Résolveur VR contre. Résolveur de rotor enroulé : quelle structure devriez-vous choisir pour les capteurs résolveurs EV ?

Lorsqu'un véhicule électrique passe devant vous, le moteur – le « cœur de puissance » même de la voiture – tourne à des milliers, voire des dizaines de milliers de tours par minute. À l’intérieur de ce cœur se trouve un élément petit mais d’une importance cruciale : le capteur résolveur  (ou simplement « résolveur »). Il surveille en permanence la position et la vitesse du rotor, transmettant chaque mouvement au contrôleur du véhicule en temps réel. Ce petit capteur agit comme les « yeux » du moteur.

Quelle est la différence entre un résolveur à réluctance variable (VR) et un résolveur à rotor bobiné ? Lequel choisir pour le contrôle du moteur EV ?

I. Qu'est-ce qu'un résolveur et pourquoi est-il indispensable pour les véhicules électriques ?

Un résolveur est un capteur de position angulaire basé sur le principe de l'induction électromagnétique. Il est utilisé pour mesurer avec précision le  déplacement angulaire, la vitesse de rotation et la direction du rotor . Pour les moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM), le système de commande électronique doit connaître la position précise du rotor en temps réel afin de fournir les formes d'onde de courant correctes aux enroulements triphasés, entraînant ainsi le moteur de manière fluide et efficace. Le signal d'angle capturé par le résolveur est décodé et transmis au contrôleur de moteur, déterminant directement la précision de sortie du couple et la stabilité opérationnelle du moteur.  Sans résolveur, un véhicule électrique ne peut pas démarrer ou fonctionner correctement.

Parmi les capteurs résolveurs largement utilisés aujourd'hui dans les véhicules électriques, il existe deux approches techniques principales :  les résolveurs à réluctance variable (VR)  et  les résolveurs à rotor bobiné . Leurs principes de fonctionnement et leurs structures diffèrent considérablement.

II. VR Resolver : rotor sans bobine, robuste et durable

Le principe de fonctionnement d'un résolveur VR est nettement différent de celui d'un résolveur à rotor bobiné traditionnel. Un résolveur à rotor bobiné conventionnel possède un entrefer uniforme et s'appuie sur le changement de position relative entre l'enroulement de signal du rotor et l'enroulement d'excitation du stator pour calculer l'angle du rotor. En revanche, un résolveur VR a  ses enroulements de signal et ses enroulements d'excitation fixés sur le stator . Le rotor est constitué uniquement de tôles d'acier empilées avec des dents. Il ne comporte ni enroulements ni balais, ce qui permet  un fonctionnement totalement sans contact..

Lorsque le rotor tourne, son effet de pôle saillant fait varier la perméance de l'entrefer de manière sinusoïdale avec l'angle de rotation. Cela induit des signaux de tension sinusoïdale et cosinusoïdale dans les deux enroulements de sortie du stator. L'angle du rotor peut être déterminé de manière unique en évaluant le rapport de ces deux signaux.

Les principaux avantages des résolveurs VR sont les suivants :

• Structure simple, moindre coût :  le rotor ne nécessite aucun enroulement, comporte moins de pièces, utilise des processus éprouvés et est moins coûteux à fabriquer.

• Fiabilité extrêmement élevée :  la conception sans contact signifie aucune usure et aucune lubrification nécessaire. Il résiste à des conditions difficiles telles que  la contamination par l’huile, la poussière, les températures élevées, l’humidité et les fortes vibrations  – exactement l’environnement typique dans lequel un moteur EV fonctionne au cours de sa durée de vie.

• Intégration facile :  Sa structure compacte facilite l'intégration au système d'entraînement motorisé.

III. Wound Rotor Resolver : Les bobinages du rotor, la précision comme fer de lance

Le résolveur à rotor bobiné est la forme traditionnelle de résolveur. Sa structure ressemble à celle d'une machine à induction diphasée à rotor bobiné. Le stator et le rotor ont des enroulements. Le signal d'excitation est appliqué à l'enroulement d'excitation du stator et l'enroulement du rotor agit comme côté secondaire, générant des tensions induites par couplage électromagnétique. À mesure que l'angle du rotor change, la position relative entre les enroulements du stator et du rotor change en conséquence, et l'amplitude et la phase des tensions induites changent, permettant la mesure de l'angle.

Les principaux avantages des résolveurs à rotor bobiné sont les suivants :

• Précision supérieure :  le nombre de tours d'enroulement peut être conçu avec précision selon les besoins, pour atteindre une résolution de niveau seconde d'arc.

• Excellente linéarité :  la tension de sortie maintient une relation fonctionnelle stricte avec l'angle de rotation, offrant une qualité de signal élevée.

• Signaux de sortie riches :  ils peuvent être fabriqués avec des types de sortie sinusoïdale, linéaire et autres pour s'adapter à diverses applications.

Cependant, le rotor d'un résolveur à rotor bobiné comporte des enroulements, ce qui rend la structure plus complexe et nécessite des processus d'assemblage plus exigeants. Lorsque les moteurs EV fonctionnent généralement à 15 000 tr/min ou même plus, l’équilibre dynamique et la fiabilité des enroulements du rotor sont confrontés à de plus grands défis.

IV. Comparaison côte à côte : lequel choisir pour les véhicules électriques ?

Conclusion : les résolveurs VR sont le choix privilégié pour les véhicules électriques.

La raison est claire : l'environnement d'exploitation du véhicule exige une fiabilité extrêmement élevée de la part des capteurs. Le compartiment moteur du véhicule électrique est chaud, huileux et vibre fortement. La  structure du rotor sans contact et sans enroulement  des résolveurs VR offre des avantages considérables en matière de fiabilité dans ces conditions difficiles. Grâce à ces caractéristiques, les résolveurs VR sont devenus le  choix courant pour les capteurs de position de moteur EV, avec un taux de pénétration supérieur à 95 % dans le domaine des véhicules électriques..

Quant aux résolveurs à rotor bobiné, ils restent irremplaçables dans les applications de haute précision telles que l’aéronautique et les asservissements haut de gamme. Cependant, pour les applications EV à grand volume qui exigent « une fiabilité élevée + une rentabilité élevée », l’approche VR offre une valeur globale supérieure.

V. Quatre points de processus clés pour des résolveurs VR de haute qualité

Choisir la bonne voie technique ne représente que la moitié de la bataille. La production d'un résolveur VR qualifié repose sur  des processus de fabrication solides . Prenez SDM, une entreprise qui a lancé très tôt sa production de résolveurs VR. SDM a mis en place un système complet de contrôle de processus couvrant quatre étapes critiques : le surmoulage du stator, l'enroulement de la bobine, le soudage TIG et l'inspection complète de la sécurité et des performances électriques.

(1) Surmoulage du stator

Le surmoulage du stator utilise un moulage par injection de précision pour recouvrir un matériau isolant sur la surface du noyau du stator, offrant ainsi une isolation électrique fiable et une protection mécanique des enroulements. Un bon surmoulage assure non seulement l'isolation entre les enroulements, mais améliore également la résistance structurelle du stator, le maintenant stable sous des vibrations haute fréquence à long terme. SDM contrôle strictement la sélection des matériaux d'isolation et les paramètres de moulage par injection à cette étape pour garantir que chaque stator répond aux exigences de performances d'isolation.

(2) Enroulement de bobine

Les résolveurs VR ont un petit diamètre intérieur de stator et des fentes étroites, ce qui rend le bobinage difficile. Les enroulements de haute qualité nécessitent un nombre de tours précis, un agencement serré et aucune interférence croisée – autant d'éléments essentiels pour la précision du signal du résolveur. SDM utilise des processus d'enroulement de précision pour garantir que les enroulements sinus-cosinus sont enroulés avec une distribution de spire sinusoïdale exacte, garantissant ainsi la qualité du signal provenant de la source.

(3) Soudage TIG

Le soudage au plomb est une étape sujette à des problèmes de qualité dans la fabrication des résolveurs. Un résolveur VR comporte six dérivations (excitation positive/négative, signal sinusoïdal deux lignes, signal cosinus deux lignes). La qualité du soudage affecte directement la fiabilité de la connexion du capteur. SDM utilise le soudage TIG (Tungsten Inert Gas) pour obtenir des connexions électriques à haute résistance et à faible résistance entre chaque fil d'enroulement et la borne, éliminant fondamentalement les risques tels que les joints froids ou les connexions desserrées.

(4) Inspection complète de la sécurité et des performances électriques

La dernière porte du contrôle qualité est l’inspection à 100 %. SDM effectue un test complet de sécurité et de performances électriques sur chaque produit de résolveur VR, couvrant la résistance d'isolation, la rigidité diélectrique, la résistance de bobine, le rapport de transformation et la cohérence du signal de sortie sinus-cosinus. Seuls les produits qui réussissent tous les éléments d'inspection sont confirmés comme qualifiés et livrés aux clients.

Du surmoulage du stator au bobinage, du soudage TIG à la sécurité totale et à l'inspection électrique, SDM respecte des normes élevées et des exigences strictes à chaque étape de fabrication, s'engageant à fournir des produits de résolution VR de haute qualité et de haute cohérence aux clients de véhicules électriques.

VI. Derniers mots

Les résolveurs VR et les résolveurs à rotor bobiné ont chacun leurs atouts. Cependant, dans le domaine des véhicules électriques, où la fiabilité et le coût sont extrêmement exigeants, les résolveurs VR se distinguent par leur  robustesse, leur fonctionnement sans contact et leurs processus matures , devenant ainsi le choix courant des principaux constructeurs OEM. En regardant les racines de la technologie, les résolveurs VR n'ont pas été conçus à l'origine pour les automobiles. Ils sont nés de la recherche d'une fiabilité absolue dans des conditions extrêmes par les industries aérospatiale et militaire. Maintenant que cette technologie est « descendue » dans le domaine des véhicules électriques, elle répond parfaitement aux besoins fondamentaux du moteur : « voir avec précision, supporter des conditions difficiles et durer longtemps ».

Choisir la bonne voie technologique est important, mais choisir le bon fournisseur est tout aussi essentiel. De la précision de fabrication au contrôle qualité, la solide exécution de chaque étape du processus est la garantie fondamentale que le capteur « ne vous laissera pas tomber » dans le monde réel.