VR-Resolver vs. Resolver mit gewickeltem Rotor: Welche Struktur sollten Sie für EV-Resolver-Sensoren wählen?

Wenn ein Elektrofahrzeug an Ihnen vorbeisaust, dreht sich der Motor – das eigentliche „Kraftherz“ des Autos – mit Tausenden oder sogar Zehntausenden Umdrehungen pro Minute. In diesem Herzen liegt eine kleine, aber äußerst wichtige Komponente: das Resolver-Sensor  (oder einfach „Resolver“). Es überwacht ständig die Position und Geschwindigkeit des Rotors und übermittelt jede Bewegung in Echtzeit an die Fahrzeugsteuerung. Dieser winzige Sensor fungiert als „Auge“ des Motors.

Was ist der Unterschied zwischen einem Resolver mit variabler Reluktanz (VR) und einem Resolver mit gewickeltem Rotor? Welches sollten Sie für die Steuerung von Elektrofahrzeugmotoren wählen?

I. Was ist ein Resolver und warum ist er für Elektrofahrzeuge unverzichtbar?

Ein Resolver ist ein Winkelpositionssensor, der auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion basiert. Es wird verwendet, um die des Rotors genau zu messen  Winkelverschiebung, Drehzahl und Richtung . Bei Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSMs) muss das elektronische Steuerungssystem die genaue Position des Rotors in Echtzeit kennen, um die richtigen Stromwellenformen an die dreiphasigen Wicklungen zu liefern und so den Motor reibungslos und effizient anzutreiben. Das vom Resolver erfasste Winkelsignal wird dekodiert und der Motorsteuerung zugeführt, wodurch direkt die Drehmomentausgangsgenauigkeit und Betriebsstabilität des Motors bestimmt werden.  Ohne einen Resolver kann ein Elektrofahrzeug nicht richtig starten oder laufen.

Unter den heute in Elektrofahrzeugen weit verbreiteten Resolversensoren gibt es zwei hauptsächliche technische Ansätze:  Resolver mit variabler Reluktanz (VR)  und  Resolver mit gewickeltem Rotor . Ihre Arbeitsprinzipien und Strukturen unterscheiden sich erheblich.

II. VR-Resolver: Spulenfreier Rotor, robust und langlebig

Das Funktionsprinzip eines VR-Resolvers unterscheidet sich deutlich von dem eines herkömmlichen Resolvers mit gewickeltem Rotor. Ein herkömmlicher Resolver mit gewickeltem Rotor hat einen gleichmäßigen Luftspalt und basiert auf der Änderung der relativen Position zwischen der Rotorsignalwicklung und der Statorerregerwicklung, um den Rotorwinkel zu berechnen. Im Gegensatz dazu sind bei einem VR-Resolver  sowohl die Signalwicklungen als auch die Erregerwicklungen am Stator befestigt . Der Rotor besteht ausschließlich aus gestapelten Stahllamellen mit Zähnen – er hat keine Wicklungen und keine Bürsten, wodurch ein  völlig berührungsloser Betrieb erreicht wird.

Wenn sich der Rotor dreht, bewirkt sein ausgeprägter Poleffekt, dass sich die Luftspaltpermeanz sinusförmig mit dem Drehwinkel ändert. Dadurch werden in den beiden Ausgangswicklungen des Stators Sinus- und Cosinus-Spannungssignale induziert. Durch Auswertung des Verhältnisses dieser beiden Signale kann der Rotorwinkel eindeutig bestimmt werden.

Zu den Hauptvorteilen von VR-Resolvern gehören:

• Einfache Struktur, geringere Kosten:  Der Rotor erfordert keine Wicklung, besteht aus weniger Teilen, nutzt ausgereifte Prozesse und ist kostengünstiger in der Herstellung.

• Extrem hohe Zuverlässigkeit:  Das berührungslose Design bedeutet keinen Verschleiß und keine Schmierung erforderlich. Es widersteht rauen Bedingungen wie  Ölverschmutzung, Staub, hohen Temperaturen, Feuchtigkeit und starken Vibrationen  – genau der typischen Umgebung, in der ein Elektrofahrzeugmotor während seiner gesamten Lebensdauer betrieben wird.

• Einfache Integration:  Seine kompakte Struktur erleichtert die Integration in das Motorantriebssystem.

III. Wound Rotor Resolver: Rotorwicklungen, Präzision als Speerspitze

Der Resolver mit gewickeltem Rotor ist die traditionelle Form des Resolvers. Sein Aufbau ähnelt dem einer Zweiphasen-Induktionsmaschine mit gewickeltem Rotor. Sowohl der Stator als auch der Rotor verfügen über Wicklungen. Das Erregersignal wird an die Erregerwicklung des Stators angelegt, und die Rotorwicklung fungiert als Sekundärseite und erzeugt durch elektromagnetische Kopplung induzierte Spannungen. Wenn sich der Rotorwinkel ändert, ändert sich entsprechend die relative Position zwischen den Stator- und Rotorwicklungen und die Amplitude und Phase der induzierten Spannungen ändern sich, was eine Winkelmessung ermöglicht.

Zu den Hauptvorteilen von Resolvern mit gewickeltem Rotor gehören:

• Höhere Genauigkeit:  Die Anzahl der Wicklungswindungen kann je nach Bedarf präzise ausgelegt werden, wodurch eine Auflösung im Bogensekundenbereich erreicht wird.

• Hervorragende Linearität:  Die Ausgangsspannung steht in enger funktionaler Beziehung zum Drehwinkel und sorgt so für eine hohe Signalqualität.

• Reichhaltige Ausgangssignale:  Sie können mit Sinus-Cosinus-, linearen und anderen Ausgangstypen hergestellt werden, um verschiedenen Anwendungen gerecht zu werden.

Allerdings verfügt der Rotor eines Resolvers mit gewickeltem Rotor über Wicklungen, was die Struktur komplexer macht und anspruchsvollere Montageprozesse erfordert. Wenn EV-Motoren üblicherweise mit 15.000 U/min oder sogar mehr laufen, stehen das dynamische Gleichgewicht und die Zuverlässigkeit der Rotorwicklungen vor größeren Herausforderungen.

IV. Direkter Vergleich: Welches sollten Sie für Elektrofahrzeuge wählen?

Fazit: VR-Resolver sind die bevorzugte Wahl für Elektrofahrzeuge.

Der Grund liegt auf der Hand: Die Betriebsumgebung des Fahrzeugs erfordert eine extrem hohe Zuverlässigkeit der Sensoren. Der Motorraum des Elektrofahrzeugs ist heiß, ölig und vibriert stark. Die  berührungslose, wicklungsfreie Rotorstruktur  von VR-Resolvern bietet unter diesen rauen Bedingungen überwältigende Zuverlässigkeitsvorteile. Dank dieser Funktionen sind VR-Resolver zur  gängigen Wahl für Positionssensoren für Elektrofahrzeugmotoren geworden, mit einer Verbreitungsrate von über 95 % im Bereich Elektrofahrzeuge.

Resolver mit gewickeltem Rotor bleiben in hochpräzisen Anwendungen wie der Luft- und Raumfahrt und High-End-Servosystemen unersetzlich. Für großvolumige Elektrofahrzeuganwendungen, die „hohe Zuverlässigkeit + hohe Kosteneffizienz“ erfordern, bietet der VR-Ansatz jedoch einen überlegenen Gesamtwert.

V. Vier wichtige Prozesspunkte für hochwertige VR-Resolver

Die Wahl des richtigen technischen Weges ist nur die halbe Miete. Die Herstellung eines qualifizierten VR-Resolvers ist auf  solide Fertigungsprozesse angewiesen . Nehmen Sie SDM, ein Unternehmen, das seine VR-Resolver-Produktion schon früh geplant hat. SDM hat ein umfassendes Prozesskontrollsystem eingerichtet, das vier kritische Schritte abdeckt: Statorumspritzung, Spulenwicklung, WIG-Schweißen sowie vollständige Sicherheits- und elektrische Leistungsprüfung.

(1) Umspritzen des Stators

Beim Umspritzen des Stators wird Präzisionsspritzguss verwendet, um Isoliermaterial auf die Oberfläche des Statorkerns aufzutragen und so eine zuverlässige elektrische Isolierung und mechanischen Schutz für die Wicklungen zu gewährleisten. Eine gute Umspritzung gewährleistet nicht nur die Isolierung zwischen den Wicklungen, sondern erhöht auch die strukturelle Festigkeit des Stators und hält ihn bei langfristigen hochfrequenten Vibrationen stabil. SDM kontrolliert in diesem Schritt streng die Auswahl der Isoliermaterialien und Spritzgussparameter, um sicherzustellen, dass jeder Stator die Anforderungen an die Isolierleistung erfüllt.

(2) Spulenwicklung

VR-Resolver haben kleine Statorinnendurchmesser und schmale Schlitze, was das Wickeln zu einer Herausforderung macht. Hochwertige Wicklungen erfordern eine präzise Windungszahl, eine enge Anordnung und keine Querinterferenzen – alles Faktoren, die für die Signalgenauigkeit des Resolvers von entscheidender Bedeutung sind. SDM verwendet Präzisionswickelprozesse, um sicherzustellen, dass die Sinus-Cosinus-Wicklungen mit der exakten sinusförmigen Windungsverteilung gewickelt werden, wodurch die Signalqualität von der Quelle gewährleistet wird.

(3) WIG-Schweißen

Das Bleischweißen ist ein Schritt, der bei der Herstellung von Resolvern zu Qualitätsproblemen führen kann. Ein VR-Resolver hat sechs Leitungen (Erregung positiv/negativ, Sinussignal zwei Leitungen, Cosinussignal zwei Leitungen). Die Schweißqualität hat direkten Einfluss auf die Verbindungszuverlässigkeit des Sensors. SDM verwendet WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgas-Schweißen), um hochfeste elektrische Verbindungen mit geringem Widerstand zwischen jedem Wicklungsleiter und dem Anschluss herzustellen, wodurch Risiken wie Kaltverbindungen oder lose Verbindungen grundsätzlich ausgeschlossen werden.

(4) Vollständige Sicherheits- und elektrische Leistungsprüfung

Der letzte Schritt der Qualitätskontrolle ist die 100 %-Prüfung. SDM führt für jedes VR-Resolverprodukt einen vollständigen Sicherheits- und elektrischen Leistungstest durch, der Isolationswiderstand, Spannungsfestigkeit, Spulenwiderstand, Übersetzungsverhältnis und Sinus-Cosinus-Ausgangssignalkonsistenz umfasst. Nur Produkte, die alle Prüfpunkte bestehen, werden als qualifiziert bestätigt und an Kunden geliefert.

Von der Umspritzung des Stators bis zur Spulenwicklung, vom WIG-Schweißen bis hin zur vollständigen Sicherheits- und Elektroprüfung hält SDM bei jedem Herstellungsschritt hohe Standards und strenge Anforderungen ein und ist bestrebt, seinen EV-Kunden qualitativ hochwertige VR-Resolverprodukte mit hoher Konsistenz bereitzustellen.

VI. Letzte Worte

VR-Resolver und Wickelrotor-Resolver haben jeweils ihre Stärken. Im Elektrofahrzeugbereich, wo sowohl Zuverlässigkeit als auch Kosten äußerst anspruchsvoll sind, zeichnen sich VR-Resolver jedoch durch ihre  Robustheit, den berührungslosen Betrieb und ausgereifte Prozesse aus und werden zur Mainstream-Wahl für große OEMs. Rückblickend auf die Wurzeln der Technologie: VR-Resolver wurden ursprünglich nicht für Automobile entwickelt – sie entstanden aus dem Streben der Luft- und Raumfahrt- und Militärindustrie nach absoluter Zuverlässigkeit unter extremen Bedingungen. Nachdem diese Technologie nun auch im Elektrofahrzeugbereich „Einzug gehalten“ hat, erfüllt sie perfekt die Kernanforderungen des Motors: „genau sehen, rauen Bedingungen standhalten und lange halten.“

Die Wahl des richtigen Technologiepfads ist wichtig, aber die Wahl des richtigen Lieferanten ist ebenso wichtig. Von der Fertigungspräzision bis zur Qualitätskontrolle ist die solide Ausführung jedes Prozessschritts die grundlegende Garantie dafür, dass der Sensor Sie im realen Einsatz „nicht im Stich lässt“.