Verborgen in de motor van de elektrische driewieler ligt een precisiesensor die essentieel is voor een soepele werking van het voertuig.
Terwijl je door straten en steegjes navigeert op een elektrische driewieler, heb je misschien nooit nagedacht over wat zorgt voor een soepele start en nauwkeurige snelheidsregeling. In de motor van de elektrische driewieler is een precisiesensor, een zogenaamde 'roterende transformator', geruisloos aan het werk.
Met de voortdurende vooruitgang van de technologie voor elektrische driewielers is de roterende transformator, een precisiesensor die oorspronkelijk werd gebruikt in de luchtvaart en het leger , de afgelopen jaren geleidelijk een kerncomponent geworden die de prestaties en betrouwbaarheid van elektrische driewielers verbetert.
01 Wat is een roterende transformator?
Een roterende transformator is een elektromagnetische sensor, ook wel bekend als een oplosser . Het is een kleine AC-motor die wordt gebruikt voor het meten van hoeken, speciaal ontworpen om de hoekverplaatsing en hoeksnelheid van de as van een roterend object te meten.
De roterende transformator bestaat uit twee hoofdonderdelen: de stator en de rotor. De statorwikkeling fungeert als de primaire zijde van de transformator en ontvangt de excitatiespanning, terwijl de rotorwikkeling fungeert als de secundaire zijde en een geïnduceerde spanning verkrijgt via elektromagnetische koppeling.
Het werkingsprincipe is fundamenteel vergelijkbaar met dat van een gewone transformator, maar met één belangrijk verschil: de primaire en secundaire wikkelingen van een gewone transformator zijn relatief vast, terwijl die van de roterende transformator hun relatieve positie veranderen met de hoekverplaatsing van de rotor.
02 Waarom hebben elektrische driewielers roterende transformatoren nodig?
In het aandrijfsysteem van een elektrische driewieler moet de motorcontroller in realtime de precieze positie en snelheid van de motor kennen om een nauwkeurige regeling te bereiken.
Traditionele positiedetectietechnologieën, zoals Hall-sensoren, hebben problemen zoals slechte uitwisselbaarheid en aanzienlijke impact van temperatuurveranderingen op het uitgangssignaal. De roterende transformator is met zijn hoge betrouwbaarheid en aanpassingsvermogen aan de omgeving de ideale keuze geworden.
Vooral omdat elektrische driewielers vaak in ruige omgevingen werken en mogelijk te maken krijgen met uitdagingen zoals olievlekken, stof, vochtigheid en temperatuurschommelingen. Dankzij hun robuuste structuur en stabiele prestaties kunnen roterende transformatoren onder deze omstandigheden stabiel werken, waardoor een betrouwbare werking van het voertuig wordt gegarandeerd.
03 Hoe werkt een roterende transformator?
Het werkproces van een roterende transformator is vergelijkbaar met een miniatuur krachtoverbrengingssysteem. Bij een elektrische driewieler genereert de MCU van de motorcontroller via de PWM-module een PWM-signaal, dat vervolgens door het bekrachtigingscircuit van de solver wordt omgezet in een sinussignaal.
Dit signaal wordt ingevoerd in de bekrachtigingswikkeling van de roterende transformator, waardoor twee spanningen in de uitgangswikkelingen worden geïnduceerd: de ene is een sinusomhullende signaal en de andere is een cosinusomhullende signaal.
Wanneer de rotor roteert, verandert de relatieve positie tussen de bekrachtigingswikkeling en de secundaire uitgangswikkeling, waardoor de elektromotorische kracht die in de secundaire uitgangswikkeling wordt geïnduceerd, verandert. De amplitudes van deze twee uitgangssignalen zijn evenredig met respectievelijk de sinus- en cosinusfuncties van de rotatiehoek van de rotor.
De sinus- en cosinussignalen keren terug naar het ontvangercircuit van de oplossing, worden omgezet in signalen met één uiteinde en naar de MCU gestuurd. De MCU gebruikt deze signalen om de real-time positie van de motorrotor te verkrijgen, waardoor een nauwkeurige controle van de motor wordt bereikt.
04 De kernwaarde van roterende transformatoren in driewielers
Voor elektrische driewielers komt de waarde van de roterende transformator in de eerste plaats tot uiting in zijn uitstekende aanpassingsvermogen aan het milieu . In tegenstelling tot optische encoders worden roterende transformatoren niet beïnvloed door olie, stof en vocht, wat cruciaal is voor elektrische driewielers die vaak over ruige wegen rijden.
Ten tweede bieden roterende transformatoren een extreem hoge betrouwbaarheid en nauwkeurigheid . Theoretisch kunnen ze een analoge output leveren die gelijkwaardig is aan een oneindige resolutie, waardoor nauwkeurige positiecontrole mogelijk is en een soepele start en acceleratie van de elektrische driewieler onder verschillende belastingsomstandigheden wordt gegarandeerd.
Bovendien combineren moderne voedingssystemen voor elektrische driewielers vaak de roterende transformator met temperatuursensoren om de temperatuur van de motorwikkelingen in realtime te bewaken, waardoor schade door oververhitting aan de motorwikkelingen of de encoder wordt voorkomen, waardoor de betrouwbaarheid van het voedingssysteem aanzienlijk wordt vergroot.
05 Uitdagingen en oplossingen
Het toepassen van roterende transformatoren op elektrische driewielers kent ook enkele uitdagingen. Zowel de roterende transformator als de motorcomponenten zijn elektromagnetische structuren en het gelijktijdige gebruik ervan kan elektromagnetische interferentie veroorzaken . Bovendien is het, vanwege de compacte structuur en het kleine formaat van elektrische driewielers zelf, vaak moeilijk om roterende transformatoren in veelgebruikte motoren te installeren.
Oplossingen voor deze problemen zijn onder meer het gebruik van overgangsbehuizingen gemaakt van magnetische isolatiematerialen en het optimaliseren van het elektronische PCB-ontwerp, zoals het implementeren van afzonderlijke voeding en analoge aarding, en het gebruik van analoge filters om common-mode-ruis op sensorsignalen te elimineren.
Op het gebied van signaalverwerking zijn het gebruik van gepantserde twisted-pair stroom- en besturingskabels om interferentie te voorkomen, het minimaliseren van lussen die als EMI-antennes fungeren en het streven naar een vrijwel perfecte aarde met de laagst mogelijke impedantie sleutelstrategieën.
06 Toekomstige ontwikkelingstrends
Met de voortdurende vooruitgang van de technologie van elektrische driewielers, innoveert de technologie van roterende transformatoren ook voortdurend. Steeds meer ontwerpen maken gebruik van sterk geïntegreerde decoderingsoplossingen , zoals op MCU gebaseerde zachte decoderingsschema's, waardoor de systeemkosten worden verlaagd.
Systeemminiaturisatie is ook een belangrijke ontwikkelingsrichting. Door een geoptimaliseerd structureel ontwerp, zoals het gebruik van overgangsbehuizingen en speciale bevestigingsstructuren, kunnen roterende transformatoren worden geïnstalleerd binnen de beperkte ruimte van elektrische driewielermotoren.
Bovendien is de introductie van intelligente diagnostische functies opmerkelijk. Moderne testapparatuur kan tegelijkertijd de uitgangssignalen van de roterende transformator en andere elektrische parameters, zoals motorspanning en -stroom, monitoren, waardoor een uitgebreidere monitoring van de systeemstatus mogelijk wordt.
De roterende transformator, die 'van hoogwaardige velden naar algemeen gebruik' is overgegaan, mag dan onopvallend zijn, maar is een onmisbaar precisieonderdeel in het aandrijfsysteem van elektrische driewielers. Het fungeert als het ‘zenuwcentrum’ van het voertuig en geeft realtime feedback over de positie- en snelheidssignalen van de motor.
Naarmate de technologie wijdverspreider wordt, zullen in de toekomst meer elektrische driewielers profiteren van deze uiterst betrouwbare sensor , waardoor ons reizen veiliger en betrouwbaarder wordt.
