I. Základné princípy rozlíšerov s premenlivými neochotnými
Po prvé, aby sme pochopili dizajn, musíme porozumieť jeho základným rozdielom od tradičných rozlíšení rany-rotor:
· Tradičný rozlíšiteľ: Stator aj rotor majú vinutie. Excitačný signál a výstupný signál sú elektromagneticky indukované cez vzduchovú medzeru.
· Rozlíšiteľ premennej (VR): Iba stator má vinutie . Rotor je nekratná feromagnetická zložka vyrobená z hlavných pólov alebo zubnej štruktúry. Jeho pracovný princíp je založený na variácii neochoty.
o Vinutie statora: Zvyčajne zahŕňajú jedno excitačné vinutie (primárne) a dve výstupné vinutia (sínusové a kosínové vinutia, sekundárne), ktoré sú priestorovo ortogonálne (90 elektrických stupňov od seba).
o Rotácia rotora: Keď sa rotor s hlavnými pólmi otáča, mení dĺžku vzduchovej medzery a neochotu magnetického obvodu.
o Modulácia signálu: Variácia v modulácii neochoty vzduchovej medzery (modulácia amplitúdy) Amplitúda napätia vyvolaná vo výstupných vinutiach excitačným magnetickým poľom. Amplitúdové obálky týchto dvoch výstupných vinutí sú sínusové a kosínové funkcie uhla rotora.
Jeho výhody sú: jednoduchá štruktúra, robustné a odolné (bez kefy), nízka cena, vysoká spoľahlivosť, schopnosť odolávať vysokorýchlostným a vysokorýchlostným prostredím . Nevýhodou je, že presnosť a linearita sú zvyčajne o niečo nižšie ako presnosť s vysokými presnými rozlíšiteľmi rany-rotor.
II. Proces navrhovania a kľúčové úvahy
Proces navrhovania je iteratívny a zvyčajne sa riadi týmito krokmi:
1. Definujte špecifikácie dizajnu
Toto je východiskový bod pre všetky vzory a musí byť objasnený ako prvý:
· Počet pólových párov (P): určuje vzťah medzi elektrickými a mechanickými uhlami (9_elektrický = p * 9_mechanický). Bežné konfigurácie sú 1 pólový pár (unipolárne) a 2 páry pólov (bipolárne). Počet pólových párov ovplyvňuje presnosť a maximálnu rýchlosť.
· Požiadavky na presnosť: obvykle vyjadrené v oblúkoch (') alebo Milliradians (Mrad). Vysoko presné návrhy si vyžadujú mimoriadne vysoké požiadavky na výrobu, materiály a harmonické potlačenie magnetického poľa.
· Vstupný excitačný signál: Amplitúda excitačného napätia, frekvencia (bežné sú 4 kHz, 10 kHz atď.), Kriva (zvyčajne sínusové).
· Pomer transformácie (TR): pomer výstupného napätia k vstupnému napätiu (v polohe maximálnej väzby).
· Elektrická chyba: Zahŕňa chybu funkcie, chybu nulového napätia, fázovú chybu atď.
· Prevádzkové prostredie: teplotný rozsah, vibrácie, šok, vlhkosť, hodnotenie ochrany predpisov (IP).
· Obmedzenia veľkosti: vonkajší priemer, vnútorný otvor, hrúbka (dĺžka).
· Parametre impedancie: vstupná/výstupná impedancia, ktorá ovplyvňuje zladenie s následnými obvodmi.
2. Elektromagnetický dizajn - jadrová časť
· Dizajn laminácie statora/rotora:
o Výber materiálu: zvyčajne používa kremíkové oceľové listy s vysokou priepustnosťou a nízkou stratou železa (napr. DW540, 50JN400).
o Kombinácia pólových slotov: Toto je duša dizajnu. Musí sa určiť počet slotov statora (ZS) a rotorových výbežkov (ZR). Najbežnejšou kombináciou je Zr = 2p (počet stĺpov rotora sa rovná dvojnásobku počtu pólových párov) a Zs je násobok Zr. Napríklad unipolárny rozlíšiteľ (p = 1) často používa ZS = 4, Zr = 2 ; Bipolárny rozlíšiteľ (p = 2) často používa ZS = 8, Zr = 4 alebo Zs = 12, Zr = 6.
o Tvar slotu/pólu: Tvar zubov (rovnobežné, zúžené) ovplyvňuje distribúciu magnetického poľa a harmonický obsah. Rozmery, ako je šírka zubov, šírka otvorenia štrbiny a hrúbka strmeňa, je potrebné optimalizovať, aby sa maximalizovala základná magneto-motívna sila (MMF) a minimalizovala harmoniky slotov.
o Vzduchová medzera: Veľkosť vzduchovej medzery je kritickým kompromisom. Malá vzduchová medzera zvyšuje pomer transformácie a pevnosť signálu, ale zvyšuje ťažkosti s výrobou, citlivosť na excentricitu a zvlnenie krútiaceho momentu. Veľká vzduchová medzera má opačný účinok. Zvyčajne navrhnuté medzi 0,05 mm - 0,25 mm.
· Dizajn vinutia:
o Typ: Typicky sa používajú rozložené vinutia alebo koncentrované (zubné) vinutia. Distribuované vinutia (jedna cievka preklenutá viacerých slotov) produkuje sínusové magnetické pole, ale je zložitejšie na výrobu; Koncentrované vinutia sú jednoduchšie, ale majú vyššie harmonické.
o Výpočet otáčania: Na základe pomeru cieľovej transformácie, excitačného napätia a frekvencie určte počet zákrut pre excitačné vinutie a vinutia sínu/kosínu prostredníctvom elektromagnetického výpočtu. Počet zákrut pre dve výstupné vinutia musí byť prísne identický.
o Metóda pripojenia: Zaistite, že vinutia sínusov a kosínus sú striktne 90 elektrických stupňov priestorovo od seba.
3. Simulácia a optimalizácia magnetického poľa (simulácia FEA) - základný moderný návrhy nástroja
Čisto analytické výpočty sú veľmi zložité a nedostatočne presné. Softvér Analýzy konečných prvkov (FEA) (napr. JMAG, ANSYS Maxwell, Simcenter Magnet) je nevyhnutný.
· Simulácia statického poľa: Vypočítajte distribúciu magnetického poľa, indukčnú maticu a výstupný potenciál v rôznych uhloch rotora.
· Simulácia prechodného poľa: Na simuláciu výstupného napätia napätia použite skutočné excitačné napätie, čo presnejšie odráža výkon.
· Parametrická optimalizácia: Vykonajte parametrické zametanie a optimalizáciu kľúčových rozmerov, ako je tvar zubov, vzduchová medzera a otvorenie slotov, aby sa minimalizovala chyba (napr. THD) a maximalizovala pomer transformácie.
· Analýza chýb: Vypočítajte elektrickú chybu simuláciou a analyzujte zdroje chýb (napr. Harmonics, Cogging Effect, účinok nasýtenia).
4. Konštrukcia mechanickej štruktúry
· Pobrežie a ložiská: Navrhnite podpornú štruktúru a vyberte vhodné ložiská, aby ste zaistili sústrednosť medzi rotorom a statorom a minimálnou variáciou vzduchovej medzery, zatiaľ čo odolali špecifikované vibrácie a šok.
· Pripojenie na hriadeľ: Navrhnite klávesnice, hladké otvory alebo servoferné rozhranie, aby sa zabezpečilo spoľahlivé pripojenie a prevodovka bez vôle s hriadeľom motora.
· Tepelné riadenie: Zvážte tvorbu tepla zo straty vinutí a straty železa, aby ste zabránili prehriatiu vo vysokoteplotných prostrediach. Niekedy je potrebný dizajn tepelnej cesty.
· Elektromagnetické tienenie: Ak je to potrebné, pridajte štít na zabránenie rušenia z vonkajších magnetických polí.
5. Úvahy o obvode spracovania signálu
Aj keď nie je súčasťou dizajnu tela Resolver, musí sa považovať za synergicky:
· RDC (prevodník rozlíšenia na digitál): Vyberte čip RDC (napr. AD2S1205, AU6802), ktorý zodpovedá frekvencii impedancie a excitácie RELVERA. Počas návrhu sa vyžaduje zodpovednosť za vstupnú impedanciu.
· Obvod s excitáciou: Vyžaduje obvod napájania OP-AMC, ktorý je schopný poskytnúť čistú a stabilnú sínusovú vlnu.
· Filter obvod: Filtrujte výstupné signály na potlačenie vysokofrekvenčného hluku a harmonických.
III. Dizajn výzvy a kľúčové technológie
1. Harmonické potlačenie: Vzhľadom na nelinearitu jej variácie neochoty obsahuje výstupné napätie VR rozlíšiteľa VR bohaté harmonické, ktoré sú hlavnou príčinou chyby. Metódy, ako je optimalizácia kombinovanej kombinácie pólu, skreslenie (sloty alebo stĺpy) a pridanie pomocných intervalov na zuby statora, môžu účinne potlačiť harmonické.
2. Presnosť a náklady na vyváženie: Vysoká presnosť znamená presnejšie obrábanie (menšia vzduchová medzera, vyššia sústrednosť), vyššia kvalita materiálov (kremíková oceľ s vyšším stupňom), zložitejšie návrhy (napr. Viac pólových párov, frakčné štrbiny) a prísnejšie procesy, ktoré vedú k prudkým rastúcim nákladom.
3. Teplotný posun: Odolnosť vinutia a vlastnosti zmeny kremíkovej ocele s teplotou, čo spôsobuje amplitúdu a fázový posun. Je potrebná kompenzácia v obvode alebo softvéri, alebo pri elektromagnetickom návrhu by sa mali vyberať materiály s dobrou teplotou stabilitu.
Zhrnutie
Odporúčania na návrh:
1. Začnite so špecifikáciami: Najprv, dôkladne pochopte konkrétne požiadavky vášho scenára aplikácie týkajúce sa presnosti, veľkosti a prostredia.
2. Pákové osvedčené riešenia: Začnite s klasickými kombináciami pólov (napr. 4-2, 8-4), pretože sú overeným a spoľahlivým východiskovým bodom.
3. Dizajn zameraný na simuláciu: Nezastavujte sa pri teoretických výpočtoch; Okamžite použite softvér FEM na vytvorenie parametrického modelu na simuláciu a optimalizáciu. Je to kľúčom k zlepšeniu miery úspešnosti dizajnu a skráteniu vývojových cyklov.
4. Itere a test: Po vybudovaní prototypu vykonajte komplexné testy výkonnosti (chyba, zvýšenie teploty, vibrácie atď.), Porovnajte s výsledkami simulácie, analyzujte príčiny rozdielov a pokračujte v ďalšej iterácii návrhu.
5. Zamyslite sa na úroveň systému: Zvážte a ladite senzor Resolver a downstream RDC obvod ako integrovaný systém.
Návrh variabilných rezolúrov neochoty je vysoko praktická technológia, ktorá si vyžaduje opakované cykly teórie, simulácie a experimentovania.
