एक इलेक्ट्रिक वाहन की ड्राइव मोटर में, एक साधारण लेकिन महत्वपूर्ण घटक होता है - घूमने वाला ट्रांसफार्मर, जिसे आमतौर पर ' के रूप में जाना जाता है।रिज़ॉल्वर .' इसे अक्सर मोटर नियंत्रण प्रणाली की 'आंख' और 'कान' के रूप में वर्णित किया जाता है।
रिज़ॉल्वर एक एनालॉग कोणीय सेंसर है जो विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत पर काम करता है। इसकी संरचना अपेक्षाकृत सरल है: इसमें एक स्टेटर और एक रोटर होता है। स्टेटर एक उत्तेजना कॉइल और साइन/कोसाइन डिटेक्शन कॉइल्स ले जाता है, जबकि रोटर मोटर शाफ्ट पर समाक्षीय रूप से लगाया जाता है। जब मोटर नियंत्रक उत्तेजना कॉइल पर एक एसी सिग्नल लागू करता है, तो रोटर का घूर्णन चुंबकीय युग्मन को बदल देता है, जिससे साइन और कोसाइन कॉइल में वोल्टेज सिग्नल उत्पन्न होते हैं जो कोण के साथ भिन्न होते हैं। इन दो संकेतों के आयामों को मापकर, पूर्ण रोटर स्थिति और रोटेशन दिशा की सटीक गणना की जा सकती है।
आज, ईवी ट्रैक्शन ड्राइव में स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्स का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, और उनका नियंत्रण सटीक रोटर स्थिति प्रतिक्रिया पर काफी हद तक निर्भर करता है। संक्षेप में, रिज़ॉल्वर द्वारा प्रत्येक कोणीय सिग्नल आउटपुट सीधे मोटर के टॉर्क आउटपुट, गति विनियमन और वाहन की समग्र ड्राइविंग सुरक्षा और सुगमता को प्रभावित करता है।
हालाँकि, रिज़ॉल्वर सेंसर को व्यावहारिक अनुप्रयोगों में तीन अपरिहार्य समस्याओं का सामना करना पड़ता है - सटीकता, अंशांकन और लागत - जो एक जटिल व्यापार-बंद संबंध बनाते हैं।
द्वितीय. दर्द बिंदु 1: सटीकता—एक चूक एक मील जितनी अच्छी होती है
रिज़ॉल्वर की सटीकता सीधे मोटर नियंत्रण की गुणवत्ता निर्धारित करती है। यदि कोणीय त्रुटि बहुत बड़ी है, तो इससे मोटर में घबराहट, सुस्त त्वरण, असामान्य शोर या यहां तक कि अनियंत्रित त्वरण या शुरू करने में विफलता जैसी गंभीर समस्याएं हो सकती हैं। दुर्भाग्य से, रिज़ॉल्वर सटीकता सुनिश्चित करना सीधा नहीं है।
सबसे पहले, त्रुटि स्रोत असंख्य और जटिल हैं। रिज़ॉल्वर सटीकता त्रुटियाँ तीन मुख्य स्तरों से उत्पन्न होती हैं: डिज़ाइन त्रुटियाँ (जैसे कि चतुर्भुज त्रुटि और आयाम त्रुटि), विनिर्माण प्रक्रिया त्रुटियाँ (जैसे शून्य-स्थिति त्रुटि), और स्थापना/उपयोग त्रुटियाँ (जैसे विलक्षणता-प्रेरित शून्य-स्थिति त्रुटि)। इनमें से, इंस्टॉलेशन विलक्षणता एक आम समस्या है - जब रिज़ॉल्वर रोटर और स्टेटर के केंद्र मोटर रोटर केंद्र के साथ संरेखित नहीं होते हैं, तो साइन/कोसाइन सिग्नल के चरम मान अर्ध-चक्रों के बीच असंगत हो जाते हैं, जो सीधे माप सटीकता से समझौता करते हैं। इसके अलावा, मोटर के अंदर उच्च तापमान का वातावरण विलक्षणता की समस्याओं को बढ़ा देता है।
दूसरा, उच्च गति पर सटीकता तेजी से खराब हो जाती है। जैसे-जैसे ईवी मोटर की गति बढ़ती जा रही है, उच्च घूर्णी गति पर रिज़ॉल्वर की सीमा तेजी से स्पष्ट होती जा रही है। वर्तमान में, मुख्यधारा की मोटर गति 16,000 से 21,000 आरपीएम तक होती है, और उच्च-वोल्टेज प्लेटफार्मों के उदय ने अधिकतम गति को 30,000 आरपीएम से आगे बढ़ा दिया है। रिज़ॉल्वर की उत्तेजना सिग्नल आवृत्ति आमतौर पर 10 किलोहर्ट्ज़ है। अति-उच्च गति पर, कैप्चर किए गए मौलिक तरंग चक्रों की संख्या नाटकीय रूप से कम हो जाती है - 20,000 आरपीएम पर, उपलब्ध सिग्नल 5,000 आरपीएम पर केवल एक-चौथाई है। फिर फिट किया गया कोण सिग्नल वास्तविक कोण से काफी विचलित हो जाता है। अधिकांश वर्तमान रिज़ॉल्वर को ±33′ (यांत्रिक कोण, 4 पोल जोड़े) के भीतर कोणीय सटीकता की आवश्यकता होती है, जबकि उच्च परिशुद्धता के लिए उद्योग की मांग पहले ही ±22.5′ तक पहुंच चुकी है।
इसके अलावा, विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप एक प्रमुख सटीकता हत्यारा है। हाई-स्पीड मोटर के चुंबकीय क्षेत्र, विद्युत नियंत्रण इकाई में आईजीबीटी की स्विचिंग क्रियाओं के साथ, विद्युत चुम्बकीय शोर उत्पन्न करते हैं जो रिज़ॉल्वर के सिग्नल ट्रांसमिशन पथ में हस्तक्षेप करता है। रिज़ॉल्वर की 10 किलोहर्ट्ज़ उत्तेजना आवृत्ति आईजीबीटी स्विचिंग आवृत्ति के साथ मेल खाती है, इसलिए आईजीबीटी स्विचिंग शोर मूल वाहक तरंग को आसानी से प्रभावित कर सकता है, जिससे डिमोड्युलेटेड सिग्नल में विरूपण होता है और कोणीय सटीकता में और गिरावट आती है।
तृतीय. दर्द बिंदु 2: अंशांकन-प्रत्येक मोटर अद्वितीय है
यदि सटीकता रिज़ॉल्वर का जन्मजात 'संविधान' है, तो अंशांकन जन्म के बाद 'फाइन-ट्यूनिंग' है। प्रत्येक रिज़ॉल्वर को उत्पादन के बाद कैलिब्रेट किया जाना चाहिए; अन्यथा, सर्वोत्तम परिशुद्धता भी बेकार है।
अंशांकन अनिवार्य क्यों है? रिज़ॉल्वर यांत्रिक कोण को मापता है, लेकिन मोटर के क्षेत्र-उन्मुख नियंत्रण के लिए विद्युत कोण की आवश्यकता होती है। रिज़ॉल्वर का 0° यांत्रिक कोण मोटर चुंबकीय ध्रुव के 0° विद्युत कोण के बराबर नहीं होता है - अपरिहार्य मशीनिंग और असेंबली सहनशीलता के कारण, सापेक्ष स्थिति मोटर से मोटर में भिन्न होती है। अंशांकन के बिना, नियंत्रक गलत कोण की गणना करता है। अंशांकन का मुख्य कार्य सरल है: रिज़ॉल्वर शून्य स्थिति और मोटर रोटर चुंबकीय ध्रुव शून्य स्थिति के बीच निश्चित ऑफसेट निर्धारित करें, इसे नियंत्रक में लिखें, और सटीक शून्य संरेखण प्राप्त करें।
अंशांकन अपने आप में एक चुनौती है. पारंपरिक अंशांकन मैन्युअल ऑपरेशन पर निर्भर करता है - रिज़ॉल्वर को मैन्युअल रूप से शून्य करने के लिए ऑसिलोस्कोप का उपयोग करना, जो समय लेने वाला और अक्सर अपर्याप्त रूप से सटीक होता है। जैसे-जैसे उत्पादन की मात्रा बढ़ती है, स्वचालित इन-लाइन अंशांकन आदर्श बन गया है: मोटर को एक परीक्षण बेंच पर तय किया जाता है, और एक होस्ट कंप्यूटर स्वचालित रूप से शून्य-खोज करने के लिए अंशांकन आदेश भेजता है। हालाँकि, स्वचालित अंशांकन को भी कठिनाइयों का सामना करना पड़ता है: लंबे अंशांकन समय और असंगत परिशुद्धता। कुछ पेटेंट साहित्य स्पष्ट रूप से बताते हैं कि मौजूदा रिज़ॉल्वर शून्य-ऑफसेट अंशांकन विधियां 'लंबी अवधि और खराब सटीकता' से ग्रस्त हैं। सटीकता सुनिश्चित करते हुए अंशांकन दक्षता में सुधार करना उत्पादन लाइन पर एक व्यावहारिक दुविधा है।
माप उपकरण द्वारा अंशांकन सटीकता भी बाधित होती है। रिज़ॉल्वर के स्थिर और गतिशील कोण-माप अंशांकन के लिए उच्च परिशुद्धता संदर्भ उपकरणों की आवश्यकता होती है, जैसे रोटरी टेबल, गोलाकार झंझरी और फोटोइलेक्ट्रिक ऑटोकॉलिमेटर। ये उपकरण महंगे हैं, जिससे अंशांकन में निवेश और बढ़ जाता है। हाल के वर्षों में, कई पारंपरिक उपकरणों के कार्यों को संयोजित करने वाले एकीकृत रिज़ॉल्वर विश्लेषक सामने आए हैं, जिससे उपकरण की लागत 70% कम हो गई है। फिर भी, रिज़ॉल्वर अनुप्रयोगों में अंशांकन एक महत्वपूर्ण समय और धन व्यय बना हुआ है।
चतुर्थ. दर्द बिंदु 3: लागत—400 युआन से 100 युआन तक का खेल
तीन समस्या बिंदुओं में से, लागत सबसे तात्कालिक ''व्यावसायिक वास्तविकता'' है।
रिज़ॉल्वर की लागत संरचना विशेष होती है। सामग्री की लागत में सिलिकॉन स्टील शीट का प्रभुत्व है। डिवाइस का डिज़ाइन जटिल है और निर्माण करना कठिन है, इसमें वाइंडिंग और सोल्डरिंग जैसी श्रम-गहन प्रक्रियाएँ शामिल हैं, जिससे सरल तरीकों से लागत कम करना कठिन हो जाता है। इसके अलावा, एक रिज़ॉल्वर को संकेतों को संसाधित करने के लिए एक समर्पित डिकोडर चिप (आरडीसी, रिज़ॉल्वर-टू-डिजिटल कनवर्टर) की आवश्यकता होती है, जो काफी खर्च जोड़ता है। ऑटोमोटिव-ग्रेड रिज़ॉल्वर डिकोडर चिप्स का वैश्विक वार्षिक उत्पादन लाखों इकाइयों तक पहुंचता है, जिसका औसत बिक्री मूल्य लगभग US$3.6 प्रति चिप है।
अतीत में, इस बाज़ार पर लंबे समय तक विदेशी कंपनियों का वर्चस्व था। घरेलू प्रतिस्थापन शुरू होने से पहले, आयातित रिज़ॉल्वर सेंसर की कीमत प्रति यूनिट 400 युआन से अधिक थी, जिससे वाहन की लागत बढ़ गई और आपूर्ति श्रृंखलाएं कमजोर हो गईं। हाल के वर्षों में, हुआक्सुआन सेंसिंग जैसी चीनी कंपनियों ने प्रमुख तकनीकी सफलताएं हासिल की हैं, सेंसर की कीमतें 400 युआन से घटाकर लगभग 100 युआन कर दी हैं - जो पिछली कीमत का सिर्फ एक-चौथाई है। घरेलू रिज़ॉल्वर पहले ही SAIC, BYD, Li Auto और XPeng सहित प्रमुख वाहन निर्माताओं की आपूर्ति श्रृंखला में प्रवेश कर चुके हैं।
लागत में कमी जारी है. पिछले एक दशक में, रिज़ॉल्वर की बिक्री कीमतों में सालाना औसतन लगभग 10% की गिरावट आई है। लागत में कटौती दो मुख्य दिशाओं से आती है: पहला, उत्पादन में औद्योगिक स्वचालन की शुरूआत, वार्षिक दक्षता में 20% की वृद्धि और विनिर्माण लागत में कमी; दूसरा, जापान के निप्पॉन स्टील से उच्च श्रेणी के सिलिकॉन स्टील से सामग्री को बाओस्टील और शौगांग से घरेलू स्तर पर प्राप्त स्टील में स्थानांतरित करना, निम्न श्रेणी के विकल्प का उपयोग करना जो प्रति वर्ष सामग्री लागत को 8% -10% तक कम करता है। इसके अलावा, सॉफ़्टवेयर-आधारित डिकोडिंग समाधान उभर रहे हैं - समर्पित डिकोडर चिप्स के बिना सिग्नल को डिकोड करने के लिए अंतर्निहित माइक्रोकंट्रोलर मॉड्यूल और सॉफ़्टवेयर एल्गोरिदम का उपयोग करके, हार्डवेयर लागत में नाटकीय रूप से कटौती की जा रही है। कुछ योजनाओं ने बीओएम लागत को 15 अमेरिकी डॉलर से घटाकर लगभग 1.5 अमेरिकी डॉलर कर दिया है।
V. तीनों के बीच कठिन समझौता
सटीकता, अंशांकन और लागत स्वतंत्र नहीं हैं; वे आपस में बातचीत करते हैं और एक-दूसरे पर दबाव डालते हैं—एक को सुधारना अक्सर दूसरे की कीमत पर होता है।
प्राप्त करने के लिए उच्च सटीकता आमतौर पर अधिक सटीक विनिर्माण प्रक्रियाओं, बेहतर सामग्रियों और अधिक जटिल संरचनात्मक डिजाइनों की आवश्यकता होती है - जो सभी उच्च लागत की ओर इशारा करते हैं । साथ ही, एक उच्च-सटीकता रिज़ॉल्वर सख्त स्थापना परिशुद्धता की मांग करता है, जिससे अंशांकन की कठिनाई और लागत बढ़ जाती है.
का पीछा करने से कम लागत 'डाउनग्रेडिंग' सामग्री (उदाहरण के लिए, निम्न-ग्रेड सिलिकॉन स्टील के साथ उच्च-ग्रेड को प्रतिस्थापित करना) या प्रक्रियाओं को सरल बनाना पड़ सकता है - जो अनिवार्य रूप से सटीकता से समझौता करता है । उत्पादन लाइन पर, अंशांकन दक्षता में सुधार (लागत कम करने के लिए) कुछ अंशांकन परिशुद्धता का त्याग कर सकता है, जबकि अंशांकन परिशुद्धता की गारंटी के लिए अधिक समय और उपकरण की आवश्यकता होती है - फिर से बढ़ जाती है लागत .
यह एक प्रकार का 'असंभव त्रिकोण' बनाता है: सटीकता, दक्षता (अंशांकन), और लागत एक साथ हासिल करना कठिन है।
इसीलिए उद्योग ने विभिन्न समाधान तलाशे हैं। उदाहरण के लिए, एक ''कम-सटीकता दोहरे-रिज़ॉल्वर निरर्थक युग्मन'' योजना उच्च-परिशुद्धता माप प्राप्त करने के लिए दो कम लागत वाले रिज़ॉल्वर का एक साथ उपयोग करती है। एक अन्य दृष्टिकोण - दोहरे-नमूना अंतर स्थिति डिकोडिंग - हार्डवेयर लागत में वृद्धि के बिना स्थिति डिकोडिंग सटीकता में 80% से अधिक सुधार करता है। इसके अलावा, रिज़ॉल्वर जीरो-एंगल सेल्फ-लर्निंग तकनीक नियंत्रक को शून्य ऑफसेट का स्वचालित रूप से पता लगाने और सही करने की अनुमति देती है। ये सभी प्रयास त्रिकोण की कठोर बाधाओं को तोड़ने का प्रयास कर रहे हैं।
VI. आउटलुक: त्रिकोण को तोड़ने के नए रास्ते
लंबी अवधि में, रिज़ॉल्वर सेंसर का 'सटीकता-अंशांकन-लागत' त्रिकोण धीरे-धीरे खुला हो रहा है।
के संदर्भ में सटीकता , नए मैग्नेटोरेसिस्टिव रिज़ॉल्वर डिज़ाइन को लगातार अनुकूलित किया जा रहा है, कुछ उत्पाद पहले से ही हाई-स्पीड मोटर्स में स्थिति सेंसर के कम-सटीक मुद्दे को सफलतापूर्वक संबोधित कर रहे हैं, जिससे अधिकतम मोटर गति और नियंत्रण सटीकता में काफी वृद्धि हुई है। में अंशांकन , तंत्रिका-नेटवर्क-आधारित अनुकूली भविष्यवाणी क्षतिपूर्ति विधियां और स्वचालित अंशांकन प्रणालियां प्रक्रिया को 'मैन्युअल अनुभव' से 'डेटा-संचालित' दृष्टिकोण की ओर ले जा रही हैं। में लागत के मामले , घरेलू प्रतिस्थापन की लहर बहुत दूर है - सामग्री स्थानीयकरण, प्रक्रिया स्वचालन और सॉफ्टवेयर-आधारित डिकोडिंग समानांतर में आगे बढ़ रहे हैं, जिससे लागत में कमी की और गुंजाइश है।
रिज़ॉल्वर सेंसर की कहानी मूल रूप से नई ऊर्जा वाहन उद्योग की 'कार्यात्मक' से 'उत्कृष्ट' से 'किफायती' तक की यात्रा का एक सूक्ष्म रूप है। सटीकता, अंशांकन और लागत के बीच व्यापार-बंद का कोई सटीक उत्तर नहीं है - केवल अथक इंजीनियरिंग अनुकूलन के माध्यम से हमेशा-करीबी अनुमान। और, वास्तव में, यही तकनीकी प्रगति का असली आकर्षण है।
एसडीएम मैग्नेटिक्स चीन में सबसे एकीकृत चुंबक निर्माताओं में से एक है। मुख्य उत्पाद: स्थायी चुंबक, नियोडिमियम मैग्नेट, मोटर स्टेटर और रोटर, सेंसर रिज़ॉल्वर और चुंबकीय असेंबली।
