汽车电子新技术：日本美蓓亚的旋转变压器

　　日本美蓓亚（Minebea）将从事并研究驱动纯电动汽车（EV）和混合动力车（HEV）的同步马达用旋转角传感器“旋转变压器（Resolver）”（图1）。在旋转变压器领域，向丰田HEV供货的日本多摩川精机目前拥有90%以上的高份额，日本航空电子工业也在努力地追赶。

　　

　　图1：美蓓亚的旋转变压器

　　照片上的是21英寸产品。EV/HEV驱动用途使用21英寸以上的产品。

　　随着供应能力强大的美蓓亚涉足，旋转变压器也将实现产品从两家公司采购这一已在其他部件中成为常识的采购方式，成本竞争或将由此开始。

　　其实，美蓓亚早已是旋转变压器领域的“巨人”。只是该公司的产品以前是面向EPS（电动助力方向盘）扭矩传感器用途的，而非驱动马达用途。扭矩传感器为了检测扭杆两侧的角度，算出扭矩，通常配备两台旋转变压器。美蓓亚向三叶（MITSUBA）供应旋转变压器，得益于三叶的马达被日本精工及昭和的EPS大量使用，获得了较高份额。美蓓亚预定2012年度使旋转变压器的年产量达到480万台（图2）。今后还计划进一步增产，到2016年度达到年产1250万台以上。

　　美蓓亚在ISG（Integrated Starter Generator）用旋转变压器领域也取得了佳绩。韩国现代汽车“索纳塔混合动力车（Sonata Hybrid）”及韩国起亚汽车“K5 Hybrid”的ISG用旋转变压器就是美蓓亚制造的（图3）。另外，2012年还有多家厂商来进行咨询。

　　

　　图2：旋转变压器的生产计划

　　今后虽然仍以EPS用产品为中心，但EV/HEV用产品也将大幅增长。

　　

　　图3：韩国现代汽车的“索纳塔混合动力车”

　　ISG配备有美蓓亚的旋转变压器。

　　今后，美蓓亚将以这一业绩为背景，开始全面供应EV/HEV用驱动马达使用的旋转变压器。驱动马达用旋转变压器与EPS用旋转变压器在技术上有很多共同之处，能够获得量产效果。该旋转变压器用来检测角度，因此本质上来讲，旋转变压器的尺寸应该与马达的尺寸大小没有关系，但从实际设计来看，还是比EPS用旋转变压器要大出了一圈。

　　EPS用旋转变压器的上限为21英寸（定子外径为2.1英寸＝53mm），而驱动马达用旋转变压器的下限与该尺寸差不多。在轴部为承受发动机扭矩而可能变粗的HEV用旋转变压器中，还有57英寸（145mm）的大尺寸产品。

　　在驱动马达用途方面，美蓓亚首先向日本国内汽车厂商或马达厂商供货。之后，北美及欧洲的订单也确定下来，而且还从中国市场接到了数十家公司的咨询。在这种情况下，该公司预定2013年年产240万台。

　　从锡焊改为TIG焊

　　美蓓亚的旋转变压器，其特点在于绕组线与端子间的连接采用TIG（Tungsten Inert Gas，钨极惰性气体）焊接（图4）。而一般情况下都采用锡焊。锡焊存在接合面极可能出现裂纹的问题，可靠性令人担心。

　　虽说采用的是TIG焊接，但并不是使用焊条的普通焊接方法。而是将绕组线缠到端子上，从上方实施电弧放电，熔化端子上端，形成熔融铜球。然后通过该铜球将绕组线包起并凝固来固定。由于凝固情况不同，与理想的形状相比，容易出现歪倒或溃破现象，很难达到要求（图5）。

　　

　　图4：定子的绕组

　　通过MIG焊接技术将绕组线头固定在端子上。

　　

　　图5：端子的固定

　　（a）理想的形状、（b）歪倒的示例、（c）溃破的示例。

　　TIG焊接前需要剥掉绕组线的绝缘膜。美蓓亚开发了在同一工位上进行“剥离绝缘膜”及“实施TIG焊接”这两项工序的技术。具体而言，首先在端子周围流过空气实施电弧放电，进行加热，烧掉绝缘膜。接着通过喷嘴供应保护气体（Ar，氩），从端子上面逼出空气，实施焊接。这种工艺如果是线径只有0.1mm左右的细线时很难达到要求。流过的空气量少的话，就会残留绝缘膜，而过多的话，绕组线及端子的铜又会氧化。

　　驱动用旋转变压器与EPS用旋转变压器同在泰国邦芭茵（Bang Pa-In）工厂生产，生产设备从绕线机厂商购入，不过在公司内部按照不同线径重新设计了喷嘴，经反复改造后构筑了生产线（图6）。而且，供给绕组线一侧的张力也通过自主试验找到了最佳值。通过这一措施，最终将绕组线的速度提高到了卷线机厂商设定值的两倍。另外，通过无松弛地进行移定的绕线，还提高了角度精度（图7）。顺便提一句，树脂绝缘构件同样在泰国生产，由华富里（Lopburi）工厂制造。

　　

　　图6：泰国邦芭茵工厂的生产线

　　有数十条由7～8台绕线机排列成的生产线。

　　

　　图7：角度误差的分布

　　分布于大幅低于标准的地方。卷线乱或松弛时，误差就会变大。

　　开发及设计由日本浜松工厂负责。得益于EPS用旋转变压器方面的积累，还确立了设计技术。从旋转变压器来看，磁场解析尤为重要，与实验值不充分吻合的话就达不到精度。

　　在磁场解析中容易造成问题的是漏磁通。旋转变压器是位于马达内的磁传感器，因此马达机身泄漏出来的磁通量会使信号失真。为了将这一影响降低至最小限度，美蓓亚采取了使用磁场解析来设计的方法。这种方法是凭借在EPS马达用途中积累的经验确立的（图8）。

　　

　　图8：转动旋转变压器时的输出电压

　　（a）马达机身泄漏出来的漏磁通导致失真。（b）确立了将失真量降至最小的设计方法。