'Ohnivé oči' motorů hlavního pohonu EV – přizpůsobení rozlišovačů proměnného odporu

Úvod: Nepostradatelné 'oko' pro ovládání motoru

V hnacím motoru nových energetických vozidel je nenápadná, ale kriticky důležitá součást - the variabilní reluktanční resolver  (často zkrácen na 'resolver'). Funguje jako 'oko' motoru, které neustále říká ovladači motoru: 'Kde je nyní rotor umístěn? Jaká je rychlost otáčení?'

Bez tohoto „oka“ nemohou synchronní motory s permanentními magnety dosáhnout přesné komutační kontroly, což má za následek hrubý, trhaný výkon – nebo dokonce úplnou poruchu provozu. Data ukazují, že míra penetrace resolverů do hlavních hnacích motorů nových energetických osobních vozidel je až  78,6 %  – což znamená, že je jím vybaven téměř každý nový energetický motor vozidla.

Jak tedy tento malý senzor vlastně funguje? Proč je potřeba to 'přizpůsobit'? A jaké klíčové parametry byste měli věnovat pozornost při přizpůsobení?

1. Co je to Variabilní Reluctance Resolver?

1.1 Od transformátoru k Resolveru

Každý zná 'transformátor' - zvyšuje nebo snižuje napětí. Rezolver lze považovat za pokročilou verzi transformátoru: zatímco běžný transformátor vydává pevné napětí, rezolver vydává napětí, které se mění s úhlem natočení rotoru.

Variabilní reluktanční resolver je nejpoužívanějším typem. Jeho základní struktura je pozoruhodně jednoduchá:

·  Stator : Pevný na místě, vinutý s budicím vinutím (vstupním) a výstupním vinutím sinus/kosinus.

·  Rotor : Vyroben z vrstvených plechů ze silikonové oceli se zuby,  bez vinutí a otáčí se s hřídelí motoru.

1.2 Pracovní princip: Změny vzduchové mezery určují změny signálu

Při přivedení střídavého budícího napětí na budicí vinutí statoru vzniká ve vzduchové mezeře mezi statorem a rotorem střídavé magnetické pole. Jak se rotor otáčí, magnetická reluktance vzduchové mezery se periodicky mění, protože zuby rotoru (výčnělky a vybrání) střídavě procházejí zuby statoru.

Tato změna způsobí, že se indukovaná napětí ve dvou výstupních vinutích (sinus a kosinus) změní v amplitudě - jedno po sinusovém vzoru, druhé po kosinusovém vzoru.

Interpretací těchto dvou signálů může ovladač motoru v každém okamžiku přesně vypočítat absolutní úhlovou polohu rotoru.

1.3 Proč se stal nejlepší volbou pro motory hlavního pohonu EV?

Překladač s proměnnou reluktancí začal 'ovládat' sektor nových energetických vozidel díky následujícím silným stránkám:

·  Extrémně jednoduchá a spolehlivá konstrukce : Žádné vinutí rotoru, žádné kartáče - žádné problémy s opotřebením a jeho teoretická životnost může odpovídat životnosti samotného zařízení.

·  Výjimečná odolnost vůči okolnímu prostředí : Rozsah provozních teplot od -50°C do +155°C, odolný vůči vysokým teplotám, vibracím a znečištění olejem.

·  Silná odolnost proti elektromagnetickému rušení : Na základě principů elektromagnetické indukce je přirozeně imunní vůči drsnému elektromagnetickému prostředí uvnitř motoru.

·  Výstup absolutní polohy : Poskytuje aktuální úhel ihned po zapnutí, bez nutnosti procedury 'navádění'.

2. Proč motor hlavního pohonu vyžaduje 'Přizpůsobený' Resolver?

Někdo by se mohl zeptat: nejsou resolvery standardními standardními součástmi? Proč si nekoupit rovnou hotovou?

Realita není zdaleka tak jednoduchá.  Každý nový hlavní hnací motor energetického vozidla je navržen s jiným výkonem, rychlostí, montážním prostorem a provozními podmínkami – a tyto rozdíly přímo určují, že resolver musí být 'šitý na míru'.

2.1 Montážní rozměry Velmi se liší

Různé motory se dodávají v různých velikostech rámu, od 25 do 300, každý vyžaduje resolver s odpovídajícími rozměry. Způsoby montáže se také liší – montáž do průchozího otvoru, povrchová montáž, montáž na přírubu – každý odpovídá odlišné konstrukci mechanického rozhraní.

2.2 Elektrické parametry se liší

Budicí napětí, budící frekvence, počet pólových párů, transformační poměr - všechny tyto elektrické parametry musí dokonale odpovídat řídicímu systému motoru. Použití resolveru s neshodnými parametry může v nejlepším případě snížit přesnost měření a v nejhorším případě způsobit nefunkčnost celého řídicího systému motoru.

2.3 Požadavky na přesnost se výrazně liší

Přesnost polohy požadovaná pro hnací motor běžného osobního vozidla je zcela odlišná od přesnosti vysoce výkonného vozidla. Čím více párů pólů, tím vyšší přesnost – v rozsahu od 2, 4 do 6 nebo více párů pólů, přičemž přesnost se zlepšuje z 25 obloukových minut na 10 obloukových minut nebo dokonce vyšší.

2.4 Provozní podmínky nejsou jednotné

Některé motory pracují v prostředí chlazeném olejem a vyžadují, aby byl resolver kompatibilní s olejem; jiné sledují extrémně vysoké otáčky, vyžadující podporu pro 20 000 ot./min nebo dokonce vyšší; další vyžadují certifikaci AEC-Q automobilové třídy – každá podmínka klade na resolver odlišné konstrukční požadavky.

3. Přizpůsobení řešitele: Co přesně lze přizpůsobit?

3.1 Mechanické přizpůsobení

·  Vnější rozměry : vnější průměr, délka, pozice montážních otvorů atd.

·  Způsob montáže : průchozí otvor, povrchová montáž nebo přírubový typ.

·  Otvor hřídele rotoru : musí přesně odpovídat průměru hřídele motoru.

·  Specifikace přívodního vodiče : délka vodiče, průřez a typ konektoru.

3.2 Elektrické přizpůsobení

·  Počet párů pólů : klíčový parametr určující rozlišení měření; lze přizpůsobit požadavkům.

·  Budicí napětí : typicky AC 7 Vrms, ale nastavitelné podle potřeby systému.

·  Frekvence buzení : běžně 10 kHz, ale lze specifikovat i jiné frekvence.

·  Transformační poměr : určuje amplitudu výstupního signálu a ovlivňuje zpracování signálu navazujícím dekódovacím čipem.

·  Vstupní/výstupní impedance : musí odpovídat obvodu měniče.

3.3 Přizpůsobení výkonu

·  Stupeň přesnosti : od standardní přesnosti po vysokou přesnost (např. ±4 obloukové minuty).

·  Maximální rychlost otáčení : standardních 20 000 ot./min; vyšší rychlosti lze přizpůsobit.

·  Rozsah provozních teplot : přizpůsobený skutečným pracovním podmínkám.

·  Třída ochrany : např. IP69 nebo vyšší.

3.4 Speciální přizpůsobení

·  Kompatibilita s olejem : speciální materiály a provedení těsnění pro olejem chlazené motory.

·  Tolerance excentricity : patentovaná schémata vinutí pro kompenzaci chyb excentricity montáže.

·  Integrované snímání teploty : volitelný NTC termistor pro kombinovanou detekci polohy a teploty.

4. Proces přizpůsobení: Od požadavků po dodání

Typický proces přizpůsobení resolveru obecně zahrnuje následující fáze:

Krok 1: Komunikace požadavků  – Zákazník poskytne parametry motoru, dostupný prostor, výkonnostní cíle atd.

Krok 2: Návrh řešení  – Dodavatel vyvine elektromagnetické a mechanické návrhy na základě požadavků.

Krok 3: Ověření simulace –  K optimalizaci elektromagnetického výkonu se používá analýza konečných prvků (FEA).

Krok 4: Výroba prototypu  - Vzorky prototypů jsou vyrobeny a testovány na zkušebních stolicích.

Krok 5: Hromadná výroba  – Po ověření se produkt přesune do sériové výroby.

V současné době přední domácí dodavatelé resolverů zkrátili dodací cyklus přizpůsobení na pouhých 4–6 týdnů. Někteří již postavili plně automatizované výrobní linky s roční kapacitou přesahující 1 milion kusů.

5. Průmyslový trend: Domácí substituce nabírá na síle

Trhu špičkových resolverů po dlouhou dobu dominovaly zahraniční značky jako japonská Tamagawa a MinebeaMitsumi. V posledních letech však čínská technologie resolveru zaznamenala významný průlom；Zároveň se rychle rozvíjejí také domácí čipy resolveru-to-digital converter (RDC). Xinchi Semiconductor SC2121 a další produkty dosáhly funkční parity s mezinárodně uznávanými modely a Fengchao Technology také uvedla na trh vysoce výkonné RDC čipy.  Celořetězová domácí substituce – od senzoru po dekódovací čip – se zrychluje.

Závěr

Přestože je rozkladač s proměnnou reluktancí malý, je nepostradatelným základním senzorem v řídicím systému nových hlavních hnacích motorů energetických vozidel. Jeho přizpůsobení přímo ovlivňuje přesnost ovládání motoru, provozní účinnost a spolehlivost.

S pokračujícím růstem odvětví nových energetických vozidel a prohlubováním domácí substituce se služby přizpůsobení resolveru stanou ještě vyspělejšími a efektivnějšími. Pro motorové inženýry se pochopení principů práce a náležitostí přizpůsobení resolverů již stalo povinným kurzem.

Koneckonců,  pouze když je motor vybaven správnými 'oči', vidí jasně a běží stabilně.