“新能源汽車進(jìn)行時”——新能源汽車之速度反饋系統(tǒng)

    旋轉(zhuǎn)變壓器：混合動力汽車的動力系統(tǒng)以動力傳輸路線分類，可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式等三種。不管采用何種方式，在電動機(jī)參與傳動時都需要速度反饋，控制器接收到速度反饋信號后控制電動機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)將車速穩(wěn)定在目標(biāo)速度，也可以根據(jù)速度選擇傳動方式。

    常用的速度反饋元件有旋轉(zhuǎn)編碼器，霍爾速度傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器（簡稱旋變）。

    從功能上講，三者都能完成速度反饋的功能，但是編碼器由于碼盤防護(hù)等級不高，容易震壞，雖然有較高的分辨率，但是維修頻率高，從而影響整臺車質(zhì)量可靠性；霍爾速度傳感器價格便宜、但是分辨率低，使得控制精度受到限制，而且霍爾元件長時間受熱后磁性會減弱，所以使用壽命不長；旋轉(zhuǎn)變壓器由于轉(zhuǎn)子和定子分離，無接觸，而且采用無刷設(shè)計，所以有很高的防護(hù)等級，能耐高強(qiáng)度的震動，不怕水和油污，使用壽命可以長達(dá)數(shù)十年，另外采用專用的轉(zhuǎn)換芯片解碼，可以將旋變輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，有和旋轉(zhuǎn)編碼器相當(dāng)?shù)慕獯a精度。因此，作為混合動力汽車的速度反饋元件，旋變可以說一種比較理想的選擇。

    混合動力汽車由電動機(jī)驅(qū)動時必須檢測電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)用旋變時需要將其轉(zhuǎn)子安裝在馬達(dá)軸上檢測其速度，也可以通過其他耦合方式檢測。安裝在電機(jī)內(nèi)部時，由于馬達(dá)內(nèi)部的磁場會影響旋變本身的磁通量變化率，從而影響其解碼精度，因此必須加裝屏蔽罩。并且在旋變的輸出線上套上屏蔽線，降低空間電磁干擾。采用這種安裝方法將使旋變得到很好的保護(hù)，不會受到灰塵、油污等影響，旋變使用壽命變長，故障率低，是一種理想的使用方法。

旋轉(zhuǎn)變壓器精品盤點(diǎn)

多摩川：Singlsyn超扁平絕對式角度傳感器     產(chǎn)品特色：Singlsyn旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)極薄，安裝結(jié)構(gòu)極??；最大為30,000min-1（rpm）；通過R/D的連接變換器Smartcoder感應(yīng)絕對位置和速度，能轉(zhuǎn)換Singlsyn模擬輸出信號成數(shù)字式位置（角度）信號，位置信號通過電回路轉(zhuǎn)換成絕對位置信號。

美蓓亞：15/21型旋轉(zhuǎn)變壓器     產(chǎn)品特色：耐環(huán)境性能優(yōu)異；溫度特性優(yōu)良，以2相的輸出電壓之比來檢測角度，檢測精度幾乎不受溫度影響；可實(shí)現(xiàn)高分辨率檢測、高精度、高可靠性。

上海贏雙：YSJ52XU9734磁阻式旋變     產(chǎn)品特色：超薄尺，作為內(nèi)置型結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了超薄設(shè)計和裝配；允許工作溫度范圍-55℃~+155℃；防護(hù)等級高；旋轉(zhuǎn)速度最高可達(dá)到60000RPM，廣泛應(yīng)用于混合動力汽車，純電動汽車系統(tǒng)。

多摩川旋轉(zhuǎn)變壓器車載應(yīng)用
    旋轉(zhuǎn)變壓器是利用電磁誘導(dǎo)的角度檢測器。是從二次大戰(zhàn)時開發(fā)的軍用角度計算及角度檢測器發(fā)展而來的。用于高溫、高震動環(huán)境和機(jī)械手的電機(jī)角度傳感器。之后，F(xiàn)A用途的角度傳感器的主力被光學(xué)編碼器取代。多摩川開發(fā)的可變磁阻（VariableReluctance：VR）型旋轉(zhuǎn)變壓器，因?yàn)樗馄?、低成本、?yōu)良的耐環(huán)境性能被用于混合動力汽車的驅(qū)動電機(jī)的角度傳感器。另外，多摩川開發(fā)的車載電機(jī)控制用的TrackingType的ResolverDigital（RD）變換器有著高分解能，可以準(zhǔn)確地進(jìn)行高角度檢測，可以控制高精度電機(jī)。隨著汽車電動化地啟動，也開始搭載在其他用途上使用。

    背景：90年代，因?yàn)榈厍驕厥倚?yīng)等環(huán)境問題，急速開始了電動汽車及汽車搭載電機(jī)的開發(fā)。因?yàn)槠囼?qū)動用的電機(jī)要求小型高效，開始研討永磁同步電動機(jī)。但是，永磁同步電動機(jī)是通過轉(zhuǎn)子的角度位置信息來控制旋轉(zhuǎn)，因此必須配備旋轉(zhuǎn)角度傳感器。汽車的驅(qū)動周邊溫度高、震動大，而且有潤滑油在流動，使用環(huán)境非常惡劣，有內(nèi)置電路、玻璃碼盤的光學(xué)編碼器無法使用，而且需要大口徑扁平構(gòu)造的角度傳感器，因此耐環(huán)境性能優(yōu)良的無刷旋轉(zhuǎn)變壓器在構(gòu)造上最適合。

    因此，最適合汽車搭載的角度傳感器VR型旋轉(zhuǎn)變壓器再次被關(guān)注，針對其缺點(diǎn)改善角度精度和偏差，開始了新型VR型旋轉(zhuǎn)變壓器的開發(fā)。這個VR型旋轉(zhuǎn)變壓器先是被使用在電動汽車電機(jī)角度傳感器，后來又被使用在了混合動力汽車上。之后，再被用于電動助力轉(zhuǎn)向用途的無刷電機(jī)的角度傳感，生產(chǎn)量大幅增加的同時，成本再度下降。表1顯示的是旋轉(zhuǎn)變壓器的開發(fā)歷史。

表1

表2

    如此，旋轉(zhuǎn)編碼器隨著市場在不斷進(jìn)化，可是說是跟其他傳感器競爭后幸存的角度傳感器。

    方案特色：VR型旋轉(zhuǎn)變壓器最初是搭載在電動汽車電機(jī)上使用，生產(chǎn)數(shù)量為每月幾十臺左右。后來這個技術(shù)延用到混合動力汽車電機(jī)上，如圖1和圖3所示，混合動力汽車的動力部位各有2臺VR型旋轉(zhuǎn)變壓器和RD轉(zhuǎn)換器。因?yàn)槌浞掷糜邢薜目臻g把旋轉(zhuǎn)變壓器內(nèi)置于電機(jī)的軸承部分，電機(jī)的全長基本沒有變化。另外，電機(jī)的線圈也在內(nèi)徑側(cè)，不容易受到干擾。電機(jī)發(fā)熱產(chǎn)生的高溫油浸等惡劣的環(huán)境條件也不會影響到旋轉(zhuǎn)變壓器的動作。

圖1

圖3

    圖2顯示的是安裝在EPS（電動助力轉(zhuǎn)向）的無刷電機(jī)上的VR型旋轉(zhuǎn)變壓器。

    汽車重量加大，EPS電機(jī)的電流就會增加，因此必須要無刷化。而且因?yàn)橥S設(shè)計，必須要耐熱、耐震的角度傳感器，所以采用了旋轉(zhuǎn)變壓器。因?yàn)楦叻止?jié)能且可以控制震動音，旋轉(zhuǎn)變壓器還被使用在了圓柱形EPS上。同時，旋轉(zhuǎn)變壓器還搭載在了慶應(yīng)大學(xué)開發(fā)的8輪驅(qū)動電動汽車Eliica的電機(jī)上。

    方案配置：VR型旋轉(zhuǎn)變壓器