常州华旋黄燕:高压油冷驱动系统下的旋变解决方案

NE时代

阅读 792   更新于 2021-06-22 09:01:24

2021年6月17-18日,由NE时代主办,上海电驱动股份有限公司和华域汽车电动系统有限公司战略合作,精达股份总冠名的“2021全球xEV电驱动系统技术暨产业大会”在上海嘉定圆满召开。

以下为常州华旋黄燕演讲实录,主题为《高压油冷驱动系统下的旋变解决方案》。

今天跟大家分享一下关于旋变的系统解决方案。主要分为四个方面:第一旋变的结构选型和系统布置。第二油冷环境中的可靠性试验,华旋的旋变在油冷电机中最早是2019年量产的,到现在已经跑了两年多时间,性能非常稳定,所以在实验中积累了一些经验。第三是旋变在高压系统中EMC的解决方案,当旋变在波形采集过程中出现畸变,这时候该怎么解决。第四旋变的下线测试的解决方案。我们大部分客户旋变入库的时候不进行性能测试检,下线的时候也不测。

旋变是一种精密的速度位置传感器,在驱动系统越来越集成化设计的趋势下,更多的使用在高压驱动平台、油冷电机、三合一甚至多合一的结构中,相对前几年直驱单电机的使用环境,旋变允许布局位置空间更加紧凑,应用环境也更加恶劣。我们需要注意哪些新的问题?最常出现设计过程中结构布局不合理、解析过程中的电磁干扰以及装配过程中产生的装配偏差,耐油环境中的材料寿命评估等等。今天我们一起来探讨一下。

首先在结构布置的时候,需要注意以下几点:

(1)电机和转轴的配合:

转轴材料选择和残磁量的控制,我们曾经碰到装配旋变转子的位置出现残磁量过高在高转速下出现畸变的情况,所以在前期开发过程中,需要进行评估,不同的旋变能够对残磁的抗干扰能力和轴的匹配。

不同的电机转速下,转子和轴配合过盈量的选择。我们帮客户做过仿真,发现在选择我们一款标准品旋变的时候,高转速下转子和轴有产生间隙和脱离的风险。所以我们建议在前期选型过程中,一定要做一下仿真,因为旋变转子的拓扑结构设计由我们完成,铆点设计也是由我们设计的,但是配合的过盈量是由客户要求的,这就需要我们和客户共同完成风险评估和结构设计。

压入工艺和工装压板与转子铆点的拉拔力匹配。旋变转子和轴的压入方式有很多方式,包括常见的间隙配合、过盈配合,匹配的热套或者冷压。但是怎么样压入才能让转子变形量最小,轴的损伤最低呢?这就涉及到压入工装的选择、压入力的选择、旋变铆点数量的选择等等,最终目的是让旋变转子不散片,变形量最小。这个也是需要我们旋变厂家和客户共同探讨的问题。我们也建议客户在前期开发阶段,做一个仿轴的试验,不同的匹配尺寸和不同的旋变过盈量配合,在不同的压入力系数匹配情况下,得到最优的参数。

接下来讲一下转子和键槽的选择,有的客户需要光孔,有的客户需要带键槽,到底怎么样才是适合的?我们的建议是如果需要带键槽,尽量做对称,这样转子模具可以做回转的方案,旋变精度也会更好,更稳定。但是要注意匹配键槽的公差和加工一致性,否则在高转速情况下,会产生装配偏差,造成零位漂移的情况。

(2)电机端盖配合:

避免旋变定子和壳体过盈配合的安装方式,避免安装结构和压板产生磁传导。下线调零方案的选择和定子结构匹配。定子结构设计、转子结构设计都会跟工艺过程中采用怎样的调零方式相关。常用调零方式有人工调零、离线测试法、在线自学习法,这里不展开描述。从我们的角度建议,设计上让定转子机械定位相对位置尽可能统一,减少偏差,从而提高调零的效率和准确性。因为初始测量角度偏差也会对电机后面效率一致性产生影响。

(3)动力系统配合:

这里要注意以下几点:旋变在总成安装尺寸链计算下极限尺寸误差对电性能的影响,线束结构布置,高低压线束布置产生的EMC、旋变线束屏蔽处理、不同温度下旋变信号变化和控制器系统的匹配和补偿等等。

我们在总成设计过程中会产生的偏差有轴向偏差、径向偏差、倾斜度等。这些偏差都会造成旋变电性能的变化。所以我们在前期开发过程中要注意在极限装配情况下,旋变的电性能的适配性。可以通过仿真或者实测的形式进行摸底。可以看到图片上我们仿真的数据,轴向偏差会让旋变变比变小,径向偏差会让旋变变比变大。同时径向偏差对旋变精度的影响比较大,那么我们从结构需要考虑极限尺寸下旋变性能与控制器的匹配,就需要选择合适的气隙和精度。同时不同的温度下旋变的电性能也会有变化,我们一般会给出建议函数变化,控制器可以用来做对应的温度补偿。

下面分享一下油冷电机当中的旋变可靠性试验。

主要取决于整车工况需要的耐久条件,比如温度循环、高温储存、油冷高温循环等等。但是一般情况下,油冷实验不是单纯的油,需要加入一定比例的水。因为通常电机会产生少许的冷凝水,所以在每个不同实验阶段,需要保持水的比例一致。我们通常在试验进行到一半的时候,会进行旋变的电学性能测试,与实验前的电性能进行对比分析,看一下变化量有多少。另外还会进行漆包线拆解、胶水物性测试、塑料件老化力学实验等等。这里尤其要注意的是不同的油品会产生沉淀物,沉淀物及油喷面会对旋变性能和耐久可靠产生影响,所以需要考虑不同的防护结构。毕竟产品需要使用10年甚至15年的时间,我们需要了解材料的极限寿命是多少?

我司对油冷电机的振动冲击、机械扫频等实验,都是尽量模拟实际工况来进行的,做一个密封腔体,装上客户匹配的透气阀,甚至有些工况带着转速进行。通过尽可能的模拟实际工况,来评估各种恶劣工况带给产品的影响。这里我们要关注一下线束布置,不同的焊接方式、不同的总成布置下,线束的折弯半径带来的风险有多少,建议提前进行仿真,从而选择不同的卡扣固线方式。

下面分享一下旋变在高压系统中的EMC解决方案。

EMC应该说是一个接近玄学的大课题,今天只就结构布置来进行分享。前期开发过程中,我建议将旋变模型和系统总成进行仿真,首先确认系统干扰源会不会对旋变本体的精度产生影响。如果产生影响,判断干扰属于轴向干扰还是径向干扰,从而选择合适的结构进行规避。新能源初期,大家习惯用日本品牌,结构上能够完全适配独立开发平台的型号是不多的。这就要求我们前期一定要做充分评估。如果平台量纲足够支撑,更多是建议大家进行单独的旋变开发。图中特斯拉使用的这个旋变结构就很特殊,我们分析他在最初匹配的时候,考虑到径向的隔磁干扰问题。

另外就是实验,大部分的EMC实验都是在PV的时候进行的,这个时候如果发现问题再去更改结构,会涉及到端盖、旋变转子、旋变压板、旋变本体、线束屏蔽接地等,能够变动的空间是很小的。所以我们建议在前期开发过程中一定要提前将不同速度段下的旋变波形和激励电源进线摸底采集,保证全速度段下正余弦波形不会产生畸变。目前我司可以实现3万转转速下的旋变波形采集,保证旋变在全速度段下的精度良好。最后再提一下线束铰线,在不同的总成系统设计中,不同的交接密度和接地方式,带来的抗干扰能力也是不同的。

最后分享一下旋变下线测试。

现在旋变精度和电性能基本是旋变厂家出厂来保证的。我们在一家日本客户那边做过一个实验,同一批旋变,出厂做好性能测试后做好标识,一一对应进行电机总成装配。他们下线后再进行精度测试,离散程度是不一样的。这也充分说明了我刚刚最前面提到的旋变的装配和系统结构匹配会对旋变性能造成的不同影响。所以我们建议国内厂家学习一下日本厂家的控制方式,进行旋变总成组装以后的下线精度测试,避免极限装配情况下的性能失效,另一方面可以有效控制装配的一致性。

另外常常出错的还有接线错误,我们梳理了一下六根线一共会出现16种报错方式。很多客户的连接器是自己制作的,这时候就有产生出错的可能。可以匹配一台旋变接线检查的仪器,避免装机后电机反转等情况。目前华旋也可以帮助客户把连接器等一起装配好发货,我司下线是可以进行这个接线检测的。在混动系统下线测试的时候,还有一些客户会选择速度波动测试、旋变波形解码测试方法等等。

常州华旋传感目前为上汽、通用、比亚迪、东风、理想汽车等众多整车厂配套,也是采埃孚、联合电子、汇川技术、日本电产等企业的合格供应商。公司在欧洲设有分部,可以直接为欧洲客户提供面对面的技术服务。主旨为客户提供旋变系统化的解决方案,包括系统结构匹配设计、工艺路线方案、下线测试方案等。希望在新能源汽车发展的道路上,能够在关键核心零部件国产化上做一份贡献,华旋,做中国最好的旋转变压器!

以上分享这些,谢谢!

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