VR Resolver vs. Wound Rotor Resolver: Hvilken struktur skal du vælge til EV Resolver-sensorer?

Når et elektrisk køretøj suser forbi dig, drejer motoren – selve bilens 'krafthjerte' – med tusindvis eller endda titusindvis af omdrejninger i minuttet. Inde i dette hjerte ligger en lille, men kritisk vigtig komponent: den resolversensor  (eller blot 'resolver'). Den overvåger konstant rotorens position og hastighed og videresender hver bevægelse til køretøjets controller i realtid. Denne lille sensor fungerer som motorens 'øjne'.

Hvad er forskellen mellem en variabel reluktans (VR) resolver og en sårrotor resolver? Hvilken skal du vælge til EV-motorstyring?

I. Hvad er en resolver, og hvorfor er den uundværlig for elbiler?

En resolver er en vinkelpositionssensor baseret på princippet om elektromagnetisk induktion. Det bruges til nøjagtigt at måle rotorens  vinkelforskydning, rotationshastighed og retning . For permanent magnet synkronmotorer (PMSM'er) skal det elektroniske styresystem kende rotorens præcise position i realtid for at levere de korrekte strømbølgeformer til de trefasede viklinger og derved drive motoren jævnt og effektivt. Vinkelsignalet, der fanges af resolveren, afkodes og føres til motorstyringen, hvilket direkte bestemmer motorens drejningsmomentudgangspræcision og driftsstabilitet.  Uden en resolver kan en EV ikke starte eller køre korrekt.

Blandt de resolversensorer, der i vid udstrækning anvendes i elbiler i dag, er der to hovedtekniske tilgange:  variabel reluktans (VR) resolvere  og  viklet rotor resolvere . Deres arbejdsprincipper og strukturer er meget forskellige.

II. VR Resolver: Spolefri rotor, robust og holdbar

Funktionsprincippet for en VR-resolver er tydeligt anderledes end en traditionel sårrotor-resolver. En konventionel viklet rotoropløser har et ensartet luftgab og er afhængig af ændringen i relativ position mellem rotorsignalviklingen og statorexcitationsviklingen for at beregne rotorvinklen. I modsætning hertil har en VR-resolver  både sine signalviklinger og excitationsviklinger fastgjort på statoren . Rotoren består udelukkende af stablede stållamineringer med tænder - den har ingen viklinger og ingen børster, hvilket opnår  fuldstændig berøringsfri drift.

Når rotoren roterer, bevirker dens fremtrædende poleffekt, at luftgabets permeans varierer sinusformet med rotationsvinklen. Dette inducerer sinus- og cosinusspændingssignaler i de to udgangsviklinger på statoren. Rotorvinklen kan entydigt bestemmes ved at evaluere forholdet mellem disse to signaler.

De vigtigste fordele ved VR-resolvere omfatter:

• Enkel struktur, lavere omkostninger:  Rotoren kræver ingen vikling, har færre dele, bruger modne processer og er billigere at fremstille.

• Ekstremt høj pålidelighed:  Det berøringsfrie design betyder ingen slid og ingen behov for smøring. Den modstår barske forhold som  olieforurening, støv, høj temperatur, luftfugtighed og kraftige vibrationer  - præcis det typiske miljø, hvori en EV-motor fungerer i hele sin levetid.

• Nem integration:  Dens kompakte struktur gør det lettere at integrere med motorens drivsystem.

III. Wound Rotor Resolver: Rotorviklinger, præcision som spydspidsen

Sårrotor-resolveren er den traditionelle form for resolver. Dens struktur ligner en to-faset sår-rotor induktionsmaskine. Både statoren og rotoren har viklinger. Excitationssignalet påføres statormagnetiseringsviklingen, og rotorviklingen fungerer som sekundærsiden og genererer inducerede spændinger gennem elektromagnetisk kobling. Når rotorvinklen ændres, ændres den relative position mellem stator- og rotorviklingerne tilsvarende, og amplituden og fasen af ​​de inducerede spændinger ændres, hvilket muliggør vinkelmåling.

De vigtigste fordele ved sårrotoropløsere inkluderer:

• Højere nøjagtighed:  Antallet af viklingsdrejninger kan designes præcist efter behov, hvilket opnår opløsning på bue-andet-niveau.

• Fremragende linearitet:  Udgangsspændingen opretholder et strengt funktionelt forhold til rotationsvinklen, hvilket giver høj signalkvalitet.

• Rige udgangssignaler:  De kan fremstilles med sinus-cosinus, lineære og andre udgangstyper for at passe til forskellige applikationer.

Imidlertid har rotoren på en viklet rotoropløser viklinger, hvilket gør strukturen mere kompleks og kræver mere krævende monteringsprocesser. Når EV-motorer normalt kører ved 15.000 o/min eller endnu højere, står den dynamiske balance og pålidelighed af rotorviklingerne over for større udfordringer.

IV. Side-by-side sammenligning: Hvilken skal du vælge til elbiler?

Konklusion: VR-resolvere er det foretrukne valg til elbiler.

Årsagen er klar: Køretøjets driftsmiljø kræver ekstrem høj pålidelighed fra sensorer. EV-motorrummet er varmt, olieagtigt og vibrerer kraftigt. Den  berøringsfrie, viklingsfri rotorstruktur  af VR-resolvere giver overvældende pålidelighedsfordele under disse barske forhold. Takket være disse funktioner er VR-resolvere blevet det  almindelige valg for EV-motorpositionssensorer med en penetrationshastighed på over 95 % inden for elektriske køretøjer.

Hvad angår viklede rotoropløsninger, forbliver de uerstattelige i højpræcisionsapplikationer såsom rumfart og avancerede servosystemer. Til højvolumen EV-applikationer, der kræver 'høj pålidelighed + høj omkostningseffektivitet', tilbyder VR-tilgangen dog overlegen samlet værdi.

V. Fire vigtige procespunkter for VR-resolvere af høj kvalitet

At vælge den rigtige tekniske vej er kun halvdelen af ​​kampen. At producere en kvalificeret VR-resolver er afhængig af  solide fremstillingsprocesser . Tag SDM, en virksomhed, der lagde sin VR-resolverproduktion tidligt ud. SDM har etableret et omfattende proceskontrolsystem, der dækker fire kritiske trin: statoroverstøbning, spolevikling, TIG-svejsning og fuld sikkerheds- og elektrisk ydelsesinspektion.

(1) Stator overstøbning

Stator overstøbning bruger præcisionssprøjtestøbning til at coate isoleringsmateriale på overfladen af ​​statorkernen, hvilket giver pålidelig elektrisk isolering og mekanisk beskyttelse af viklingerne. God overstøbning sikrer ikke kun isolering mellem viklinger, men forbedrer også statorens strukturelle styrke, hvilket holder den stabil under langvarige højfrekvente vibrationer. SDM kontrollerer strengt valget af isoleringsmaterialer og sprøjtestøbningsparametre på dette trin for at sikre, at hver stator opfylder kravene til isoleringsydelse.

(2) Spolevikling

VR-resolvere har små indvendige statordiametre og smalle slidser, hvilket gør vikling udfordrende. Højkvalitetsviklinger kræver præcise drejningstællinger, stramt arrangement og ingen krydsinterferens – alt dette er afgørende for resolverens signalnøjagtighed. SDM bruger præcisionsviklingsprocesser for at sikre, at sinus-cosinusviklingerne er viklet med den nøjagtige sinusformede vindingsfordeling, hvilket garanterer signalkvalitet fra kilden.

(3) TIG-svejsning

Blysvejsning er et trin, der er udsat for kvalitetsproblemer i resolverfremstilling. En VR-resolver har seks afledninger (excitation positiv/negativ, sinussignal to linjer, cosinussignal to linjer). Svejsekvaliteten påvirker direkte sensorens tilslutningssikkerhed. SDM bruger TIG (Tungsten Inert Gas)-svejsning til at opnå højstyrke, lav-modstand elektriske forbindelser mellem hver viklingsledning og terminalen, hvilket fundamentalt eliminerer risici såsom kolde samlinger eller løse forbindelser.

(4) Fuldstændig inspektion af sikkerhed og elektrisk ydeevne

Den sidste indgang til kvalitetskontrol er 100% inspektion. SDM udfører en komplet sikkerheds- og elektrisk ydeevnetest på hvert VR-resolverprodukt, der dækker isolationsmodstand, dielektrisk styrke, spolemodstand, transformationsforhold og sinus-cosinus udgangssignalkonsistens. Kun produkter, der består alle inspektionsartikler, bekræftes som kvalificerede og leveres til kunder.

Fra statoroverstøbning til spolevikling, fra TIG-svejsning til fuld sikkerhed og elektrisk inspektion, opretholder SDM høje standarder og strenge krav ved hvert produktionstrin, forpligtet til at levere højkvalitets, højkonsistente VR-resolverprodukter til EV-kunder.

VI. Afsluttende ord

VR-resolvere og viklede rotor-resolvere har hver deres styrker. Men på EV-området, hvor både pålidelighed og omkostninger er ekstremt krævende, skiller VR-resolvere sig ud på grund af deres  robusthed, berøringsfri drift og modne processer , og bliver det almindelige valg for store OEM'er. Når vi ser tilbage på teknologiens rødder, var VR-resolvere ikke oprindeligt designet til biler – de opstod fra rumfarts- og militærindustriens stræben efter absolut pålidelighed under ekstreme forhold. Nu hvor denne teknologi er 'faldet' ind i EV-feltet, opfylder den perfekt motorens kernebehov: 'se præcist, udholde barske forhold og holde længe.'

Det er vigtigt at vælge den rigtige teknologivej, men det er lige så vigtigt at vælge den rigtige leverandør. Fra fremstillingspræcision til kvalitetskontrol er den solide udførelse af hvert procestrin den grundlæggende garanti for, at sensoren 'ikke svigter dig' i den virkelige verden.