Serie SR

Resolver

Cos'è un sensore di posizione?

Esistono diverse tipologie di motori elettrici che differiscono significativamente l'uno dall'altro per prestazioni, dimensioni, funzionamento. Solo per citarne alcuni distinguiamo i motori Sincroni ( SPM, IPM, a riluttanza ), i motori Asincroni a corrente alternata, i motori in corrente continua e molti altri ancora.

Sebbene alcuni di questi motori possano funzionare anche attraverso un collegamento diretto alla rete elettrica, la rotazione, regolazione e controllo del moto di questi motori esige quasi sempre un controllo più o meno sofisticato dato da un inverter o da un servo-azionamento e di un sensore di posizione collocato su rotore del motore.

Esistono svariati sensori di posizione utilizzati nei motori, il resolver è uno di questi.

Come funziona il resolver?

Il resolver è un sensore di spostamento induttivo elettromeccanico per la misura di spostamenti angolari utilizzato in applicazioni rotative e nei motori. Tecnicamente simile a un trasformatore fornisce una posizione assoluta sul singolo giro fornendo un segnale di tensione di tipo sinusoidale. E’ utilizzato per rilevare la velocità, la direzione e la posizione dell’elemento rotante del motore,  ovvero l'albero motore. L'omologo trasduttore digitale prende il nome di encoder.

Com'è fatto un resolver?

Il resolver è composto da due set di bobine circolari disposte su un nucleo ferroso fatto di lamierini isolati. Una bobina rotorica (fissata sull'albero motore) e una bobina statorica fissata sulla parte statorica del motore che lavora come un trasformatore che induce una tensione alla bobina rotorica attraverso un traferro. I resolver usano un flusso magnetico tra gli avvolgimenti sui nuclei di ferro in modo molto simile al comportamento dei trasformatori. Combinando più bobine sfasate opportunamente tra loro viene generato un segnale di tensione ti tipo seno e coseno fornendo una tensione analogica equivalente all'angolo assoluto tra il rotore e lo statore.

Il segnale analogico fornito dal resolver viene inviato al Servodrive che  lo converte in  un segnale digitale con una risoluzione sul giro di 16Bit ( 65536ppr). Il Servodrive  a sua volta può passare ad un controllo numerico un segnale di tipo encoder incrementale attraverso un uscita normalmente chiamata “ Uscita di encoder simulato”. Nei drive di HDT tale uscita può essere impostata su 4 tipi di risoluzioni: 256, 1024, 4096 o 16384 ppr.

Vantaggi

Il resolver è paragonabile ad un encoder assoluto monogiro, ma normalmente lo si considera alternativo all'encoder incrementale dotato di sensori di Halls. Il vantaggio più immediato è nella risoluzione sul giro, in quanto attraverso l'interpolazione del segnale in genere si ottengono almeno 12 o 14 bit che equivalgono a 4096/16384ppr. Nel migliore dei casi, come nei drive di HDT tale risoluzione sale a 16bit che equivalgono a 65536ppr. ( risoluzione interna al drive ). Un Encoder incrementale fornisce risoluzioni di 1024 o al massimo 2500ppr. Un altro vantaggio che lo rende decisamente preferibile a qualungue altro trasduttore è la robustezza meccanica e la resistenza alla temperatura e agli ambienti gravosi. Il resolver infatti non avendo alcun sensore ottico né un elettronica a bordo risulta estremamente robusto  e perfettamente adatto nell'impiego su motori che devono essere collocati in ambienti difficili.

Svantaggi

Il principale svantaggio del resolver lo si ha nella precisione del segnale. Il segnale che viene generato è creato da avvolgimenti e come tali non garantiscono un segnale pulito come quello generato da un encoder ottico. Pertanto, nonostante la risoluzione e la precisione di posizionamento sia superiore ad un encoder incrementale con minor risoluzione, il segnale risulta più "sporco" e i servoazionamenti in generale faticano ad attenuarlo e in talune applicazioni di alta precisione tale disturbo si traduce in una rumorosità e rugosità di funzionamento del controllo motore difficile da essere accettata. Comunque si tratta di applicazioni di alto livello dove un encoder incrementale non è sufficiente a priori in quanto troppo poco risoluto. In questi casi la scelta si sposta su un encoder assoluto.

Encoder Incrementale

Cos'è un sensore di posizione?

Esistono diverse tipologie di motori elettrici che differiscono significativamente l'uno dall'altro per prestazioni, dimensioni, funzionamento. Solo per citarne alcuni distinguiamo i motori Sincroni ( SPM, IPM, a riluttanza ), i motori Asincroni a corrente alternata, i motori in corrente continua e molti altri ancora.

Sebbene alcuni di questi motori possano funzionare anche attraverso un collegamento diretto alla rete elettrica, la rotazione, regolazione e controllo del moto di questi motori esige quasi sempre un controllo più o meno sofisticato dato da un inverter o da un servo-azionamento e di un sensore di posizione collocato su rotore del motore.

Esistono svariati sensori di posizione utilizzati nei motori, l'encoder incrementale è uno di questi.

Come funziona  e com'è fatto un encoder incrementale?

L’encoder di tipo incrementale è un trasduttore di posizione molto semplice che fornisce delle informazioni in termine di impulsi ( tipo on-off ) a intervalli regolari che permettono di contare lo spostamento al fine di tenere sotto controllo parametri quali velocità, direzione o spazio percorso.
Costituito da un disco in materiale plastico o di vetro semitrasparente sul quale sono state incise o serigrafate due corone concentriche di finestrelle rettangolari.Tali finestrelle, poste una sopra l’altro sono sfasate fra di loro di un quarto di passo. Similmente ad un CD musicale vi sono due fotoemettitori che illuminano un lato della superfice del disco e dall’altra vi sono due fotorivelatori (un fotoemettitore + un fotorivelatore per ciascuna corona concentrica di finestrelle). I fotoemettitori generano un treno di impulsi il cui numero è pari al numero delle zone trasparenti, alternate alle scure, intercettate dal blocco emettitore-ricevitore. Il conteggio di questi impulsi, amplificati dall’elettronica di controllo dell’encoder, consente di individuare la rotazione compiuta dal disco ed il corrispondente spostamento. Le due corone concentriche poste sul disco una sopra l’altra, permettono inoltre all'encoder di capire quando il disco gira in senso orario e quando antiorario. La risoluzione di un encoder incrementale è data dal rapporto tra una rotazione di 360° ed il numero degli impulsi : R=360/4n . Anche questo trasduttore è utilizzato per rilevare la velocità, la direzione e la posizione dell’elemento rotante del motore, ovvero l'albero motore ma non fornisce un valore di posizione assoluta ma solo gli incrementi. Questo deficit impone che il drive, per capire la posizione del rotore rispetto allo statore e quindi imporre una corrente di fase per permettere la rotazione  è costretto ad attuare una procedura che faccia muovere l'albero all'accensione per trovare la cosidetta tacca di zero, un apposita tacca di cui è dotato l'encoder. Questo movimento del motore spesso non è ammesso nell'applicazione pertanto esistono degli stratagemmi che i drive HDT adottano per evitare questo fenomeno oppure viene inserito un Encoder Incrementale dotato di sensori ad effetta Hall. Tali sensori danno una posizione assoluta grossolana, ma sufficiente al drive per capire, all'accensione, la posizione del rotore rispetto allo statore. Tale informazione permette al drive di evitare qualunque movimento del rotore all'accensione.

Un encoder incrementale fornisce come segnale un onda quadra con una risoluzione variabile e dipendente dal disco ottico e dall'elettronica utilizzata. La risoluzione tipica nei servomotori è di 1024, 2048, 2500ppr. La risoluzione può però, essere migliorata se le tensioni di uscita dei fototransistor vengono squadrate opportunamente e vengono contati sia i fronti di salita che quelli in discesa. In tale maniera un encoder da 2500ppr può fornire una risoluzione di 10.000ppr.

Nel caso si utilizzino motori di terze parti con un drive HDT, gli encoder incrementali che possono essere letti devono essere con tensioni di 5V e preferibilmente differenziali ( line drive ). E' possibile comunque leggere anche segnali di tipo push/pull e open collector.

Vantaggi

L'encoder incrementale non necessita di una particolare elettronica a bordo del motore per essere letto e risulta abbastanza economico pur garantendo una buona risoluzione e linearità di funzionamento.

Svantaggi

Il principale svantaggio è il limite nella risoluzione massima che non lo rende adatto ad applicazioni di alta precisione. Altro svantaggio è la temperatura di esercizio che in alcuni encoder è di 85°C e nel migliori dei casi è di 105°C, assoluto, ben distante dai valori del resolver. Inoltre non fornisce un valore di posizione assoluta se non grossolana se l'encoder è munito anche dei sensori di Hall. Infine una maggior fragilità rispetto al resolver negli ambienti gravosi per via sia del rischio temperatura che inficia il funzionamento dell'elettronica che per il rischio sporcizia che con le componenti ottiche non va d'accordo.