Otseajamiga mootoritele ja kompaktsele robootikale üleminekuks on vaja nurgaasendiandureid, mis suudavad töötada karmides keskkondades ilma aksiaalset pikkust lisamata. Traditsioonilised majaga kodeerijad toovad sageli kaasa liigse mehaanilise mahu. Samuti kannatavad nad laagrite omase kulumise all ja seisavad silmitsi tõsiste termiliste piirangutega. Need piirangud seavad ohtu süsteemi töökindluse väga nõudlikes rakendustes. Raamita ühekiiruselised lahendajad pakuvad tugevat ja elegantset lahendust. Need pakuvad natiivseid absoluutse asukoha andmeid täieliku 360-kraadise pöörde kohta. Insenerid saavad need otse mootorikoostu integreerida. See lähenemine tagab maksimaalse töökindluse standardiseeritud suuruses 20. See artikkel on tehnilise hindamise raamistik. Pakume inseneridele ja süsteemiarhitektidele nende komponentide hindamiseks vajalikke tööriistu. Saate teada, kuidas neid andureid tõhusalt valida ja määrata. Mõistes mehaanilisi jalajälgi, keskkonnatolerantsi ja signaali konditsioneerimisnõudeid, saate optimeerida oma järgmist ruumipiiranguga rakendust.
Võtmed kaasavõtmiseks
Vormiteguri eelis: Suurus 20 (umbes 2,0-tolline / 50,8 mm OD) raamita konstruktsioonid kõrvaldavad laagrid ja korpused, vähendades mootori üldist jalajälge ja mehaanilisi vastavuse probleeme.
Absoluutne asukoht: ühekiiruselised (1X) konfiguratsioonid annavad absoluutse asukoha tagasisidet ühe mehaanilise pöörde jooksul, ilma et oleks vaja keerulisi kodustamisrutiine.
Vastupidavus karmis keskkonnas: Induktiivtrafol põhinev töö tagab kõrge taluvuse löökide, vibratsiooni, tolmu ja äärmuslike temperatuurikõikumiste suhtes.
Integratsiooni kompromissid: optimaalse täpsuse saavutamiseks on vaja ranget kontrolli rootori ja staatori vahelise paigalduse kontsentrilisuse üle ja nõuetekohast sidumist resolver-digitaalmuunduriga (RDC).
Miks määrata kompaktsete mootorite jaoks raamita resolveri ühekiiruseline 20-seeria?
Mehaaniline jalajälg vs jõudlus
Kaasaegsed servomootorid nõuavad väga optimeeritud mehaanilisi ümbriseid. Suuruse 20 vormiteguri ligikaudne välisläbimõõt on 2,0 tolli (50,8 mm). See konkreetne mõõde on tööstuse maguskoht keskmise pöördemomendiga servomootoritele. See tasakaalustab tugeva signaali genereerimiseks piisava magnetsüdamiku ruumala rangete ruumiliste piirangutega. Kui määrate a Frameless Resolver Single Speed Size 20 Series , saate kasutada ülemaailmselt tunnustatud standardit. Sellest suurusest on tohutult kasu robotliigendi ajamid ja kosmosesõidukite kardaanid. Komponendid sobivad ideaalselt standardse mootorivõlli läbimõõduga, hoides välise staatori korpuse äärmiselt kompaktsena.
Ühekiiruseline (1X) väärtuspakkumine
Ühekiiruselised lahendajad tagavad otsese 1:1 suhte elektriliste ja mehaaniliste kraadide vahel. Üks täielik mehaaniline pööre tekitab täpselt ühe täieliku elektrilise siinuslaine tsükli. See konfiguratsioon tagab sisselülitamisel kohese absoluutse asendi näidu. Teie süsteem teab oma täpset rootori nurka millisekundi jooksul, mil toite rakendate. Keerulised koduotsimise rutiinid muutuvad täiesti ebavajalikuks. Ohutuskriitilised süsteemid nõuavad seda kohest tagasisidet. Näiteks elektrooniline roolivõimendi (EPS) ja kirurgilised robotkäed ei saa lubada käivitamise ajal pimesi liigutusi. Ühekiiruselised seadmed eelistavad seda üliolulist ohutusfunktsiooni mitme kiirusega variantide jagatud eraldusvõime ees.
'Raamita' (õõnesvõll) arhitektuur
Majas olevad andurid sisaldavad sisemisi laagreid ja spetsiaalseid võlle. Raamita arhitektuurid eraldavad rootori ja staatori sõltumatuteks komponentideks. Paigaldate rootori otse põhimootori võllile. Kinnitate staatori otse mootori korpusesse. See õõnesvõlli konstruktsioon pakub tohutuid mehaanilisi eeliseid. See välistab vajaduse paindlike liitmike järele. Paindlikud ühendused toovad juhtahelasse tagasilöögi ja hüstereesi. Nende eemaldamine parandab oluliselt süsteemi resonantssagedust. Lisaks vähendab raamita konstruktsioon üldist pöörlemismassi. Madalam inerts tähendab otse mootori kiirenemist ja paremat dünaamilist reaktsiooni.
Peamised hindamismõõtmed suurusega 20 raamita lahendaja jaoks
Täpsus ja teisendussuhe
Elektrilise vea hindamine jääb anduri spetsifikatsiooni esmaseks ülesandeks. Tootjad mõõdavad lahendaja täpsust tavaliselt kaareminutites. Tavaline suurus 20 saavutab sageli ±10 kuni ±20 kaareminuti elektrilise vea. Teisendussuhe on veel üks kriitiline mõõdik. See tähistab väljundpinge ja sisendergutuspinge suhet. Enamik tööstuslikke lahendajaid kasutab teisendussuhet 0,5. Peate tagama, et see suhe ühtib ideaalselt teie valitud ergutusskeemiga, et vältida signaali katkemist või halba signaali-müra suhet.
Keskkonnaspetsifikatsioonid
Resolverid domineerivad karmides keskkondades, kuna nad toetuvad täielikult induktiivsele elektromagnetilisele sidestusele. Need ei sisalda tundlikku optilist klaasi ega tundlikke elektroonilisi kiipe anduripea sees. Töötemperatuuri vahemikud ulatuvad tavapäraselt -55°C kuni +155°C. Mõned spetsialiseeritud kosmosesõiduki versioonid suruvad üle +200 °C. Lisaks pakuvad lahendajad erakordset immuunsust elektromagnetiliste häirete (EMI) suhtes. Mootori korpused tekitavad impulsilaiusmodulatsiooni (PWM) ümberlülitamise tõttu intensiivset EMI-d. Siinus- ja koosinussignaalide diferentsiaalne olemus vähendab tõhusalt ühisrežiimi müra.
Ergastussagedus ja pinge
Lahendaja toimib pöörleva trafona. See nõuab kõrgsageduslikku vahelduvvoolu ergutussignaali, mis rakendatakse selle primaarmähisele. Tüüpilised ergastussagedused on vahemikus 4 kHz kuni 10 kHz. Peate vastama lahendaja primaarmähise nõuded oma Resolver-to-Digital Converter (RDC) võimalustele. Mittesobivad sagedused põhjustavad tõsiseid faasinihkeid. Nad võtavad ka liigset voolu, mis tekitab soovimatut soojust. Ergastusparameetrite õige häälestamine minimeerib faasiviivitust ja tagab ülitäpse analoog-digitaalmuunduse.
Rootori inerts ja kaal
Agiilsed otseajamiga mootorid nõuavad minimaalset rootori inertsi. Oluline on hinnata lahendaja rootori massi mõju. Suuruse 20 raamita rootor kaalub tavaliselt põhimootori armatuuriga võrreldes väga vähe. Väga dünaamilistes rakendustes, nagu vali-ja-paigutavad robotid, on aga iga gramm oluline. Raamita disain hoiab massi kontsentreerituna pöörlemistelje lähedal. See geomeetria minimeerib oma olemuselt lisandunud inertsimomenti.
Hindamisparameetrite koondtabel
| Parameeter |
Tüüpiline suurus 20 Vahemik |
Tehniline tähendus |
| Täpsus |
±10 kuni ±20 kaareminutit |
Määrab maksimaalse absoluutse positsioneerimisvea ideaalsetes paigaldustingimustes. |
| Ümberkujundamise suhe |
0,5 ± 10% |
Määrab väljundpinge amplituudi; ülioluline RDC sisendastme sobitamiseks. |
| Töötemperatuur |
-55°C kuni +155°C |
Võimaldab integreerimist otse kuumade mootorimähiste vastu ilma tõrgeteta. |
| Ergastussagedus |
4 kHz kuni 10 kHz |
Mõjutab faasinihet ja juhtkontuuri värskendamise kiirust. |
Ühekiiruselised vs. mitmekiiruselised ja alternatiivsed asendiandurid
Ühekiiruselised ja mitmekiiruselised lahendajad
Peamine kompromiss ühe- ja mitmekiiruseliste lahendajate vahel on absoluutne positsioneerimine versus ülim täpsus. Mitme kiirusega lahendajad kasutavad mitut pooluste paari. Nad tekitavad mitu elektrilist tsüklit mehaanilise pöörde kohta. See mitmekordistab efektiivset eraldusvõimet ja vähendab mehaaniliste vigade mõju. Kuid mitme kiirusega seadmed kaotavad ühe pöörde absoluutse asendi võime. Süsteem ei suuda eristada, millist pooluste paari see praegu sisselülitamisel ilma sekundaarse jämeandurita loeb. Ühekiiruselised arhitektuurid eelistavad vahetuid absoluutseid käivitusandmeid alakaareminuti täpsusele.
Alternatiivsete asukohaandurite võrdlustabel
Insenerid peavad hindama alternatiivseid tehnoloogiaid oma disainivalikute kinnitamiseks. Allolev tabel võtab kokku, kuidas raamita lahendajad võrdlevad konkureerivate lahendustega.
| Anduri tüüp |
Tugevused |
Nõrkused Sobivus |
kõige paremini rakendus |
| Ühe kiirusega lahendaja |
Absoluutne 360° asend, äärmine vastupidavus, lai temperatuurivahemik. |
Nõuab RDC-kiipi, mõõdukat täpsust võrreldes optilisega. |
Ohutuskriitilised mootorid, lennundus, rasketööstusrobootika. |
| Multi-Speed Resolver |
Kõrge täpsus, identne keskkonnavastupidavus. |
Puudub absoluutne käivitusasend 360° ulatuses. |
Suure täpsusega CNC-spindlid, pideva pöörlemise süsteemid. |
| Optiline kodeerija |
Erakordne eraldusvõime, loomulik digitaalne väljund, null RDC latentsus. |
Ebaõnnestumine tugeva vibratsiooni, õli, tolmu ja äärmise kuumuse korral. |
Puhasruumide automaatika, laboriseadmed. |
| Magnetilised IC-d |
Äärmiselt madal komponentide hind, väga väike füüsiline jalajälg. |
Võitleb väliste magnetiliste häiretega, temperatuuri triiviga. |
Tarbeelektroonika, kergete autode ajamid. |
Lahendused vs optilised kodeerijad
Lahustajad taluvad pingutuseta tugevat vibratsiooni, õli ja tolmu. Optilised kodeerijad kasutavad õrnaid klaas- või plastkettaid. Saasteained blokeerivad kergesti optilisi teid, põhjustades katastroofilist signaali kadu. Tugevad löögid võivad optilisi komponente purustada. Vastupidi, optilised kodeerijad pakuvad palju kõrgemat loomulikku digitaalset eraldusvõimet. Nad väljastavad otse digitaalseid impulsse, välistades RDC töötlemise latentsuse. Lahendajad valite siis, kui keskkonna ellujäämine ületab vajaduse miljoneid loendusi pöörde kohta.
Lahustajad vs magnetilise positsiooni IC-d
Odavad magnetandurid, nagu 40-sendised Hall-efektiga IC-d, domineerivad madala hinnaga rakendustes. Need sobivad suurepäraselt tarbeseadmetega. Induktiivsed lahendajad pakuvad aga võrreldamatut struktuurilist jäikust. Need pakuvad suurepärast temperatuuristabiilsust, kuna nende vaskmähised triivivad ennustatavalt. Tööstus- ja autotööstuse vastavusstandardid nõuavad sageli suurt koondamist. Resolverid loovad tugeva füüsilise aluse, mis on vajalik rangete ohutussertifikaatide, nagu ISO 26262, läbimiseks.
Mehaanilise integreerimise ja signaali konditsioneerimise kaalutlused
Paigaldamise tolerantsid ja ekstsentrilisus
Raamita konstruktsioonid kannavad laagrite joondamise koormuse täielikult kasutaja kanda. See kujutab endast kõige olulisemat integratsiooniriski. Staatori kontsentrilisus ja rootori väljavool määravad otseselt süsteemi lõpliku täpsuse. Kui paigaldate rootori tsentrist väljapoole, tekitate täpsuse tsüklilisi hälbeid. Insenerid nimetavad neid üks kord revolutsiooni vigadeks.
Selle riski maandamiseks peate säilitama mootori võlli ja korpuse töötlemisel ranged tolerantsid. Rootori kinnituspinna koguindikaatori näit (TIR) peaks tavaliselt jääma alla 0,025 mm. Võlli täppislihvimine tagab, et lahendaja rootor pöörleb staatori suhtes ideaalselt.
Resolver-to-Digital Conversion (RDC)
Lahendused väljastavad analoogsiinus- ja koosinussignaale. Teie mikrokontroller nõuab digitaalseid nurgaandmeid. RDC kiip ületab selle tühimiku. RDC-d kasutavad nende signaalide dünaamiliseks teisendamiseks faasiluku (PLL) jälgimisalgoritmi.
Peate PLL-i jälgimise määra hoolikalt hindama. Veenduge, et RDC saab hakkama teie mootori maksimaalse tööpöörete arvuga ilma signaali halvenemiseta. Kui mootor kiirendab kiiremini, kui PLL suudab jälgida, kaotab süsteem asukohaandmed. Ergastussignaali ja väljundite vahelise faasinihke haldamine on samuti kriitiline.
Signaali terviklikkuse parimad tavad
Juhtige lahendaja kaablid mootori faasitoitejuhtmetest nii kaugele kui füüsiliselt võimalik.
Kasutage siinus-, koosinus- ja ergutusliinide jaoks tugevalt varjestatud keerdpaarkaableid.
Maandusaasade vältimiseks tuleb kaabli varjestus maandada ainult ühest otsast.
Rakendage tarkvara filtreerimist kõrgsagedusliku PWM-lülitusmüra tagasilükkamiseks.
Kalibreerimise tegelikkus
Staatilised mehaanilised paigaldushälbed on alati olemas, olenemata töötlemise täpsusest. Tarkvarapoolne vigade kaardistamine muutub suure täpsusega rakenduste jaoks vajalikuks. Lõpliku kokkupaneku ajal pöörab kontroller aeglaselt mootorit. See salvestab lahendaja väljundi ja võrdleb seda ajutiselt lisatud ülitäpse viitekoodriga. Süsteem genereerib veakompensatsiooni tabeli. Mikrokontroller kasutab seda tabelit tsükliliste kõrvalekallete korrigeerimiseks reaalajas.
Otsinimekirja juhend: 20 suuruse lahendaja sobitamine teie rakendusega
Õige komponendi valimine nõuab struktureeritud lähenemist. Kasutage oma raamita anduri hindamiseks ja täpsustamiseks järgmisi samme.
Määratlege edukriteeriumid: tehke kindlaks, kas absoluutne positsioon käivitamisel on range ohutusnõue. Kui süsteem peab pärast ärkamist kohe oma asukohta teadma, määrate ühe kiirusega konfiguratsiooni. Dokumenteerige maksimaalne vastuvõetav elektriviga kaareminutites.
Kontrollige mehaanilist sobivust: võrrelge oma mootori võlli läbimõõtu rootori sisemise avaga. Vaadake staatori korpuse ruum üle standardse suurusega 20 mehaaniliste jooniste alusel. Veenduge, et teil oleks piisavalt aksiaalset sügavust, et mahutada mähise lõpppöördeid.
Analüüsige tarneahelat: hinnake tootjaid komponentide jälgitavuse põhjal. Taotlege testimise dokumentatsiooni, näiteks automaatse veakaardistamise aruandeid ühiku kohta. Mõistke standardsete valmisseadmete teostusaegu võrreldes kohandatud mähisekonfiguratsioonidega.
Tehke kontseptsiooni tõestamise sammud: ärge hüpake otse lõpliku integreerimise juurde. Esmalt hankige hindamiskomplektid. Kombineerige Size 20 lahendaja optimeeritud RDC-plaadiga. Kontrollige täpsuse väiteid katsestendil simuleeritud koormuse ja temperatuuri tingimustes.
Järeldus
Raamita ühekiiruselised Size 20 lahendajad pakuvad ülimalt usaldusväärset lahendust absoluutse asukoha jälgimiseks. Need integreeruvad mehhaaniliselt otse peremeesstruktuuriga, toimides hästi andestamatutes keskkondades, kus traditsioonilised andurid ebaõnnestuvad. Võttes kasutusele Size 20 kujuteguri, saavutavad insenerid täiusliku tasakaalu kompaktse suuruse ja tugeva magnetilise jõudluse vahel.
Teie lõplik otsus sõltub suuresti mehaanilistest võimalustest. Insenerimeeskond peab säilitama ranged mehaanilised paigaldustolerantsid. Anduri täieliku potentsiaali ärakasutamiseks peate korralikult käsitsema ka analoog-digitaalsignaali teisendamist. Edu nõuab hoolikat tähelepanu rootori ekstsentrilisusele ja RDC faasi joondamisele.
Võtke viivitamatult meetmeid oma disaini edendamiseks. Laadige alla tootjatelt 3D CAD mudelid, et kontrollida oma mootorikoostu ruumilisi piiranguid. Konsulteerige tehniliste tarnijatega, et veenduda, et teisendussuhted sobivad ideaalselt olemasoleva draiveri riistvaraga. Õige eelhindamine tagab väga tundliku ja vastupidava otseajamisüsteemi.
KKK
K: Milline on ühekiiruselise 20. raamita lahendaja tüüpiline täpsus?
V: Standardne täpsus jääb üldiselt vahemikku ±10 kuni ±20 kaareminutit. Süsteemi lõplik täpsus sõltub aga suuresti paigalduse täpsusest. Rootori liigne väljavool või staatori ekstsentrilisus halvendab seda algtaseme täpsust, lisades asendiandmetesse tsüklilisi üks kord pöörde kohta vigu.
K: Mille poolest erineb raamita lahendaja majutatud lahendajast?
V: Raamita lahendajal puuduvad sisemised laagrid, spetsiaalne võll ja välimine kaitsekest. See koosneb ainult eraldi rootorist ja staatorist. Peate need töötlemata komponendid integreerima otse oma masina mehaanilisse struktuuri, kasutades joondamiseks põhimootori laagreid.
K: Kas ühe kiirusega lahendaja saab jälgida mitut pööret?
V: Oma olemuselt ei saa. Ühekiiruseline lahendaja jälgib ainult absoluutset asukohta ühe 360-kraadise pöörde jooksul. Kui võll on täispöörde teinud, kordub elektriline signaal. Mitme pöörde jälgimist peab täielikult haldama välise kontrolleri tarkvara, mis kogub pöördeid.
K: Kas kaabli pikkus mõjutab lahendaja signaali täpsust?
V: Jah. Pikad kaablid suurendavad kaabli üldist mahtuvust ja takistust. See muudab faasinihet ergutussignaali ja siinus/koosinusväljundite vahel. Täpsuse säilitamiseks peate kasutama õiget varjestust ja konfigureerima oma RDC-d, et kompenseerida seda konkreetset faasiviivitust.
