I. Osnovna načela spremenljivih zadrževanja
Prvič, za razumevanje zasnove je treba razumeti njegove temeljne razlike od tradicionalnih ločljivosti ran-rotorja:
· Tradicionalni razsodnik: stator in rotor imata navitja. Vzbujalni signal in izhodni signal se elektromagnetno povzročata čez zračno režo.
· Spremenljivo zadržanost (VR) Resolver: Samo stator ima navitja . Rotor je neželena feromagnetna komponenta, narejena iz vidnih polov ali zobaste strukture. Njeno delovno načelo temelji na nihanju za nenaklonitev.
o Navitja statorja: Običajno vključujejo eno vzbujevalno navijanje (primarno) in dva izhodna navitja (sinusova in kosinusna navitja, sekundarna), ki sta prostorsko ortogonalni (90 električnih stopinj narazen).
o Vrtenje rotorja: Ko se rotor z vidnimi drogovi vrti, spremeni dolžino zračne reže in nenaklonjenost magnetnega vezja.
o Modulacija signala: Sprememba neekočasnega modulacije zračne reže (amplitudna modulacija) napetostna amplituda, ki jo povzročajo izhodna navitja z magnetnim poljem vzbujanja. Ovojnice z amplitudo obeh izhodnih navitij so sinusoidne in kosinusne funkcije kota rotorja.
Njegove prednosti so: preprosta struktura, robustna in trpežna (brez krtača), nizka cena, visoka zanesljivost, sposobnost zdrži hitri in visokotemperaturni okolje . Pomanjkljivost je, da sta natančnost in linearnost običajno nekoliko nižja kot pri ločljivosti z visoko natančnostjo ran-rotor.
Ii. Proces oblikovanja in ključni vidiki
Postopek oblikovanja je iterativni in običajno sledi tem korakom:
1. Določite oblikovalske specifikacije
To je izhodišče za vse modele in ga je treba najprej razjasniti:
· Število parov pol (P): določa razmerje med električnimi in mehanskimi koti (θ_electric = p * θ_mehanski). Običajne konfiguracije so 1 poljski par (unipolarni) in 2 poljski pari (bipolarni). Število parov polov vpliva na natančnost in največjo hitrost.
· Zahteve glede natančnosti: Običajno izražene v arcminuteh (') ali miliradici (mrad). Visoko natančne zasnove zahtevajo izjemno velike zahteve po proizvodnji, materialih in harmoničnem zatiranju magnetnega polja.
· Vhodni vzbujevalni signal: Amplituda napetosti vzbujanja, frekvenca (skupna so 4kHz, 10kHz itd.), Valovna oblika (običajno sinusoidna).
· Razmerje transformacije (TR): razmerje izhodne napetosti in vhodne napetosti (na položaju največje sklopke).
· Električna napaka: Vključuje funkcijsko napako, napako ničelne napetosti, fazno napako itd.
· Obratovalno okolje: temperaturno območje, vibracija, šok, vlaga, vhodna zaščita (IP).
· Omejitve velikosti: zunanji premer, notranja vrtina, debelina (dolžina).
· Parametri impedance: vhodna/izhodna impedanca, ki vpliva na ujemanje z naknadno vezje.
2. Elektromagnetna zasnova - osnovni del
· Zasnova laminacije za stator/rotor:
o Izbira materiala: Običajno uporablja silicijeve jeklene liste z visoko prepustnostjo in nizko izgubo železa (npr. DW540, 50JN400).
o Kombinacija reže: to je duša zasnove. Določiti je treba število reže za stator (ZS) in vidne drogove rotorja (ZR). Najpogostejša kombinacija je Zr = 2p (število polov rotorja je enako dvakrat večjega števila poljskih parov), ZS pa je večkratnik Zr. Na primer, unipolarni ločljivost (p = 1) pogosto uporablja zs = 4, zr = 2 ; Bipolarni ločljivost (p = 2) pogosto uporablja zs = 8, zr = 4 ali zs = 12, zr = 6.
o Oblika reže/pol: Oblika zob (vzporedno, zožena) vpliva na porazdelitev magnetnega polja in harmonično vsebnost. Dimenzije, kot so širina zob, širina odpiranja reže in debelina jarma, potrebujejo optimizacijo, da se poveča temeljna magneto-motivna sila (MMF) in zmanjša harmonike reže.
o Zračna vrzel: Velikost zračne reže je kritična kompromise. Majhna zračna reža poveča razmerje transformacije in trdnost signala, vendar poveča težave s proizvodnjo, občutljivost na ekscentričnost in navor. Velika zračna vrzel ima nasproten učinek. Običajno zasnovan med 0,05 mm - 0,25 mm.
· Oblikovanje navitja:
O Vrsta: Uporabljajo se običajno porazdeljena navijanje ali koncentrirana (zobna) navitja. Razdeljena navitja (ena tuljava, ki sega več rež), proizvaja bolj sinusoidno magnetno polje, vendar so bolj zapletena za izdelavo; Koncentrirana navitja so enostavnejša, vendar imajo večje harmonike.
o Izračun zavoja: Na podlagi ciljnega razmerja transformacije, vzbujevalne napetosti in frekvence določite število obratov za vzbujevalno navijanje in sinusovo/kosinusno navijanje z elektromagnetnim izračunom. Število zavojev za dva izhodna navitja mora biti strogo enako.
o Metoda povezave: Zagotovite, da sta sinusna in kosinusna navitja strogo 90 električnih stopinj, prostorsko narazen.
3. Simulacija in optimizacija magnetnega polja (simulacija FEA) - bistveno sodobno oblikovalsko orodje
Čisto analitični izračuni so zelo zapleteni in premalo natančni. Programska oprema za analizo končnih elementov (npr. JMAG, ANSYS Maxwell, Simcenter Magnet) je bistvenega pomena.
· Simulacija statičnega polja: Izračunajte porazdelitev magnetnega polja, induktivno matrico in izhodni potencial pod različnimi koti rotorja.
· Simulacija prehodnega polja: Za simulacijo valovne oblike izhodne napetosti uporabite dejansko vzbujevalno napetost, ki natančneje odraža zmogljivost.
· Parametrična optimizacija: Izvedite parametrične pomike in optimizacijo ključnih dimenzij, kot so oblika zob, zračna reža in odpiranje reže, da zmanjšate napako (npr. THD) in povečate razmerje transformacije.
· Analiza napak: Izračunajte električno napako s simulacijo in analiziranjem virov napak (npr. Harmonike, učinek prekrivanja, učinek nasičenosti).
4. zasnova mehanske strukture
· Ohišje in ležaji: Oblikujte podporno strukturo in izberite ustrezne ležaje, da zagotovite koncentričnost med rotorjem in statorjem ter minimalno spreminjanjem zračne reže, hkrati pa vzdržijo določeno vibracijo in šok.
· Povezava gredi: oblikovanje ključev, gladko izvrtino ali servo vmesnik, da se zagotovi zanesljiva povezava in menjalnik brez povratnih ukrepov z gredjo motorja.
· Toplotno upravljanje: Razmislite o nastajanju toplote in izgube železa, da preprečite pregrevanje v visokotemperaturnih okoljih. Oblikovanje toplotne poti je včasih potrebno.
· Elektromagnetno zaščito: Če je potrebno, dodajte ščit, da preprečite motnje zunanjih magnetnih polj.
5. Opozoriti na obdelavo signalov
Čeprav ni del oblikovanja telesa Resolver, ga je treba šteti za sinergistično:
· RDC (Resolver-to-Digital Converter): Izberite čip RDC (npr. AD2S1205, AU6802), ki ustreza frekvenci impedance in vzbujanja razreda. Med oblikovanjem je potrebno ujemanje vhodne impedance.
· Vzbujajoči pogonski vezje: Zahteva električni OP-AMP vezje, ki lahko zagotovi čist, stabilen sinusni val.
· Filtrirni vezje: filtrirajte izhodne signale, da zavirate visokofrekvenčni hrup in harmonike.
Iii. Oblikovalski izzivi in ključne tehnologije
1. Harmonično zatiranje: Zaradi nelinearnosti njene nenehne variacije izhodna napetost ločljivosti VR vsebuje bogate harmonike, ki so glavni vzrok napake. Metode, kot so optimizacija kombiniranja reže, nagibanje (reže ali drogove) in dodajanje pomožnih reže na statorskih zobeh, lahko učinkovito zavirajo harmonike.
2. Uravnoteženost natančnosti in stroškov: visoka natančnost pomeni natančnejšo obdelavo (manjša zračna reža, večja koncentričnost), materiale z bolj kakovosti (silicijevo jeklo z višjo stopnjo), bolj zapletene zasnove (npr. Več parov pol, delne reže) in strožji procesi, kar vodi do močno naraščanja stroškov.
3. Temperaturni premik: odpornost navitij in lastnosti silicijevega jekla s temperaturo, kar povzroči amplitudo in fazno nanašanje. Potrebna je kompenzacija v tokokrogu ali programski opremi ali pa je treba med elektromagnetno zasnovo izbrati materiale z dobro temperaturno stabilnostjo.
Povzetek
Priporočila za oblikovanje:
1. Začnite s specifikacijami: Najprej temeljito razumejte posebne zahteve scenarija vaše aplikacije glede natančnosti, velikosti in okolja.
2. Dokazane rešitve vzvodov: Začnite s klasičnimi kombinacijami reže polov (npr. 4-2, 8-4), saj so preverjeno in zanesljivo izhodišče.
3. Zasnova, ki temelji na simulaciji: ne ustavite se pri teoretičnih izračunih; Takoj uporabite programsko opremo FEM, da ustvarite parametrični model za simulacijo in optimizacijo. To je ključno za izboljšanje stopnje uspešnosti oblikovanja in skrajšanje razvojnih ciklov.
4. Iterate in test: Po izdelavi prototipa izvedite celovite teste zmogljivosti (napaka, dvig temperature, vibracije itd.), V primerjavi s simulacijskimi rezultati, analizirajte vzroke razlik in nadaljujte z naslednjo iteracijo oblikovanja.
5. Razmislite na sistemski ravni: razmislite in odpravljate odpravljanje odpravljanja senzorja Resolver in vezja RDC na spodnjem toku kot integriran sistem.
Zasnova spremenljivih radostnikov je zelo praktična tehnologija, ki zahteva ponavljajoče se cikle teorije, simulacije in eksperimentiranja.
