Hur stator-rotor elektromagnetisk koppling möjliggör positionsavkänning

En Resolver , även känd som en synkron upplösare, är en elektromagnetisk sensor utformad för att mäta rotationsvinklar med hög precision. Dess operation hänger på principen om elektromagnetisk induktion, där interaktionen mellan en stator (fast komponent) och en rotor (roterande komponent) genererar positionsberoende elektriska signaler. Nedan följer en detaljerad förklaring av hur denna elektromagnetiska koppling översätter mekanisk rotation till mätbara elektriska utgångar.

1. Kärnstruktur och excitation
Resolver består av två huvuddelar: statorn och rotorn. Statorn innehåller primära lindningar aktiverade av en växlande ström (AC) excitationsspänning, vanligtvis vid frekvenser som 400 Hz, 3 kHz eller 5 kHz. Denna excitation skapar ett roterande magnetfält i statorn. Rotorn, mekaniskt kopplad till axeln vars läge ska mätas, har sekundära lindningar som roterar inom detta magnetfält.

2. Elektromagnetisk kopplingsmekanism
När rotorn roterar, förändras det relativa läget mellan statorns roterande magnetfält och rotorns lindningar. Rotorlindningarna, ofta arrangerade ortogonalt (t.ex. sinus och kosinuslindningar), upplever olika magnetiska flöden. Enligt Faradays induktionslag inducerar dessa förändrade flöden sinusformade spänningar i rotorlindningarna. Amplituderna för dessa inducerade spänningar beror på vinkelförskjutningen mellan statorn och rotorn, vanligtvis efter sinus- och kosinusfunktioner i rotorvinkeln.

3. Signalegenskaper
Utgångssignalerna från rotorlindningarna är analoga spänningar. För en enhastighetsupplösare är utgångarna:

• Sine Output (e_sin): proportionell mot sinθ, där θ är rotorvinkeln.

• Cosine Output (e_cos): proportionell mot cosθ.

I upplösare med flera växlar (t.ex. dubbelkanalssystem) genererar ytterligare polpar med högre frekvenssignaler, förbättrar upplösningen och möjliggör finare vinkeldetektering.

4. Signalbehandling och positionsutvinning
För att konvertera sinus/kosinusutgångarna till användbara positionsdata, krävs externa kretsar eller algoritmer. Vanliga metoder inkluderar:

• Analog division: Använd Tan - 1 (esin/ecos) för att beräkna θ, även om detta är känsligt för brus.

• Resolut-to-Digital Converters (RDCS): Integrerade kretsar som använder spårning av slingor (t.ex. typ II-servo-slingor) för att avkoda upplösningssignalerna. Dessa enheter jämför upplösningsutgångarna med internt genererade referenser, justering tills fasfelet minimeras, vilket återvinner rotorvinkeln.

5. Designfördelar och applikationsupplösare
utmärker sig i hårda miljöer på grund av deras robusta konstruktion (inga optiska komponenter eller kontakter) och immunitet mot elektromagnetisk störning. De används allmänt i:

• Motorstyrningssystem: Tillhandahåller realtidsåterkoppling för servomotorer inom robotik, flyg- och automatisering.

• Aerospace and Defense: Kritiskt för applikationer som kräver hög tillförlitlighet och tolerans mot vibrationer/temperatur extremer.

• Industriell utrustning: I precisionsbearbetningsverktyg, där upplösningsbaserade system möjliggör upplösning av sub-arcminute.

6. Viktiga parametrar som påverkar prestanda

• Excitationsfrekvens: påverkar signal-brusförhållandet och systembandbredden.

• Antal polpar: Bestämmer upplösning och mätområde.

• Lindningskonfiguration: Optimerad för linjära eller olinjära (t.ex. sinusformiga) utgångsförhållanden.

Sammanfattningsvis gör upplösarens förmåga att omvandla mekanisk rotation till elektriska signaler via elektromagnetisk koppling gör det till en viktig komponent i system som kräver exakt vinkelmätning. Dess designbalans mellan enkelhet, robusthet och noggrannhet säkerställer dess fortsatta relevans i moderna tekniska tillämpningar.