De 'eldiga ögonen' av EV-huvuddrivmotorer – anpassning av variabel reluktansupplösare

Introduktion: Ett oumbärligt 'öga' för motorstyrning

I drivmotorn för nya energifordon finns en oansenlig men ändå kritiskt viktig komponent - variabel reluktansresolver  (ofta förkortad till 'resolver'). Den fungerar som motorns 'öga' som ständigt säger till motorstyrenheten: 'Var är rotorn placerad nu? Vad är rotationshastigheten?'

Utan detta 'öga' kan synkronmotorer med permanent magnet inte uppnå exakt kommuteringskontroll, vilket resulterar i grov, ryckig uteffekt - eller till och med fullständig funktionsfel. Data visar att penetrationshastigheten för resolvers i huvuddrivmotorerna i nya energipassagerarfordon är så hög som  78,6 %  - vilket betyder att nästan varje nytt energifordons huvuddrivmotor är utrustad med en sådan.

Så hur fungerar den här lilla sensorn egentligen? Varför måste den 'anpassas'? Och vilka nyckelparametrar bör du vara uppmärksam på under anpassning?

1. Vad är en variabel reluktansresolver?

1.1 Från transformator till resolver

Alla är bekanta med 'transformatorn' - den stegar spänningen upp eller ner. En resolver kan ses som en avancerad version av en transformator: medan en konventionell transformator matar ut en fast spänning, matar en resolver ut en spänning som varierar med rotorns rotationsvinkel.

Variabel reluktansresolver är den mest använda typen. Dess kärnstruktur är anmärkningsvärt enkel:

·  Stator : Fast på plats, lindad med en excitationslindning (ingång) och sinus/cosinusutgångslindningar.

·  Rotor : Tillverkad av staplade kiselstål med tänder,  utan lindningar alls , och roterar med motoraxeln.

1.2 Arbetsprincip: Luftgapändringar bestämmer signalförändringar

När en växelströmsexciteringsspänning appliceras på statorns magnetiseringslindning genereras ett alternerande magnetfält i luftgapet mellan statorn och rotorn. När rotorn vrider sig ändras den magnetiska reluktansen i luftgapet periodiskt eftersom rotortänderna (utsprång och urtag) växelvis passerar statortänderna.

Denna variation gör att de inducerade spänningarna i de två utgångslindningarna (sinus och cosinus) ändras i amplitud - den ena följer ett sinusmönster, den andra ett cosinusmönster.

Genom att tolka dessa två signaler kan motorstyrningen exakt beräkna rotorns absoluta vinkelposition när som helst.

1.3 Varför har det blivit det bästa valet för huvuddrivna elmotorer?

Den variabla reluktansresolvern har kommit att 'dominera' den nya energifordonssektorn tack vare följande styrkor:

·  Extremt enkel och pålitlig konstruktion : Inga rotorlindningar, inga borstar - inga slitageproblem, och dess teoretiska livslängd kan matcha utrustningens själv.

·  Exceptionell miljötålighet : Driftstemperaturintervall från -50°C till +155°C, resistent mot höga temperaturer, vibrationer och oljeföroreningar.

·  Stark immunitet mot elektromagnetisk störning : Baserat på principer för elektromagnetisk induktion är den naturligt immun mot den hårda elektromagnetiska miljön inuti motorn.

·  Absolut positionsutgång : Tillhandahåller den aktuella vinkeln omedelbart efter uppstart, utan behov av en 'homing'-procedur.

2. Varför kräver huvuddrivmotorn en 'anpassad' resolver?

Vissa kanske frågar: är inte resolvers standardkomponenter från hyllan? Varför inte bara köpa en färdig?

Verkligheten är långt ifrån så enkel.  Varje ny huvuddrivmotor för energifordon är designad med olika effekt, hastighet, monteringsutrymme och driftsförhållanden - och dessa skillnader avgör direkt att resolvern måste vara 'skräddarsydd'.

2.1 Monteringsmått varierar stort

Olika motorer finns i olika ramstorlekar, från 25 till 300, var och en kräver en resolver med matchande dimensioner. Monteringsmetoderna skiljer sig också åt - montering genom hål, ytmontering, flänsmontering - var och en motsvarar en annan mekanisk gränssnittsdesign.

2.2 Elektriska parametrar skiljer sig åt

Excitationsspänning, excitationsfrekvens, antal polpar, transformationsförhållande - alla dessa elektriska parametrar måste perfekt matcha motorstyrsystemet. Att använda en resolver med felaktiga parametrar kan i bästa fall minska mätnoggrannheten och i värsta fall göra hela motorstyrsystemet obrukbart.

2.3 Noggrannhetskraven varierar avsevärt

Den positionsnoggrannhet som krävs för ett vanligt passagerarfordons drivmotor är helt annorlunda än för ett högpresterande fordon. Ju fler polpar, desto högre noggrannhet - allt från 2, 4 till 6 eller fler polpar, med noggrannheten som förbättras från 25 bågminuter till 10 bågminuter eller ännu högre.

2.4 Driftförhållandena är inte enhetliga

Vissa motorer fungerar i oljekylda miljöer, vilket kräver att resolvern är oljekompatibel; andra strävar efter extrema höga hastigheter, vilket kräver stöd för 20 000 rpm eller ännu högre; ytterligare andra kräver AEC-Q-certifiering av fordonsklass - varje villkor ställer olika designkrav på resolvern.

3. Resolveranpassning: Vad exakt kan anpassas?

3.1 Mekanisk anpassning

·  Yttre mått : ytterdiameter, längd, monteringshålspositioner, etc.

·  Monteringsmetod : genomgående hål, ytmontering eller flänstyp.

·  Rotoraxelöppning : måste exakt matcha motoraxelns diameter.

·  Specifikationer för ledningstråd : ledningslängd, tjocklek och kontakttyp.

3.2 Elektrisk anpassning

·  Antal polpar : en nyckelparameter som bestämmer mätupplösningen; kan skräddarsys efter behov.

·  Excitationsspänning : typiskt AC 7 Vrms, men justerbar efter systembehov.

·  Excitationsfrekvens : vanligtvis 10 kHz, men andra frekvenser kan specificeras.

·  Transformationsförhållande : bestämmer utsignalens amplitud, vilket påverkar signalbehandlingen av nedströms avkodningschipet.

·  Ingångs-/utgångsimpedans : måste matcha drivkretsen.

3.3 Prestandaanpassning

·  Noggrannhetsgrad : från standardprecision till hög precision (t.ex. ±4 bågminuter) tillgänglig.

·  Maximal rotationshastighet : standard 20 000 rpm; högre hastigheter kan anpassas.

·  Drifttemperaturområde : anpassat efter faktiska arbetsförhållanden.

·  Skyddsklass : t.ex. IP69 eller högre.

3.4 Specialanpassningar

·  Oljekompatibilitet : specialmaterial och tätningskonstruktioner för oljekylda motorer.

·  Excentricitetstolerans : patenterade lindningsscheman för att kompensera för monteringsexcentricitetsfel.

·  Integrerad temperaturavkänning : valfri NTC-termistor för kombinerad positions- och temperaturdetektering.

4. Anpassningsprocess: Från krav till leverans

En typisk process för anpassning av resolver inkluderar i allmänhet följande steg:

Steg 1: Kravkommunikation  -Kunden tillhandahåller motorparametrar, tillgängligt utrymme, prestandamål etc.

Steg 2: Lösningsdesign  -Leverantören utvecklar de elektromagnetiska och mekaniska designerna utifrån kraven.

Steg 3: Simuleringsverifiering  - Finita elementanalys (FEA) används för att optimera elektromagnetisk prestanda.

Steg 4: Prototyptillverkning  -Prototypprover produceras och testas på testbänkar.

Steg 5: Massproduktion  - Efter validering går produkten över i volymproduktion.

För närvarande har ledande inhemska resolverleverantörer förkortat anpassningsleveranscykeln till så lite som 4-6 veckor. Vissa har redan byggt helautomatiserade produktionslinjer med en årlig kapacitet som överstiger 1 miljon enheter.

5. Branschtrend: Inhemsk substitution tar fart

Länge dominerades high-end resolvermarknaden av utländska märken som japanska Tamagawa och MinebeaMitsumi. Men under de senaste åren har kinesisk resolverteknologi gjort betydande genombrott; Samtidigt går även inhemska resolver-till-digitalomvandlare (RDC)-chips snabbt framåt. Xinchi Semiconductors SC2121 och andra produkter har uppnått funktionell paritet med internationellt kända modeller, och Fengchao Technology har även lanserat högpresterande RDC-chips.  Helkedjans inhemska substitution - från sensor till avkodningschip - accelererar.

Slutsats

Även om den är liten i storleken är den variabla reluktansupplösaren en oumbärlig kärnsensor i styrsystemet för nya energifordons huvuddrivmotorer. Dess anpassning påverkar direkt motorns kontrollnoggrannhet, driftseffektivitet och tillförlitlighet.

Med den fortsatta tillväxten av den nya energifordonsindustrin och fördjupningen av inhemsk substitution kommer anpassningstjänster för resolver att bli ännu mer mogna och effektiva. För motoringenjörer har det redan blivit en obligatorisk kurs att förstå arbetsprinciperna och anpassningsprinciperna för resolvers.

När allt kommer omkring,  bara när motorn är utrustad med rätt 'ögon' kan den se klart och gå stadigt.