Movilidad eléctrica: cómo funciona el sensor resolver
Un resolver es un sensor electromecánico rotatorio analógico, utilizado para medir con gran precisión la posición angular y la velocidad de un eje giratorio, comúnmente en servomotores, maquinaria industrial y tracción eléctrica. A diferencia de los encoders digitales, el resolver es extremadamente robusto, funcionando mediante bobinas que operan en ambientes hostiles de alta temperatura, vibración o radiación.
Resolver y encoder son dispositivos importantes para medir la posición angular dentro de los servomotores. Cada uno tiene sus propias ventajas y desventajas, por lo que es importante seleccionar el dispositivo adecuado para la aplicación específica.
En general, los encoders son más precisos y rápidos, mientras que los resolvers son más resistentes a las condiciones adversas.
Funcionamiento del resolver
El resolver es un tipo especial de transformador rotatorio que consta de un rotor y un estator cilíndricos. Tanto el rotor como el estator se fabrican con laminaciones multiranura y dos conjuntos de bobinados. Los bobinados se diseñan y distribuyen normalmente en la laminación ranurada con un patrón de paso constante y espiras variables o con un patrón de paso variable y espiras variables. En ambos casos, la distribución de los bobinados sigue un patrón sinusoidal.
Los devanados de un resolver de velocidad única generan una curva sinusoidal y una curva cosenoidal completas en una revolución mecánica, mientras que los devanados de un resolver de velocidad múltiple generan múltiples curvas sinusoidales y cosenoidales en una revolución mecánica. Si bien la velocidad única proporciona retroalimentación absoluta y la velocidad múltiple no, esta última ofrece mayor precisión. El número de velocidades disponibles está limitado por el tamaño del resolver. Los dos conjuntos de devanados están ubicados en las láminas a 90 grados entre sí.
La supervisión y el control electrónico de sistemas mecánicos como motores industriales, servos, robótica y trenes de potencia vehicular son importantes para una mayor eficiencia, fiabilidad y seguridad. Sin embargo, el control efectivo requiere determinar la rotación angular y velocidad con alta precisión, lo cual es un desafío debido al entorno eléctricamente ruidoso e irregular. La solución se encuentra en un resolver compatible con un convertidor de resolver a digital (R/D) preciso y amplificadores operacionales.
El resolver es un dispositivo electromecánico que convierte el movimiento mecánico en una señal electrónica analógica. Es esencialmente un transformador rotativo con una salida de voltaje de CA que sigue la posición angular del eje. Los dos elementos del resolver son un solo rotor bobinado que gira dentro del estátor fijo. El bobinado primario del resolver reside en el estátor y el bobinado secundario reside en el rotor (Figura 1).
Identificación de los Conductores Un resolver típico de 6 hilos se conecta de la siguiente manera:
Excitación (R1, R2 / Exc+, Exc-): Es el primario. Se conecta a la señal de referencia de alta frecuencia (generalmente CA) desde el drive.
Seno (S1, S3 / Sin+, Sin-): Bobinado secundario. Proporciona la señal de retroalimentación de seno.
Coseno (S2, S4 / Cos+, Cos-): Bobinado secundario. Proporciona la señal de retroalimentación de coseno
La mayoría de los voltajes del resolver están especificados entre 2 voltios RMS y 40 voltios RMS, con frecuencias de 50 hertz (Hz) a 20 kilohertz (kHz). La relación de transformación entre la amplitud de la señal del devanado primario y secundario está entre 0.2 voltios/voltio (V/V) y 1 V/V.
En general, un resolver de alto rendimiento requiere altos voltajes de entrada, que a su vez requieren una electrónica de mayor potencia para cumplir con un rango de salida alto y condiciones de velocidad de respuesta más rápidas. Las precisiones angulares varían de 5 minutos de arco a 0.5 minutos de arco, donde hay 60 minutos de arco en un grado y 60 segundos de arco en un minuto de arco.
En la Figura 1, la excitación del voltaje de referencia de CA (VR = E0SIN(wt)) para el devanado del rotor está entre R1 y R2. La magnitud del voltaje inducido en cualquier devanado del estátor es proporcional al seno del ángulo θ, entre el eje de la bobina del rotor y el eje de la bobina del estátor. Con un voltaje de referencia CA del rotor de E0 sinωt, los voltajes de salida del terminal del estátor son:
R1 – R2 = E0 sinωt Eq. 1
S3 – S1 = T x E0 sinωt x sin θ Eq. 2
S2 – S4 = T x E0 sinωt x sin(θ + 90°) = T x E0 sinωt x cosθ Eq. 3
Las dos señales de salida del estator son el ángulo del eje modulado por el seno y el coseno. Una representación gráfica de la señal sinusoidal de excitación, con una amplitud máxima de 90° y 270° y las señales de salida de seno y coseno con una amplitud máxima de 0° y 180° (Figura 2).
Interesante video en:
https://youtu.be/K1175iFX_JE?si=r6IrrEJ8gczkH7Rj
Ejemplo de aplicación en motores del powertrain de BYD, Renault, Toyota
El resolver, en particular junto con el servocontrolador, es de vital importancia para el motor eléctrico. En términos sencillos, se puede afirmar que el resolver genera la base de datos sobre la cual se determina la posición del servomotor.
Vehículos Eléctricos: La mayoría de los vehículos eléctricos actuales de marcas como BYD,Toyota, Tesla, Nissan, Chevrolet y Hyundai emplean motores síncronos de imanes permanentes que requieren resolvers para la retroalimentación de la posición del rotor.
Híbridos (HEV) y Enchufables (PHEV): Vehículos como el Toyota Prius, Ford Fusion Hybrid y otros modelos con motores de tracción eléctrica utilizan resolvers por su alta fiabilidad y resistencia a condiciones extremas de temperatura.
Camiones y Maquinaria Eléctrica: Vehículos pesados que requieren motores eléctricos con un control de precisión y alta robustez utilizan resolvers en lugar de sensores Hall.
Ricardo Berizzo
Ingeniero Electricista 2026.-
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