Kako elektromagnetna sklopka stator-rotor omogoča zaznavanje položaja

A resolver , znan tudi kot sinhroni resolver, je elektromagnetni senzor, zasnovan za merjenje rotacijskih kotov z visoko natančnostjo. Njegovo delovanje je odvisno od principa elektromagnetne indukcije, kjer interakcija med statorjem (fiksna komponenta) in rotorjem (vrtljiva komponenta) ustvarja električne signale, odvisne od položaja. Spodaj je podrobna razlaga, kako ta elektromagnetna sklopka pretvori mehansko rotacijo v merljive električne izhode.

1. Struktura jedra in vzbujanje
Razločevalnik je sestavljen iz dveh glavnih delov: statorja in rotorja. Stator vsebuje primarna navitja, ki jih napaja vzbujalna napetost izmeničnega toka (AC), običajno pri frekvencah, kot so 400 Hz, 3 kHz ali 5 kHz. To vzbujanje ustvari rotirajoče magnetno polje v statorju. Rotor, mehansko povezan z gredjo, katere položaj je treba izmeriti, ima sekundarna navitja, ki se vrtijo znotraj tega magnetnega polja.

2. Elektromagnetni sklopni mehanizem
Ko se rotor vrti, se relativni položaj med statorjevim vrtljivim magnetnim poljem in navitji rotorja spremeni. Navitja rotorja, ki so pogosto razporejena pravokotno (npr. sinusna in kosinusna navitja), doživljajo različne magnetne tokove. V skladu s Faradayevim zakonom indukcije ti spreminjajoči se tokovi inducirajo sinusne napetosti v navitjih rotorja. Amplitude teh induciranih napetosti so odvisne od kotnega premika med statorjem in rotorjem, običajno po sinusni in kosinusni funkciji kota rotorja.

3. Značilnosti signala
Izhodni signali iz navitij rotorja so analogne napetosti. Za enohitrostni razreševalec so izhodi:

• Sinusni izhod (E_sin): sorazmeren s sinθ, kjer je θ kot rotorja.

• Kosinusni izhod (E_cos): sorazmeren s cosθ.

V večhitrostnih razreševalnikih (npr. dvokanalni sistemi) dodatni pari polov ustvarjajo višjefrekvenčne signale, s čimer izboljšajo ločljivost in omogočijo natančnejšo zaznavo kota.

4. Obdelava signala in ekstrakcija položaja
Za pretvorbo sinusnih/kosinusnih izhodov v uporabne podatke o položaju so potrebna zunanja vezja ali algoritmi. Običajne metode vključujejo:

• Analogna delitev: uporaba tan−1(Esin/Ecos) za izračun θ, čeprav je to občutljivo na hrup.

• Razločevalno-digitalni pretvorniki (RDC): Integrirana vezja, ki uporabljajo sledilne zanke (npr. servo zanke tipa II) za dekodiranje signalov razreševalnika. Te naprave primerjajo izhode razreševalnika z interno ustvarjenimi referencami in se prilagajajo, dokler se fazna napaka ne zmanjša na minimum, s čimer se obnovi kot rotorja.

5. Prednosti zasnove in aplikacije
Resolverji se odlikujejo v težkih okoljih zaradi svoje robustne konstrukcije (brez optičnih komponent ali kontaktov) in odpornosti na elektromagnetne motnje. Široko se uporabljajo v:

• Sistemi za krmiljenje motorjev: Zagotavljanje povratnih informacij v realnem času za servo motorje v robotiki, letalstvu in avtomatizaciji.

• Letalstvo in obramba: kritično za aplikacije, ki zahtevajo visoko zanesljivost in toleranco na ekstremne vibracije/temperature.

• Industrijska oprema: v natančnih obdelovalnih orodjih, kjer sistemi, ki temeljijo na razreševanju, omogočajo ločljivost pod ločno minuto.

6. Ključni parametri, ki vplivajo na uspešnost

• Frekvenca vzbujanja: vpliva na razmerje med signalom in šumom ter pasovno širino sistema.

• Število parov polov: Določa ločljivost in merilno območje.

• Konfiguracija navitja: Optimizirano za linearna ali nelinearna (npr. sinusna) izhodna razmerja.

Če povzamemo, zmožnost razreševalnika, da preoblikuje mehansko rotacijo v električne signale prek elektromagnetne sklopke, je bistvena komponenta v sistemih, ki zahtevajo natančne meritve kota. Njegovo oblikovno ravnovesje med preprostostjo, robustnostjo in natančnostjo zagotavlja njegovo stalno pomembnost v sodobnih inženirskih aplikacijah.