در چشم انداز روزافزون اتوماسیون صنعتی و کنترل حرکت ، دقت و قابلیت اطمینان از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در میان بی شمار سنسورها و مبدل هایی که موقعیت دقیق و تشخیص سرعت را فراهم می کنند ، حل کننده بدون برس به عنوان یک مؤلفه مهم شناخته می شود. این دستگاه قوی نقش مهمی در برنامه های مختلف از هوافضا گرفته تا روباتیک دارد ، جایی که اندازه گیری دقیق زاویه ای ضروری است. در این مقاله به اصول حل کننده های بدون برس ، کاوش در ساخت و ساز ، اصول عملیاتی ، مزایا و تأثیر چشمگیر در سیستم های مهندسی مدرن می پردازد.
درک وضوح
حل کننده ها ترانسفورماتورهای الکتریکی چرخشی هستند که برای اندازه گیری درجه چرخش استفاده می شوند. آنها به عنوان دستگاه های آنالوگ عمل می کنند که چرخش مکانیکی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند و بازخورد موقعیت مداوم را ارائه می دهند. از نظر تاریخی ، به دلیل سادگی ، دوام و توانایی فعالیت در شرایط شدید محیطی مانند درجه حرارت بالا ، ارتعاشات و آلاینده ها ، در کاربردهای صنعتی مورد علاقه قرار گرفته است.
اصل عمل
در قلب عملیات حل کننده اصل القاء الکترومغناطیسی است. دستگاه از یک روتور و استاتور تشکیل شده است که هر یک مجهز به سیم پیچ هستند. هنگامی که یک جریان متناوب (AC) سیم پیچ اصلی را روی استاتور هیجان زده می کند ، یک میدان مغناطیسی چرخان ایجاد می کند. این میدان مغناطیسی باعث ولتاژ در سیم پیچ های ثانویه می شود که از نظر جسمی در زاویه های خاص گرایش دارند. با تبدیل شدن روتور ، اتصال بین سیم پیچ های استاتور و روتور به صورت سینوسی تغییر می کند ، و در نتیجه ولتاژهای خروجی مطابقت دارد که مربوط به توابع سینوسی و کسین زاویه روتور است. از نظر ریاضی ، ولتاژهای ناشی از (v s) و (v c ) را می توان به صورت زیر بیان کرد:
v s = v در * sin (θ)
v c = v در * cos (θ)
جایی که V در ولتاژ ورودی است ، و θ موقعیت زاویه ای روتور است. با پردازش این سیگنال های خروجی ، می توان موقعیت دقیق زاویه ای و سرعت چرخش را تعیین کرد.
انواع حل کننده ها
حل کننده ها بر اساس ساخت و عملکرد آنها طبقه بندی می شوند:
حل کننده های نوع برس: از برس ها و حلقه های لغزنده برای انتقال سیگنال های برقی بین قطعات چرخان و ثابت استفاده کنید. در حالی که از نظر طراحی ساده است ، آنها در معرض سایش هستند و نیاز به نگهداری دارند.
حل کننده های بدون برس: با استفاده از ترانسفورماتورهای چرخشی برای اتصال سیگنال ، افزایش قابلیت اطمینان و کاهش نگهداری ، نیاز به برس را از بین ببرید.
حل کننده های عدم تمایل متغیر: بر اساس تغییر در عدم تمایل مغناطیسی با تغییر موقعیت روتور ، معمولاً برای برنامه های حساس به هزینه استفاده می شود.
حل کننده بدون برس چیست؟
یک حل کننده بدون برس یک دستگاه الکترومکانیکی است که برای اندازه گیری موقعیت و سرعت زاویه ای بدون استفاده از برس و حلقه های لغزش طراحی شده است. این نوآوری محدودیت های حل کننده های سنتی از نوع قلم مو را نشان می دهد و عملکرد و طول عمر پیشرفته را ارائه می دهد. حل کننده های بدون برس سیگنال ها را با استفاده از تکنیک های اتصال ترانسفورماتور ، از طریق رابط چرخشی منتقل می کنند ، که منجر به یک سیستم انتقال بدون تماس می شود.
ساخت و ساز
ساخت یک حل کننده بدون برس شامل یک استاتور و روتور است که هر یک حاوی چندین مجموعه سیم پیچ است:
سیم پیچ های استاتور: شامل سیم پیچ تحریک اولیه و دو سیم پیچ ثانویه است که در 90 درجه به یکدیگر قرار می گیرند و خروجی های سینوسی و کسین را تولید می کنند.
سیم پیچ روتور: اغلب به عنوان ترانسفورماتور چرخشی گفته می شود و انتقال سیگنال تحریک را بدون تماس های فیزیکی امکان پذیر می کند.
از بین بردن مخاطبین مکانیکی ، سایش را کاهش می دهد و اجازه می دهد تا حل کننده از آلاینده های محیطی مهر و موم شود. مواد پیشرفته و تکنیک های دقیق تولید باعث افزایش عملکرد و اطمینان از عملکرد مداوم در طول طول دستگاه می شود.
مزایای آن نسبت به حل کننده های سنتی
حل کننده های بدون برس چندین مزیت کلیدی ارائه می دهند:
قابلیت اطمینان پیشرفته: عدم وجود برس ، سایش مکانیکی ، کاهش نگهداری و افزایش به موقع را از بین می برد.
قابلیت سرعت بالا: قادر به کار با سرعت بیش از 20،000 دور در دقیقه ، مناسب برای ماشین آلات پر سرعت.
مقاومت در برابر محیط زیست: طراحی مهر و موم شده در برابر گرد و غبار ، رطوبت و مواد شیمیایی ، ایده آل برای محیط های صنعتی سخت است.
کیفیت سیگنال بهبود یافته: طراحی بدون تماس باعث کاهش نویز الکتریکی و تداخل می شود و باعث افزایش دقت اندازه گیری می شود.
طول عمر طولانی تر: کاهش استرس مکانیکی منجر به عمر عملیاتی طولانی تر در مقایسه با حل کننده های نوع برس می شود.
برنامه های حل کننده های بدون برس
حل کننده های بدون برس برای سیستمهایی که نیاز به کنترل حرکت دقیق و بازخورد دارند ، یکپارچه هستند. تطبیق پذیری آنها به آنها اجازه می دهد تا در چندین صنایع مورد استفاده قرار گیرند:
صنعت خودرو
در بخش خودرو ، تغییر به سمت وسایل نقلیه برقی و ترکیبی تقاضا برای کنترل دقیق موتور را افزایش داده است. از وانتهای بدون برس در:
موتور برقی درایو: بازخورد دقیق موقعیت روتور را برای کنترل موتور کارآمد ، افزایش عملکرد و بهره وری انرژی ارائه می دهد.
سیستم های انتقال: با ارائه داده های موقعیت دقیق در تغییر دنده صاف کمک کنید.
سیستم های تعلیق فعال: تنظیمات در زمان واقعی را برای بهبود کیفیت و رسیدگی به سواری فعال کنید.
براساس گزارشی از MarketsAndmarkets ، انتظار می رود بازار سنسور موقعیت خودرو تا سال 2025 به 2.4 میلیارد دلار برسد که حل کننده های بدون برس نقش مهمی در این رشد دارند.
هوافضا و دفاع
در برنامه های هوافضا ، قابلیت اطمینان در شرایط شدید بسیار مهم است. از وانتهای بدون برس در:
سیستم های کنترل پرواز: بازخوردی را برای آیلرون ها ، رودورها و آسانسورها ارائه دهید و از مانور دقیق اطمینان حاصل کنید.
راهنمایی موشکی: کمک به سیستم های ناوبری و هدفمند که در آن خرابی گزینه ای نیست.
موقعیت یابی ماهواره ای: در خلاء فضا کار کنید ، در برابر تابش و افراط دما مقاومت کنید.
توانایی حل کننده بدون برس برای عملکرد قابل اعتماد در دماهای مختلف از -55 درجه سانتیگراد تا +150 درجه سانتیگراد باعث می شود که در مهندسی هوافضا ضروری باشد.
اتوماسیون صنعتی
اتوماسیون نیاز به دقت و دوام دارد. از وانتهای بدون برس در:
موتورهای سروو: کنترل دقیق سرعت و موقعیت در تجهیزات تولید را فعال کنید.
دستگاه های CNC: با ارائه بازخورد موقعیتی در زمان واقعی ، ماشینکاری با دقت بالا را امکان پذیر کنید.
سیستم های کنترل فرآیند: پارامترها را در فرآیندهای صنعتی نظارت و تنظیم کنید و باعث افزایش کارایی شوید.
یک مطالعه توسط فدراسیون بین المللی رباتیک نشان می دهد که افزایش اتوماسیون افزایش یافته است ، به طوری که بیش از 2.7 میلیون روبات صنعتی در سال 2020 در سراسر جهان فعالیت می کنند. حل کننده های بدون برس نقش اساسی در این رشد دارند.
روباتیک
برنامه های رباتیک خواستار بازخورد با وضوح بالا هستند. حل کننده های بدون برس به:
بازوهای مفصل: کنترل دقیق حرکت را برای کارهایی مانند مونتاژ ، جوشکاری و نقاشی ارائه دهید.
وسایل نقلیه خودمختار: داده های ناوبری را برای هواپیماهای بدون سرنشین و وسایل نقلیه هدایت شده خودکار (AGV) تهیه کنید.
روباتیک پزشکی: عملیات ظریف را در روبات های جراحی فعال کنید که دقت آن بسیار مهم باشد.
با پیشرفت فناوری رباتیک ، نیاز به سنسورهای قابل اعتماد و دقیق مانند حل کننده های بدون برس به طور فزاینده ای قابل توجه می شود.
مشخصات فنی و معیارهای عملکرد
انتخاب حل کننده بدون برس مناسب نیاز به درک مشخصات کلیدی دارد:
وضوح و صحت
وضوح به کوچکترین تغییر قابل تشخیص در موقعیت اشاره دارد ، که اغلب با تعداد قطب ها و تنظیمات سیم پیچ تعیین می شود. حل کننده های با وضوح بالا دقت کنترل را بهبود می بخشند اما ممکن است به پردازش سیگنال پیچیده تری نیاز داشته باشند. دقت نشان می دهد که چگونه خروجی با موقعیت واقعی مطابقت دارد ، تحت تأثیر عواملی مانند دما ، تحمل تولید و تداخل الکترومغناطیسی. دقت معمولی از 5 قوس ± تا 30 arcseconds برای مدلهای با دقت بالا متغیر است.
سرعت عملیاتی
حل کننده های بدون برس می توانند با سرعت چرخش بالا کار کنند ، برای برنامه هایی مانند موتورهای توربین و موتورهای پر سرعت ضروری است. طراحی آنها امکان عملکرد پایدار را بدون خطر خرابی مکانیکی به دلیل نیروهای گریز از مرکز فراهم می کند. درک حداکثر سرعت دارای امتیاز ، عملکرد قابل اعتماد را در برنامه مورد نظر تضمین می کند.
مشخصات زیست محیطی
عوامل محیطی به طور قابل توجهی بر عملکرد حل کننده تأثیر می گذارد:
دامنه دما: دستگاه ها باید به طور موثری در افراط و تفریط دما پیش بینی شوند. مدلهای تخصصی می توانند از -60 درجه سانتیگراد تا +200 درجه سانتیگراد عمل کنند.
لرزش و مقاومت در برابر شوک: رعایت استانداردهایی مانند MIL-STD-810 دوام را در زیر تنش های مکانیکی تضمین می کند.
رتبه بندی حفاظت از Ingress (IP): مقاومت در برابر گرد و غبار و ورود به آب را تعریف می کند ، با رتبه بندی تا IP67 برای محیط های سخت.
خصوصیات الکتریکی
پارامترهای کلیدی الکتریکی عبارتند از:
ولتاژ و فرکانس ورودی: سازگاری با ولتاژهای سیستم (به طور معمول 4 ولت تا 7 ولت) و فرکانس ها (2 کیلوهرتز تا 20 کیلوهرتز).
ولتاژ خروجی: سطح سیگنال کافی برای پردازش توسط کنترل الکترونیک.
تغییر فاز: تغییر حداقل فاز بین سیگنال های ورودی و خروجی برای کاهش خطاها
پایان
این حل کننده بدون برس تقاطع مهم مهندسی مکانیک و الکترونیک ، به عنوان یک سنگ بنای در سیستمهایی که دقت و قابلیت اطمینان ضروری است ، خدمت می کند. طراحی بدون تماس آن محدودیت های حل کننده های سنتی را نشان می دهد و عملکرد پیشرفته ای را در برنامه های کاربردی در سراسر خودرو ، هوافضا ، اتوماسیون صنعتی و صنایع روباتیک ارائه می دهد.
با پیشرفت فناوری ، حل کننده های بدون برس برای تکامل ، ادغام عملکردهای دیجیتال و سازگاری با چالش های جدید زیست محیطی آماده هستند. شرکت هایی مانند Yingshuang در صدر این تکامل قرار دارند و نوآوری را از طریق سرمایه گذاری های اساسی در تحقیق و توسعه و تعهد به تعالی هدایت می کنند.
