نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار دانشکده مهندسی برق دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

امروزه ریزالورهای رلوکتانس متغیر به دلیل ساختار ساده، ابعاد کوچک و پایداری دمایی زیاد برای تشخیص موقعیت زاویه‌ای محورهای گردان، به‌ویژه در سیستم‌های ناوبری دریایی، کاربرد گسترده‌ای دارند. علیرغم این ویژگی‌های منحصر به فرد، استفاده از آنها با چالش‌هایی نظیر پیچیدگی سیم‌بندی و اثرپذیری از خطای ناهم‌محوری، روبروست. در این مقاله پس از بررسی این چالش‌ها، یک ساختار جدید، با سیم‌پیچی ساده برای رفع این چالش‌ها مورد مطالعه قرار می‌گیرد. سپس عملکرد ریزالور جدید با ریزالور رلوکتانس متغیر مرسوم، در شرایط سالم و تحت خطای ناهم‌محوری با استفاده از تحلیل اجزای محدود سه بعدی مورد بررسی و مقایسه قرار می‌گیرد. این مقایسه نشان می‌دهد؛ که تحت خطای ناهم‌محوری استاتیک مجاز بیرینگ‌های بکار رفته در ماشین‌های الکتریکی (35 میکرو‌متر، مطابق استاندارد ABEC 492)، خطای موقعیت زاویه‌ای ریزالور جدید بیش از 13 آرک- دقیقه بهبود یافته است. در پایان، نمونه آزمایشگاهی ریزالور جدید، ساخته شده و آزمایش می‌شود. نتایج آزمایش عملی نتایج شبیه‌سازی‌ها و کارایی ریزالور جدید را تایید می‌کنند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The effect of Winding and Eccentricity on the performance of Variable Reluctance Resolvers

نویسنده [English]

  • F Tootoonchian

Iran Univ. of Science and Tech.

چکیده [English]

Nowadays, Variable Reluctance (VR) resolvers, due to their simple structure, compact design and thermal stability, are widely used in marine navigation systems for detecting the angular position. However, they suffer from some disadvantages such as winding complexity and being highly influenced by eccentricity fault. In this paper, after studying the challenges, a new structure with simple winding is studied to overcome the challenges. To show the preference of the new design, its performance is analyzed using 3-D time stepping finite element method and then compared with conventional variable reluctance resolver. The comparison shows peak to peak position error of the new resolver under 35μm static eccentricity (based on ABEC492 standard) is improved more than 13 Arc Min. with respect to the conventional resolver. Finally, the prototype of the new resolver is built and tested. Experimental results confirm the success of the new resolver.

کلیدواژه‌ها [English]

  • variable reluctance resolver
  • position sensor
  • eccentricity error
  • and finite element analysis

[1]   X. Ge and Z. Q. Zhu, “A Novel Design of Rotor Contour for Variable Reluctance Resolver by Injecting Auxiliary Air-Gap Permeance Harmonics” IEEE Transaction on Energy Conversion, vol.31, no.1, pp. 345 - 353 ,2016

[2]   J. Jianhui, Z. Jibin, X. Fei, L. Yong, and F. Yanchao, “An improved PMSM rotor position sensor base on linear Hall sensor,” IEEE Trans. Magn., vol. 48, no. 11, pp. 3591–3594, Nov. 2012.

[3]   C.S. Jin, I.S. Jang, J.N. Bae, J. Lee, and W.H. Kim, “Proposal of Improved Winding Method for VR Resolver”, IEEE Transaction on Magnetics, vol. 51, no. 3, pp. , March 2015

[4]   K.-C. Kim, C. S. Jin, and J. Lee, “Magnetic shield design between interior permanent magnet synchronous motor and sensor for hybrid electric vehicle,” IEEE Trans. Magn., vol. 45, no. 6, pp. 2835–2838, Jun. 2009.

[5]   S.I. Park and K.C. Kim, “Study on the Optimal Design of a Novel Slotless Resolver by FEM” IEEE Transaction on Magnetics, vol. 50, no. 11, Nov. 2014.

[6]   Axsys Components Grope, “Resolver Engineering Handbook”, available at:

http://www.Axsys.com/literature/MCG/synchrohbook.pdf

[7]   F. Tootoonchian, Z. Nasiri-Gheidari, “A Novel 12-Slot Two-Saliency Variable Reluctance Resolver with Nonoverlapping Signal Windings and Axial Flux Excitation”, IET Electric Power Applications, available online 05-Sep.-2016, DOI:  10.1049/iet-epa.2016.025

[8]   Z. Nasiri-Gheidari and F. Tootoonchian, F. Zare “Design Oriented Technique for Mitigating Position Error Due To Shaft Run-out in Sinusoidal-Rotor Variable Reluctance Resolvers,” iET Electric Power Application, available online 29-Sep.-2016, DOI:  10.1049/iet-epa.2016.0316.

[9]   C. Shui-mei, G. Hao, “Stator structure design and analysis of variable reluctance resolver for hybrid-vehicle motor drive,” in Proc. 7th International IPEMC, Harbin, China, 2012, pp. 2587 - 2592.

[10]           Z. Zhang, F. Ni, Y. Dong, C. Guo, M. Jin, and H. Liu, “A Novel Absolute Magnetic Rotary Sensor”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 62, no. 7, pp. 4408-4419, July 2015

[11]           Z. Nasiri-Gheidari, and F. Tootoonchian, “Axial flux resolver design techniques for minimizing position error due to static eccentricities”, IEEE Sensors Journal, vol. 15, Issue 7 , July 2015,  pp. 4027-4034

[12]           L. Sun, “Analysis and improvement on the structure of a variable reluctance resolvers,” IEEE Trans. Magn., vol. 44, no. 8, pp. 2002–2008, Aug. 2008

[13]           X. Ge, Z. Q. Zhu, R. Ren, and J. T. Chen, “A Novel Variable Reluctance Resolver with Nonoverlapping Tooth–Coil Windings”, ”, IEEE Transaction on Energy Conversion, vol. 30, no. 2, pp. 784-794, June 2015

[14]           X. Ge, Z.Q. Zhu, R. Ren, and J.T. Chen, “A Novel Variable Reluctance Resolver for HEV/EV Applications”, Transactions on Industry Applications, early access 2016

[15]           X. Ge1, Z.Q. Zhu, R. Ren, and J.T. Chen, “Analysis of windings in VR resolver”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 51, no. 5, May 2015.

[16]           K.C. Kim, “Analysis on the Characteristics of Variable Reluctance Resolver Considering Uneven Magnetic Fields” IEEE Transaction on Magnetics, vol. 49, no. 7, July 2013

[17] M. Benammar, L. Ben-Brahim, and M. A. Alhamadi, “A High Precision Resolver-to-DC Converter”, IEEE Transaction on Instrumentation and Measurement, vol. 54, no. 6, pp. 2289 – 2296, Dec. 2005.