Τα 'Fiery Eyes' των EV Main Drive Motors – Προσαρμογή ρυθμιστών μεταβλητής απροθυμίας

Εισαγωγή: Ένα απαραίτητο 'Μάτι' για τον έλεγχο κινητήρα

Στον κινητήρα κίνησης των οχημάτων νέας ενέργειας, υπάρχει ένα δυσδιάκριτο αλλά εξαιρετικά σημαντικό στοιχείο -το επιλύτης μεταβλητής απροθυμίας  (συχνά συντομεύεται σε 'resolver'). Λειτουργεί ως το 'μάτι' του κινητήρα, λέγοντας συνεχώς στον ελεγκτή του κινητήρα: 'Πού είναι τοποθετημένος ο ρότορας τώρα; Ποια είναι η ταχύτητα περιστροφής;'

Χωρίς αυτό το 'μάτι', οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη δεν μπορούν να επιτύχουν ακριβή έλεγχο εναλλαγής, με αποτέλεσμα τραχιά, σπασμωδική απόδοση ισχύος -ή ακόμη και πλήρη αστοχία λειτουργίας. Τα δεδομένα δείχνουν ότι ο ρυθμός διείσδυσης των αναλυτών στους κινητήρες κύριας μετάδοσης κίνησης των επιβατικών οχημάτων νέας ενέργειας είναι τόσο υψηλός όσο  78,6%  -που σημαίνει ότι σχεδόν ο κύριος κινητήρας κίνησης κάθε νέου ενεργειακού οχήματος είναι εξοπλισμένος με έναν κινητήρα.

Λοιπόν, πώς λειτουργεί πραγματικά αυτός ο μικροσκοπικός αισθητήρας; Γιατί πρέπει να είναι 'προσαρμοσμένο'; Και ποιες βασικές παραμέτρους πρέπει να προσέχετε κατά την προσαρμογή;

1. Τι είναι το Variable Reluctance Resolver;

1.1 Από τον μετασχηματιστή στον αναλυτή

Όλοι είναι εξοικειωμένοι με τον 'μετασχηματιστή' - ανεβάζει ή μειώνει την τάση. Ένας αναλυτής μπορεί να θεωρηθεί ως μια προηγμένη έκδοση ενός μετασχηματιστή: ενώ ένας συμβατικός μετασχηματιστής εξάγει μια σταθερή τάση, ένας αναλυτής εξάγει μια τάση που ποικίλλει ανάλογα με τη γωνία περιστροφής του ρότορα.

Ο επιλύτης μεταβλητής απροθυμίας είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος. Η βασική του δομή είναι εξαιρετικά απλή:

·  Στάτης : Στερεωμένος στη θέση του, τυλιγμένος με περιέλιξη διέγερσης (είσοδος) και τυλίγματα εξόδου ημιτονοειδούς/συνημίτονου.

·  Ρότορας : Κατασκευασμένος από στοιβαγμένα ελάσματα πυριτίου με δόντια,  που δεν περιέχουν καθόλου περιελίξεις και περιστρέφεται με τον άξονα του κινητήρα.

1.2 Αρχή εργασίας: Οι αλλαγές στο διάκενο αέρα καθορίζουν τις αλλαγές σήματος

Όταν εφαρμόζεται τάση διέγερσης εναλλασσόμενου ρεύματος στην περιέλιξη διέγερσης του στάτη, δημιουργείται ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο στο διάκενο αέρα μεταξύ του στάτορα και του ρότορα. Καθώς ο ρότορας περιστρέφεται, η μαγνητική απροθυμία του διακένου αέρα αλλάζει περιοδικά επειδή τα δόντια του ρότορα (προεξοχές και εσοχές) περνούν εναλλάξ τα δόντια του στάτορα.

Αυτή η διακύμανση αναγκάζει τις επαγόμενες τάσεις στις δύο περιελίξεις εξόδου (ημιτονοειδές και συνημιτονικό) να αλλάξουν σε πλάτος - η μία ακολουθεί ένα ημιτονοειδές σχέδιο, η άλλη ένα σχέδιο συνημιτόνου.

Ερμηνεύοντας αυτά τα δύο σήματα, ο ελεγκτής κινητήρα μπορεί να υπολογίσει με ακρίβεια την απόλυτη γωνιακή θέση του ρότορα ανά πάσα στιγμή.

1.3 Γιατί έχει γίνει η κορυφαία επιλογή για κινητήρες κύριας μετάδοσης κίνησης EV;

Ο επιλύτης μεταβλητής απροθυμίας έφτασε να 'κυριαρχήσει' στον τομέα των νέων ενεργειακών οχημάτων χάρη στα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

·  Εξαιρετικά απλή και αξιόπιστη κατασκευή : Χωρίς περιελίξεις ρότορα, χωρίς βούρτσες - χωρίς προβλήματα φθοράς και η θεωρητική διάρκεια ζωής του μπορεί να ταιριάζει με αυτή του ίδιου του εξοπλισμού.

·  Εξαιρετική περιβαλλοντική ανθεκτικότητα : Εύρος θερμοκρασιών λειτουργίας από -50°C έως +155°C, ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες, κραδασμούς και μόλυνση λαδιού.

·  Ισχυρή ατρωσία ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών : Με βάση τις αρχές ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, είναι φυσικά ανοσία στο σκληρό ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον μέσα στον κινητήρα.

·  Έξοδος απόλυτης θέσης : Παρέχει την τρέχουσα γωνία αμέσως μετά την ενεργοποίηση, χωρίς να χρειάζεται διαδικασία 'homing'.

2. Γιατί ο κινητήρας κύριας μονάδας δίσκου απαιτεί 'Προσαρμοσμένο' αναλυτή;

Κάποιοι μπορεί να αναρωτηθούν: δεν είναι οι αναλυτές τυπικά εξαρτήματα εκτός ραφιού; Γιατί να μην αγοράσετε απλά ένα έτοιμο;

Η πραγματικότητα απέχει πολύ από το να είναι τόσο απλή.  Κάθε νέος κινητήρας κύριας μετάδοσης ενέργειας οχήματος έχει σχεδιαστεί με διαφορετική ισχύ, ταχύτητα, χώρο τοποθέτησης και συνθήκες λειτουργίας - και αυτές οι διαφορές καθορίζουν άμεσα ότι ο αναλυτής πρέπει να είναι «κατασκευασμένος στα μέτρα σας».

2.1 Οι διαστάσεις τοποθέτησης ποικίλλουν ευρέως

Διαφορετικοί κινητήρες διατίθενται σε διαφορετικά μεγέθη πλαισίου, από 25 έως 300, καθένας από τους οποίους απαιτεί έναν αναλυτή με αντίστοιχες διαστάσεις. Οι μέθοδοι στερέωσης διαφέρουν επίσης -τοποθέτηση μέσω οπής, επιφανειακή τοποθέτηση, τοποθέτηση με φλάντζα-η καθεμία αντιστοιχεί σε διαφορετικό σχεδιασμό μηχανικής διεπαφής.

2.2 Οι ηλεκτρικές παράμετροι διαφέρουν

Τάση διέγερσης, συχνότητα διέγερσης, αριθμός ζευγών πόλων, λόγος μετασχηματισμού - όλες αυτές οι ηλεκτρικές παράμετροι πρέπει να ταιριάζουν απόλυτα με το σύστημα ελέγχου κινητήρα. Η χρήση ενός αναλυτή με αναντιστοιχίες παραμέτρων μπορεί, στην καλύτερη περίπτωση, να μειώσει την ακρίβεια της μέτρησης και στη χειρότερη να καταστήσει μη λειτουργικό ολόκληρο το σύστημα ελέγχου κινητήρα.

2.3 Οι απαιτήσεις ακρίβειας ποικίλλουν σημαντικά

Η ακρίβεια θέσης που απαιτείται για τον κινητήρα κίνησης ενός κύριου επιβατικού οχήματος είναι εντελώς διαφορετική από αυτή ενός οχήματος υψηλών επιδόσεων. Όσο περισσότερα ζεύγη πόλων, τόσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια - που κυμαίνεται από 2, 4, έως 6 ή περισσότερα ζεύγη πόλων, με την ακρίβεια να βελτιώνεται από 25 λεπτά τόξου σε 10 λεπτά τόξου ή και υψηλότερη.

2.4 Οι συνθήκες λειτουργίας δεν είναι ομοιόμορφες

Μερικοί κινητήρες λειτουργούν σε περιβάλλοντα με ψύξη λαδιού, απαιτώντας από τον αναλυτή να είναι συμβατός με λάδι. Άλλοι επιδιώκουν εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες, απαιτώντας υποστήριξη για 20.000 rpm ή ακόμα υψηλότερες. άλλα απαιτούν πιστοποίηση AEC-Q κατηγορίας αυτοκινήτου -κάθε συνθήκη επιβάλλει ξεχωριστές απαιτήσεις σχεδιασμού στον αναλυτή.

3. Προσαρμογή επίλυσης: Τι ακριβώς μπορεί να προσαρμοστεί;

3.1 Μηχανική προσαρμογή

·  Εξωτερικές διαστάσεις : εξωτερική διάμετρος, μήκος, θέσεις οπών στερέωσης κ.λπ.

·  Μέθοδος τοποθέτησης : τύπος διαμπερούς οπής, επιφανειακής τοποθέτησης ή φλάντζας.

·  Άνοιγμα άξονα ρότορα : πρέπει να ταιριάζει ακριβώς με τη διάμετρο του άξονα του κινητήρα.

·  Προδιαγραφές καλωδίου μολύβδου : μήκος σύρματος, μετρητής και τύπος συνδετήρα.

3.2 Ηλεκτρική προσαρμογή

·  Αριθμός ζευγών πόλων : μια βασική παράμετρος που καθορίζει την ανάλυση της μέτρησης. μπορεί να προσαρμοστεί στις απαιτήσεις.

·  Τάση διέγερσης : τυπικά AC 7 Vrms, αλλά ρυθμιζόμενη ανά ανάγκες συστήματος.

·  Συχνότητα διέγερσης : συνήθως 10 kHz, αλλά μπορούν να καθοριστούν και άλλες συχνότητες.

·  Αναλογία μετασχηματισμού : καθορίζει το πλάτος του σήματος εξόδου, επηρεάζοντας την επεξεργασία του σήματος του τσιπ αποκωδικοποίησης κατάντη.

·  Αντίσταση εισόδου/εξόδου : πρέπει να ταιριάζει με το κύκλωμα κίνησης.

3.3 Προσαρμογή απόδοσης

·  Βαθμός ακρίβειας : από τυπική ακρίβεια έως υψηλή ακρίβεια (π.χ. ±4 λεπτά τόξου) διαθέσιμη.

·  Μέγιστη ταχύτητα περιστροφής : τυπική 20.000 rpm; υψηλότερες ταχύτητες μπορούν να προσαρμοστούν.

·  Εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας : προσαρμοσμένο στις πραγματικές συνθήκες εργασίας.

·  Κατηγορία προστασίας : π.χ. IP69 ή υψηλότερη.

3.4 Ειδικές προσαρμογές

·  Συμβατότητα λαδιού : ειδικά υλικά και σχέδια στεγανοποίησης για πετρελαιοψυκτικούς κινητήρες.

·  Ανοχή εκκεντρικότητας : κατοχυρωμένα με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας σχέδια περιέλιξης για την αντιστάθμιση σφαλμάτων εκκεντρικότητας τοποθέτησης.

·  Ενσωματωμένη ανίχνευση θερμοκρασίας : προαιρετικό θερμίστορ NTC για συνδυαστική ανίχνευση θέσης και θερμοκρασίας.

4. Διαδικασία προσαρμογής: Από τις απαιτήσεις έως την παράδοση

Μια τυπική διαδικασία προσαρμογής επίλυσης περιλαμβάνει γενικά τα ακόλουθα στάδια:

Βήμα 1: Επικοινωνία απαιτήσεων  - Ο πελάτης παρέχει παραμέτρους κινητήρα, διαθέσιμο χώρο, στόχους απόδοσης κ.λπ.

Βήμα 2: Σχεδιασμός Λύσης  - Ο προμηθευτής αναπτύσσει τα ηλεκτρομαγνητικά και μηχανικά σχέδια με βάση τις απαιτήσεις.

Βήμα 3: Επαλήθευση προσομοίωσης -  Η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEA) χρησιμοποιείται για τη βελτιστοποίηση της ηλεκτρομαγνητικής απόδοσης.

Βήμα 4: Κατασκευή πρωτοτύπων  - Τα δείγματα πρωτοτύπων παράγονται και δοκιμάζονται σε πάγκους δοκιμών.

Βήμα 5: Μαζική Παραγωγή  - Μετά την επικύρωση, το προϊόν περνά στην παραγωγή όγκου.

Επί του παρόντος, κορυφαίοι εγχώριοι προμηθευτές επίλυσης έχουν συντομεύσει τον κύκλο παράδοσης προσαρμογής σε μόλις 4-6 εβδομάδες. Ορισμένοι έχουν ήδη κατασκευάσει πλήρως αυτοματοποιημένες γραμμές παραγωγής με ετήσια δυναμικότητα που υπερβαίνει το 1 εκατομμύριο μονάδες.

5. Τάση κλάδου: Η εγχώρια υποκατάσταση κερδίζει ορμή

Για μεγάλο χρονικό διάστημα, η αγορά των high-end αναλυτών κυριαρχούνταν από ξένες μάρκες όπως η ιαπωνική Tamagawa και η MinebeaMitsumi. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια, η κινεζική τεχνολογία αναλυτών έχει σημειώσει σημαντικές ανακαλύψεις. Ταυτόχρονα, τα εγχώρια τσιπ από αναλυτή σε ψηφιακό μετατροπέα (RDC) προχωρούν επίσης γρήγορα. Το SC2121 της Xinchi Semiconductor και άλλα προϊόντα έχουν επιτύχει λειτουργική ισοτιμία με διεθνούς φήμης μοντέλα και η Fengchao Technology έχει επίσης λανσάρει τσιπ RDC υψηλής απόδοσης.  Η οικιακή αντικατάσταση πλήρους αλυσίδας -από τον αισθητήρα στο τσιπ αποκωδικοποίησης- επιταχύνεται.

Σύναψη

Αν και μικρό σε μέγεθος, ο αναλυτής μεταβλητής απροθυμίας είναι ένας απαραίτητος αισθητήρας πυρήνα στο σύστημα ελέγχου των κινητήρων κύριας μετάδοσης κίνησης οχημάτων νέας ενέργειας. Η προσαρμογή του επηρεάζει άμεσα την ακρίβεια ελέγχου, την απόδοση λειτουργίας και την αξιοπιστία του κινητήρα.

Με τη συνεχή ανάπτυξη της βιομηχανίας νέων ενεργειακών οχημάτων και την εμβάθυνση της εγχώριας υποκατάστασης, οι υπηρεσίες προσαρμογής αναλυτών θα γίνουν ακόμη πιο ώριμες και αποτελεσματικές. Για τους μηχανικούς κινητήρων, η κατανόηση των αρχών λειτουργίας και των βασικών στοιχείων προσαρμογής των επιλυτών έχει ήδη γίνει υποχρεωτικό μάθημα.

Εξάλλου,  μόνο όταν ο κινητήρας έχει τα σωστά 'μάτια' μπορεί να δει καθαρά και να λειτουργεί σταθερά.