汽車電子新技術(shù)：日本美蓓亞的旋轉(zhuǎn)變壓器 - 全文

　　日本美蓓亞（Minebea）將從事并研究驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車（EV）和混合動(dòng)力車（HEV）的同步馬達(dá)用旋轉(zhuǎn)角傳感器“旋轉(zhuǎn)變壓器（Resolver）”（圖1）。在旋轉(zhuǎn)變壓器領(lǐng)域，向豐田HEV供貨的日本多摩川精機(jī)目前擁有90%以上的高份額，日本航空電子工業(yè)也在努力地追趕。

　　圖1：美蓓亞的旋轉(zhuǎn)變壓器

　　照片上的是21英寸產(chǎn)品。EV/HEV驅(qū)動(dòng)用途使用21英寸以上的產(chǎn)品。

　　隨著供應(yīng)能力強(qiáng)大的美蓓亞涉足，旋轉(zhuǎn)變壓器也將實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從兩家公司采購(gòu)這一已在其他部件中成為常識(shí)的采購(gòu)方式，成本競(jìng)爭(zhēng)或?qū)⒂纱碎_(kāi)始。

　　其實(shí)，美蓓亞早已是旋轉(zhuǎn)變壓器領(lǐng)域的“巨人”。只是該公司的產(chǎn)品以前是面向EPS（電動(dòng)助力方向盤(pán)）扭矩傳感器用途的，而非驅(qū)動(dòng)馬達(dá)用途。扭矩傳感器為了檢測(cè)扭桿兩側(cè)的角度，算出扭矩，通常配備兩臺(tái)旋轉(zhuǎn)變壓器。美蓓亞向三葉（MITSUBA）供應(yīng)旋轉(zhuǎn)變壓器，得益于三葉的馬達(dá)被日本精工及昭和的EPS大量使用，獲得了較高份額。美蓓亞預(yù)定2012年度使旋轉(zhuǎn)變壓器的年產(chǎn)量達(dá)到480萬(wàn)臺(tái)（圖2）。今后還計(jì)劃進(jìn)一步增產(chǎn)，到2016年度達(dá)到年產(chǎn)1250萬(wàn)臺(tái)以上。

　　美蓓亞在ISG（Integrated Starter Generator）用旋轉(zhuǎn)變壓器領(lǐng)域也取得了佳績(jī)。韓國(guó)現(xiàn)代汽車“索納塔混合動(dòng)力車（Sonata Hybrid）”及韓國(guó)起亞汽車“K5 Hybrid”的ISG用旋轉(zhuǎn)變壓器就是美蓓亞制造的（圖3）。另外，2012年還有多家廠商來(lái)進(jìn)行咨詢。

　　圖2：旋轉(zhuǎn)變壓器的生產(chǎn)計(jì)劃

　　今后雖然仍以EPS用產(chǎn)品為中心，但EV/HEV用產(chǎn)品也將大幅增長(zhǎng)。

　　圖3：韓國(guó)現(xiàn)代汽車的“索納塔混合動(dòng)力車”

　　ISG配備有美蓓亞的旋轉(zhuǎn)變壓器。

　　今后，美蓓亞將以這一業(yè)績(jī)?yōu)楸尘?，開(kāi)始全面供應(yīng)EV/HEV用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)使用的旋轉(zhuǎn)變壓器。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)用旋轉(zhuǎn)變壓器與EPS用旋轉(zhuǎn)變壓器在技術(shù)上有很多共同之處，能夠獲得量產(chǎn)效果。該旋轉(zhuǎn)變壓器用來(lái)檢測(cè)角度，因此本質(zhì)上來(lái)講，旋轉(zhuǎn)變壓器的尺寸應(yīng)該與馬達(dá)的尺寸大小沒(méi)有關(guān)系，但從實(shí)際設(shè)計(jì)來(lái)看，還是比EPS用旋轉(zhuǎn)變壓器要大出了一圈。

　　EPS用旋轉(zhuǎn)變壓器的上限為21英寸（定子外徑為2.1英寸＝53mm），而驅(qū)動(dòng)馬達(dá)用旋轉(zhuǎn)變壓器的下限與該尺寸差不多。在軸部為承受發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩而可能變粗的HEV用旋轉(zhuǎn)變壓器中，還有57英寸（145mm）的大尺寸產(chǎn)品。

　　在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)用途方面，美蓓亞首先向日本國(guó)內(nèi)汽車廠商或馬達(dá)廠商供貨。之后，北美及歐洲的訂單也確定下來(lái)，而且還從中國(guó)市場(chǎng)接到了數(shù)十家公司的咨詢。在這種情況下，該公司預(yù)定2013年年產(chǎn)240萬(wàn)臺(tái)。

　　從錫焊改為T(mén)IG焊

　　美蓓亞的旋轉(zhuǎn)變壓器，其特點(diǎn)在于繞組線與端子間的連接采用TIG（Tungsten Inert Gas，鎢極惰性氣體）焊接（圖4）。而一般情況下都采用錫焊。錫焊存在接合面極可能出現(xiàn)裂紋的問(wèn)題，可靠性令人擔(dān)心。

　　雖說(shuō)采用的是TIG焊接，但并不是使用焊條的普通焊接方法。而是將繞組線纏到端子上，從上方實(shí)施電弧放電，熔化端子上端，形成熔融銅球。然后通過(guò)該銅球?qū)⒗@組線包起并凝固來(lái)固定。由于凝固情況不同，與理想的形狀相比，容易出現(xiàn)歪倒或潰破現(xiàn)象，很難達(dá)到要求（圖5）。

　　圖4：定子的繞組

　　通過(guò)MIG焊接技術(shù)將繞組線頭固定在端子上。

　　圖5：端子的固定

　?。╝）理想的形狀、（b）歪倒的示例、（c）潰破的示例。

　　TIG焊接前需要?jiǎng)兊衾@組線的絕緣膜。美蓓亞開(kāi)發(fā)了在同一工位上進(jìn)行“剝離絕緣膜”及“實(shí)施TIG焊接”這兩項(xiàng)工序的技術(shù)。具體而言，首先在端子周圍流過(guò)空氣實(shí)施電弧放電，進(jìn)行加熱，燒掉絕緣膜。接著通過(guò)噴嘴供應(yīng)保護(hù)氣體（Ar，氬），從端子上面逼出空氣，實(shí)施焊接。這種工藝如果是線徑只有0.1mm左右的細(xì)線時(shí)很難達(dá)到要求。流過(guò)的空氣量少的話，就會(huì)殘留絕緣膜，而過(guò)多的話，繞組線及端子的銅又會(huì)氧化。

　　驅(qū)動(dòng)用旋轉(zhuǎn)變壓器與EPS用旋轉(zhuǎn)變壓器同在泰國(guó)邦芭茵（Bang Pa-In）工廠生產(chǎn)，生產(chǎn)設(shè)備從繞線機(jī)廠商購(gòu)入，不過(guò)在公司內(nèi)部按照不同線徑重新設(shè)計(jì)了噴嘴，經(jīng)反復(fù)改造后構(gòu)筑了生產(chǎn)線（圖6）。而且，供給繞組線一側(cè)的張力也通過(guò)自主試驗(yàn)找到了最佳值。通過(guò)這一措施，最終將繞組線的速度提高到了卷線機(jī)廠商設(shè)定值的兩倍。另外，通過(guò)無(wú)松弛地進(jìn)行移定的繞線，還提高了角度精度（圖7）。順便提一句，樹(shù)脂絕緣構(gòu)件同樣在泰國(guó)生產(chǎn)，由華富里（Lopburi）工廠制造。

　　圖6：泰國(guó)邦芭茵工廠的生產(chǎn)線

　　有數(shù)十條由7～8臺(tái)繞線機(jī)排列成的生產(chǎn)線。

　　圖7：角度誤差的分布

　　分布于大幅低于標(biāo)準(zhǔn)的地方。卷線亂或松弛時(shí)，誤差就會(huì)變大。

　　開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)由日本浜松工廠負(fù)責(zé)。得益于EPS用旋轉(zhuǎn)變壓器方面的積累，還確立了設(shè)計(jì)技術(shù)。從旋轉(zhuǎn)變壓器來(lái)看，磁場(chǎng)解析尤為重要，與實(shí)驗(yàn)值不充分吻合的話就達(dá)不到精度。

　　在磁場(chǎng)解析中容易造成問(wèn)題的是漏磁通。旋轉(zhuǎn)變壓器是位于馬達(dá)內(nèi)的磁傳感器，因此馬達(dá)機(jī)身泄漏出來(lái)的磁通量會(huì)使信號(hào)失真。為了將這一影響降低至最小限度，美蓓亞采取了使用磁場(chǎng)解析來(lái)設(shè)計(jì)的方法。這種方法是憑借在EPS馬達(dá)用途中積累的經(jīng)驗(yàn)確立的（圖8）。

　　圖8：轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)變壓器時(shí)的輸出電壓

　?。╝）馬達(dá)機(jī)身泄漏出來(lái)的漏磁通導(dǎo)致失真。（b）確立了將失真量降至最小的設(shè)計(jì)方法。

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