จุดการออกแบบที่สำคัญสำหรับตัวปรับเปลี่ยนตัวแปร

I. หลักการสำคัญของตัวแปร Resoltance Resolvers

ก่อนอื่นเพื่อทำความเข้าใจการออกแบบเราต้องเข้าใจความแตกต่างพื้นฐานจากผู้แก้ปัญหาบาดแผลแบบดั้งเดิม:

· ตัวแก้ไขแบบดั้งเดิม: ทั้งสเตเตอร์และโรเตอร์มีขดลวด สัญญาณกระตุ้นและสัญญาณเอาต์พุตถูกเหนี่ยวนำให้เกิดแม่เหล็กไฟฟ้าทั่วช่องว่างอากาศ

· ตัวแปร Reluctance (VR) ตัวแปร: เฉพาะสเตเตอร์เท่านั้นที่มีขด ลวด โรเตอร์เป็น ส่วนประกอบ ferromagnetic ที่ไม่ได้เป็นวาว ที่ทำจากเสาเด่นหรือโครงสร้างฟัน หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับ การเปลี่ยนแปลงความไม่เต็มใจ.

o ขดลวดสเตเตอร์: โดยทั่วไปจะรวมถึงการกระตุ้นหนึ่งครั้ง (หลัก) และขดลวดเอาท์พุทสองตัว (ขดลวดไซน์และโคไซน์รอง) ซึ่งเป็นมุมฉากเชิงพื้นที่ (ห่างกัน 90 องศา)

O การหมุนของโรเตอร์: เมื่อโรเตอร์ที่มีเสาเด่นหมุนมันจะเปลี่ยนความยาวของช่องว่างอากาศและความไม่เต็มใจของวงจรแม่เหล็ก

o การมอดูเลตสัญญาณ: การเปลี่ยนแปลงของช่องว่างของช่องว่างการลดลงของการปรับเปลี่ยน (การมอดูเลตแอมพลิจูด) แอมพลิจูดแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขดลวดเอาท์พุทโดยสนามแม่เหล็กกระตุ้น ซองจดหมายแอมพลิจูดของขดลวดเอาท์พุททั้งสองเป็นฟังก์ชั่นไซน์และโคไซน์ของมุมโรเตอร์ตามลำดับ

ข้อดีของมันคือ: โครงสร้างที่เรียบง่ายทนทานและทนทาน (ไร้แปรง), ต้นทุนต่ำ, ความน่าเชื่อถือสูง, ความสามารถในการทนต่อสภาพแวดล้อมความเร็วสูงและ สูง อุณหภูมิ ข้อเสียคือความแม่นยำและความเป็นเส้นตรงมักจะต่ำกว่าผู้แก้ปัญหาบาดแผลที่มีความแม่นยำสูงเล็กน้อย

ii. กระบวนการออกแบบและข้อควรพิจารณาที่สำคัญ

กระบวนการออกแบบเป็นซ้ำและมักจะทำตามขั้นตอนเหล่านี้:

1. กำหนดข้อกำหนดการออกแบบ

นี่คือจุดเริ่มต้นสำหรับการออกแบบทั้งหมดและต้องชี้แจงก่อน:

· จำนวนคู่ขั้ว (P): กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างมุมไฟฟ้าและเชิงกล (θ_electric = P * θ_Mechanical) การกำหนดค่าทั่วไปคือ 1 ขั้วคู่ (unipolar) และ 2 ขั้วคู่ (สองขั้ว) จำนวนคู่เสามีผลต่อความแม่นยำและความเร็วสูงสุด

· ข้อกำหนดความแม่นยำ: มักจะแสดงใน arcminutes (′) หรือ Milliradians (MRAD) การออกแบบที่มีความแม่นยำสูงต้องการความต้องการสูงมากในการผลิตวัสดุและการปราบปรามฮาร์มอนิกสนามแม่เหล็ก

· สัญญาณกระตุ้นการป้อนข้อมูล: แอมพลิจูดแรงดันไฟฟ้าความถี่, ความถี่ (สัญญาณทั่วไปคือ 4KHz, 10kHz ฯลฯ ), รูปคลื่น (โดยปกติคือไซน์)

· อัตราส่วนการแปลง (TR): อัตราส่วนของแรงดันเอาต์พุตต่อแรงดันไฟฟ้าอินพุต (ที่ตำแหน่งของการมีเพศสัมพันธ์สูงสุด)

· ข้อผิดพลาดทางไฟฟ้า: รวมถึงข้อผิดพลาดของฟังก์ชั่นข้อผิดพลาดแรงดันไฟฟ้าโมฆะข้อผิดพลาดเฟส ฯลฯ

· สภาพแวดล้อมการทำงาน: ช่วงอุณหภูมิ, การสั่นสะเทือน, ช็อต, ความชื้น, การจัดอันดับการป้องกันการเข้า (IP)

· ข้อ จำกัด ขนาด: เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก, เบื่อด้านใน, ความหนา (ความยาว)

· พารามิเตอร์อิมพีแดนซ์: อิมพีแดนซ์อินพุต/เอาต์พุตส่งผลกระทบต่อการจับคู่กับวงจรที่ตามมา

2. การออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้า - ส่วนหลัก

· การออกแบบการเคลือบสเตเตอร์/โรเตอร์:

o การเลือกวัสดุ: โดยทั่วไปใช้แผ่นเหล็กซิลิกอนที่มีการซึมผ่านสูงและการสูญเสียธาตุเหล็กต่ำ (เช่น DW540, 50JN400)

o pole-slot combination: นี่คือจิตวิญญาณของการออกแบบ ต้องกำหนดจำนวนช่องสเตเตอร์ (ZS) และเสาหลักของโรเตอร์ (ZR) ชุดค่าผสมที่พบบ่อยที่สุดคือ zr = 2p (จำนวนเสาโรเตอร์เท่ากับสองเท่าของจำนวนคู่ขั้วโลก) และ ZS เป็นหลาย ZR ตัวอย่างเช่นตัวแก้ไข unipolar (p = 1) มักใช้ zs = 4, zr = 2 ; ตัวแก้ไขสองขั้ว (p = 2) มักจะใช้ zs = 8, zr = 4 หรือ zs = 12, zr = 6.

o slot/pole รูปร่าง: รูปร่างของฟัน (ขนาน, เรียว) ส่งผลต่อการกระจายสนามแม่เหล็กและเนื้อหาฮาร์มอนิก ขนาดเช่นความกว้างของฟัน, ความกว้างการเปิดสล็อตและความหนาของแอกจำเป็นต้องเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อเพิ่มแรงแม่เหล็ก-แรงจูงใจขั้นพื้นฐาน (MMF) และลดฮาร์มอนิกสล็อต

O Gap Air: ขนาดช่องว่างของอากาศเป็นการแลกเปลี่ยนที่สำคัญ ช่องว่างอากาศขนาดเล็กเพิ่มอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงและความแรงของสัญญาณ แต่เพิ่มความยากลำบากในการผลิตความไวต่อความเยือกเย็นและระลอกแรงบิด ช่องว่างอากาศขนาดใหญ่มีผลตรงกันข้าม โดยทั่วไปแล้วจะออกแบบระหว่าง 0.05 มม. - 0.25 มม.

· การออกแบบที่คดเคี้ยว:

O Type: โดยทั่วไปแล้วจะมีการใช้ขดลวดที่มีความเข้มข้น (ฟัน (ฟัน) เข้มข้น ขดลวดแบบกระจาย (หนึ่งขดลวดซึ่งประกอบไปด้วยช่องหลายช่อง) สร้างสนามแม่เหล็กแบบไซน์มากขึ้น แต่มีความซับซ้อนมากขึ้นในการผลิต ขดลวดเข้มข้นนั้นง่ายกว่า แต่มีฮาร์โมนิกสูงกว่า

o การคำนวณแบบเปิด: ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนการแปลงเป้าหมายแรงดันไฟฟ้ากระตุ้นและความถี่กำหนดจำนวนการหมุนสำหรับการขดลวดกระตุ้นและขดลวดไซน์/โคไซน์ผ่านการคำนวณแม่เหล็กไฟฟ้า จำนวนการเลี้ยวสำหรับขดลวดเอาท์พุททั้งสองจะต้องเหมือนกันอย่างเคร่งครัด

o วิธีการเชื่อมต่อ: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าขดลวดไซน์และโคไซน์นั้นมีความเข้มงวด 90 องศาไฟฟ้าที่แยกออกจากกันเชิงพื้นที่

3. การจำลองสนามแม่เหล็กและการเพิ่มประสิทธิภาพ (การจำลอง FEA) - เครื่องมือออกแบบที่ทันสมัยที่จำเป็น

การคำนวณเชิงวิเคราะห์ล้วนมีความซับซ้อนและไม่เพียงพอ ซอฟต์แวร์ Finite Element Analysis (FEA) (เช่น JMAG, Ansys Maxwell, Magnet Simcenter) เป็นสิ่งจำเป็น

· การจำลองสนามคงที่: คำนวณการกระจายสนามแม่เหล็กเมทริกซ์การเหนี่ยวนำและศักยภาพเอาท์พุทที่มุมโรเตอร์ที่แตกต่างกัน

· การจำลองสนามชั่วคราว: ใช้แรงดันไฟฟ้ากระตุ้นที่แท้จริงเพื่อจำลองรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุทซึ่งสะท้อนประสิทธิภาพได้แม่นยำยิ่งขึ้น

· การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์: ดำเนินการกวาดแบบพารามิเตอร์และการเพิ่มประสิทธิภาพของขนาดสำคัญเช่นรูปร่างฟันช่องว่างอากาศและช่องเปิดเพื่อลดข้อผิดพลาด (เช่น THD) และเพิ่มอัตราส่วนการแปลง

· การวิเคราะห์ข้อผิดพลาด: คำนวณข้อผิดพลาดทางไฟฟ้าผ่านการจำลองและวิเคราะห์แหล่งที่มาของข้อผิดพลาด (เช่นฮาร์มอนิกส์เอฟเฟกต์ COGGING เอฟเฟกต์ความอิ่มตัว)

4. การออกแบบโครงสร้างเชิงกล

· ที่อยู่อาศัยและตลับลูกปืน: ออกแบบโครงสร้างการสนับสนุนและเลือกแบริ่งที่เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่ามีความเข้มข้นระหว่างโรเตอร์และสเตเตอร์และการแปรผันของช่องว่างอากาศน้อยที่สุดในขณะที่ทนต่อการสั่นสะเทือนและการสั่นสะเทือนที่ระบุ

· การเชื่อมต่อเพลา: การออกแบบที่สำคัญเจาะอย่างราบรื่นหรืออินเทอร์เฟซเซอร์โวเพื่อให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้และการส่งผ่านแบคแลชฟรีด้วยเพลามอเตอร์

· การจัดการความร้อน: พิจารณาการสร้างความร้อนจากขดลวดและการสูญเสียธาตุเหล็กเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูง บางครั้งการออกแบบเส้นทางความร้อนเป็นสิ่งจำเป็น

· การป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า: เพิ่มโล่หากจำเป็นเพื่อป้องกันการรบกวนจากสนามแม่เหล็กภายนอก

5. การพิจารณาวงจรการประมวลผลสัญญาณ

แม้ว่าจะไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบร่างกายที่ได้รับการแก้ไข

· RDC (ตัวแปลงมติเป็นดิจิตอล): เลือกชิป RDC (เช่น AD2S1205, AU6802) ที่ตรงกับความต้านทานและความถี่ของการกระตุ้นของตัวแก้ไข จำเป็นต้องมีการจับคู่ความต้านทานอินพุตในระหว่างการออกแบบ

· วงจรไดรฟ์กระตุ้น: ต้องใช้วงจร Op-AMP Power ที่สามารถให้คลื่นไซน์ที่สะอาดและเสถียร

· วงจรตัวกรอง: กรองสัญญาณเอาต์พุตเพื่อยับยั้งเสียงรบกวนและฮาร์โมนิกความถี่สูง

iii. การออกแบบความท้าทายและเทคโนโลยีสำคัญ

1. การปราบปรามฮาร์มอนิก: เนื่องจากความไม่เป็นเชิงเส้นของความผันแปรของความไม่เต็มใจแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุทของตัวแก้ไข VR มีฮาร์โมนิกที่หลากหลายซึ่งเป็นสาเหตุหลักของข้อผิดพลาด วิธีการเช่น การเพิ่มประสิทธิภาพการรวมกันของขั้วโลกการเบ้ (สล็อตหรือเสา) และการเพิ่มช่องเสริมบนฟันสเตเตอร์ สามารถยับยั้งฮาร์โมนิกได้อย่างมีประสิทธิภาพ

2. การปรับสมดุลความแม่นยำและค่าใช้จ่าย: ความแม่นยำสูงหมายถึงการตัดเฉือนที่แม่นยำยิ่งขึ้น (ช่องว่างอากาศขนาดเล็ก, ศูนย์กลางที่สูงขึ้น) วัสดุที่มีคุณภาพสูงกว่า (เหล็กซิลิกอนเกรดสูงกว่า) การออกแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น (เช่นคู่เสามากขึ้นสล็อตเศษส่วน) และกระบวนการที่เข้มงวดขึ้นนำไปสู่ต้นทุนที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

3. อุณหภูมิดริฟท์: ความต้านทานของขดลวดและคุณสมบัติของการเปลี่ยนแปลงของเหล็กซิลิคอนกับอุณหภูมิทำให้แอมพลิจูดและเฟสดริฟท์ จำเป็นต้องมีการชดเชยในวงจรหรือซอฟต์แวร์หรือวัสดุที่มีความเสถียรของอุณหภูมิที่ดีควรเลือกในระหว่างการออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้า

สรุป

คำแนะนำการออกแบบ:

1. เริ่มต้นด้วยข้อมูลจำเพาะ: ขั้นแรกให้เข้าใจข้อกำหนดเฉพาะของสถานการณ์แอปพลิเคชันของคุณอย่างละเอียดเกี่ยวกับความแม่นยำขนาดและสภาพแวดล้อม

2. การใช้ประโยชน์จากการแก้ปัญหาที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว: เริ่มต้นด้วยชุดค่าผสมเสาแบบคลาสสิก (เช่น 4-2, 8-4) เนื่องจากเป็นจุดเริ่มต้นที่ผ่านการตรวจสอบและเชื่อถือได้

3. การออกแบบที่ขับเคลื่อนด้วยการจำลอง: อย่าหยุดที่การคำนวณเชิงทฤษฎี ใช้ซอฟต์แวร์ FEM ทันทีเพื่อสร้างแบบจำลองพารามิเตอร์สำหรับการจำลองและการเพิ่มประสิทธิภาพ นี่คือกุญแจสำคัญในการปรับปรุงอัตราความสำเร็จในการออกแบบและการพัฒนาวงจรการพัฒนาที่สั้นลง

4. วนซ้ำและทดสอบ: หลังจากสร้างต้นแบบให้ทำการทดสอบประสิทธิภาพที่ครอบคลุม (ข้อผิดพลาดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิการสั่นสะเทือน ฯลฯ ) เปรียบเทียบกับผลการจำลองวิเคราะห์สาเหตุของความแตกต่างและดำเนินการซ้ำการออกแบบครั้งต่อไป

5. คิดในระดับระบบ: พิจารณาและดีบักเซ็นเซอร์ Resolver และวงจร RDC ดาวน์สตรีมเป็นระบบรวม

การออกแบบของตัวแปร Resoltance Resolvers เป็นเทคโนโลยีที่ใช้งานได้จริงซึ่งต้องใช้วัฏจักรซ้ำ ๆ ของทฤษฎีการจำลองและการทดลอง