レゾルバ/トランスは同期レゾルバとしても知られ、その動作原理と機能が産業用オートメーションおよびサーボ制御システムにおいて非常に重要な電磁センサーです。
I. レゾルバの動作原理
レゾルバは電磁誘導の原理に基づいて動作します。つまり、変化する磁束が導体に起電力を誘導します。その中心機能には、回転磁場と固定巻線と回転巻線の両方の間の相互作用を通じて、電気エネルギーの転送と角度位置情報の変換が含まれます。
1. 基本構造
ロータリートランスは主に、ステーターとローターの 2 つの部分で構成されます。
- ステーター:固定子巻線は変圧器の一次側として機能し、励起電圧を受け取ります。励起周波数には通常、400Hz、3000Hz、5000Hz などの標準値が使用されます。固定子巻線は固定部に固定されており、交流により回転磁界を発生させます。
- ローター：ロータ巻線はトランスの二次側となり、電磁結合により誘導電圧を受けます。ワイヤーコイルで構成されたローター巻線は、その角度位置が変化するにつれて、回転磁界内の変化する磁束を横切ります。これにより、ワイヤ内にさまざまな大きさの起電力が誘発されます。
さらに、ロータリートランスにはサポートシステムや誘導システムなどの補助コンポーネントが組み込まれており、安定した動作と正確な測定を保証します。
2. 運用プロセス
ロータリートランスの動作プロセスは次の手順に要約できます。
- 励起プロセス:電源を固定子巻線に接続すると交流が発生し、回転磁界が発生します。この回転磁場がロータリートランスの動作の基礎となります。
- 誘導プロセス:ローターが回転すると、ローター巻線内の導体が回転磁界内の変化する磁束を横切ります。電磁誘導の法則によれば、これらの変化する磁束線はローター巻線に起電力 (EMF) を誘導します。
- 磁気結合と電力伝達:ステータ巻線とロータ巻線間の磁気結合により、ロータ巻線の誘導起電力がステータ巻線に結合されます。さまざまな配線構成を通じて、電力伝送や電流変換などの目的を達成できます。
3. 出力特性
ロータリートランスの出力電圧は、ローターの角度位置と特定の関数関係を維持します。この関係は通常、サイン、コサイン、または一次関数の形式を取ります。正確な形状は、ロータリートランスの設計パラメータと配線構成によって異なります。たとえば、特定の高精度検出システムでは、出力電圧がローター角度に対して正弦関数または余弦関数に従う場合があります。一方、一部の線形測定システムでは、線形関係が維持される場合があります。
II.ロータリートランスの機能
ロータリートランスは産業オートメーションやサーボ制御システムに幅広く応用されており、その主な機能は次のように要約されています。
1. 角度位置測定
ロータリートランスの最も基本的な機能は、回転シャフトの角変位を測定することです。ロータ巻線に生じる誘導起電力の大きさと方向を検出することで、ロータの回転角度を計算できます。この測定方法は、高精度、信頼性、非接触操作を実現しており、正確な角度位置制御を必要とする用途に特に適しています。{2}}
2. 角速度測定
ロータリートランスは位置測定以外にも、回転する物体の角速度も測定できます。ローター巻線内の誘導起電力の変化率を継続的に監視することにより、角速度を計算できます。この測定方法は、モーション コントロール システムで速度フィードバックと閉ループ制御を実装するために非常に重要です。{2}}
3. 座標変換と関数計算
ロータリートランスは座標変換や関数計算などの演算要素としても機能します。特定の複雑な制御システムでは、角度位置情報を他の座標形式に変換するか、特定の関数演算を行う必要があります。ロータリートランスのユニークな出力特性により、これらの機能の実装が容易になります。
4. サーボシステムへの応用
サーボ制御システム内では、ロータリートランスは角度信号発生器と検出器の両方として重要な役割を果たします。モーターの回転角度を電気信号に変換して制御システムに送信し、同時に制御システムからの指令信号を受信してモーターの回転角度を調整します。この閉ループ制御方法により、サーボ システムの精度と安定性が大幅に向上します。-
5. 高精度の検出システム-
ロータリー変圧器は、高精度の検出を必要とするシステムに最適です。{0}高い精度、信頼性、非接触動作により、航空宇宙、精密機械、その他の分野で広く使用されています。-たとえば、航空機の自動操縦システムでは、ロータリー変圧器を使用して航空機の姿勢と方位を正確に測定できます。精密工作機械では、高精度の位置制御と加工精度を実現します。{4}
Ⅲ．ロータリートランスの種類と特徴
ロータリートランスは、その構造と動作原理に基づいてさまざまなタイプに分類でき、それぞれに独自の特性とアプリケーションシナリオがあります。
1. 2 極および 4 極ロータリー変圧器-
- 2 極ロータリートランス: ステーターとローターの両方に 1 対の磁極を備えています。この比較的単純な構造は精度が限られているため、一般的な精度測定および制御システムに適しています。-
- 4-極ロータリートランス: ステーターとローターの両方に 2 対の磁極を備えています。この構造により、より高い精度と安定性が得られ、高精度の検出システムやサーボ制御システムに最適です。-
2. 可変リラクタンスレゾルバ
可変リラクタンス レゾルバ (VRR) は、従来の電磁誘導ではなくリラクタンス効果に基づいて動作する特殊なタイプのレゾルバです。 VRR は通常、固定子巻線と、磁気抵抗材料 (強磁性材料など) で作られた突極またはスロットを備えた 1 つまたは複数の回転子で構成されます。
動作原理
交流電流が固定巻線に印加されると、その周囲に交流磁界が生成されます。ローターが回転すると、ローター上の磁気抵抗材料が磁路の磁気抵抗を周期的に変化させます。この磁気抵抗の変化により磁束が変化し、ロータの位置に比例する固定巻線または追加の検出巻線に起電力 (EMF) が誘導されます。この誘導起電力を測定することで、ロータの角度位置を計算することができます。
特徴
- 高精度:磁気抵抗ロータリートランスは、その独特の構造と動作原理により、通常、高い角度測定精度を実現し、高精度の位置フィードバックを必要とする制御システムに適しています。{0}
- 高い信頼性:磁気抵抗ロータリートランスは摺動接点部品がないため、磨耗や接触不良による故障が少なく、高い信頼性を発揮します。
- 強力な環境適応力:抵抗ロータリートランスは広い温度範囲で動作し、電磁干渉に対して堅牢な耐性を示すため、さまざまな過酷な環境に適しています。
- 豊富な出力信号:抵抗ロータリートランスは、基本的な角度位置データ以外にも、速度、加速度、その他のパラメータに関連する信号を提供し、制御システムに多次元のフィードバックを提供できます。-
IV.ロータリートランスの応用例
1. サーボモーター制御
サーボ モーター制御システムでは、ロータリー トランスが位置センサーとして機能し、ローターの位置を継続的に監視し、この情報をコントローラーにフィードバックします。コントローラーは、この位置フィードバック信号に基づいてモーターの制御戦略を調整し、正確な位置制御、速度制御、トルク制御を実現します。ロータリートランスの高精度と安定性は、サーボシステムの全体的なパフォーマンスを向上させるために非常に重要です。
2. ロボットの関節制御
ロータリートランスは、関節位置の検出と制御のために産業用ロボットや精密ロボットアームで広く使用されています。関節に回転変圧器を取り付けることで、リアルタイムの回転角度データが取得され、ロボットの動作軌道を正確に制御できるようになります。-この制御方法により、ロボットの作業精度が大幅に向上し、累積誤差が最小限に抑えられます。
3. 航空宇宙用途
航空宇宙用途では、回転変圧器はその高精度と信頼性により、航空機の姿勢制御およびナビゲーション システムに広く採用されています。たとえば、航空機の自動操縦システム内では、ロータリートランスフォーマーがピッチ角、ロール角、ヨー角などの重要なパラメータを測定し、飛行制御システムに正確な位置フィードバックを提供します。また、宇宙船の姿勢調整や安定化制御にも重要な役割を果たします。
4. 精密測定器
光学機器や測定顕微鏡、レーザー加工機などの精密測定機器では、角度測定部品としてロータリートランスが多く使用されています。高い精度と安定性により正確な測定結果が保証され、機器の測定精度と信頼性が向上します。
V. まとめ
ロータリートランスは重要な電磁センサーとして、産業オートメーション、サーボ制御、航空宇宙、精密測定の分野にわたって広範な用途に使用されています。その動作原理は電磁誘導と磁気抵抗効果に基づいており、ローターとステーターの間の相対位置を測定することで角度情報を変換して送信します。ロータリートランスには、高精度、信頼性、非接触動作、強力な環境適応性などの利点があり、正確な位置制御を必要とするシステムに信頼できるソリューションを提供します。継続的な技術進歩により、ロータリー変圧器はより多くの分野でますます重要な役割を果たし、産業オートメーションとインテリジェントプロセスの継続的な進歩を推進します。