新能源汽车旋转变压器工作原理与检修技巧

    目前，新能源电动汽车驱动电机转子位置传感器广泛采用的类型是旋转变压器，英文单词为“resolver”，旋转变压器又被简称为“旋变”。如果旋转变压器出现故障，电动汽车将无法上电和行驶。为此，维修人员需要了解和掌握旋转变压器的工作原理和检修技巧。

一、旋转变压器的工作原理

    如图1所示，旋转变压器主要由励磁线圈(线圈A)、正弦线圈(线圈B)、余弦线圈(线圈C)以及一个形状不规则的金属转子组成。励磁线圈是输入侧线圈，正弦和余弦线圈是空间上呈90°分布的输出侧线圈，金属转子固定在驱动电机轴上。大部分电动汽车由电机控制器(MCU)负责监测旋转变压器的信号，根据旋转变压器输出的正弦(SINE)和余弦(COSINE)信号，MCU通过内部的旋变编码器解析后便可获得驱动电机当前的转子位置。在点火开关置于ON位置时，MCU输出一个交流电、一定频率的励磁信号至励磁线圈(不同车型的交流电压不一样)，励磁线圈获得励磁信号后生成一个环绕正弦线圈、余弦线圈以及不规则形状转子的磁场。MCU监测正弦线圈和余弦线圈分别产生的正弦、余弦信号，通过比较这两个信号，MCU便能确定驱动电机转子的旋转角度、转速和旋转方向(正转或反转)。如果旋变信号失效或丢失，车辆将无法上电和行驶。

二、旋转变压器的安装位置

    旋转变压器固定在电机定子上，它和转子同轴安装，北汽EU260驱动电机旋转变压器如图2所示。2022款特斯拉Model 3四驱版前驱动电机位置传感器和后驱动电机位置传感器的类型均为旋转变压器，均为3个绕组，共6根线。但是，早期特斯拉电动汽车驱动电机安装的不是6根线的旋转变压器，而是4根线的电机编码器(Motor Encoder)。

    图3所示的是比亚迪e5旋转变压器的安装位置，棕色的接插件安装在驱动电机的外端盖上(图4)。

三、旋转变压器的检测

    遇到电动汽车无法上电，首先应使用诊断仪器读取电机控制器(MCU)中的故障码(图5)。对于吉利EV300和EV450纯电动汽车，与旋转变压器相关的故障码包括：P0C5200-SINE(正弦)/COSINE(余弦)输入信号低于电压阀值；P0C511C-SINE(正弦)/COSINE(余弦)输入信号超过电压阀值；P130C00-Resolver旋变器初始化错误；P171000-角度跳变故障；P171100-信号失配错误；P171200-配置错误；P171300-奇偶校验错误；P171400-锁相错误。

    对于比亚迪电动汽车，与旋转变压器相关的故障码有：P1BBF00-前驱动电机旋变故障，信号丢失；P1BC000-前驱动电机旋变故障，角度异常；P1BC100-前驱动电机旋变故障，信号幅值减弱。

    导致电动汽车电机控制器(MCU)中出现与旋转变压器相关故障码的可能原因有：

    1.旋转变压器损坏；

    2.旋转变压器至电机控制器之间的线路存在故障，例如电阻值过大、插头针脚松脱、腐蚀等；

    3.驱动电机总成存在故障；

    4.驱动电机控制器存在故障(电机控制器内部旋变解码芯片损坏)；

    5.驱动电机零位标定错误。

    读取到与旋转变压器相关的故障码后，维修技师应能够查询旋转变压器的电路图，并根据电路图正确测量旋转变压器三组线圈的电阻值，使用示波器测量旋转变压器的波形，并进行波形判断。检修旋转变压器的具体步骤如下：

    1. 检查励磁绕组的供电电压。对于北汽EU260旋转变压器的励磁绕组，将点火开关置于ON位置，将万用表置于交流电压档，测量连接至动力电子单元(PEU)侧的驱动电机旋转变压器19针插件A、B号端(图6)之间的交流电压，正常情况下应该在2.7～5V之间。笔者通过实际测量发现，北汽EU260旋变励磁绕组电压为2.704V交流电压，吉利EV300旋变励磁绕组电压为8.36V，如图7所示。如果旋变励磁绕组电压为0，则应检查电机控制器连接至旋变传感器之间的线路是否正常。

    2.检测电机旋转变压器励磁线圈、正弦线圈和余弦线圈的电阻值。由于旋转变压器有6根线，内部有三组线圈，因此可以使用万用表测量线圈的电阻。拔下电机控制器上的低压插头，使用数字式万用表分别测量旋转变压器励磁线圈、正弦线圈和余弦线圈的电阻，确认电阻值应在标准范围内。需要注意的是，不同车型的标准值有所不同，表1列出了常见车型旋转变压器的标准值。吉利EV300旋变绕组电阻的实际测量值如图8所示。

    3.检测旋转变压器的波形。使用示波器检测旋转变压器正弦线圈和余弦线圈的信号波形，并根据波形图判断旋转变压器工作正常与否。正常情况下，旋转变压器输出的正弦和余弦波形图如图9所示。

    4.更换旋转变压器后的匹配校准。对于大部分车型，旋转变压器或者电机更换后，必须在其控制系统中重新写入偏移补偿量。若没有更新偏移补偿量，该汽车将会在预设模式下运行，这可能会限制电机的输出功率。以比亚迪电动汽车为例，“电机零位标定”的具体步骤是：首先打开比亚迪诊断软件VDS，选择“汽车诊断系统”—“乘用车”—“EV系”；根据相关车型，选择对应的车型，点击“ECU模块”，对各模块进行扫描，找到“电机控制器模块”并点击进入；选择“电机零位标定”，根据驱动电机铭牌上的零位条形码，在框中输入电机零位，并点击开始按钮，对电机零位进行标定。

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