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Dai resolver ai sensori induttivi

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Sibol ha lanciato la serie IBS36-1 di encoder induttivi compatti ad albero cavo.

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01. Risolutore

Un resolver, letteralmente definito come un trasformatore rotante, è un sensore utilizzato per misurare lo spostamento angolare e la velocità angolare di oggetti in rotazione. Basato sul principio dell'induzione elettromagnetica CA scoperto da Michael Faraday nel 1831, è costituito da una bobina di eccitazione per la generazione del segnale e da due bobine di induzione sinusoidale e cosinusoidale disposte con un angolo di 90° l'una rispetto all'altra. Quando una tensione di eccitazione CA ad alta frequenza viene applicata alla bobina di eccitazione, nelle due bobine di induzione si generano tensioni indotte corrispondenti. Il rapporto di ampiezza tra la tensione indotta e la tensione di eccitazione dipende dalla relazione di posizione relativa tra le bobine di induzione e la bobina di eccitazione. La posizione angolare può essere calcolata con precisione demodulando i segnali di tensione indotta.

In termini di struttura, i resolver sono simili ai motori CA, composti da bobine di statore e bobine di rotore. In senso lato, un resolver è un motore speciale progettato esclusivamente per la misurazione di precisione.

I primi modelli di resolver adottano una struttura con bobine di eccitazione fissate sullo statore e bobine di induzione montate sul rotore. Per esportare i segnali elettrici dal rotore rotante, sono necessari anelli di scorrimento e spazzole. Questo tipo è definito come resolver a spazzole o a contatto. Tuttavia, l'attrito tra le spazzole e i collettori rotanti provoca inevitabilmente un'usura meccanica, con conseguente riduzione dell'affidabilità operativa e della durata di vita.

Per migliorare l'affidabilità e la durata, i resolver brushless sono stati sviluppati sulla base delle strutture a spazzole. Aggiungendo bobine ausiliarie primarie e secondarie, l'induzione elettromagnetica secondaria sostituisce la tradizionale struttura a spazzole e collettori rotanti, eliminando l'usura meccanica. Tuttavia, questo design comporta dimensioni maggiori, peso più elevato e costi complessivi più alti.

In seguito sono stati sviluppati dei resolver a riluttanza per risparmiare ulteriormente sui costi e ottimizzare la disposizione degli spazi. Questa struttura integra le bobine di eccitazione e di induzione nelle stesse scanalature dello statore, mentre il rotore è realizzato con materiali magnetici ad alta permeabilità con profili appositamente ottimizzati. Il campo magnetico air-gap che si forma tra il rotore e le bobine sinusoidali presenta una distribuzione sinusoidale approssimativa. L'unico inconveniente è la precisione relativamente inferiore rispetto ai resolver a spazzole e brushless.

Sviluppati originariamente per applicazioni militari, i resolver sono caratterizzati da una struttura robusta, da una forte capacità anti-interferenza e da un'eccellente adattabilità ad ambienti di lavoro difficili, tra cui polvere, nebbia d'olio, umidità, vibrazioni, interferenze del campo magnetico, temperature estreme alte e basse. Attualmente sono ampiamente adottati in vari settori industriali, come i sistemi di servocontrollo, le apparecchiature automobilistiche, l'ingegneria energetica, la metallurgia e i sistemi robotici.

Tuttavia, il costo elevato derivante dalla progettazione di tipo militare limita la diffusione dei resolver. Le bobine di avvolgimento di precisione e i materiali magnetici ad alta permeabilità comportano costi elevati di materiale e lavorazione. Inoltre, per elaborare e analizzare i dati angolari dei segnali delle bobine a induzione sono indispensabili decodificatori dedicati, che aumentano ulteriormente i costi di applicazione e le soglie tecniche. I marchi più diffusi, come Tamagawa (Giappone), LTN (Germania) e Hengstler (Germania), hanno prezzi di migliaia di dollari, che ne limitano l'applicazione industriale su larga scala.

Inoltre, la struttura robusta dei resolver è un'arma a doppio taglio. Le loro grandi dimensioni e il peso elevato li rendono inadatti a scenari industriali compatti e sensibili allo spazio.

02. Sensori induttivi

Negli ultimi anni, i progressi della tecnologia dei circuiti stampati (PCB) hanno permesso di miniaturizzare le ingombranti bobine avvolte e di stamparle su circuiti ultrasottili, riducendo drasticamente il costo hardware dei resolver tradizionali. Questa tecnologia rivoluzionaria è stata ampiamente riconosciuta e adottata dal mercato sotto forma di sensori induttivi.

I sensori induttivi ereditano il principio di funzionamento dei resolver tradizionali, dotati di bobine di eccitazione e bobine di induzione. La bobina di eccitazione genera un campo magnetico alternato ad alta frequenza, mentre due bobine di induzione strutturalmente identiche sono disposte simmetricamente in una struttura di collegamento differenziale. In condizioni normali, la tensione di uscita differenziale delle due bobine simmetriche è pari a zero. Quando un oggetto ferromagnetico o conduttivo entra nel campo magnetico, disturba la distribuzione del campo magnetico, causando una variazione misurabile della tensione di uscita. La variazione di tensione corrisponde esattamente alla posizione dell'oggetto in movimento.

I sensori induttivi mantengono tutti i vantaggi fondamentali dei resolver tradizionali. Grazie alla tecnologia avanzata dei circuiti digitali, alla produzione di PCB, all'innovazione dei chip integrati e agli algoritmi software ottimizzati, i sensori induttivi presentano una struttura più piccola, più sottile e più leggera. Eliminano la necessità di decodificatori dedicati, consentendo un'installazione più semplice, costi inferiori e una più ampia applicabilità. Inoltre, supportano modalità di misura flessibili che i resolver tradizionali non possono raggiungere, tra cui la misura di geometrie curve, il rilevamento flessibile e la misura di posizione lineare.

03. Encoder induttivo serie IBS36-1

Aderendo a una ricerca e sviluppo indipendente e a un rigoroso controllo di qualità, SENTOP fornisce costantemente prodotti ad alte prestazioni e soluzioni industriali personalizzate. Gli encoder induttivi miniaturizzati ad albero cavo della serie IBS36-1, lanciati di recente, sono disponibili in due specifiche: tipo monoblocco con cuscinetto integrato e tipo split senza cuscinetto, per adattarsi completamente alle diverse esigenze applicative dei clienti.

Caratteristiche
Alta precisione: risoluzione a 14 bit con precisione fino allo 0,3%;
Superiore adattabilità ambientale: Resistente a polvere, nebbia d'olio e umidità;
Adattabilità ambientale superiore: Resistente a polvere, nebbia d'olio e umidità;
Economico: Struttura ottimizzata con prezzi competitivi.
Efficiente dal punto di vista dei costi

Parametri di prestazione
Alimentazione: 5V±10% o 9~30V opzionale
Segnali di uscita: Analogici (0~5V, 0~10V, 4~20mA, PWM), digitali (SSI, RS485, CANopen), ABZ incrementale opzionale;
Consumo di corrente: <80mA;
Temperatura di funzionamento: -40℃~125℃;
Temperatura di stoccaggio: -55℃~125℃;
Velocità massima di rotazione: 6.000 giri/min.

Applicazioni
Ampiamente applicato nei settori dei motori, della robotica, dell'automazione industriale, dell'elettronica automobilistica, delle macchine edili, dell'industria mineraria, della metallurgia, dell'energia idraulica, dell'energia elettrica e in altri settori. Forniamo inoltre soluzioni flessibili e personalizzate per soddisfare le esigenze speciali di diversi scenari applicativi. Non esitate a contattarci per un supporto tecnico professionale.