Resolver für Winkelgenauigkeit

Was ist ein Resolver und wie funktioniert er?
Resolver sind Winkelpositionssensoren, die in Anwendungen wie Servomotoren für Positions- und Geschwindigkeitsrückmeldungen eingesetzt werden können. Dank seines Designs bietet der Hohlwellen-Resolver eine deutlich überdurchschnittliche Lebensdauer. Zudem ist er zuverlässig, hoch präzise und benötigt nur wenig Platz. Und auch unter extremen Umgebungsbedingungen bleibt er voll einsatzbereit. Die Mechanik des Resolvers besteht im Wesentlichen aus einem feststehenden Stator und einem beweglichen Rotor.

Die Elektrik besteht aus einem Transformator zur Stromversorgung des Rotors sowie einem zweiten Transformator zur Bestimmung der Winkel. Der erste Transformator hat eine konzentrische Bauweise und ist funktionell unabhängig von Winkelwerten. Der zweite, winkelabhängige Transformator besteht aus einer Statorwicklung und einer Rotorwicklung. Die Wicklungen dieser beiden Transformatorkomponenten sind so ausgelegt, dass die Anzahl der Wicklungen in den Vertiefungen den Werten eines Sinus entspricht.

Negative Werte werden durch Umkehren der Wicklungsrichtung realisiert. Die Statorspulen bestehen aus zwei ähnlichen Wicklungen, die in einer relativen Position zueinander um 90° gedreht angebracht sind. Wenn die Rotorwicklung mit Energie versorgt wird, entsteht ein sinusförmiger magnetischer Fluss, der in Abhängigkeit von der relativen Winkelposition des Rotors und des Stators Spannungen in den Statorspulen induziert. Die Amplituden der beiden Spannungen entsprechen dem Sinus oder Kosinus. So ist es mit Hilfe eines geeigneten Auswertekreises möglich, die absoluten Winkeldaten (Sinus ϕ / Kosinus ϕ = Tan ϕ, wobei ϕ dem Wellenwinkel entspricht) zu erhalten. Der für die Basisversion verwendete Begriff ist ein Resolver mit einem Polpaar (1-Gang-Resolver).

Die Anzahl der Polpaare gibt an, wie oft die Sinusverteilung der Rotor- und Statorwicklungen während einer Umdrehung wiederholt wird. Je höher die Anzahl der Polpaare, desto höher die mechanische Präzision des Resolvers. Bei mehreren Polpaaren können die absoluten Winkeldaten verloren gehen, aber nach der digitalen Konvertierung der Resolver-Signale ist eine höhere Auflösung möglich.

Was ist der Unterschied zwischen einem Resolver und einem Encoder?
Beide Geräte (Resolver und Encoder) sind Winkelpositionssensoren, d.h. durch Umwandlung der mechanischen Bewegung in elektrische Signale messen sie die Drehposition einer Welle. Resolver sind gegenüber extremen Umgebungsbedingungen wie hohen Temperaturen sowie Stößen und Vibrationen im Vergleich zu Encodern wesentlich robuster. Resolver können als Alternative zu Inkremental- und Absolutwertgebern (Encoder) dienen. Encoder liefern ein digitales Ausgangssignal, während Resolver ein analoges Ausgangssignal bereitstellen, wodurch eine Resolver-zu-Digital-Konvertierung erforderlich ist. Die Entscheidung zwischen der Auswahl eines Resolvers und eines Encoders hängt von der spezifischen Anwendung ab, insbesondere von den Umgebungsbedingungen und von der Steuerelektronik. Resolver eignen sich besser für sehr raue Umgebungen, Encoder hingegen weisen eine hohe Genauigkeit auf und sind weniger komplex, wenn es darum geht, sie in die Steuerelektronik zu integrieren.