'Đôi mắt rực lửa' của Động cơ truyền động chính EV – Tùy chỉnh bộ giải quyết từ trở thay đổi

Giới thiệu: 'Con mắt' không thể thiếu cho việc điều khiển động cơ

Trong động cơ truyền động của các phương tiện sử dụng năng lượng mới, có một bộ phận không dễ thấy nhưng cực kỳ quan trọng - bộ phận trình phân giải miễn cưỡng thay đổi  (thường được rút ngắn thành 'trình phân giải'). Nó đóng vai trò như 'con mắt' của động cơ, liên tục báo cho bộ điều khiển động cơ: 'Roto hiện đang ở đâu? Tốc độ quay là bao nhiêu?'

Nếu không có 'con mắt' này, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu không thể đạt được khả năng điều khiển chuyển mạch chính xác, dẫn đến công suất đầu ra bị giật, giật - hoặc thậm chí không hoạt động hoàn toàn. Dữ liệu cho thấy tỷ lệ thâm nhập của bộ phân giải trong động cơ truyền động chính của xe chở khách sử dụng năng lượng mới cao tới  78,6%  - nghĩa là gần như mọi động cơ truyền động chính của phương tiện sử dụng năng lượng mới đều được trang bị một động cơ truyền động chính.

Vậy, cảm biến nhỏ bé này thực sự hoạt động như thế nào? Tại sao nó cần phải được 'tùy chỉnh'? Và những thông số chính nào bạn nên chú ý trong quá trình tùy chỉnh?

1. Bộ giải quyết từ trở thay đổi là gì?

1.1 Từ máy biến áp đến bộ giải quyết

Mọi người đều quen thuộc với 'máy biến áp' - nó tăng hoặc giảm điện áp. Bộ phân giải có thể được coi là phiên bản nâng cao của máy biến áp: trong khi máy biến áp thông thường tạo ra điện áp cố định thì bộ phân giải tạo ra điện áp thay đổi theo góc quay của rôto.

Bộ phân giải từ trở thay đổi là loại được sử dụng rộng rãi nhất. Cấu trúc cốt lõi của nó rất đơn giản:

·  Stator : Cố định tại chỗ, được quấn bằng cuộn dây kích thích (đầu vào) và cuộn dây đầu ra hình sin/cosine.

·  Rôto : Được làm bằng các tấm thép silicon xếp chồng lên nhau có răng,  không chứa cuộn dây nào và quay cùng với trục động cơ.

1.2 Nguyên tắc làm việc: Thay đổi khe hở không khí xác định thay đổi tín hiệu

Khi một điện áp kích thích xoay chiều được đặt vào cuộn dây kích thích của stato, một từ trường xoay chiều sẽ được tạo ra trong khe hở không khí giữa stato và rôto. Khi rôto quay, điện trở từ của khe hở không khí thay đổi định kỳ do các răng của rôto (phần nhô ra và phần lõm) lần lượt đi qua các răng của stato.

Sự thay đổi này làm cho điện áp cảm ứng trong hai cuộn dây đầu ra (sin và cosine) thay đổi biên độ - một theo dạng sin, cuộn kia theo dạng cos.

Bằng cách giải thích hai tín hiệu này, bộ điều khiển động cơ có thể tính toán chính xác vị trí góc tuyệt đối của rôto bất kỳ lúc nào.

1.3 Tại sao nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho động cơ dẫn động chính EV?

Trình phân giải từ trở thay đổi đã trở thành 'thống trị' trong lĩnh vực phương tiện sử dụng năng lượng mới nhờ những điểm mạnh sau:

·  Cấu trúc cực kỳ đơn giản và đáng tin cậy : Không có cuộn dây rô-to, không có chổi than - không có vấn đề mài mòn và tuổi thọ sử dụng về mặt lý thuyết của nó có thể phù hợp với tuổi thọ của chính thiết bị.

·  Khả năng phục hồi môi trường đặc biệt : Nhiệt độ hoạt động từ -50°C đến +155°C, chịu được nhiệt độ cao, độ rung và ô nhiễm dầu.

·  Khả năng miễn nhiễm nhiễu điện từ mạnh : Dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, nó có khả năng miễn nhiễm tự nhiên với môi trường điện từ khắc nghiệt bên trong động cơ.

·  Đầu ra vị trí tuyệt đối : Cung cấp góc hiện tại ngay khi bật nguồn mà không cần quy trình 'homing'.

2. Tại sao Động cơ truyền động chính lại yêu cầu Bộ giải quyết 'Tùy chỉnh'?

Một số người có thể hỏi: các bộ phân giải không phải là thành phần tiêu chuẩn sẵn có phải không? Tại sao không mua một cái làm sẵn?

Thực tế không hề đơn giản như vậy.  Mỗi động cơ truyền động chính của xe năng lượng mới được thiết kế với công suất, tốc độ, không gian lắp đặt và điều kiện vận hành khác nhau - và những khác biệt này trực tiếp xác định rằng bộ giải quyết phải được 'thiết kế riêng'.

2.1 Kích thước lắp đặt rất khác nhau

Các động cơ khác nhau có kích thước khung khác nhau, từ 25 đến 300, mỗi động cơ yêu cầu một bộ phân giải có kích thước phù hợp. Các phương pháp lắp cũng khác nhau - lắp xuyên lỗ, lắp bề mặt, lắp mặt bích - mỗi phương pháp tương ứng với một thiết kế giao diện cơ khí khác nhau.

2.2 Thông số điện khác nhau

Điện áp kích thích, tần số kích thích, số cặp cực, tỷ số biến đổi - tất cả các thông số điện này phải hoàn toàn phù hợp với hệ thống điều khiển động cơ. Tốt nhất, việc sử dụng bộ phân giải có các tham số không khớp có thể làm giảm độ chính xác của phép đo và tệ nhất là khiến toàn bộ hệ thống điều khiển động cơ không thể hoạt động.

2.3 Yêu cầu về độ chính xác thay đổi đáng kể

Độ chính xác về vị trí cần thiết cho động cơ truyền động của xe khách thông thường hoàn toàn khác với độ chính xác của xe hiệu suất cao. Càng nhiều cặp cực, độ chính xác càng cao - từ 2, 4, đến 6 cặp cực trở lên, với độ chính xác được cải thiện từ 25 phút cung lên 10 phút cung hoặc thậm chí cao hơn.

2.4 Điều kiện hoạt động không thống nhất

Một số động cơ hoạt động trong môi trường làm mát bằng dầu, yêu cầu bộ phân giải phải tương thích với dầu; những người khác theo đuổi tốc độ cực cao, cần hỗ trợ 20.000 vòng/phút hoặc thậm chí cao hơn; vẫn còn những điều kiện khác yêu cầu chứng nhận AEC-Q cấp ô tô - mỗi điều kiện áp đặt các yêu cầu thiết kế riêng biệt cho bộ phân giải.

3. Tùy chỉnh bộ giải quyết: Chính xác thì có thể tùy chỉnh những gì?

3.1 Tùy chỉnh cơ học

·  Kích thước bên ngoài : đường kính ngoài, chiều dài, vị trí lỗ lắp, v.v.

·  Phương pháp lắp đặt : xuyên lỗ, gắn bề mặt hoặc mặt bích.

·  Khẩu độ trục rôto : phải khớp chính xác với đường kính trục động cơ.

·  Thông số kỹ thuật dây dẫn : chiều dài dây, khổ dây và loại đầu nối.

3.2 Tùy chỉnh điện

·  Số cặp cực : thông số quan trọng quyết định độ phân giải của phép đo; có thể được điều chỉnh theo yêu cầu.

·  Điện áp kích thích : thường là AC 7 Vrms, nhưng có thể điều chỉnh theo nhu cầu của hệ thống.

·  Tần số kích thích : thông thường là 10 kHz, nhưng có thể chỉ định các tần số khác.

·  Tỷ số biến đổi : xác định biên độ tín hiệu đầu ra, ảnh hưởng đến quá trình xử lý tín hiệu của chip giải mã xuôi dòng.

·  Trở kháng vào/ra : phải phù hợp với mạch điều khiển.

3.3 Tùy chỉnh hiệu suất

·  Cấp độ chính xác : từ độ chính xác tiêu chuẩn đến độ chính xác cao (ví dụ: ±4 phút cung) có sẵn.

·  Tốc độ quay tối đa : tiêu chuẩn 20.000 vòng/phút; tốc độ cao hơn có thể được tùy chỉnh.

·  Phạm vi nhiệt độ hoạt động : phù hợp với điều kiện làm việc thực tế.

·  Cấp bảo vệ : ví dụ IP69 hoặc cao hơn.

3.4 Tùy chỉnh đặc biệt

·  Khả năng tương thích với dầu : vật liệu đặc biệt và thiết kế kín cho động cơ làm mát bằng dầu.

·  Dung sai độ lệch tâm : sơ đồ cuộn dây được cấp bằng sáng chế để bù đắp cho các lỗi lắp lệch tâm.

·  Cảm biến nhiệt độ tích hợp : nhiệt điện trở NTC tùy chọn để phát hiện vị trí và nhiệt độ kết hợp.

4. Quy trình tùy chỉnh: Từ yêu cầu đến giao hàng

Quá trình tùy chỉnh trình phân giải điển hình thường bao gồm các giai đoạn sau:

Bước 1: Trao đổi yêu cầu  -Khách hàng cung cấp thông số động cơ, không gian trống, mục tiêu hiệu suất, v.v.

Bước 2: Thiết kế giải pháp  - Nhà cung cấp phát triển các thiết kế điện từ và cơ khí dựa trên yêu cầu.

Bước 3: Xác minh mô phỏng -  Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất điện từ.

Bước 4: Sản xuất nguyên mẫu  - Mẫu nguyên mẫu được sản xuất và thử nghiệm trên bàn thử nghiệm.

Bước 5: Sản xuất hàng loạt  - Sau khi xác nhận, sản phẩm sẽ được chuyển sang sản xuất số lượng lớn.

Hiện tại, các nhà cung cấp máy phân giải hàng đầu trong nước đã rút ngắn chu kỳ phân phối tùy chỉnh xuống chỉ còn 4-6 tuần. Một số đã xây dựng được dây chuyền sản xuất hoàn toàn tự động với công suất hàng năm vượt quá 1 triệu chiếc.

5. Xu hướng ngành: Sản phẩm thay thế trong nước đang có đà tăng trưởng

Trong một thời gian dài, thị trường máy phân giải cao cấp bị thống trị bởi các thương hiệu nước ngoài như Tamagawa và MinebeaMitsumi của Nhật Bản. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, công nghệ máy phân giải của Trung Quốc đã có những bước đột phá đáng kể; Đồng thời, các chip chuyển đổi máy phân giải sang kỹ thuật số (RDC) trong nước cũng đang phát triển nhanh chóng. SC2121 của Xinchi Semiconductor và các sản phẩm khác đã đạt được chức năng tương đương với các mẫu nổi tiếng quốc tế và Fengchao Technology cũng đã ra mắt chip RDC hiệu suất cao.  Sự thay thế toàn chuỗi trong nước - từ cảm biến sang chip giải mã - đang tăng tốc.

Phần kết luận

Mặc dù có kích thước nhỏ nhưng bộ phân giải từ trở thay đổi là cảm biến cốt lõi không thể thiếu trong hệ thống điều khiển động cơ truyền động chính của xe sử dụng năng lượng mới. Việc tùy chỉnh của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác điều khiển, hiệu quả vận hành và độ tin cậy của động cơ.

Với sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp xe sử dụng năng lượng mới và sự thay thế trong nước ngày càng sâu rộng, các dịch vụ tùy chỉnh bộ giải quyết sẽ càng trở nên hoàn thiện và hiệu quả hơn. Đối với các kỹ sư động cơ, việc hiểu các nguyên tắc làm việc và các yếu tố cần thiết để tùy chỉnh của bộ giải quyết đã trở thành một khóa học bắt buộc.

Suy cho cùng,  chỉ khi động cơ được gắn thêm 'mắt' phù hợp thì nó mới có thể nhìn rõ và chạy ổn định.