«Пламенные глаза» двигателей главного привода электромобилей – настройка резольверов с переменным сопротивлением

Введение: незаменимый «глаз» для управления двигателем

В приводном двигателе транспортных средств на новой энергии есть незаметный, но критически важный компонент – резольвер с переменным сопротивлением  (часто сокращается до «резольвер»). Он действует как «глаз» двигателя, постоянно сообщая контроллеру двигателя: «Где сейчас находится ротор? Какова скорость вращения?»

Без этого «глаза» синхронные двигатели с постоянными магнитами не могут обеспечить точное управление коммутацией, что приводит к неравномерной, прерывистой выходной мощности или даже к полному отказу в работе. Данные показывают, что уровень внедрения резольверов в главные приводные двигатели пассажирских транспортных средств на новых источниках энергии достигает  78,6%  , то есть почти каждый главный приводной двигатель нового энергетического транспортного средства оснащен им.

Итак, как на самом деле работает этот крошечный датчик? Почему его нужно «индивидуализировать»? И на какие ключевые параметры следует обратить внимание при настройке?

1. Что такое резольвер с переменным сопротивлением?

1.1 От трансформатора к резольверу

Всем знаком «трансформатор» — он повышает или понижает напряжение. Резольвер можно рассматривать как усовершенствованную версию трансформатора: в то время как обычный трансформатор выдает фиксированное напряжение, резольвер выдает напряжение, которое меняется в зависимости от угла поворота ротора.

Резольвер с переменным сопротивлением является наиболее широко используемым типом. Его основная структура удивительно проста:

·  Статор : Фиксированный на месте, намотанный обмоткой возбуждения (входной) и синусоидальной/косинусной выходной обмоткой.

·  Ротор : Изготовлен из сложенных друг на  друга пластин кремнистой стали с зубцами, не содержит обмоток и вращается вместе с валом двигателя.

1.2 Принцип работы: изменения воздушного зазора определяют изменения сигнала

Когда на обмотку возбуждения статора подается переменное напряжение возбуждения, в воздушном зазоре между статором и ротором создается переменное магнитное поле. При вращении ротора магнитное сопротивление воздушного зазора периодически изменяется, поскольку зубья ротора (выступы и углубления) поочередно проходят мимо зубьев статора.

Это изменение приводит к изменению амплитуды индуцированных напряжений в двух выходных обмотках (синусоидальной и косинусоидальной) – одна по синусоидальной схеме, другая по косинусоидальной..

Интерпретируя эти два сигнала, контроллер двигателя может точно рассчитать абсолютное угловое положение ротора в любой момент.

1.3 Почему он стал лучшим выбором для двигателей главного привода электромобилей?

Резольвер с переменным сопротивлением стал «доминировать» в секторе новых энергетических транспортных средств благодаря следующим преимуществам:

·  Чрезвычайно простая и надежная конструкция : нет обмоток ротора, нет щеток – нет проблем с износом, а теоретический срок службы может соответствовать сроку службы самого оборудования.

·  Исключительная устойчивость к воздействию окружающей среды : Диапазон рабочих температур от -50°C до +155°C, устойчивость к высоким температурам, вибрации и загрязнению маслом.

·  Высокая устойчивость к электромагнитным помехам : основанный на принципах электромагнитной индукции, он естественным образом невосприимчив к агрессивной электромагнитной среде внутри двигателя.

·  Выход абсолютного положения : Обеспечивает текущий угол сразу после включения питания, без необходимости процедуры «наведения».

2. Почему для двигателя главного привода требуется «индивидуальный» резольвер?

Некоторые могут спросить: разве резольверы не являются стандартными готовыми компонентами? Почему бы просто не купить готовый?

Реальность далеко не так проста.  Каждый двигатель главного привода нового энергетического транспортного средства рассчитан на различную мощность, скорость, место для установки и условия эксплуатации — и эти различия напрямую определяют, что резольвер должен быть «изготовлен по индивидуальному заказу».

2.1 Монтажные размеры сильно различаются

Различные двигатели имеют разные типоразмеры, от 25 до 300, для каждого из которых требуется резольвер соответствующих размеров. Способы монтажа также различаются — монтаж через отверстие, поверхностный монтаж, фланцевый монтаж — каждый из которых соответствует разной конструкции механического интерфейса.

2.2 Электрические параметры различаются

Напряжение возбуждения, частота возбуждения, количество пар полюсов, коэффициент трансформации – все эти электрические параметры должны идеально соответствовать системе управления двигателем. Использование резольвера с несогласованными параметрами может в лучшем случае снизить точность измерений, а в худшем — вывести из строя всю систему управления двигателем.

2.3 Требования к точности существенно различаются

Точность позиционирования, необходимая для приводного двигателя обычного пассажирского автомобиля, полностью отличается от точности положения высокопроизводительного автомобиля. Чем больше пар полюсов, тем выше точность: от 2, 4 до 6 и более пар полюсов, при этом точность повышается с 25 угловых минут до 10 угловых минут или даже выше.

2.4 Условия эксплуатации неоднородны

Некоторые двигатели работают в средах с масляным охлаждением, поэтому резольвер должен быть совместим с маслом; другие гонятся за чрезвычайно высокими скоростями, требуя поддержки 20 000 об/мин или даже выше; третьи требуют сертификации автомобильного класса AEC-Q — каждое условие предъявляет особые требования к конструкции резольвера.

3. Настройка резольвера: что именно можно настроить?

3.1 Механическая настройка

·  Внешние размеры : внешний диаметр, длина, расположение монтажных отверстий и т. д.

·  Способ монтажа : сквозное, поверхностное или фланцевое.

·  Отверстие вала ротора : должно точно соответствовать диаметру вала двигателя.

·  Характеристики подводящего провода : длина провода, его диаметр и тип разъема.

3.2 Электрическая настройка

·  Количество пар полюсов : ключевой параметр, определяющий разрешение измерения; могут быть адаптированы к требованиям.

·  Напряжение возбуждения : обычно 7 В переменного тока, но регулируется в соответствии с потребностями системы.

·  Частота возбуждения : обычно 10 кГц, но могут быть указаны другие частоты.

·  Коэффициент преобразования : определяет амплитуду выходного сигнала, влияющую на обработку сигнала нисходящего чипа декодирования.

·  Входное/выходное сопротивление : должно соответствовать цепи управления.

3.3 Настройка производительности

·  Степень точности : от стандартной до высокой (например, ±4 угловых минуты).

·  Максимальная скорость вращения : стандартная 20 000 об/мин; более высокие скорости могут быть настроены.

·  Диапазон рабочих температур : адаптирован к реальным условиям работы.

·  Класс защиты : например, IP69 или выше.

3.4 Специальные настройки

·  Совместимость с маслом : специальные материалы и конструкции уплотнений для двигателей с масляным охлаждением.

·  Допуск на эксцентриситет : запатентованная схема намотки для компенсации ошибок эксцентриситета при монтаже.

·  Встроенное измерение температуры : дополнительный термистор NTC для комбинированного определения положения и температуры.

4. Процесс настройки: от требований к доставке

Типичный процесс настройки резольвера обычно включает в себя следующие этапы:

Шаг 1: Обсуждение требований  . Заказчик предоставляет параметры двигателя, доступное пространство, целевые показатели производительности и т. д.

Шаг 2: Разработка решения  . Поставщик разрабатывает электромагнитные и механические конструкции на основе требований.

Шаг 3: Проверка моделирования.  Анализ методом конечных элементов (FEA) используется для оптимизации электромагнитных характеристик.

Шаг 4: Изготовление прототипа.  Образцы прототипа изготавливаются и тестируются на испытательных стендах.

Шаг 5: Массовое производство  . После проверки продукт переходит в серийное производство.

В настоящее время ведущие отечественные поставщики резольверов сократили цикл поставки до 4-6 недель. Некоторые из них уже построили полностью автоматизированные производственные линии с годовой производительностью, превышающей 1 миллион единиц.

5. Тенденция в отрасли: внутреннее замещение набирает обороты

Долгое время на рынке высококачественных резольверов доминировали иностранные бренды, такие как японские Tamagawa и MinebeaMitsumi. Однако в последние годы китайская технология резольверов добилась значительных успехов; в то же время отечественные микросхемы резольвера в цифровой преобразователь (RDC) также быстро развиваются. SC2121 и другие продукты компании Xinchi Semiconductor достигли функционального равенства со всемирно известными моделями, а компания Fengchao Technology также выпустила высокопроизводительные чипы RDC.  Внутреннее замещение по всей цепочке — от датчика до декодирующего чипа — ускоряется.

Заключение

Несмотря на небольшой размер, резольвер с переменным сопротивлением является незаменимым датчиком в системе управления двигателями главного привода транспортных средств на новых источниках энергии. Его настройка напрямую влияет на точность управления двигателем, эффективность его работы и надежность.

С продолжающимся ростом индустрии транспортных средств на новых источниках энергии и углублением внутреннего замещения услуги по настройке резольверов станут еще более зрелыми и эффективными. Для инженеров-мотористов понимание принципов работы и основ настройки резольверов уже стало обязательным курсом.

В конце концов,  только когда у двигателя есть правильные «глаза», он сможет ясно видеть и стабильно работать..