„Ochii de foc” ai motoarelor de antrenare principale EV – Personalizarea rezolutorilor cu reluctanță variabilă

Introducere: Un „ochi” indispensabil pentru controlul motorului

În motorul de antrenare al vehiculelor cu energie nouă, există o componentă discretă, dar extrem de importantă - cea rezolutor cu reluctanță variabilă  (deseori scurtat la „resolver”). Acționează ca „ochiul” motorului, spunând constant controlerului motorului: „Unde este poziționat rotorul acum? Care este viteza de rotație?”

Fără acest „ochi”, motoarele sincrone cu magnet permanenți nu pot realiza un control precis al comutației, ducând la ieșire de putere bruscă, sacadată - sau chiar eșecul complet de a funcționa. Datele arată că rata de penetrare a rezolutorilor în motoarele de acționare principale ale vehiculelor de pasageri cu energie nouă este de până la  78,6%  - ceea ce înseamnă că aproape fiecare motor de acționare principal al vehiculului cu energie nouă este echipat cu unul.

Deci, cum funcționează de fapt acest mic senzor? De ce trebuie să fie 'personalizat'? Și la ce parametri cheie ar trebui să acordați atenție în timpul personalizării?

1. Ce este un rezolutor de reluctantă variabilă?

1.1 De la transformator la rezolutor

Toată lumea este familiarizată cu „transformatorul” - acesta crește sau scade tensiunea. Un resolver poate fi considerat ca o versiune avansată a unui transformator: în timp ce un transformator convențional emite o tensiune fixă, un resolver emite o tensiune care variază în funcție de unghiul de rotație al rotorului.

Resolverul cu reluctanta variabila este cel mai utilizat tip. Structura sa de bază este remarcabil de simplă:

·  Stator : Fixat pe loc, bobinat cu o înfășurare de excitație (intrare) și înfășurări de ieșire sinus/cosinus.

·  Rotor : Fabricat din laminate de oțel silicon stivuite cu dinți,  fără înfășurări , și se rotește cu arborele motorului.

1.2 Principiul de funcționare: Schimbările în spațiul de aer determină modificările semnalului

Când o tensiune de excitație de curent alternativ este aplicată înfășurării de excitație a statorului, un câmp magnetic alternativ este generat în spațiul de aer dintre stator și rotor. Pe măsură ce rotorul se rotește, reticența magnetică a spațiului de aer se modifică periodic deoarece dinții rotorului (proeminențe și adâncituri) trec alternativ de dinții statorului.

Această variație face ca tensiunile induse în cele două înfășurări de ieșire (sinus și cosinus) să se modifice în amplitudine - una urmând un model sinus, cealaltă un model cosinus.

Prin interpretarea acestor două semnale, controlerul motorului poate calcula cu precizie poziția unghiulară absolută a rotorului în orice moment.

1.3 De ce a devenit cea mai bună alegere pentru motoarele de acționare principală EV?

Resolverul cu reluctanță variabilă a ajuns să „domine” sectorul de vehicule energetice noi datorită următoarelor puncte forte:

·  Construcție extrem de simplă și fiabilă : fără înfășurări ale rotorului, fără perii - fără probleme de uzură, iar durata de viață teoretică poate fi egală cu cea a echipamentului în sine.

·  Reziliență excepțională la mediu : intervalul de temperatură de funcționare de la -50°C la +155°C, rezistent la temperaturi ridicate, vibrații și contaminare cu ulei.

·  Imunitate puternică la interferențe electromagnetice : Bazat pe principiile inducției electromagnetice, este imun în mod natural la mediul electromagnetic dur din interiorul motorului.

·  Ieșire de poziție absolută : Oferă unghiul curent imediat după pornire, fără a fi nevoie de o procedură de „homing”.

2. De ce motorul de antrenare principal necesită un rezolutor „personalizat”?

Unii s-ar putea întreba: nu sunt soluții standard de la raft? De ce nu cumpărați unul gata făcut?

Realitatea este departe de a fi atât de simplă.  Fiecare motor de acționare principal al vehiculului cu energie nouă este proiectat cu putere, viteză, spațiu de montare și condiții de operare diferite - iar aceste diferențe determină în mod direct faptul că rezolutorul trebuie să fie „pe măsură”.

2.1 Dimensiunile de montare variază foarte mult

Diferite motoare vin în dimensiuni diferite ale cadrului, de la 25 la 300, fiecare necesitând un resolver cu dimensiuni corespunzătoare. Metodele de montare diferă, de asemenea, - montare prin orificiu, montare pe suprafață, montare pe flanșă - fiecare corespunzând unui design diferit de interfață mecanică.

2.2 Parametrii electrici diferă

Tensiunea de excitare, frecvența de excitare, numărul de perechi de poli, raportul de transformare - toți acești parametri electrici trebuie să se potrivească perfect cu sistemul de control al motorului. Utilizarea unui resolver cu parametri nepotriviți poate, în cel mai bun caz, să reducă precizia măsurării și, în cel mai rău caz, să facă inoperabil întregul sistem de control al motorului.

2.3 Cerințele de precizie variază semnificativ

Precizia poziției necesară pentru motorul de antrenare al unui vehicul de pasageri principal este complet diferită de cea a unui vehicul de înaltă performanță. Cu cât sunt mai multe perechi de poli, cu atât este mai mare acuratețea - variind de la 2, 4, până la 6 sau mai multe perechi de poli, cu o precizie îmbunătățită de la 25 de minute de arc la 10 minute de arc sau chiar mai mare.

2.4 Condițiile de operare nu sunt uniforme

Unele motoare funcționează în medii răcite cu ulei, necesitând ca resolverul să fie compatibil cu ulei; alții urmăresc viteze extrem de mari, necesitând suport pentru 20.000 rpm sau chiar mai mare; încă alții necesită certificare AEC-Q de calitate auto - fiecare condiție impune cerințe de proiectare distincte pentru resolver.

3. Personalizarea rezolutorului: ce anume poate fi personalizat?

3.1 Personalizare mecanică

·  Dimensiuni exterioare : diametrul exterior, lungimea, pozițiile orificiilor de montare etc.

·  Metodă de montare : tip orificiu traversant, montare pe suprafață sau tip flanșă.

·  Deschiderea arborelui rotorului : trebuie să se potrivească exact cu diametrul arborelui motorului.

·  Specificațiile firului de plumb : lungimea firului, ecartamentul și tipul de conector.

3.2 Personalizare electrică

·  Numărul de perechi de poli : un parametru cheie care determină rezoluția măsurătorii; poate fi adaptat cerințelor.

·  Tensiune de excitare : de obicei AC 7 Vrms, dar reglabilă în funcție de nevoile sistemului.

·  Frecvența de excitare : de obicei 10 kHz, dar pot fi specificate alte frecvențe.

·  Raportul de transformare : determină amplitudinea semnalului de ieșire, afectând procesarea semnalului cipului de decodare din aval.

·  Impedanța de intrare/ieșire : trebuie să se potrivească cu circuitul de comandă.

3.3 Personalizarea performanței

·  Gradul de precizie : disponibil de la precizie standard la precizie ridicată (de exemplu, ±4 minute arc).

·  Viteza maxima de rotatie : standard 20.000 rpm; viteze mai mari pot fi personalizate.

·  Interval de temperatură de funcționare : adaptat condițiilor reale de lucru.

·  Clasa de protectie : de exemplu, IP69 sau mai mare.

3.4 Personalizări speciale

·  Compatibilitate cu uleiul : materiale speciale și modele de etanșare pentru motoarele răcite cu ulei.

·  Toleranță de excentricitate : scheme patentate de înfășurare pentru a compensa erorile de excentricitate de montare.

·  Senzor integrat de temperatură : termistor NTC opțional pentru detectarea combinată a poziției și a temperaturii.

4. Proces de personalizare: de la cerințe până la livrare

Un proces tipic de personalizare a rezolutorului include, în general, următoarele etape:

Pasul 1: Comunicarea cerințelor  - Clientul furnizează parametrii motorului, spațiul disponibil, obiectivele de performanță etc.

Pasul 2: Proiectarea soluției  - Furnizorul dezvoltă proiecte electromagnetice și mecanice pe baza cerințelor.

Pasul 3: Verificarea prin simulare  - Analiza cu elemente finite (FEA) este utilizată pentru a optimiza performanța electromagnetică.

Pasul 4: Fabricarea prototipurilor  -Prototipurile sunt produse și testate pe bancuri de testare.

Pasul 5: Producția în masă  - După validare, produsul trece în producție de volum.

În prezent, principalii furnizori autohtoni de soluții au scurtat ciclul de livrare a personalizării la doar 4-6 săptămâni. Unii au construit deja linii de producție complet automatizate, cu capacități anuale care depășesc 1 milion de unități.

5. Tendință în industrie: înlocuirea internă câștigă avânt

Pentru o lungă perioadă de timp, piața soluțiilor de vârf a fost dominată de mărci străine precum Tamagawa și MinebeaMitsumi din Japonia. Cu toate acestea, în ultimii ani, tehnologia chineză de rezoluție a făcut progrese semnificative；În același timp, cipurile interne de resolver-la-convertor digital (RDC) avansează și ele rapid. SC2121 de la Xinchi Semiconductor și alte produse au atins paritatea funcțională cu modelele de renume internațional, iar Fengchao Technology a lansat, de asemenea, cipuri RDC de înaltă performanță.  Înlocuirea internă în lanț complet - de la senzor la cip de decodare - se accelerează.

Concluzie

Deși de dimensiuni reduse, rezolutorul cu reluctanță variabilă este un senzor central indispensabil în sistemul de control al motoarelor principale ale vehiculelor cu energie nouă. Personalizarea sa afectează în mod direct acuratețea controlului motorului, eficiența de funcționare și fiabilitatea.

Odată cu creșterea continuă a industriei de vehicule cu energie noi și aprofundarea înlocuirii interne, serviciile de personalizare a rezolutorilor vor deveni și mai mature și mai eficiente. Pentru inginerii de motoare, înțelegerea principiilor de lucru și a elementelor esențiale de personalizare ale solutoarelor a devenit deja un curs obligatoriu.

La urma urmei,  numai atunci când motorul este echipat cu „ochii” potriviți, poate vedea clar și funcționează constant.