Resolvedor VR vs. Wound Rotor Resolver: Qual estrutura você deve escolher para sensores EV Resolver?

Quando um veículo elétrico passa zunindo por você, o motor – o próprio “coração” do carro – está girando a milhares ou mesmo dezenas de milhares de rotações por minuto. Dentro deste coração reside um componente pequeno, mas extremamente importante: o sensor resolver  (ou simplesmente 'resolver'). Ele monitora constantemente a posição e a velocidade do rotor, retransmitindo cada movimento ao controlador do veículo em tempo real. Este minúsculo sensor atua como os “olhos” do motor.

Qual é a diferença entre um resolvedor de relutância variável (VR) e um resolvedor de rotor enrolado? Qual você deve escolher para controle de motor EV?

I. O que é um resolvedor e por que é indispensável para VEs?

Um resolver é um sensor de posição angular baseado no princípio da indução eletromagnética. É usado para medir com precisão o  deslocamento angular, a velocidade de rotação e a direção do rotor . Para motores síncronos de ímã permanente (PMSMs), o sistema de controle eletrônico deve conhecer a posição precisa do rotor em tempo real para fornecer as formas de onda de corrente corretas aos enrolamentos trifásicos, acionando assim o motor de maneira suave e eficiente. O sinal angular capturado pelo resolver é decodificado e enviado ao controlador do motor, determinando diretamente a precisão da saída de torque e a estabilidade operacional do motor.  Sem um resolvedor, um EV não pode iniciar ou funcionar corretamente.

Entre os sensores resolvedores amplamente utilizados em EVs atualmente, existem duas abordagens técnicas principais:  resolvedores de relutância variável (VR)  e  resolvedores de rotor enrolado . Os seus princípios de funcionamento e estruturas diferem significativamente.

II. VR Resolver: Rotor sem bobina, robusto e durável

O princípio de funcionamento de um resolvedor VR é distintamente diferente daquele de um resolvedor de rotor enrolado tradicional. Um resolvedor de rotor enrolado convencional tem um entreferro uniforme e depende da mudança na posição relativa entre o enrolamento de sinal do rotor e o enrolamento de excitação do estator para calcular o ângulo do rotor. Em contraste, um resolver VR tem  seus enrolamentos de sinal e enrolamentos de excitação fixados no estator . O rotor consiste apenas em lâminas de aço empilhadas com dentes – não possui enrolamentos nem escovas, conseguindo  uma operação completamente sem contato.

À medida que o rotor gira, seu efeito de pólo saliente faz com que a permeância do entreferro varie senoidalmente com o ângulo de rotação. Isso induz sinais de tensão senoidal e cosseno nos dois enrolamentos de saída do estator. O ângulo do rotor pode ser determinado exclusivamente avaliando a relação desses dois sinais.

As principais vantagens dos resolvedores VR incluem:

• Estrutura simples, menor custo:  O rotor não requer enrolamento, tem menos peças, utiliza processos maduros e é mais barato de fabricar.

• Confiabilidade extremamente alta:  O design sem contato significa que não há desgaste nem necessidade de lubrificação. Ele suporta condições adversas, como  contaminação por óleo, poeira, alta temperatura, umidade e fortes vibrações  – exatamente o ambiente típico em que um motor EV opera durante sua vida útil.

• Fácil integração:  Sua estrutura compacta facilita a integração ao sistema de acionamento do motor.

III. Wound Rotor Resolver: Enrolamentos do rotor, precisão como ponta de lança

O resolvedor de rotor bobinado é a forma tradicional de resolvedor. Sua estrutura se assemelha à de uma máquina de indução de rotor bobinado bifásico. Tanto o estator quanto o rotor possuem enrolamentos. O sinal de excitação é aplicado ao enrolamento de excitação do estator, e o enrolamento do rotor atua como lado secundário, gerando tensões induzidas por meio de acoplamento eletromagnético. À medida que o ângulo do rotor muda, a posição relativa entre os enrolamentos do estator e do rotor muda de acordo, e a amplitude e a fase das tensões induzidas mudam, permitindo a medição do ângulo.

As principais vantagens dos resolvedores de rotor enrolado incluem:

• Maior precisão:  O número de voltas do enrolamento pode ser projetado com precisão conforme necessário, alcançando resolução de arco de segundo nível.

• Excelente linearidade:  A tensão de saída mantém uma relação funcional estrita com o ângulo de rotação, proporcionando alta qualidade de sinal.

• Sinais de saída ricos:  Eles podem ser fabricados com tipos de saída seno-cosseno, linear e outros para atender a diversas aplicações.

Porém, o rotor de um resolver de rotor enrolado possui enrolamentos, tornando a estrutura mais complexa e exigindo processos de montagem mais exigentes. Quando os motores EV normalmente funcionam a 15.000 rpm ou até mais, o equilíbrio dinâmico e a confiabilidade dos enrolamentos do rotor enfrentam desafios maiores.

4. Comparação lado a lado: Qual você deve escolher para EVs?

Conclusão: os resolvedores VR são a escolha preferida para EVs.

A razão é clara: o ambiente operacional do veículo exige uma confiabilidade extremamente alta dos sensores. O compartimento do motor EV está quente, oleoso e vibra fortemente. A  estrutura do rotor sem contato e sem enrolamento  dos resolvedores VR oferece vantagens esmagadoras de confiabilidade nessas condições adversas. Graças a esses recursos, os resolvedores VR se tornaram a  escolha principal para sensores de posição de motores EV, com uma taxa de penetração superior a 95% no campo de veículos elétricos.

Quanto aos resolvers de rotor enrolado, eles permanecem insubstituíveis em aplicações de alta precisão, como aeroespacial e sistemas servo de alta tecnologia. No entanto, para aplicações de veículos elétricos de alto volume que exigem “alta confiabilidade + alta relação custo-benefício”, a abordagem VR oferece um valor geral superior.

V. Quatro pontos principais do processo para resolvedores VR de alta qualidade

Escolher o caminho técnico certo é apenas metade da batalha. A produção de um resolvedor VR qualificado depende de  processos de fabricação sólidos . Tomemos como exemplo a SDM, uma empresa que iniciou a produção de seu resolvedor VR. A SDM estabeleceu um sistema abrangente de controle de processo que abrange quatro etapas críticas: sobremoldagem do estator, enrolamento da bobina, soldagem TIG e inspeção completa de segurança e desempenho elétrico.

(1) Sobremoldagem do estator

A sobremoldagem do estator utiliza moldagem por injeção de precisão para revestir o material isolante na superfície do núcleo do estator, fornecendo isolamento elétrico confiável e proteção mecânica para os enrolamentos. Uma boa sobremoldagem não só garante o isolamento entre os enrolamentos, mas também aumenta a resistência estrutural do estator, mantendo-o estável sob vibrações de alta frequência a longo prazo. A SDM controla rigorosamente a seleção de materiais de isolamento e parâmetros de moldagem por injeção nesta etapa para garantir que cada estator atenda aos requisitos de desempenho de isolamento.

(2) Enrolamento da bobina

Os resolvedores VR têm diâmetros internos de estator pequenos e ranhuras estreitas, tornando o enrolamento um desafio. Enrolamentos de alta qualidade exigem contagens precisas de voltas, arranjo compacto e ausência de interferência cruzada – todos fatores críticos para a precisão do sinal do resolver. O SDM utiliza processos de enrolamento de precisão para garantir que os enrolamentos seno-cosseno sejam enrolados com a distribuição exata de voltas senoidais, garantindo a qualidade do sinal da fonte.

(3) Soldagem TIG

A soldagem com chumbo é uma etapa sujeita a problemas de qualidade na fabricação de resolvedores. Um resolvedor VR possui seis terminais (excitação positiva/negativa, sinal senoidal duas linhas, sinal cosseno duas linhas). A qualidade da soldagem afeta diretamente a confiabilidade da conexão do sensor. A SDM utiliza soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) para obter conexões elétricas de alta resistência e baixa resistência entre cada fio do enrolamento e o terminal, eliminando fundamentalmente riscos como juntas frias ou conexões soltas.

(4) Inspeção completa de segurança e desempenho elétrico

A porta final do controle de qualidade é a inspeção 100%. A SDM realiza um teste completo de segurança e desempenho elétrico em cada produto resolver VR, cobrindo resistência de isolamento, rigidez dielétrica, resistência da bobina, taxa de transformação e consistência do sinal de saída seno-cosseno. Somente os produtos que passam em todos os itens de inspeção são confirmados como qualificados e entregues aos clientes.

Da sobremoldagem do estator ao enrolamento da bobina, da soldagem TIG à segurança completa e inspeção elétrica, a SDM mantém altos padrões e requisitos rigorosos em cada etapa da fabricação, comprometida em fornecer produtos resolvedores VR de alta qualidade e alta consistência para clientes de veículos elétricos.

VI. Palavras finais

Os resolvedores VR e os resolvedores de rotor enrolado têm seus pontos fortes. No entanto, no campo EV, onde a confiabilidade e o custo são extremamente exigentes, os resolvedores VR se destacam devido à sua  robustez, operação sem contato e processos maduros , tornando-se a escolha principal para os principais OEMs. Olhando para trás, para as raízes da tecnologia, os resolvedores VR não foram originalmente projetados para automóveis – eles surgiram da busca das indústrias aeroespacial e militar por confiabilidade absoluta sob condições extremas. Agora que esta tecnologia “desceu” para o campo EV, ela atende perfeitamente às principais necessidades do motor: “ver com precisão, suportar condições adversas e durar muito”.

Escolher o caminho tecnológico certo é importante, mas escolher o fornecedor certo é igualmente crítico. Da precisão de fabricação ao controle de qualidade, a execução sólida de cada etapa do processo é a garantia fundamental de que o sensor “não o decepcionará” no uso no mundo real.