAD). Высокие конструкции требуют чрезвычайно высоких требований по производству, материалам и супрессии гармоники магнитного поля.
· Сигнал входного возбуждения: амплитуда напряжения возбуждения, частота (общие из них - 4 кГц, 10 кГц и т. Д.), Форма волны (обычно синусоидальная).
· Коэффициент преобразования (TR): отношение выходного напряжения к входному напряжению (в положении максимальной связи).
· Электрическая ошибка: включает ошибку функции, ошибку нулевого напряжения, ошибка фазы и т. Д.
· Рабочая среда: температурная диапазон, вибрация, шок, влажность, защита от входа (IP).
· Ограничения размера: внешний диаметр, внутреннее отверстие, толщина (длина).
· Параметры импеданса: входной/выходной импеданс, влияющий на сопоставление с последующей схемой.
2. Электромагнитный дизайн - основная часть
· Статор/ротор дизайн ламинирования:
o Выбор материала: обычно использует кремниевые стальные листы с высокой проницаемостью и низкой потерей железа (например, DW540, 50JN400).
o Комбинация полюса: это душа дизайна. Количество слотов статора (ZS) и ротора, должно быть определена (ZR). Наиболее распространенной комбинацией является Zr = 2p (количество полюсов ротора равно в два раза больше количества пар полюсов), а ZS - кратная Zr. Например, однополярный резолвер (p = 1) часто использует zs = 4, zr = 2 ; Биполярный резолвер (p = 2) часто использует zs = 8, zr = 4 или zs = 12, zr = 6.
o Форма слота/полюса: форма зубов (параллельная, коническая) влияет на распределение магнитного поля и содержание гармоники. Размеры, такие как ширина зубов, ширина прорези и толщина ярга, требуют оптимизации, чтобы максимизировать фундаментальную силу магнито-мотив (MMF) и минимизировать гармоники слота.
o Воздушный разрыв: размер воздушного зазора является критическим компромиссом. Небольшой воздушный зазор увеличивает коэффициент трансформации и прочность сигнала, но увеличивает сложность производства, чувствительность к эксцентриситету и волновую крутящего момента. Большой воздушный зазор имеет противоположный эффект. Обычно спроектирован от 0,05 мм до 0,25 мм.
· Дизайн обмотки:
o Тип: обычно используются распределенные обмотки или концентрированные (зубные) обмотки. Распределенные обмотки (одна катушка, охватывающая несколько слотов) производит более синусоидальное магнитное поле, но более сложные для производства; Концентрированные обмотки проще, но имеют более высокие гармоники.
o Расчет поворота: на основе коэффициента преобразования целевого преобразования, напряжения возбуждения и частоты определяйте количество поворотов для обмотки возбуждения и синусоиснации/косинусных обмоток с помощью электромагнитных расчетов. Количество поворотов для двух выходных обмоток должно быть строго идентичным.
o Метод подключения: убедитесь, что синусоисед и косинусные обмотки строго имеют 90 электрических градусов друг от друга пространственно.
3. Моделирование и оптимизация магнитного поля (моделирование FEA) - Основной современный инструмент проектирования
Чисто аналитические расчеты очень сложны и недостаточно точны. Программное обеспечение для анализа конечных элементов (FEA) (например, JMAG, Ansys Maxwell, Simcenter Magnet) имеет важное значение.
· Статическое моделирование поля: Рассчитайте распределение магнитного поля, матрицу индуктивности и выходной потенциал под разными углами ротора.
· Моделирование переходного поля: примените фактическое напряжение возбуждения для моделирования формы волны выходного напряжения, более точно отражая производительность.
· Параметрическая оптимизация: выполните параметрические развертывания и оптимизация размеров ключей, таких как форма зуба, воздушный зазор и отверстие слота, чтобы минимизировать ошибку (например, THD) и максимизировать коэффициент преобразования.
· Анализ ошибок: вычислить электрическую ошибку с помощью моделирования и анализа источников ошибок (например, гармоники, эффект загрязнения, эффект насыщения).
4. Механическая конструкция конструкции
· Корпус и подшипники: проектируйте опорную структуру и выберите соответствующие подшипники, чтобы обеспечить концентричность между ротором и статором и минимальным изменением воздушного зазора, при этом выдерживая определенную вибрацию и шок.
· Соединение вала: проектирование рубашек, гладкого отверстия или сервопривода для обеспечения надежного соединения и беспроблемной трансмиссии с валом двигателя.
· Тепловое управление: рассмотрим тепловой генерацию от обмотков и потерь железа, чтобы предотвратить перегрев в высокотемпературных средах. Конструкция теплового пути иногда необходима.
· Электромагнитное экранирование: добавьте щит при необходимости, чтобы предотвратить помехи от внешних магнитных полей.
5. Соображения схемы обработки сигналов
Хотя это не является частью дизайна тела резолей, он должен рассматриваться синергетически:
· RDC (преобразователь Resolver-To-Digital): выберите чип RDC (например, AD2S1205, AU6802), который соответствует импедансу и частоте возбуждения резолей. Сопоставление входного импеданса требуется во время дизайна.
· Схема привода возбуждения: требует мощности схемы Op-AMP, способной обеспечить чистую, стабильную синусоидальную волну.
· Схема фильтра: фильтровать выходные сигналы, чтобы подавить высокочастотный шум и гармоники.
Iii. Проблемы дизайна и ключевые технологии
1. Гармоническое подавление: из-за нелинейности его изменений в нежелателе выходное напряжение резольвера VR содержит богатые гармоники, которые являются основной причиной ошибки. Такие методы, как оптимизация комбинации полюсов, перекос (слоты или полюсы) и добавление вспомогательных слотов на зубах статора, могут эффективно подавлять гармоники.
2. Уравновешивание точности и стоимости: высокая точность подразумевает более точную обработку (меньший воздушный зазор, более высокая концентричность), материалы более высокого качества (кремниевая сталь с более высокой степенью), более сложные конструкции (например, больше пар полюсов, дробные слоты) и более строгие процессы, что приводит к резко растущим затратам.
3. Дрейф температуры: сопротивление обмотков и свойства кремниевой стали изменяются с температурой, вызывая амплитуду и фазовый дрейф. Компенсация в схеме или программном обеспечении необходима, или материалы с хорошей стабильностью температуры должны быть выбраны во время электромагнитной конструкции.
Краткое содержание
Рекомендации по дизайну:
1. Начните со спецификаций: во -первых, тщательно понимайте конкретные требования вашего сценария приложения относительно точности, размера и среды.
2. Проверенные решения для левереджа: начните с классических комбинаций полюсов (например, 4-2, 8-4), поскольку они являются проверенной и надежной отправной точкой.
3. Проект, управляемый симуляцией: не останавливайтесь на теоретических расчетах; Немедленно используйте программное обеспечение FEM для создания параметрической модели для моделирования и оптимизации. Это является ключом к улучшению показателей успешности дизайна и сокращению циклов разработки.
4. Итерация и тест: После создания прототипа проведите комплексные тесты производительности (ошибка, повышение температуры, вибрация и т. Д.), Сравните с результатами моделирования, анализируйте причины различий и перейдите к следующей итерации проекта.
5. Подумайте на системном уровне: рассмотрим и отлаживайте датчик резолей и нисходящую схему RDC в качестве интегрированной системы.
Проектирование резолюров с переменным нежеланием является очень практичной технологией, которая требует повторных циклов теории, моделирования и экспериментов.
