Jozi za Nguzo za Sumaku: Nyingi Sana Ni Upotevu, Ni Chache Sana Hazitoshi—Iko Wapi Vikomo vya Uchaguzi wa Diski za Ferrite Zilizoundwa Sindano?

Wakati wa kuchagua disks za encoder magnetic , intuition ya kawaida ni: juu ya idadi ya jozi za pole, azimio la juu na utendaji bora zaidi. Katika kiwango cha sensorer, hukumu hii ni halali kwa upana. Lakini mara nyenzo ya sumaku inapowekwa kama feri iliyotengenezwa kwa sindano, hali inakuwa mbaya zaidi. Upeo wa utendakazi wa sumaku wa feri iliyobuniwa kwa sindano, vikomo vya mchakato wa usumaku wa nguzo nyingi, na ukweli unaopuuzwa kwa urahisi kwamba 'azimio ≠ usahihi' kwa pamoja huchora mkunjo wa uteuzi ambao sio 'juu zaidi, bora zaidi.'

Kwanza, fafanua dhana: azimio si sawa na usahihi

Fasihi ya matumizi ya TI inatoa uhusiano mafupi: wakati wa kutumia lachi moja ya Ukumbi, mipigo kwa kila mapinduzi ni sawa na idadi ya jozi za pole za sumaku; unapotumia lati mbili za Ukumbi kwa kusimbua quadrature, hesabu kwa kila mapinduzi ni mara mbili ya idadi ya nguzo. Kwa mtazamo wa 'mahitimu,' jozi za nguzo huamua moja kwa moja hatua ndogo ya angular ambayo mfumo unaweza kutatua.

Lakini ukumbusho kutoka kwa mradi wa usimbaji wa sumaku wa chanzo huria unastahili kuzingatiwa kutoka kwa kila kiteuzi: 'Azimio != Usahihi'—unaweza kupata msuluhisho wa kinadharia wa 0.017°/hatua kwa kiwango cha milimita 2.4, lakini hatua hizi hazijachorwa sawasawa kuzunguka mzingo. Kwa maneno mengine,  jozi za nguzo huamua ' jinsi mahafali yalivyo mazuri,' si 'jinsi mahafali yanachorwa kwa usahihi.'  Hitilafu ya angular hutokana na uthabiti wa sauti, uwazi wa mipaka ya sumaku, usawa wa usakinishaji wa vitambuzi, na ulinganifu wa nyenzo wa sumaku yenyewe. Jozi za pole wenyewe haziondoi makosa haya; badala yake, zinaweza kuzikuza kadri idadi ya jozi za nguzo inavyoongezeka.

'dari ya utendakazi wa sumaku' ya feri iliyotengenezwa kwa sindano

Msimamo wa feri iliyotengenezwa kwa kudungwa ni wazi: hutengenezwa kwa kudungwa kutoka kwa unga wa ferrite (kawaida strontium ferrite) pamoja na matrix ya polima kama vile nailoni PA12/PA6. Faida zake ziko katika uundaji jumuishi wa maumbo changamano, uthabiti mzuri wa dimensional, upinzani wa kutu, na gharama ya chini, lakini utendaji wake wa sumaku uko katika kiwango cha chini kati ya nyenzo za sumaku za encoder zinazotumika kawaida.

Kwa upande wa data mahususi, induction Br iliyobaki ya ferrite iliyotengenezwa kwa sindano ni takriban  1.7-3.0 kGs , ulazimishaji wa ndani Hci ni takriban  2.3-4.0 kOe , na bidhaa ya juu ya nishati BHmax ni takriban  1-2.2 MGOe . Kwa marejeleo, Br ya NdFeB iliyounganishwa kwa kawaida ni  4.5–7.5 kGs , na BHmax inaweza kufikia  MGOe 5–8  au hata zaidi. Hii ina maana kwamba, chini ya mwango wa hewa wa kihisi sawa na kizingiti cha ugunduzi, uga wa sumaku 'nguvu ya mawimbi' ambayo ferrite iliyobuniwa kwa sindano inaweza kutoa ni dhaifu zaidi kuliko ile ya mifumo ya NdFeB.

Data ya uga wa sumaku ya uso baada ya usumaku wa nguzo nyingi inaonyesha zaidi kikwazo: eneo la sumaku la uso wa ukuta mwembamba wa kipenyo cha pete za sumaku zenye umbo la ferrite zenye nguzo nyingi ni takriban  600-1100 Gs , huku ferrite ya anisotropic sintered inaweza kufikia maadili ya juu. Kadiri idadi ya jozi za nguzo inavyoongezeka na upana wa safu ya kila nguzo ya mtu binafsi unavyopungua, 'eneo' linalopatikana kwa ajili ya kuanzisha uga wa sumaku husinyaa, athari za kingo na uwekaji wa uga wa sumaku baina ya nguzo huwa muhimu zaidi, na uwiano wa mawimbi kwa kelele huzorota zaidi.  Hili sio tatizo ambalo linaweza kutatuliwa kwa kurekebisha sasa ya magnetizer; badala yake, ni kikomo laini cha juu kilichowekwa na bidhaa ya nishati ya nyenzo kwa idadi ya jozi za pole.

Vikwazo vya kijiometri kati ya lami ya nguzo, unene, na jozi za nguzo

Uhusiano wa kimajaribio uliotolewa katika hati miliki ya Uropa ni wa kufundisha kabisa: unene wa kipengele kinachoweza magnetizable unapaswa kuwa karibu  mara 1.25 ya lami ya pole  (± 25%), sambamba na unene mbalimbali wa karibu 0.3-1.5 mm; lami ya pole yenyewe iko kwenye utaratibu wa  0.25-1.25 mm . Kizuizi hiki cha kijiometri huunganisha idadi ya jozi za nguzo na kipenyo cha diski: kwa kipenyo fulani, idadi ya juu ya jozi ya pole, ndogo ya lami, na nyembamba unene wa sumaku unaohitajika.

Kwa ferrite iliyotengenezwa kwa sindano, kupunguza ukuta kunasisitiza zaidi flux ya sumaku yenye ufanisi. Wakati huo huo, mara tu nguzo ya lami inapungua hadi kiwango cha milimita ndogo, dirisha la uvumilivu la usahihi wa kurekebisha nguzo ya kichwa na muundo wa mzunguko wa sumaku hupungua haraka. Nyenzo za tasnia zinaonyesha wazi kuwa kadiri hesabu ya nguzo inavyoongezeka, ndivyo upana wa safu ya nguzo moja unavyopungua, na ndivyo mahitaji ya juu ya usahihi wa nguzo ya kichwa na muundo wa mzunguko wa sumaku ya juu. Matatizo kama vile  kueneza kidogo kwa ncha za nguzo, upotoshaji wa uga wa sumaku, na mabadiliko kati ya nguzo ya sifuri  yatatokea.

Hii inafafanua kwa nini vipimo vya kawaida vya pete za sumaku za kisimba za feri zilizoungwa kwa sindano kwenye soko hujilimbikizia katika nafasi kama vile  nguzo 62/64 na fito 126/128 , badala ya kupangwa juu kwa muda usiojulikana. Nafasi hizi ni sehemu za mizani ambazo tayari zimepitia muunganisho wa kihandisi kati ya utendaji wa nyenzo, mchakato wa usumaku na gharama.

Mantiki ya uteuzi: fanya kazi nyuma kutoka 'jinsi faini inahitajika' hadi 'kiasi gani kinaweza kufanywa'

Njia ya vitendo ya uteuzi inapaswa kutenduliwa:  kwanza bainisha azimio ambalo mfumo unahitaji kweli, kisha tathmini ikiwa feri iliyochongwa kwa sindano inaweza kutoa ubora wa mawimbi unaoweza kutumika katika hesabu hiyo ya jozi-nguzo.

Upeo wa jozi ya chini ya pole (nguzo 4-12):  Urefu wa arc wa pole moja ni kubwa, na flux ya magnetic inatosha, hivyo upungufu dhaifu-sumaku-uga wa ferrite iliyotengenezwa kwa sindano hulipwa na vipimo vya kijiometri. Masafa haya yanafaa kwa hali ambazo hazihitaji utatuzi mkali lakini zinahitaji gharama ya chini na uthabiti mzuri, kama vile injini za feni, mita mahiri ya maji na BLDC za kifaa. Katika programu hizi, jukumu la jozi za nguzo ni zaidi kutoa marejeleo ya ubadilishaji kuliko kipimo sahihi cha angular.

Masafa ya kati ya jozi ya nguzo (nguzo 16–32):  Hiki ndicho kizingiti cha kuingiza programu za kiwango cha encoder. Feri iliyoumbwa kwa kudungwa sindano bado inaweza kudumisha uwiano unaoweza kutumika wa mawimbi kati ya mawimbi hadi kelele katika safu hii, na kuifanya ifae kwa maoni ya pembe ya mwonekano wa wastani, kama vile visimbaji vya pamoja vya roboti ya humanoid na baadhi ya maoni saidizi ya servo. Wakati wa uteuzi, kipengee kikuu cha uthibitishaji ni  uthabiti wa kiwango cha nguzo  badala ya kufuata tu hesabu ya juu ya jozi-nguzo-pete ya sumaku ya nguzo 32 yenye usambazaji sare wa nguzo inaweza kufikia usahihi bora wa angular kuliko pete ya sumaku ya nguzo 64 iliyo na mipaka ya ukungu wa ukungu.

Aina ya juu ya jozi ya nguzo (nguzo 48-64 na zaidi):  Feri iliyoumbwa kwa sindano huanza kukaribia mipaka ya juu ya mchakato na nyenzo. Masafa haya yanafaa zaidi kwa  muundo wa nyimbo mbili : wimbo mkuu unawajibika kwa nafasi ya ongezeko la azimio la juu au kamili, huku wimbo wa pili ukitoa hesabu ya mapinduzi au marejeleo ya nafasi chafu yenye hesabu za jozi za coprime. Pete za 62/64-pole na 126/128-pole mbili-track magnetic pete tayari inapatikana kwenye soko ni bidhaa za mbinu hii. Hata hivyo, ni lazima ieleweke kwamba wakati idadi ya jozi ya nguzo inapoongezeka zaidi, upunguzaji wa uwanja wa uso na kuingiliwa kati ya nguzo ya feri iliyotengenezwa kwa sindano itadhoofisha ubora wa ishara. Katika hatua hii,  NdFeB iliyounganishwa kawaida ni chaguo la busara zaidi , licha ya gharama yake ya juu.

Vikumbusho viwili muhimu vya utekelezaji wa uhandisi

Kwanza, ni pamoja na uwezo wa sumaku katika ukaguzi wa uteuzi.  Hesabu ya jozi ya nguzo kwenye mchoro wa pete ya sumaku ni thamani ya muundo. Iwapo usambazaji halisi wa nguzo ya sumaku ni sare na ikiwa nafasi za sifuri kati ya nguzo ziko wazi inategemea muundo na mchakato wa sumaku. Kabla ya kubainisha idadi ya jozi za nguzo, msambazaji wa sumaku anapaswa kuulizwa kutoa  mkondo wa usambazaji wa uga uliopimwa  na  data ya uthabiti wa lami  katika hesabu hiyo ya jozi-nguzo, si tu mpangilio wa mpangilio wa nguzo ya sumaku.

Pili, nyimbo-mbili si njia ya mkato ya 'hesabu za nguzo za kuweka mrundikano.'  Thamani ya nyimbo mbili iko katika kutumia mchanganyiko wa hesabu za jozi-coprime ili kupata mwonekano wa juu kwa wakati mmoja na marejeleo kamili ya nafasi. Hata hivyo, inaweka mahitaji ya juu juu ya upatanishi wa awamu kati ya nyimbo mbili za sumaku na udhibiti wa mseto wa sumaku. Ikiwa hesabu za jozi-nguzo za nyimbo kuu na za upili zimechaguliwa isivyofaa (kwa mfano, karibu sana na nyingine), faida ya utatuzi wa nafasi inayoletwa na uhalali itatatuliwa kwa mazungumzo ya mawimbi. Mchanganyiko wa nguzo wa nyimbo mbili unahitaji kutengenezwa pamoja na kanuni ya kusimbua, badala ya kuamuliwa upande mmoja na mtengenezaji wa sumaku.

Kiini cha uteuzi ni kupata makutano kati ya  mahitaji ya azimio, uwezo wa nyenzo, dirisha la mchakato, na gharama . Feri iliyoumbwa kwa kudungwa sindano si 'nyenzo ya pete ya sumaku ya ulimwengu wote.' Inatoa suluhisho la gharama nafuu katika safu ya nguzo ya chini hadi ya kati; lakini hesabu ya jozi ya nguzo inapoongezeka zaidi ya 64, wateuzi wanahitaji kukabili kwa uaminifu dari yake ya utendakazi wa sumaku—ama kukubali hasara katika ubora wa mawimbi au kugeukia mfumo wa nyenzo wenye bidhaa ya juu zaidi ya nishati.  Jozi za pole ni mtawala, lakini ikiwa mahafali ya mtawala yamechorwa kwa usahihi inategemea ikiwa nyenzo na mchakato unaweza kuziunga mkono.