Sähköajoneuvojen pääkäyttömoottoreiden 'Fiery Eyes' – muuttuvan reluktanssin ratkaisujen räätälöinti

Johdanto: Välttämätön 'silmä' moottorin ohjaukselle

Uusien energia-ajoneuvojen käyttömoottorissa on huomaamaton mutta kuitenkin kriittisesti tärkeä komponentti muuttujan reluktanssin ratkaiseja  (usein lyhennetty 'resolver'). Se toimii moottorin 'silmänä' ja kertoo jatkuvasti moottoriohjaimelle: 'Missä roottori on nyt? Mikä on pyörimisnopeus?'

Ilman tätä 'silmää' kestomagneettisynkroniset moottorit eivät voi saavuttaa tarkkaa kommutoinnin ohjausta, mikä johtaa karkeaan, nykivään tehoon tai jopa täydelliseen toimintahäiriöön. Tiedot osoittavat, että uusien energia-ajoneuvojen pääkäyttömoottoreissa resolvaattorien tunkeutumisaste on peräti  78,6 %  - eli lähes jokaisen uuden energia-ajoneuvon päävetomoottori on varustettu sellaisella.

Joten miten tämä pieni anturi oikein toimii? Miksi se on 'muokattava'? Ja mihin tärkeimpiin parametreihin sinun tulee kiinnittää huomiota räätälöinnin aikana?

1. Mikä on Variable Reluktance Resolver?

1.1 Muuntajasta Resolveriin

Kaikki tuntevat 'muuntajan' -se nostaa tai laskee jännitettä. Resolveria voidaan pitää muuntajan kehittyneenä versiona: kun perinteinen muuntaja tuottaa kiinteän jännitteen, resolveri tuottaa jännitteen, joka vaihtelee roottorin pyörimiskulman mukaan.

Muuttuvan reluktanssin ratkaiseja on yleisimmin käytetty tyyppi. Sen ydinrakenne on hämmästyttävän yksinkertainen:

·  Staattori : Kiinnitetty paikalleen, käämitetty virityskäämityksellä (tulo) ja sini/kosinilähtökäämeillä.

·  Roottori : Valmistettu pinotuista piiteräslaminaatioista, joissa on hampaat,  ei sisällä lainkaan käämiä ja pyörii moottorin akselin mukana.

1.2 Toimintaperiaate: Ilmaraon muutokset määrittävät signaalin muutokset

Kun staattorin virityskäämiin syötetään AC-viritysjännite, staattorin ja roottorin väliseen ilmaväliin syntyy vaihtuva magneettikenttä. Roottorin pyöriessä ilmavälin magneettinen reluktanssi muuttuu ajoittain, koska roottorin hampaat (ulokkeet ja syvennykset) ohittavat vuorotellen staattorin hampaat.

Tämä vaihtelu aiheuttaa kahden lähtökäämin (sini ja kosini) indusoituneiden jännitteiden amplitudimuutoksia - toinen seuraa sinikuviota, toinen kosinikuviota.

Tulkimalla nämä kaksi signaalia moottorin ohjain voi laskea tarkasti roottorin absoluuttisen kulma-asennon milloin tahansa.

1.3 Miksi siitä on tullut paras valinta sähköautojen pääkäyttömoottoreille?

Muuttuvan reluktanssin ratkaiseja on tullut 'dominoivaksi' uusien energiaajoneuvojen alaa seuraavien vahvuuksien ansiosta:

·  Äärimmäisen yksinkertainen ja luotettava rakenne : Ei roottorikäämityksiä, ei harjoja - ei kulumisongelmia, ja sen teoreettinen käyttöikä vastaa itse laitteen käyttöikää.

·  Poikkeuksellinen ympäristönkestävyys : Käyttölämpötila-alue -50°C - +155°C, kestää korkeita lämpötiloja, tärinää ja öljyn epäpuhtauksia.

·  Vahva sähkömagneettisten häiriöiden sieto : Sähkömagneettisen induktion periaatteiden perusteella se on luonnollisesti immuuni moottorin ankaralle sähkömagneettiselle ympäristölle.

·  Absoluuttisen sijainnin lähtö : Antaa nykyisen kulman heti virran kytkemisen jälkeen ilman 'kotiutus'-menettelyä.

2. Miksi pääkäyttömoottori vaatii 'mukautetun' ratkaisun?

Jotkut saattavat kysyä: eivätkö solverit ole valmiita osia? Miksei vain ostaisi valmiita?

Todellisuus on kaukana näin yksinkertaisesta.  Jokainen uusi energia-ajoneuvon pääkäyttömoottori on suunniteltu eri teholla, nopeudella, asennustilalla ja käyttöolosuhteilla - ja nämä erot määräävät suoraan, että ratkaisun on oltava 'räätälöity'.

2.1 Asennusmitat vaihtelevat suuresti

Eri moottoreista on saatavana eri runkokokoja, 25-300, joista jokainen vaatii resolverin, jolla on vastaavat mitat. Asennustavat vaihtelevat myös -läpireikäasennus, pinta-asennus, laippa-asennus -jokainen vastaa erilaista mekaanista liitäntärakennetta.

2.2 Sähköiset parametrit vaihtelevat

Herätysjännite, viritystaajuus, napaparien lukumäärä, muunnossuhde - kaikkien näiden sähköisten parametrien on vastattava täydellisesti moottorin ohjausjärjestelmää. Resolverin käyttö, jonka parametrit eivät täsmää, voi parhaimmillaan heikentää mittaustarkkuutta ja pahimmillaan tehdä koko moottorin ohjausjärjestelmän toimintakyvyttömäksi.

2.3 Tarkkuusvaatimukset vaihtelevat merkittävästi

Yleisen matkustajaajoneuvon käyttömoottorilta vaadittava asennon tarkkuus on täysin erilainen kuin korkean suorituskyvyn ajoneuvon. Mitä enemmän napapareja, sitä suurempi tarkkuus vaihtelee 2, 4:stä 6:een tai useampaan napapariin, ja tarkkuus paranee 25 kaariminuutista 10 kaariminuttiin tai jopa enemmän.

2.4 Käyttöolosuhteet eivät ole yhdenmukaiset

Jotkut moottorit toimivat öljyjäähdytteisissä ympäristöissä, jolloin resolverin on oltava öljyyhteensopiva; toiset pyrkivät äärimmäisen suuriin nopeuksiin, mikä edellyttää tukea 20 000 rpm tai jopa korkeammalle; toiset vaativat autoluokan AEC-Q-sertifioinnin - jokainen ehto asettaa selvittimelle erilliset suunnitteluvaatimukset.

3. Resolver-räätälöinti: Mitä voidaan mukauttaa?

3.1 Mekaaninen räätälöinti

·  Ulkomitat : ulkohalkaisija, pituus, asennusreikien sijainnit jne.

·  Asennustapa : läpimenevä reikä, pinta-asennus tai laippatyyppi.

·  Roottorin akselin aukon on vastattava tarkasti moottorin akselin halkaisijaa.

·  Lyijylangan tekniset tiedot : johdon pituus, mittari ja liittimen tyyppi.

3.2 Sähköinen räätälöinti

·  Napaparien lukumäärä : avainparametri, joka määrittää mittausresoluution; voidaan räätälöidä tarpeiden mukaan.

·  Herätysjännite : tyypillisesti AC 7 Vrms, mutta säädettävissä järjestelmän tarpeiden mukaan.

·  Herätystaajuus : yleensä 10 kHz, mutta muitakin taajuuksia voidaan määrittää.

·  Muunnossuhde : määrittää lähtösignaalin amplitudin, mikä vaikuttaa alavirran dekoodaussirun signaalinkäsittelyyn.

·  Tulo-/lähtöimpedanssi : on vastattava käyttöpiiriä.

3.3 Suorituskyvyn mukauttaminen

·  Tarkkuusluokka : saatavilla vakiotarkkuudesta korkeaan tarkkuuteen (esim. ±4 kaariminuuttia).

·  Suurin pyörimisnopeus : vakio 20 000 rpm; suurempia nopeuksia voidaan mukauttaa.

·  Käyttölämpötila-alue : räätälöity todellisiin työolosuhteisiin.

·  Suojausluokka : esim. IP69 tai korkeampi.

3.4 Erityiset mukautukset

·  Öljyn yhteensopivuus : erikoismateriaalit ja tiivistysmallit öljyjäähdytteisille moottoreille.

·  Epäkeskisyystoleranssi : patentoidut käämitysjärjestelmät asennuksen epäkeskisyysvirheiden kompensoimiseksi.

·  Integroitu lämpötilan tunnistus : valinnainen NTC-termistori yhdistetyn sijainnin ja lämpötilan havaitsemiseen.

4. Räätälöintiprosessi: vaatimuksista toimitukseen

Tyypillinen ratkaisejan mukautusprosessi sisältää yleensä seuraavat vaiheet:

Vaihe 1: Vaatimusviestintä  - Asiakas ilmoittaa moottoriparametrit, käytettävissä olevan tilan, suorituskykytavoitteet jne.

Vaihe 2: Ratkaisusuunnittelu  - Toimittaja kehittää sähkömagneettiset ja mekaaniset suunnittelut vaatimusten perusteella.

Vaihe 3: Simulaatiovahvistus  - Finite element -analyysiä (FEA) käytetään optimoimaan sähkömagneettinen suorituskyky.

Vaihe 4: Prototyyppien valmistus  - Prototyyppinäytteet valmistetaan ja testataan testipenkeillä.

Vaihe 5: Massatuotanto  – Validoinnin jälkeen tuote siirtyy volyymituotantoon.

Tällä hetkellä johtavat kotimaiset solver-toimittajat ovat lyhentäneet räätälöinnin toimitussyklin vain 4-6 viikkoon. Jotkut ovat jo rakentaneet täysin automatisoituja tuotantolinjoja, joiden vuotuinen kapasiteetti on yli miljoona yksikköä.

5. Toimialatrendi: Kotimainen korvaaminen on saamassa vauhtia

Pitkän ajan korkealaatuisten ratkaisulaitteiden markkinoita hallitsivat ulkomaiset tuotemerkit, kuten japanilainen Tamagawa ja MinebeaMitsumi. Viime vuosina kiinalainen solver-tekniikka on kuitenkin tehnyt merkittäviä läpimurtoja； Samaan aikaan myös kotimaiset RDC-sirut kehittyvät nopeasti. Xinchi Semiconductorin SC2121 ja muut tuotteet ovat saavuttaneet toiminnallisen pariteetin kansainvälisesti tunnettujen mallien kanssa, ja Fengchao Technology on myös tuonut markkinoille korkean suorituskyvyn RDC-siruja.  Koko ketjun kotimainen korvaaminen - anturista dekoodaussiruun - kiihtyy.

Johtopäätös

Pienestä koostaan ​​huolimatta muuttuva reluktanssiresoluutio on korvaamaton ydinanturi uusien energia-ajoneuvojen pääkäyttömoottoreiden ohjausjärjestelmässä. Sen räätälöinti vaikuttaa suoraan moottorin ohjaustarkkuuteen, käyttötehokkuuteen ja luotettavuuteen.

Uusien energiaajoneuvojen teollisuuden jatkuvan kasvun ja kotimaisen korvaavuuden syvenemisen myötä ratkaisijaräätälöintipalveluista tulee entistä kypsempiä ja tehokkaampia. Moottoriinsinööreille resolverien toimintaperiaatteiden ja räätälöinnin perusteiden ymmärtäminen on jo tullut pakolliseksi kurssiksi.

Loppujen lopuksi  vain kun moottorissa on oikeat 'silmät' se näkee selvästi ja toimii tasaisesti.