'Ognjene oči' motorjev glavnega pogona električnih vozil – prilagoditev razločevalcev spremenljivega odpora

Uvod: nepogrešljivo 'oko' za nadzor motorja

V pogonskem motorju novih energetskih vozil je neopazna, a kritično pomembna komponenta - spremenljiv reluctance resolver  (pogosto skrajšan na 'resolver'). Deluje kot 'oko' motorja in neprestano sporoča krmilniku motorja: 'Kje je trenutno nameščen rotor? Kakšna je hitrost vrtenja?'

Brez tega 'očesa' sinhronski motorji s trajnimi magneti ne morejo doseči natančnega krmiljenja komutacije, kar ima za posledico grobo, sunkovito izhodno moč ali celo popolno odpoved delovanja. Podatki kažejo, da je stopnja prodora razreševalnikov v glavne pogonske motorje novih energetskih osebnih vozil kar  78,6 %  – kar pomeni, da je skoraj vsak glavni pogonski motor novih energetskih vozil opremljen z enim.

Torej, kako ta majhen senzor dejansko deluje? Zakaj ga je treba 'prilagoditi'? In na katere ključne parametre morate biti pozorni med prilagajanjem?

1. Kaj je razreševalec spremenljivega odpora?

1.1 Od transformatorja do razreševalnika

Vsi poznajo 'transformator' - stopnjuje napetost navzgor ali navzdol. Razločevalnik si lahko predstavljamo kot napredno različico transformatorja: medtem ko običajni transformator oddaja fiksno napetost, oddaja razreševalec napetost, ki se spreminja glede na vrtilni kot rotorja.

Razločevalnik spremenljivega odpora je najpogosteje uporabljen tip. Njegova osnovna struktura je neverjetno preprosta:

·  Stator : pritrjen na mestu, navit z vzbujalnim navitjem (vhod) in sinusno/kosinusnim izhodnim navitjem.

·  Rotor : izdelan iz naloženih silikonskih jeklenih lamel z zobmi,  ki sploh ne vsebuje navitij , in se vrti z gredjo motorja.

1.2 Načelo delovanja: Spremembe zračne reže določajo spremembe signala

Ko na statorjevo vzbujevalno navitje deluje izmenična vzbujalna napetost, se v zračni reži med statorjem in rotorjem ustvari izmenično magnetno polje. Ko se rotor vrti, se magnetna upornost zračne reže periodično spreminja, ker zobje rotorja (izbokline in vdolbine) izmenično prehajajo zobe statorja.

Ta sprememba povzroči, da se inducirane napetosti v dveh izhodnih navitjih (sinusnem in kosinusnem) spremenijo v amplitudi – ena po sinusnem vzorcu, druga po kosinusnem vzorcu.

Z interpretacijo teh dveh signalov lahko krmilnik motorja v vsakem trenutku natančno izračuna absolutni kotni položaj rotorja.

1.3 Zakaj je postal najboljša izbira za glavne pogonske motorje električnih vozil?

Razločevalec spremenljivega odpora je postal 'prevladal' v sektorju novih energetskih vozil zahvaljujoč naslednjim prednostim:

·  Izjemno enostavna in zanesljiva konstrukcija : brez navitij rotorja, brez krtač - brez težav z obrabo, njegova teoretična življenjska doba pa se lahko ujema z življenjsko dobo same opreme.

·  Izjemna odpornost na okolje : temperaturno območje delovanja od -50°C do +155°C, odporen na visoke temperature, vibracije in onesnaženje z oljem.

·  Močna odpornost na elektromagnetne motnje : Na podlagi načel elektromagnetne indukcije je naravno odporen na ostro elektromagnetno okolje v motorju.

·  Izhod absolutnega položaja : Zagotavlja trenutni kot takoj po vklopu, brez potrebe po postopku 'homing'.

2. Zakaj glavni pogonski motor zahteva 'prilagojeni' razreševalec?

Nekateri se lahko vprašajo: ali niso razreševalci standardne komponente, ki so že na voljo? Zakaj ne bi preprosto kupili že pripravljenega?

Realnost še zdaleč ni tako preprosta.  Vsak novi glavni pogonski motor energetskega vozila je zasnovan z drugačno močjo, hitrostjo, prostorom za namestitev in pogoji delovanja – in te razlike neposredno določajo, da mora biti razreševalec 'izdelan po meri'.

2.1 Montažne mere se zelo razlikujejo

Različni motorji so na voljo v različnih velikostih okvirjev, od 25 do 300, pri čemer je za vsakega potreben razreševalec z ustreznimi dimenzijami. Načini montaže se prav tako razlikujejo - montaža skozi luknjo, površinska montaža, montaža s prirobnico - vsaka ustreza različni zasnovi mehanskega vmesnika.

2.2 Električni parametri se razlikujejo

Vzbujevalna napetost, frekvenca vzbujanja, število parov polov, transformacijsko razmerje - vsi ti električni parametri se morajo popolnoma ujemati s krmilnim sistemom motorja. Uporaba razreševalnika z neujemajočimi se parametri lahko v najboljšem primeru zmanjša natančnost meritev in v najslabšem primeru povzroči nedelovanje celotnega krmilnega sistema motorja.

2.3 Zahteve glede natančnosti se zelo razlikujejo

Natančnost položaja, zahtevana za pogonski motor glavnega potniškega vozila, je popolnoma drugačna kot pri visoko zmogljivem vozilu. Več kot je parov polov, večja je natančnost - v razponu od 2, 4 do 6 ali več parov polov, pri čemer se natančnost izboljša s 25 kotnih minut na 10 kotnih minut ali celo več.

2.4 Pogoji delovanja niso enaki

Nekateri motorji delujejo v okoljih, hlajenih z oljem, kar zahteva, da je razreševalec združljiv z oljem; drugi zasledujejo izjemno visoke hitrosti, ki zahtevajo podporo za 20.000 vrtljajev na minuto ali celo več; spet drugi zahtevajo certifikat AEC-Q za avtomobilski razred - vsak pogoj nalaga ločene konstrukcijske zahteve za razreševalec.

3. Prilagoditev razreševalnika: Kaj natančno je mogoče prilagoditi?

3.1 Mehanska prilagoditev

·  Zunanje mere : zunanji premer, dolžina, položaji montažnih lukenj itd.

·  Način pritrditve : skoznja luknja, površinska montaža ali prirobnica.

·  Odprtina gredi rotorja : mora se natančno ujemati s premerom gredi motorja.

·  Specifikacije vodilne žice : dolžina žice, premer in vrsta priključka.

3.2 Električna prilagoditev

·  Število parov polov : ključni parameter, ki določa merilno ločljivost; se lahko prilagodi zahtevam.

·  Vzbujalna napetost : običajno AC 7 Vrms, vendar nastavljiva glede na potrebe sistema.

·  Frekvenca vzbujanja : običajno 10 kHz, lahko pa se določijo tudi druge frekvence.

·  Transformacijsko razmerje : določa amplitudo izhodnega signala, ki vpliva na obdelavo signala na spodnjem dekodirnem čipu.

·  Vhodna/izhodna impedanca : mora ustrezati pogonskemu vezju.

3.3 Prilagoditev zmogljivosti

·  Stopnja natančnosti : na voljo od standardne natančnosti do visoke natančnosti (npr. ±4 kotne minute).

·  Največja vrtilna hitrost : standardno 20.000 rpm; višje hitrosti je mogoče prilagoditi.

·  Območje delovne temperature : prilagojeno dejanskim delovnim pogojem.

·  Zaščitni razred : npr. IP69 ali višji.

3.4 Posebne prilagoditve

·  Združljivost z oljem : posebni materiali in izvedbe tesnil za oljno hlajene motorje.

·  Toleranca ekscentričnosti : patentirane sheme navijanja za kompenzacijo napak pri montaži ekscentričnosti.

·  Integrirano zaznavanje temperature : izbirni NTC termistor za kombinirano zaznavanje položaja in temperature.

4. Postopek prilagajanja: od zahtev do dostave

Tipičen postopek prilagajanja razreševalnika na splošno vključuje naslednje stopnje:

1. korak: Sporočilo o zahtevah  - Stranka zagotovi parametre motorja, razpoložljiv prostor, cilje glede zmogljivosti itd.

2. korak: Zasnova rešitve  - Dobavitelj razvije elektromagnetne in mehanske zasnove na podlagi zahtev.

3. korak: Preverjanje simulacije -  Analiza končnih elementov (FEA) se uporablja za optimizacijo elektromagnetne zmogljivosti.

4. korak: Izdelava prototipa  - Vzorci prototipov so izdelani in preizkušeni na preskusnih mizah.

Korak 5: Množična proizvodnja  - Po validaciji se izdelek premakne v množično proizvodnjo.

Trenutno so vodilni domači dobavitelji razreševalnikov skrajšali dobavni cikel prilagajanja na vsega 4–6 tednov. Nekateri so že zgradili popolnoma avtomatizirane proizvodne linije z letno zmogljivostjo, ki presega 1 milijon enot.

5. Industrijski trend: domača zamenjava dobiva zagon

Dolgo časa so na trgu razločevalcev višjega cenovnega razreda prevladovale tuje znamke, kot sta japonska Tamagawa in MinebeaMitsumi. Vendar pa je v zadnjih letih kitajska tehnologija razreševalnikov dosegla pomemben preboj；Hkrati hitro napredujejo tudi domači čipi razreševalcev v digitalni pretvornik (RDC). SC2121 in drugi izdelki podjetja Xinchi Semiconductor so dosegli funkcionalno enakost z mednarodno priznanimi modeli, Fengchao Technology pa je lansirala tudi visoko zmogljive RDC čipe.  Domača zamenjava v celotni verigi - od senzorja do dekodirnega čipa - se pospešuje.

Zaključek

Čeprav je majhen, je razločevalnik spremenljive upornosti nepogrešljiv osrednji senzor v krmilnem sistemu novih pogonskih motorjev vozil na energijo. Njegova prilagoditev neposredno vpliva na natančnost krmiljenja, učinkovitost delovanja in zanesljivost motorja.

Z nadaljnjo rastjo industrije novih energetskih vozil in poglabljanjem domače zamenjave bodo storitve prilagajanja razreševalnikov postale še bolj zrele in učinkovite. Za inženirje motorjev je razumevanje principov delovanja in bistvenih elementov prilagajanja razreševalcev postalo že obvezen tečaj.

Konec koncev,  le če je motor opremljen s pravimi 'oči', lahko jasno vidi in deluje enakomerno.