Os 'olhos ardentes' dos motores de acionamento principal EV – personalização de resolvedores de relutância variável

Introdução: um “olho” indispensável para o controle motor

No motor de propulsão dos novos veículos energéticos, existe um componente discreto, mas extremamente importante - o resolvedor de relutância variável  (frequentemente abreviado para 'resolver'). Ele atua como o “olho” do motor, informando constantemente ao controlador do motor: “Onde o rotor está posicionado agora? Qual é a velocidade de rotação?”

Sem esse 'olho', os motores síncronos de ímã permanente não conseguem obter um controle de comutação preciso, resultando em uma saída de energia irregular e irregular - ou até mesmo em uma falha completa de operação. Os dados mostram que a taxa de penetração de resolvers nos motores de acionamento principal dos veículos de passageiros de novas energias chega a  78,6%  - o que significa que quase todos os motores de acionamento principal dos veículos de energia nova estão equipados com um.

Então, como esse pequeno sensor realmente funciona? Por que precisa ser “personalizado”? E a quais parâmetros principais você deve prestar atenção durante a personalização?

1. O que é um solucionador de relutância variável?

1.1 Do Transformador ao Resolvedor

Todo mundo está familiarizado com o “transformador” – ele aumenta ou diminui a tensão. Um resolver pode ser considerado uma versão avançada de um transformador: enquanto um transformador convencional emite uma tensão fixa, um resolver emite uma tensão que varia com o ângulo de rotação do rotor.

O resolvedor de relutância variável é o tipo mais utilizado. Sua estrutura central é extremamente simples:

·  Estator : Fixo, enrolado com enrolamento de excitação (entrada) e enrolamentos seno/cosseno de saída.

·  Rotor : Feito de lâminas de aço silício empilhadas com dentes,  sem enrolamento , e gira com o eixo do motor.

1.2 Princípio de funcionamento: Mudanças no entreferro determinam mudanças de sinal

Quando uma tensão de excitação CA é aplicada ao enrolamento de excitação do estator, um campo magnético alternado é gerado no entreferro entre o estator e o rotor. À medida que o rotor gira, a relutância magnética do entreferro muda periodicamente porque os dentes do rotor (saliências e reentrâncias) passam alternadamente pelos dentes do estator.

Esta variação faz com que as tensões induzidas nos dois enrolamentos de saída (seno e cosseno) mudem de amplitude - uma seguindo um padrão senoidal, a outra um padrão cosseno..

Ao interpretar estes dois sinais, o controlador do motor pode calcular com precisão a posição angular absoluta do rotor a qualquer momento.

1.3 Por que ele se tornou a melhor escolha para motores de acionamento principal EV?

O resolvedor de relutância variável passou a “dominar” o setor de veículos de nova energia graças aos seguintes pontos fortes:

·  Construção extremamente simples e confiável : sem enrolamentos de rotor, sem escovas - sem problemas de desgaste e sua vida útil teórica pode ser igual à do próprio equipamento.

·  Resiliência ambiental excepcional : faixa de temperatura operacional de -50°C a +155°C, resistente a altas temperaturas, vibração e contaminação por óleo.

·  Forte imunidade a interferências eletromagnéticas : Baseado nos princípios de indução eletromagnética, é naturalmente imune ao ambiente eletromagnético agressivo dentro do motor.

·  Saída de posição absoluta : Fornece o ângulo atual imediatamente após a inicialização, sem necessidade de procedimento de 'homing'.

2. Por que o motor de acionamento principal requer um resolvedor “personalizado”?

Alguns podem perguntar: os resolvedores não são componentes padrão e prontos para uso? Por que não comprar um já pronto?

A realidade está longe de ser tão simples.  Cada novo motor de acionamento principal de veículo energético é projetado com potência, velocidade, espaço de montagem e condições de operação diferentes - e essas diferenças determinam diretamente que o resolvedor deve ser “feito sob medida”.

2.1 As dimensões de montagem variam amplamente

Diferentes motores vêm em diferentes tamanhos de carcaça, de 25 a 300, cada um exigindo um resolver com dimensões correspondentes. Os métodos de montagem também diferem - montagem através de furo, montagem em superfície, montagem em flange - cada um correspondendo a um design de interface mecânica diferente.

2.2 Os parâmetros elétricos diferem

Tensão de excitação, frequência de excitação, número de pares de pólos, relação de transformação - todos esses parâmetros elétricos devem corresponder perfeitamente ao sistema de controle do motor. Usar um resolver com parâmetros incompatíveis pode, na melhor das hipóteses, reduzir a precisão da medição e, na pior, tornar todo o sistema de controle do motor inoperante.

2.3 Os requisitos de precisão variam significativamente

A precisão de posição necessária para o motor de tração de um veículo de passageiros convencional é completamente diferente daquela de um veículo de alto desempenho. Quanto mais pares de pólos, maior será a precisão - variando de 2, 4 a 6 ou mais pares de pólos, com precisão melhorando de 25 minutos de arco para 10 minutos de arco ou até mais.

2.4 As condições operacionais não são uniformes

Alguns motores operam em ambientes refrigerados a óleo, exigindo que o resolver seja compatível com óleo; outros buscam velocidades extremamente altas, necessitando de suporte para 20.000 rpm ou até mais; outros ainda exigem certificação AEC-Q de nível automotivo – cada condição impõe requisitos de design distintos ao resolvedor.

3. Personalização do resolvedor: o que exatamente pode ser personalizado?

3.1 Personalização Mecânica

·  Dimensões externas : diâmetro externo, comprimento, posições dos furos de montagem, etc.

·  Método de montagem : furo passante, montagem em superfície ou tipo flange.

·  Abertura do eixo do rotor : deve corresponder exatamente ao diâmetro do eixo do motor.

·  Especificações do fio condutor : comprimento do fio, bitola e tipo de conector.

3.2 Personalização Elétrica

·  Número de pares de pólos : um parâmetro chave que determina a resolução da medição; pode ser adaptado às necessidades.

·  Tensão de excitação : normalmente CA 7 Vrms, mas ajustável de acordo com as necessidades do sistema.

·  Frequência de excitação : normalmente 10 kHz, mas outras frequências podem ser especificadas.

·  Relação de transformação : determina a amplitude do sinal de saída, afetando o processamento do sinal do chip de decodificação downstream.

·  Impedância de entrada/saída : deve corresponder ao circuito de acionamento.

3.3 Personalização de Desempenho

·  Grau de precisão : desde precisão padrão até alta precisão (por exemplo, ±4 minutos de arco) disponível.

·  Velocidade máxima de rotação : padrão 20.000 rpm; velocidades mais altas podem ser personalizadas.

·  Faixa de temperatura operacional : adaptada às condições reais de trabalho.

·  Classe de proteção : por exemplo, IP69 ou superior.

3.4 Personalizações Especiais

·  Compatibilidade com óleo : materiais especiais e designs de vedação para motores refrigerados a óleo.

·  Tolerância de excentricidade : esquemas de enrolamento patenteados para compensar erros de excentricidade de montagem.

·  Sensor de temperatura integrado : termistor NTC opcional para detecção combinada de posição e temperatura.

4. Processo de customização: dos requisitos à entrega

Um processo típico de customização do resolvedor geralmente inclui os seguintes estágios:

Passo 1: Comunicação de Requisitos  – O cliente fornece parâmetros do motor, espaço disponível, metas de desempenho, etc.

Etapa 2: Projeto da Solução  -O fornecedor desenvolve os projetos eletromagnéticos e mecânicos com base nos requisitos.

Etapa 3: Verificação da Simulação  -A análise de elementos finitos (FEA) é usada para otimizar o desempenho eletromagnético.

Etapa 4: Fabricação do protótipo  – As amostras do protótipo são produzidas e testadas em bancadas de teste.

Etapa 5: Produção em massa  – Após a validação, o produto passa para a produção em volume.

Atualmente, os principais fornecedores de resolução nacionais reduziram o ciclo de entrega de personalização para apenas 4 a 6 semanas. Alguns já construíram linhas de produção totalmente automatizadas com capacidades anuais superiores a 1 milhão de unidades.

5. Tendência da indústria: a substituição doméstica está ganhando impulso

Por muito tempo, o mercado de resolvedores de última geração foi dominado por marcas estrangeiras, como a japonesa Tamagawa e a MinebeaMitsumi. No entanto, nos últimos anos, a tecnologia de resolução chinesa fez avanços significativos; Ao mesmo tempo, os chips domésticos de conversor de resolução para digital (RDC) também estão avançando rapidamente. O SC2121 da Xinchi Semiconductor e outros produtos alcançaram paridade funcional com modelos de renome internacional, e a Fengchao Technology também lançou chips RDC de alto desempenho.  A substituição doméstica completa – do sensor ao chip de decodificação – está se acelerando.

Conclusão

Embora pequeno em tamanho, o resolvedor de relutância variável é um sensor central indispensável no sistema de controle de motores de acionamento principal de veículos de nova energia. Sua personalização afeta diretamente a precisão do controle, eficiência operacional e confiabilidade do motor.

Com o crescimento contínuo da nova indústria de veículos energéticos e o aprofundamento da substituição doméstica, os serviços de customização de resolvedores se tornarão ainda mais maduros e eficientes. Para engenheiros de motores, compreender os princípios de funcionamento e os fundamentos de personalização dos resolvedores já se tornou um curso obrigatório.

Afinal,  somente quando o motor está equipado com os “olhos” certos ele pode ver claramente e funcionar de forma constante..