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Von Resolvern zu induktiven Sensoren

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Sibol hat jetzt die kompakten induktiven Hohlwellen-Drehgeber der Serie IBS36-1 auf den Markt gebracht.

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01. Auflöser

Ein Resolver, wörtlich übersetzt ein Drehtransformator, ist ein Sensor zur Messung der Winkelverschiebung und der Winkelgeschwindigkeit von rotierenden Objekten. Er basiert auf dem von Michael Faraday 1831 entdeckten Prinzip der elektromagnetischen Wechselstrominduktion und besteht aus einer Erregerspule zur Signalerzeugung und zwei Sinus- und Kosinus-Induktionsspulen, die im 90°-Winkel zueinander angeordnet sind. Wird an die Erregerspule eine hochfrequente Erregungswechselspannung angelegt, werden in den beiden Induktionsspulen entsprechende Induktionsspannungen erzeugt. Das Amplitudenverhältnis zwischen der induzierten Spannung und der Erregerspannung hängt von der relativen Lagebeziehung zwischen den Induktionsspulen und der Erregerspule ab. Die Winkelposition kann durch Demodulation der induzierten Spannungssignale genau berechnet werden.

Vom Aufbau her ähneln Resolver den Wechselstrommotoren, die aus Statorspulen und Rotorspulen bestehen. Im weitesten Sinne ist ein Resolver ein spezieller Motor, der ausschließlich für Präzisionsmessungen konzipiert ist.

Frühe Resolvermodelle sind so aufgebaut, dass die Erregerspulen auf dem Stator und die Induktionsspulen auf dem Rotor angebracht sind. Um elektrische Signale vom rotierenden Rotor zu übertragen, sind Schleifringe und Bürsten erforderlich. Dieser Typ wird als Bürsten- oder Kontaktresolver bezeichnet. Die Reibung zwischen Bürsten und Schleifringen führt jedoch unweigerlich zu mechanischem Verschleiß, was eine geringere Betriebssicherheit und eine kürzere Lebensdauer zur Folge hat.

Um die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer zu verbessern, wurden bürstenlose Resolver auf der Grundlage der bürstenbehafteten Strukturen entwickelt. Durch Hinzufügen von primären und sekundären Hilfsspulen ersetzt die sekundäre elektromagnetische Induktion die traditionelle Bürsten- und Schleifringstruktur, wodurch mechanischer Verschleiß vermieden wird. Diese Konstruktion führt jedoch zu größeren Abmessungen, höherem Gewicht und höheren Gesamtkosten.

Später wurden Reluktanz-Resolver entwickelt, um weitere Kosten zu sparen und die Raumaufteilung zu optimieren. Bei dieser Struktur sind Erreger- und Induktionsspulen in denselben Statorschlitzen untergebracht, während der Rotor aus hochpermeablen magnetischen Werkstoffen mit speziell optimierten Profilen gefertigt ist. Das zwischen dem Rotor und den Sinus/Cosinus-Spulen entstehende Luftspalt-Magnetfeld weist eine annähernde Sinus/Cosinus-Verteilung auf. Der einzige Nachteil ist die relativ geringere Präzision im Vergleich zu bürstenbehafteten und bürstenlosen Resolvern.

Ursprünglich für militärische Anwendungen entwickelt, zeichnen sich Resolver durch eine robuste Struktur, eine hohe Störfestigkeit und eine hervorragende Anpassungsfähigkeit an raue Arbeitsumgebungen wie Staub, Ölnebel, Feuchtigkeit, Vibrationen, Magnetfeldstörungen sowie extrem hohe und niedrige Temperaturen aus. Gegenwärtig finden sie breite Anwendung in verschiedenen industriellen Bereichen wie Servosteuerungen, Automobilausrüstung, Energietechnik, Metallurgie und Robotersystemen.

Die hohen Kosten, die sich aus dem militärischen Design ergeben, begrenzen jedoch die weite Verbreitung von Resolvern. Präzisionswickelspulen und hochpermeable magnetische Materialien verursachen hohe Material- und Verarbeitungskosten. Darüber hinaus sind spezielle Decoder für die Verarbeitung und Analyse von Winkeldaten aus Induktionsspulensignalen erforderlich, was die Anwendungskosten und die technischen Schwellenwerte weiter erhöht. Die Preise der gängigen Marken wie Tamagawa (Japan), LTN (Deutschland) und Hengstler (Deutschland) belaufen sich auf Tausende von Dollar, was ihre großtechnische Anwendung einschränkt.

Außerdem ist die robuste Struktur von Resolvern ein zweischneidiges Schwert. Aufgrund ihrer Größe und ihres hohen Gewichts sind sie für kompakte und platzkritische industrielle Szenarien ungeeignet.

02. Induktive Sensoren

In den letzten Jahren haben bahnbrechende Entwicklungen in der Leiterplattentechnologie (PCB) es ermöglicht, herkömmliche sperrige gewickelte Spulen zu miniaturisieren und auf ultradünne Leiterplatten zu drucken, wodurch die Hardwarekosten herkömmlicher Resolver drastisch gesenkt werden konnten. Diese revolutionäre Technologie wurde weithin anerkannt und vom Markt in Form von induktiven Sensoren übernommen.

Die induktiven Sensoren übernehmen das Funktionsprinzip der herkömmlichen Resolver, die mit Erregerspulen und Induktionsspulen ausgestattet sind. Die Erregerspule erzeugt ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, während zwei strukturell identische Induktionsspulen symmetrisch in einer differentiellen Anschlussstruktur angeordnet sind. Unter normalen Bedingungen ist die differentielle Ausgangsspannung der beiden symmetrischen Spulen gleich Null. Wenn ein ferromagnetischer oder leitender Gegenstand in das Magnetfeld eintritt, stört er die Magnetfeldverteilung und verursacht eine messbare Änderung der Ausgangsspannung. Die Spannungsänderung entspricht genau der Position des bewegten Objekts.

Die induktiven Sensoren behalten alle wesentlichen Vorteile der traditionellen Resolver bei. Dank fortschrittlicher digitaler Schaltungstechnik, Leiterplattenfertigung, integrierter Chip-Innovation und optimierter Software-Algorithmen sind induktive Sensoren kleiner, dünner und leichter. Sie machen spezielle Decoder überflüssig, was eine einfachere Installation, niedrigere Kosten und eine breitere Anwendbarkeit ermöglicht. Darüber hinaus unterstützen sie flexible Messmodi, die herkömmliche Resolver nicht leisten können, einschließlich der Messung gekrümmter Geometrien, flexibler Erkennung und linearer Positionsmessung.

03. Induktive Drehgeber der Serie IBS36-1

Dank unabhängiger Forschung und Entwicklung und strenger Qualitätskontrolle liefert SENTOP kontinuierlich Hochleistungsprodukte und kundenspezifische Industrielösungen. Die neu eingeführten induktiven Miniatur-Hohlwellen-Drehgeber der Serie IBS36-1 sind in zwei Ausführungen erhältlich: als einteiliger Typ mit integriertem Lager und als geteilter Typ ohne Lager, die sich vollständig an die unterschiedlichen Anforderungen der Kundenanwendungen anpassen.

Merkmale
Hohe Präzision: 14-Bit-Auflösung mit einer Genauigkeit von bis zu 0,3 %;
Hervorragende Anpassungsfähigkeit an die Umwelt: Widerstandsfähig gegen Staub, Ölnebel und Feuchtigkeit;
Hervorragende Anpassungsfähigkeit an Umgebungsbedingungen: Widerstandsfähig gegen Staub, Ölnebel und Feuchtigkeit;
Kosteneffektiv: Optimierte Struktur mit wettbewerbsfähigen Preisen.
Kostengünstig

Leistungsparameter
Spannungsversorgung: 5V±10% oder 9~30V optional
Ausgangssignale: Analog (0~5V, 0~10V, 4~20mA, PWM), Digital (SSI, RS485, CANopen), Inkremental ABZ optional;
Stromverbrauch: <80mA;
Betriebstemperatur: -40℃~125℃;
Lagertemperatur: -55℃~125℃;
Maximale Umdrehungsgeschwindigkeit: 6.000 U/min.

Anwendungen
Weit verbreitet in Motoren, Robotik, Industrieautomation, Automobilelektronik, Baumaschinen, Bergbau, Metallurgie, Hydraulik, Strom und anderen Branchen. Wir bieten auch flexible, kundenspezifische Lösungen an, um die besonderen Anforderungen der verschiedenen Anwendungsszenarien zu erfüllen. Wenden Sie sich an uns, um professionelle technische Unterstützung zu erhalten.