Electrically assisted calibration of permanent magnet synchronous motor’s resolver

Abstract

This master’s thesis sought to develop a production friendly methodology for aligning resolver with respect to the electrical a-phase of permanent magnet synchronous motor. Motivation for the research emerged from the lack of comprehensive calibration methodology, though individual methods have been studied. To explore the fundamentals of the resolvers and electric motors, literature review was first conducted.

The subject was researched through three viewpoints – design, mechanical methods and electrical methods. Different methods within these definitions were recognized with the support of literature review. Design was considered through the tolerancing of the motor’s components and mechanical methods introduced principles for positioning the resolver, aided by jigs. Furthermore, electrical methods were studied through an experimental test setup to compare their accuracy and usability.

Results of both qualitative and quantitative nature were obtained in the research. Considering the design of the motor was seen as a necessary stage of the calibration and varying advantages were recognized for different mechanical methods. For electrical methods rotor alignment with direct current was observed as the most accurate option. However, inductance-based alignment done with an LCR meter was considered as a promising alternative in certain situations. Based on the results, topics for further research were discussed and strategies for implementing the methodology to production were given.

Tämä diplomityö pyrki kehittämään tuotantoystävällisen metodologian resolverin linjaamiseksi kestomagneettitahtimoottorin sähköisen a-vaiheen suhteen. Peruste tutkimuksen toteuttamiselle syntyi kattavan kalibrointimetodologian puutteesta, joskin yksittäisiä menetelmiä on tutkittu. Resolvereiden ja sähkömoottoreiden perusteiden tutkimiseksi suoritettiin ensin kirjallisuuskatsaus.

Aihetta tutkittiin kolmesta näkökulmasta – suunnittelu, mekaaniset menetelmät sekä sähköiset menetelmät. Erilaisia menetelmiä tunnistettiin näiden määritelmien puitteissa kirjallisuuskatsauksen tukemana. Suunnittelu käsiteltiin moottorin komponenttien toleroinnin kautta ja mekaaniset menetelmät toivat esiin periaatteita resolverin paikoittamiseksi, jigien avustamana. Lisäksi sähköisiä menetelmiä tutkittiin kokeellisen testijärjestelyn avulla niiden tarkkuuden ja käytettävyyden arvioimiseksi.

Tutkimuksessa saavutettiin sekä laadullisia että määrällisiä tuloksia. Moottorin suunnittelun huomioiminen nähtiin välttämättömänä vaiheena kalibrointia, ja vaihtelevia hyötyjä tunnistettiin erilaisille mekaanisille menetelmille. Sähköisistä menetelmistä roottorin linjaaminen tasavirtaa käyttäen havaittiin tarkimmaksi vaihtoehdoksi. Kuitenkin, induktanssiperusteinen linjaus LCR-mittarilla tehtynä katsottiin lupaavaksi vaihtoehdoksi tietyissä olosuhteissa. Tuloksiin pohjautuen, aiheita jatkotutkimukselle pohdittiin ja strategioita metodologian toimeenpanemiseksi tuotannossa esitettiin.