De 'Ildrige øjne' af EV-hoveddrevsmotorer – Tilpasning af resolvere med variabel reluktans

Introduktion: Et uundværligt 'øje' til motorisk kontrol

I drivmotoren til nye energikøretøjer er der en upåfaldende, men kritisk vigtig komponent - variabel reluktans resolver  (ofte forkortet til 'resolver'). Den fungerer som motorens 'øje' og fortæller konstant til motorstyringen: 'Hvor er rotoren placeret nu? Hvad er rotationshastigheden?'

Uden dette 'øje' kan synkronmotorer med permanent magnet ikke opnå præcis kommuteringskontrol, hvilket resulterer i grov, rykvis effekt - eller endda fuldstændig funktionssvigt. Data viser, at gennemtrængningsraten for resolvere i de primære drivmotorer i nye energi-passagerbiler er så høj som  78,6 %  - hvilket betyder, at næsten alle nye energikøretøjers hoveddrivmotorer er udstyret med en.

Så hvordan fungerer denne lille sensor egentlig? Hvorfor skal det 'tilpasses'? Og hvilke nøgleparametre skal du være opmærksom på under tilpasningen?

1. Hvad er en variabel reluktansresolver?

1.1 Fra transformer til resolver

Alle kender til 'transformatoren' - den stiger spændingen op eller ned. En resolver kan opfattes som en avanceret version af en transformer: Mens en konventionel transformer udsender en fast spænding, udsender en resolver en spænding, der varierer med rotorens rotationsvinkel.

Variabel reluktansresolver er den mest udbredte type. Dens kernestruktur er bemærkelsesværdig enkel:

·  Stator : Fastgjort på plads, viklet med en excitationsvikling (input) og sinus/cosinus udgangsviklinger.

·  Rotor : Fremstillet af stablede siliciumstål lamineringer med tænder,  uden viklinger overhovedet , og roterer med motorakslen.

1.2 Arbejdsprincip: Air-Gap-ændringer bestemmer signalændringer

Når en AC-excitationsspænding påføres statorens excitationsvikling, genereres et vekslende magnetfelt i luftgabet mellem statoren og rotoren. Når rotoren drejer, ændres den magnetiske reluktans af luftspalten periodisk, fordi rotortænderne (fremspring og fordybninger) skiftevis passerer statortænderne.

Denne variation får de inducerede spændinger i de to udgangsviklinger (sinus og cosinus) til at ændre sig i amplitude - den ene følger et sinusmønster, den anden et cosinusmønster.

Ved at fortolke disse to signaler kan motorstyringen nøjagtigt beregne rotorens absolutte vinkelposition til enhver tid.

1.3 Hvorfor er det blevet det bedste valg for EV-hoveddrevsmotorer?

Den variable modvilje-resolver er kommet til at 'dominere' den nye energikøretøjssektor takket være følgende styrker:

·  Ekstremt enkel og pålidelig konstruktion : Ingen rotorviklinger, ingen børster - ingen slidproblemer, og dets teoretiske levetid kan matche selve udstyrets levetid.

·  Enestående miljømæssig modstandsdygtighed : Driftstemperaturområde fra -50°C til +155°C, modstandsdygtig over for høje temperaturer, vibrationer og olieforurening.

·  Stærk elektromagnetisk interferensimmunitet : Baseret på elektromagnetiske induktionsprincipper er den naturligt immun over for det barske elektromagnetiske miljø inde i motoren.

·  Absolut positionsoutput : Giver den aktuelle vinkel umiddelbart efter opstart, uden behov for en 'homing'-procedure.

2. Hvorfor kræver hoveddrevets motor en 'tilpasset' resolver?

Nogle vil måske spørge: er resolvere ikke standardkomponenter? Hvorfor ikke bare købe en færdiglavet?

Virkeligheden er langt fra så enkel.  Hver ny energikøretøjs hoveddrivmotor er designet med forskellig kraft, hastighed, monteringsplads og driftsbetingelser - og disse forskelle bestemmer direkte, at resolveren skal være 'skræddersyet'.

2.1 Monteringsdimensioner varierer meget

Forskellige motorer kommer i forskellige rammestørrelser, fra 25 til 300, der hver kræver en resolver med matchende dimensioner. Monteringsmetoder er også forskellige - montering gennem hul, overflademontering, flangemontering - hver svarer til et andet mekanisk interfacedesign.

2.2 Elektriske parametre er forskellige

Excitationsspænding, excitationsfrekvens, antal polpar, transformationsforhold - alle disse elektriske parametre skal passe perfekt til motorstyringssystemet. Brug af en resolver med uoverensstemmende parametre kan i bedste fald reducere målenøjagtigheden og i værste fald gøre hele motorstyringssystemet ubrugeligt.

2.3 Nøjagtighedskrav varierer betydeligt

Den positionsnøjagtighed, der kræves for et almindeligt passagerkøretøjs drivmotor, er helt anderledes end for et højtydende køretøj. Jo flere polpar, jo højere nøjagtighed - fra 2, 4 til 6 eller flere polpar, med en nøjagtighed, der forbedres fra 25 bueminutter til 10 bueminutter eller endnu højere.

2.4 Driftsbetingelser er ikke ensartede

Nogle motorer fungerer i oliekølede miljøer, hvilket kræver, at resolveren er oliekompatibel; andre forfølger ekstremt høje hastigheder, hvilket kræver støtte til 20.000 o/min eller endnu højere; atter andre kræver automotive-grade AEC-Q certificering - hver betingelse stiller forskellige designkrav til resolveren.

3. Resolvertilpasning: Hvad kan præcist tilpasses?

3.1 Mekanisk tilpasning

·  Udvendige mål : ydre diameter, længde, monteringshulpositioner osv.

·  Monteringsmetode : gennemgående hul, overflademontering eller flangetype.

·  Rotorakselåbning : skal nøjagtigt matche motorakslens diameter.

·  Specifikationer for ledningstråd : ledningslængde, tykkelse og konnektortype.

3.2 Elektrisk tilpasning

·  Antal polpar : en nøgleparameter, der bestemmer måleopløsning; kan tilpasses efter behov.

·  Excitationsspænding : typisk AC 7 Vrms, men justerbar efter systembehov.

·  Excitationsfrekvens : sædvanligvis 10 kHz, men andre frekvenser kan specificeres.

·  Transformationsforhold : bestemmer udgangssignalets amplitude, hvilket påvirker signalbehandlingen af ​​den nedstrøms dekodningschip.

·  Indgangs-/udgangsimpedans : skal passe til drevkredsløbet.

3.3 Ydeevnetilpasning

·  Nøjagtighedsgrad : fra standardpræcision til høj præcision (f.eks. ±4 bueminutter) tilgængelig.

·  Maksimal rotationshastighed : standard 20.000 rpm; højere hastigheder kan tilpasses.

·  Driftstemperaturområde : skræddersyet til de faktiske arbejdsforhold.

·  Beskyttelsesklasse : f.eks. IP69 eller højere.

3.4 Særlige tilpasninger

·  Oliekompatibilitet : specielle materialer og tætningsdesign til oliekølede motorer.

·  Excentricitetstolerance : patenterede viklingssystemer for at kompensere for monteringsexcentricitetsfejl.

·  Integreret temperaturføling : valgfri NTC termistor til kombineret positions- og temperaturdetektion.

4. Tilpasningsproces: Fra krav til levering

En typisk resolvertilpasningsproces omfatter generelt følgende trin:

Trin 1: Krav Kommunikation  -Kunden oplyser motorparametre, ledig plads, ydeevnemål mv.

Trin 2: Løsningsdesign  - Leverandøren udvikler de elektromagnetiske og mekaniske design ud fra kravene.

Trin 3: Simuleringsbekræftelse  -Finite element analyse (FEA) bruges til at optimere den elektromagnetiske ydeevne.

Trin 4: Prototypefremstilling  -Prototypeprøver produceres og testes på testbænke.

Trin 5: Masseproduktion  - Efter validering går produktet over i volumenproduktion.

I øjeblikket har førende indenlandske resolverleverandører forkortet tilpasningsleveringscyklussen til så lidt som 4-6 uger. Nogle har allerede bygget fuldautomatiske produktionslinjer med en årlig kapacitet på over 1 million enheder.

5. Branchetendens: Indenlandsk substitution tager fart

I lang tid var high-end resolver-markedet domineret af udenlandske mærker som Japans Tamagawa og MinebeaMitsumi. Men i de senere år har kinesisk resolverteknologi gjort betydelige gennembrud；Samtidig går de indenlandske resolver-til-digitalkonverter-chips (RDC) også hurtigt frem. Xinchi Semiconductors SC2121 og andre produkter har opnået funktionel paritet med internationalt anerkendte modeller, og Fengchao Technology har også lanceret højtydende RDC-chips.  Den indenlandske substitution i fuld kæde - fra sensor til afkodningschip - accelererer.

Konklusion

Selvom den er lille i størrelsen, er den variable reluktansresolver en uundværlig kernesensor i styresystemet til nye energikøretøjers hoveddrevmotorer. Dens tilpasning påvirker direkte motorens kontrolnøjagtighed, driftseffektivitet og pålidelighed.

Med den fortsatte vækst i den nye energikøretøjsindustri og uddybningen af ​​indenlandsk substitution vil resolvertilpasningstjenester blive endnu mere modne og effektive. For motoringeniører er det allerede blevet et obligatorisk kursus at forstå arbejdsprincipperne og de væsentlige tilpasninger af resolvere.

Når alt kommer til alt,  er det kun, når motoren er udstyret med de rigtige 'øjne', den kan se klart og køre stabilt.