I. Основні принципи змінних резольцій небажання
По-перше, щоб зрозуміти дизайн, треба зрозуміти його основні відмінності від традиційних рішень рано-ротора:
· Традиційний роздільник: і у статора, і ротора є обмотки. Сигнал збудження та вихідний сигнал електромагнітично індукуються через повітряний зазор.
· Розв’язання небажання змінної (VR): Тільки у статора є обмотки . Ротор-це ненаста феромагнітна складова, виготовлена з важливих полюсів або зубчастої структури. Його принцип роботи заснований на зміні небажання.
o Обмотки статора: як правило, включають одну обмотки збудження (первинні) та два вихідні обмотки (синусні та косинусні обмотки, вторинні), які є просторово ортогональними (90 електричних ступенів один від одного).
o Обертання ротора: Коли ротор з чіткими полюсами обертається, він змінює довжину зазору повітря та небажання магнітного ланцюга.
o Модуляція сигналу: зміна небажання зазору повітря (модуляція амплітуди) Амплітуда напруги, індукована у вихідних обмотках за допомогою магнітного поля збудження. Амплітудні конверти двох вихідних обмоток є синусоїдальними та косинусними функціями кута ротора відповідно.
Його переваги: проста структура, міцна та міцна (безчесна), низька вартість, висока надійність, здатність протистояти високошвидкісним та високотемпературним середовищам . Недоліком є те, що точність та лінійність зазвичай трохи нижчі, ніж у високоточних резоторів ран.
Ii. Процес проектування та ключові міркування
Процес проектування є ітеративним і, як правило, дотримується цих кроків:
1. Визначте технічні характеристики дизайну
Це відправна точка для всіх конструкцій і повинна бути уточнена спочатку:
· Кількість пар полюсів (P): визначає залежність між електричними та механічними кутами (θ_electric = p * θ_mechanical). Загальні конфігурації - 1 полюсна пара (однополярна) та 2 полюсних пар (біполярні). Кількість полюсних пар впливає на точність та максимальну швидкість.
· Вимоги до точності: Зазвичай виражаються в аркмінетах (′) або міліраданах (MRAD). Високоточні конструкції потребують надзвичайно високих вимог до виготовлення, матеріалів та гармонічного придушення магнітного поля.
· Сигнал введення збудження: амплітуда напруги збудження, частота (загальні - 4 кГц, 10 кГц тощо), форма хвилі (зазвичай синусоїдальна).
· Коефіцієнт перетворення (TR): відношення вихідної напруги до вхідної напруги (у положенні максимальної з'єднання).
· Електрична помилка: Включає помилку функції, помилку НУЛЬНОЇ НАПРАВИ, ФАЗА ПОМИЛКА тощо.
· Експлуатаційне середовище: діапазон температури, вібрація, удар, вологість, рейтинг захисту від вступу (IP).
· Обмеження розміру: зовнішній діаметр, внутрішній отвір, товщина (довжина).
· Параметри імпедансу: імпеданс входу/виходу, що впливає на узгодження з подальшою схемою.
2. Електромагнітна конструкція - основна частина
· Дизайн ламінування статора/ротора:
o Вибір матеріалу: Зазвичай використовує кремнієві сталеві аркуші з високою проникністю та низькою втратою заліза (наприклад, DW540, 50JN400).
o Поєднання полюса: Це душа дизайну. Необхідно визначити кількість прорізів статора (ZS) та полюсів ротора (ZR). Найпоширеніша комбінація - Zr = 2p (кількість полюсів ротора дорівнює удвічі більше полюсних пар), а ZS - кратний ZR. Наприклад, однополярний роздільник (p = 1) часто використовує ZS = 4, Zr = 2 ; Біполярний роздільна здатність (p = 2) часто використовує ZS = 8, Zr = 4 або ZS = 12, Zr = 6.
o Форма слота/полюса: форма зубів (паралельно, конічно) впливає на розподіл магнітного поля та вміст гармоніки. Розміри, такі як ширина зубів, ширина відкриття слота та товщина ярмо, потребують оптимізації для максимізації фундаментальної сили магнето-мотива (ММФ) та мінімізації гармоніки слотів.
o Повітряний зазор: розмір розриву повітря є критичним компромісом. Невеликий проміжок повітря збільшує коефіцієнт трансформації та силу сигналу, але збільшує складність виробництва, чутливість до ексцентриситету та пульсацію крутного моменту. Великий повітряний зазор має протилежний ефект. Зазвичай розробляються між 0,05 мм - 0,25 мм.
· Намовна конструкція:
o Тип: Зазвичай використовуються розподілені обмотки або концентровані (зуби) обмотки. Розподілені обмотки (одна котушка, що охоплює кілька слотів) виробляє більш синусоїдальне магнітне поле, але є складнішим для виготовлення; Концентровані обмотки простіші, але мають більш високі гармоніки.
o Обчислення повороту: на основі співвідношення цільової трансформації, напруги збудження та частоти визначте кількість витків для обмотки збудження та обмотки синуса/косинусу за допомогою електромагнітного розрахунку. Кількість поворотів для двох вихідних обмоток повинна бути суворо однаковою.
O Метод підключення: Переконайтесь, що синусові та косинусні обмотки суворо 90 електричних ступенів просторово.
3. Моделювання та оптимізація магнітного поля (моделювання FEA) - необхідний сучасний інструмент дизайну
Суто аналітичні розрахунки дуже складні та недостатньо точні. Програмне забезпечення для аналізу кінцевих елементів (FEA) (наприклад, JMAG, Ansys Maxwell, Simcenter Magnet) є важливим.
· Статичне моделювання поля: обчисліть розподіл магнітного поля, матриця індуктивності та вихідний потенціал під різними кутами ротора.
· Моделювання перехідного поля: Застосуйте фактичну напругу збудження для імітації форми хвилі вихідної напруги, точніше відображення продуктивності.
· Параметрична оптимізація: Виконайте параметричні підмітки та оптимізація ключових розмірів, таких як форма зуба, розрив повітря та відкриття слота, щоб мінімізувати помилку (наприклад, THD) та максимізувати коефіцієнт перетворення.
· Аналіз помилок: Обчисліть електричну помилку за допомогою моделювання та проаналізуйте джерела помилок (наприклад, гармоніки, ефект притулку, ефект насичення).
4. Механічна конструкція структури
· Корпус та підшипники: проектуйте структуру підтримки та виберіть відповідні підшипники, щоб забезпечити концентрацію між ротором і статором та мінімальними варіаціями зазору повітря, при цьому не витримуючи задану вібрацію та удар.
· Підключення вала: проектні кейтери, гладкий отвір або інтерфейс сервоприводу, щоб забезпечити надійне з'єднання та передачу без зворотного зв'язку з валом двигуна.
· Термічне управління: Розгляньте генерацію тепла від обмоток та втрат заліза, щоб запобігти перегріву у високотемпературних умовах. Конструкція теплового шляху іноді необхідна.
· Електромагнітне екранування: Додайте щит, якщо це необхідно, щоб запобігти перешкоді зовнішніх магнітних полів.
5. міркування ланцюга обробки сигналів
Хоча це не частина дизайну тіла Resolver, його слід вважати синергетично:
· RDC (розбійник до цифрового перетворювача): виберіть мікросхему RDC (наприклад, AD2S1205, AU6802), який відповідає частоті опору та збудження. Під час проектування необхідне відповідність вхідного опору.
· Дискатна схема збудження: Потрібна схема підсилювача живлення, здатна забезпечити чисту стабільну синусою хвилю.
· Фільтр-ланцюг: фільтруйте вихідні сигнали, щоб придушити високочастотний шум та гармоніки.
Iii. Проектування викликів та ключових технологій
1. Гармонічне придушення: Через нелінійність його небажання, вихідна напруга роздільного вирішення VR містить багаті гармоніки, які є основною причиною помилки. Такі методи, як оптимізація комбінації полюсів, перекосі (проміжки або полюси) та додавання допоміжних слотів на зубах статора, можуть ефективно придушити гармоніки.
2. Точність та вартість балансування: висока точність передбачає більш точну обробку (менший проміжок повітря, більш висока концентрація), матеріали більш високої якості (кремнієва сталь більш високого класу), більш складні конструкції (наприклад, більше пар полюсів, дробові слоти) та більш жорсткі процеси, що призводить до різко зростаючих витрат.
3. Температурний дрейф: опір обмоток та властивості зміні кремнієвої сталі з температурою, що спричиняє амплітуду та дрейф фаз. Потрібна компенсація в ланцюзі або програмному забезпеченні, або матеріали з хорошою стабільністю температури слід вибирати під час електромагнітної конструкції.
Резюме
Рекомендації з дизайну:
1. Почніть з технічних характеристик: По -перше, ретельно розумійте конкретні вимоги вашого сценарію програми щодо точності, розміру та середовища.
2. Важити перевірені рішення: Почніть з класичних полюсних комбінацій (наприклад, 4-2, 8-4), оскільки вони є перевіреною та надійною відправною точкою.
3. Конструкція, орієнтована на моделювання: не зупиняйтесь на теоретичних розрахунках; Негайно використовуйте програмне забезпечення FEM для створення параметричної моделі для моделювання та оптимізації. Це є ключовим для покращення рівня успішності дизайну та скорочення циклів розвитку.
4. Ітератування та тест: після побудови прототипу, проведіть комплексні тести на продуктивність (помилка, підвищення температури, вібрація тощо), порівняйте з результатами моделювання, проаналізуйте причини відмінностей та перейдіть до наступної ітерації проектування.
5. Подумайте на системному рівні: розгляньте та налагоджуйте датчик Resolver та ланцюг RDC вниз за течією як інтегровану систему.
Проектування змінних резольцій небажання - це дуже практична технологія, яка вимагає повторних циклів теорії, моделювання та експериментів.
