'Vatrene oči' motora glavnog pogona električnih vozila – prilagodba razlučivača promjenjive nevoljkosti

Uvod: Nezamjenjivo 'oko' za kontrolu motora

U pogonskom motoru novih energetskih vozila postoji neupadljiva, ali kritično važna komponenta - variable reluctance resolver  (često skraćeno u 'rezolver'). Djeluje kao 'oko' motora, neprestano govoreći upravljaču motora: 'Gdje je sada pozicioniran rotor? Kolika je brzina vrtnje?'

Bez ovog 'oka' sinkroni motori s trajnim magnetima ne mogu postići preciznu kontrolu komutacije, što rezultira grubim, trzavim izlazom snage - ili čak potpunim otkazom rada. Podaci pokazuju da je stopa penetracije rezolvera u glavnim pogonskim motorima novih energetskih putničkih vozila čak  78,6%  - što znači da je gotovo svako novo energetsko vozilo opremljeno jednim pogonskim motorom.

Dakle, kako ovaj maleni senzor zapravo radi? Zašto ga treba 'prilagoditi'? A na koje ključne parametre trebate obratiti pozornost tijekom prilagodbe?

1. Što je varijabilni rezolver?

1.1 Od transformatora do razlučivača

Svima je poznat 'transformator' - on povećava ili smanjuje napon. Resolver se može smatrati naprednom verzijom transformatora: dok konvencionalni transformator emitira fiksni napon, rezolver daje napon koji varira s kutom rotacije rotora.

Rezolutor varijabilne reluktancije je tip koji se najčešće koristi. Njegova osnovna struktura je izuzetno jednostavna:

·  Stator : fiksiran na mjestu, namotan s pobudnim namotom (ulaznim) i sinusnim/kosinusnim izlaznim namotima.

·  Rotor : Izrađen od naslaganih silikonskih čeličnih lamela sa zubima,  bez ikakvih namotaja , i rotira zajedno s osovinom motora.

1.2 Princip rada: Promjene zračnog raspora određuju promjene signala

Kada se izmjenični napon pobude primijeni na pobudni namot statora, u zračnom rasporu između statora i rotora stvara se izmjenično magnetsko polje. Kako se rotor okreće, magnetska otpornost zračnog raspora povremeno se mijenja jer zubi rotora (izbočine i udubljenja) naizmjenično prolaze pored zuba statora.

Ova varijacija uzrokuje promjenu amplitude induciranih napona u dva izlazna namota (sinus i kosinus) - jedan slijedi sinusni uzorak, drugi kosinusni uzorak.

Interpretirajući ova dva signala, kontroler motora može točno izračunati apsolutni kutni položaj rotora u bilo kojem trenutku.

1.3 Zašto je postao najbolji izbor za glavne pogonske motore električnih vozila?

Razlučivač varijabilne nevoljkosti postao je 'dominirao' sektorom novih energetskih vozila zahvaljujući sljedećim prednostima:

·  Iznimno jednostavna i pouzdana konstrukcija : nema namotaja rotora, nema četkica - nema problema s trošenjem, a njegov teoretski radni vijek može se mjeriti s vijekom trajanja same opreme.

·  Izuzetna otpornost na okoliš : Raspon radnih temperatura od -50°C do +155°C, otporan na visoke temperature, vibracije i kontaminaciju uljem.

·  Jaka otpornost na elektromagnetske smetnje : Na temelju principa elektromagnetske indukcije, prirodno je otporan na oštro elektromagnetsko okruženje unutar motora.

·  Izlaz apsolutne pozicije : daje trenutni kut odmah nakon uključivanja, bez potrebe za postupkom 'homing'.

2. Zašto glavni pogonski motor zahtijeva 'prilagođeni' rezolver?

Neki bi se mogli pitati: nisu li rezolveri standardne gotove komponente? Zašto jednostavno ne kupite već gotovu?

Stvarnost je daleko od tako jednostavne.  Svaki novi glavni pogonski motor energetskog vozila dizajniran je s različitom snagom, brzinom, prostorom za ugradnju i radnim uvjetima - a te razlike izravno određuju da se razlučivač mora 'izraditi po mjeri'.

2.1 Montažne dimenzije uvelike variraju

Različiti motori dolaze u različitim veličinama okvira, od 25 do 300, a za svaki je potreban rezolver s odgovarajućim dimenzijama. Metode montaže također se razlikuju - montaža kroz rupu, površinska montaža, montaža na prirubnicu - svaka odgovara različitom dizajnu mehaničkog sučelja.

2.2 Električni parametri Differ

Pobudni napon, pobudna frekvencija, broj pari polova, omjer transformacije - svi ti električni parametri moraju savršeno odgovarati sustavu upravljanja motorom. Korištenje rezolvera s neusklađenim parametrima može, u najboljem slučaju, smanjiti točnost mjerenja, au najgorem slučaju, učiniti cijeli sustav kontrole motora neoperativnim.

2.3 Zahtjevi za točnost značajno variraju

Točnost položaja potrebna za pogonski motor glavnog putničkog vozila potpuno je drugačija od one kod vozila visokih performansi. Što je više pari polova, veća je točnost - u rasponu od 2, 4, do 6 ili više pari polova, s poboljšanjem točnosti od 25 lučnih minuta do 10 lučnih minuta ili čak i više.

2.4 Radni uvjeti nisu ujednačeni

Neki motori rade u okruženjima hlađenim uljem, zahtijevajući da rezolver bude kompatibilan s uljem; drugi teže ekstremno velikim brzinama, zahtijevajući podršku za 20.000 o/min ili čak više; neki pak zahtijevaju AEC-Q certifikat za automobilsku industriju - svaki uvjet nameće različite zahtjeve dizajna za razlučivač.

3. Prilagodba razlučivača: Što se točno može prilagoditi?

3.1 Mehanička prilagodba

·  Vanjske dimenzije : vanjski promjer, duljina, položaj rupa za montažu itd.

·  Metoda montaže : kroz rupu, površinska montaža ili prirubnica.

·  Otvor osovine rotora : mora točno odgovarati promjeru osovine motora.

·  Specifikacije odvodne žice : duljina žice, mjerač i vrsta konektora.

3.2 Električna prilagodba

·  Broj pari polova : ključni parametar koji određuje rezoluciju mjerenja; može se prilagoditi zahtjevima.

·  Pobudni napon : obično AC 7 Vrms, ali podesiv prema potrebama sustava.

·  Frekvencija pobude : obično 10 kHz, ali mogu se specificirati i druge frekvencije.

·  Omjer transformacije : određuje amplitudu izlaznog signala, utječući na obradu signala nizvodnog čipa za dekodiranje.

·  Ulazno/izlazna impedancija : mora odgovarati pogonskom krugu.

3.3 Prilagodba izvedbe

·  Razina točnosti : dostupna je od standardne do visoke preciznosti (npr. ±4 lučne minute).

·  Maksimalna brzina vrtnje : standardno 20.000 o/min; veće brzine se mogu prilagoditi.

·  Raspon radne temperature : prilagođeno stvarnim radnim uvjetima.

·  Klasa zaštite : npr. IP69 ili viša.

3.4 Posebne prilagodbe

·  Kompatibilnost s uljem : posebni materijali i izvedbe brtvila za motore hlađene uljem.

·  Tolerancija ekscentričnosti : patentirane sheme namota za kompenzaciju pogrešaka ekscentričnosti montaže.

·  Integrirani senzor temperature : opcijski NTC termistor za kombiniranu detekciju položaja i temperature.

4. Proces prilagođavanja: od zahtjeva do isporuke

Tipičan proces prilagodbe razrješitelja općenito uključuje sljedeće faze:

Korak 1: Komunikacija o zahtjevima  - Kupac daje parametre motora, raspoloživi prostor, ciljeve izvedbe itd.

Korak 2: Dizajn rješenja  - Dobavljač razvija elektromagnetski i mehanički dizajn na temelju zahtjeva.

Korak 3: Provjera simulacije -  Analiza konačnih elemenata (FEA) koristi se za optimizaciju elektromagnetskih performansi.

Korak 4: Proizvodnja prototipa  - Uzorci prototipa se proizvode i testiraju na ispitnim stolovima.

Korak 5: Masovna proizvodnja  - Nakon validacije, proizvod kreće u serijsku proizvodnju.

Trenutačno su vodeći domaći dobavljači razlučivača skratili ciklus isporuke prilagodbe na samo 4-6 tjedana. Neki su već izgradili potpuno automatizirane proizvodne linije s godišnjim kapacitetom većim od milijun jedinica.

5. Trend u industriji: domaća supstitucija uzima sve više maha

Dugo vremena tržištem vrhunskih rezolvera dominirali su strani brendovi kao što su japanski Tamagawa i MinebeaMitsumi. Međutim, posljednjih je godina kineska tehnologija razlučivača napravila značajne pomake； U isto vrijeme, domaći čipovi razlučivača u digitalni pretvarač (RDC) također brzo napreduju. SC2121 i drugi proizvodi tvrtke Xinchi Semiconductor postigli su funkcionalni paritet s međunarodno poznatim modelima, a Fengchao Technology također je lansirala RDC čipove visokih performansi.  Domaća zamjena u punom lancu - od senzora do čipa za dekodiranje - ubrzava se.

Zaključak

Iako male veličine, rezolver varijabilne reluktance nezamjenjiv je središnji senzor u sustavu upravljanja pogonskim motorima novih energetskih vozila. Njegova prilagodba izravno utječe na točnost upravljanja motorom, radnu učinkovitost i pouzdanost.

S kontinuiranim rastom industrije novih energetskih vozila i produbljivanjem domaće supstitucije, usluge prilagodbe razlučivača postat će još zrelije i učinkovitije. Za inženjere motora, razumijevanje principa rada i osnova prilagodbe rezolvera već je postalo obavezan tečaj.

Uostalom,  samo kada je motor opremljen pravim 'očima' može jasno vidjeti i raditi stabilno.