مستشعر موضع المحرك هو جهاز يكتشف موضع الدوار (الجزء الدوار) في المحرك بالنسبة إلى الجزء الثابت (الجزء الثابت). إنه يحول الموضع الميكانيكي إلى إشارة كهربائية لاستخدامها بواسطة وحدة التحكم في المحرك لتحديد وقت تبديل الاتجاه الحالي للمحرك وقوته ، وبالتالي التحكم في سرعة الدوران في المحرك وعزم الدوران.
في مركبات الطاقة الجديدة ، يرتبط التحكم الدقيق للمحرك مباشرة بسلامة القيادة واستقرار السيارة ، والعمل الدقيق للموقف يمكن أن يضمن حل المستشعرات الاستجابة الصحيحة للمحرك في لحظات حرجة مثل الكبح في حالات الطوارئ أو التسارع أو التوجيه. هذا مهم بشكل خاص للمحركات المتزامنة المغناطيس الدائمة (PMSM) ، والتي لا تحتوي على مسافرات اتصال مادية وبالتالي تعتمد على معلومات الموضع التي يقدمها المستشعر لتحديد وقت تبديل اتجاه التيار وضمان التشغيل السلس للمحرك.
في الوقت الحاضر ، هناك نوعان من أجهزة استشعار الموضع الحركية شائعة الاستخدام في مركبات الطاقة الجديدة ، وأجهزة استشعار التيار الدوامة والمحولات الدوارة (أجهزة استشعار دوارة).
01.
الفرق بين التيارات الدوامة والدوامة ينبع من مبدأهما الأساسي
على الرغم من أن أجهزة استشعار التيار الدوامة والمحولات الدوارة يمكن أن تلبي متطلبات اكتشاف الموضع المحرك ، نظرًا لآلات توليد الإشارات المختلفة وطرق معالجة الإشارات ، ستكون هناك اختلافات في تطبيقات المنتج المحددة وفقًا لمتطلبات مختلفة.
يحتاج اختيار نوع مستشعر الموضع الحركي أيضًا إلى النظر في عوامل أخرى ، مثل التكلفة ، ومتطلبات الدقة ، والقدرة على التكيف البيئي ، والموثوقية ، وتعقيد تكامل النظام ، والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بآلية الإشارات والمعالجة الأساسية.
خذ المستشعر الدوار الأكثر استخدامًا كمثال ، ويستند مبدأ العمل على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. يتمثل مبدأ توليد الإشارة في أن وحدة التحكم في المحرك توفر إشارة الإثارة الثابتة لتردد AC إلى ملف الإثارة (الملف A) ، وتولد إشارة الإثارة هذه مجالًا مغناطيسيًا بالتناوب داخل المستشعر الدوار. مع تدوير الدوار ، يتم قطع المجال المغناطيسي الناتج عن ملف الإثارة ، مما يؤدي إلى تحريض جهد التيار المتردد في الملف الجيبي B وملف جيب التمام C. عن طريق قياس اختلاف الطور وسعة هاتين الإشارات ، والموضع المطلق واتجاه الدوران للدوار المحرك بدقة.
◎ في معالجة الإشارات ، تستقبل وحدة التحكم في المحرك وتحليل إشارات الجيب والجيب لجهاز الاستشعار الدوار ، ويحسب معلومات الزاوية الدقيقة من خلال خوارزمية البرمجيات (عادةً ما تكون خوارزمية تحليل الترميز الدوار). من أجل تحقيق معالجة أفضل للإشارات ، عادة ما يكون من الضروري تطبيق شريحة فك تشفير خاصة ، والتي يتم تثبيتها في وحدة تحكم المحرك ، وبالطبع ، يمكن أيضًا تحقيقها عن طريق فك تشفير البرامج.
لذلك ، في الشكل المحدد لمستشعر الدوران ، يتكون عادةً من ملف مثير (ملف أساسي ، ملف A) ، لفائف الإخراج (ملف جيب B و Comin Coil C) ودوار معدني غير منتظم. الدوار محوري مع دوار المحرك ويدور مع دوران المحرك.
يستخدم مستشعر تيار الدوامة مبدأ الحث الكهرومغناطيسي لإرسال واستقبال إشارة التيار المتردد المستحث مع الملف المقابل في نهاية الإرسال والطرف المتلقي ، وذلك لحساب موضع العجلة المستهدفة. يتم تثبيت العجلة المستهدفة على عمود الدوران وتدور مع الدوار. يمكن قياس الموضع النسبي للدوار والثابت المحرك عن طريق اكتشاف موضع العجلة المستهدفة.
◎ فيما يتعلق بمعالجة الإشارات ، عندما يتم تشغيل مستشعر تيار الدوامة ، يولد ملف مستشعر نقل الحقل المغناطيسي المثير ، وتتبع اللوحة المستهدفة المحرك لتدوير وقطع المجال المغناطيسي المثير للحصول على الإشارة المتمثلة في الجهد المتمثل في المركز. تختلف عن مستشعر الدوران ، يتم دمج رقاقة معالجة الإشارات لمستشعر تيار الدوامة مع المستشعر ، ويمكن إخراج الإشارة الرقمية مباشرة.
لذلك ، يتكون مستشعر تيار الدوامة عادة من عدد من الفصوص المستهدفة التي تطابق عدد أزواج القطب في المحرك. تتكون مجموعة الملف من ملف نقل وملف استقبال ، يتم تثبيته على الجزء الثابت المحرك ، وعادة ما يتم ترتيب مستشعر تيار الدوامة مباشرة في ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، ويتم دمج شريحة معالجة الإشارات.
02.
مبادئ مختلفة تؤدي إلى تركيز فني مختلف
يمكن ملاحظة أن الاختلافات الرئيسية بين مستشعر الدوران ومستشعر تيار الدوامة من حيث المبدأ تكمن في وضع الإثارة ، وآلية توليد الإشارة وتعقيد معالجة الإشارة. تكون مزايا المستشعر الدوار أساسًا في استقرار إشارة الإثارة والتسامح مع بيئة العمل ، ولكن العيوب هي أن تأثير تغيير مخطط المحرك أكبر ، وتوافق المنصة ضعيف. تتمثل ميزة مستشعر Eddy الحالي في درجة عالية من الإلكترون ، وسهلة تلبية احتياجات المنصة ، وقدرة قوية لمكافحة EMC. العيب هو أنه أضعف قليلاً من المستشعر الدوار من حيث التسامح البيئي ، والتكلفة أعلى من المستشعر الدوار في بعض المشاهد.
ينعكس توافق النظام الأساسي لأول مرة في مستوى السرعة ، وأشارت 'توفير الطاقة وتكنولوجيا الطاقة الجديدة 2.0 ' التي أعدت من قبل جمعية الصين لهندسة السيارات إلى أنه بحلول عام 2025 ، فإن أقصى سرعة عمل لمستشعر الموضع هي 20،000r/min ، وعرض النطاق الترددي للترميز هو 2.5 كيلو هرتز. بحلول عام 2030 ، يبلغ الحد الأقصى لسرعة العمل لمستشعر الموضع 25000R/دقيقة ، وعرض النطاق الترددي لدلو الزملاء هو 3.0 كيلو هرتز. يمكن ملاحظة أن هناك بعض التحديات في المستشعر الدوار بسرعة عالية.
وذلك لأن تردد الإثارة لمستشعر الدوران يرتبط ارتباطًا وثيقًا بحالة السرعة التي يتم أخذها في الاعتبار عند تصميمها ، وعادة ما تتطابق مع حالة السرعة الحالية. مع زيادة السرعة ، يلزم وجود تواتر أعلى من الإثارة لقياس دقيق ، الأمر الذي يتطلب تغييرًا في تصميم المستشعر الدوار.
لا تملك أجهزة استشعار Eddy الحالية هذه المشكلة. أخبر Effie Automotive NE Time أن تصميم مستشعر Eddy الحالي يمكن أن يتكيف بشكل أفضل مع اتجاه تطوير هذه السرعة العالية. تعني مجموعة واسعة من الدعم ، والاستجابة السريعة ، وأداء أفضل في معالجة الإشارات عالية التردد أن مستشعرات التيار الدوامة يمكن أن تكون متوافقة مع التطبيقات المستقبلية بسرعات أعلى. لذلك ، يمكن تحقيق حل المنصة بشكل أفضل في منتجات المحرك بسرعات مختلفة. في الواقع ، هذا أحد العوامل التي يختار عملاء المحركات الحاليين حلولًا حالية ،
بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لمجموعة متنوعة من أجهزة استشعار التيار الدوامة ، مثل نوع العمود ، تتشابه نهاية العمود ، ويمكن تقسيم العمود إلى نوع O و C-type (يسمى بعضها أيضًا دائرة كاملة وشبه دائرة). لذلك ، فهو أكثر مرونة نسبيا في تكييف مخططات تصميم محرك العملاء.
03.
مبادئ مختلفة تؤدي إلى تحديات مختلفة لخفض التكاليف
تأتي تكلفة أجهزة الاستشعار الدوارة بشكل أساسي من المواد والأجهزة ، بما في ذلك المواد المغناطيسية (مثل صفائح الصلب السيليكون) ، والملفات ، وما إلى ذلك. لذلك ، يتم تحديد التكلفة الإجمالية وفقًا لحجمها ، وعادة ما يكون حجمها أكبر ، وكلما زادت التكلفة.
تكمن التكلفة الأساسية لمستشعر تيار الدوامة بشكل أساسي في مكوناته الإلكترونية ، وبطاطا المعالجة ، وما إلى ذلك ، أن تكلفة الأجزاء الإلكترونية ثابتة نسبيًا ، وبالتالي فإن التكلفة الأساسية لمستشعر تيار الدوامة لا تزيد خطيًا مع الحجم.
لذلك ، فإن تكلفة أجهزة استشعار تيار الدوامة أقل من تلك الموجودة في أجهزة الاستشعار الدوارة للتطبيقات على نطاق واسع. ومع ذلك ، في مخططات المحركات صغيرة الحجم ، فإن أجهزة الاستشعار الدوارة لها مزايا تكلفة معينة. بالطبع ، عندما يتعلق الأمر بمخطط التطبيق المحدد ، لأن شريحة معالجة الإشارات لمستشعر الدوران لا يتم تضمينها غالبًا في حساب التكلفة ، فإن مقارنة التكلفة المحددة تحتوي أيضًا على بعض الاختلافات.
بالإضافة إلى مقارنة التكلفة الحالية ، من الضروري أيضًا الانتباه إلى مساحة تخفيض التكاليف المستقبلية. في الوقت الحاضر ، نظرًا لأن معظم رقائق مستشعر الدوامة الحالية تأتي من الشركات الأجنبية ، يمكن تخفيض التكلفة بشكل أكبر مع توسيع نطاق ونضج مؤسسات الرقائق المحلية في المرحلة اللاحقة. ومع ذلك ، فإن المساحة التنازلية للمستشعر الدوار محدود نسبيا.
لذلك ، عند مواجهة متطلبات التكلفة المستقبلية ، من الواضح أن أجهزة استشعار الدوامة الحالية أكثر فائدة. في السنوات الأخيرة ، ارتفعت الحصة السوقية لأجهزة استشعار Eddy الحالية بشكل كبير ، وفي السوق المحلية ، اختارت شركات المركبات ، بما في ذلك Geely وعدد من القوات الجديدة ، مخطط استشعار Eddy الحالي.
04.
لا تزال صناعة مستشعرات الدوامة الحالية بحاجة إلى النمو
على الرغم من زيادة شعبية تطبيقات مستشعرات الدوامة الحالية ، إلا أن أجهزة الاستشعار الأكثر شيوعًا هي أجهزة استشعار دوارة ، بما في ذلك قادة المبيعات BYD و Tesla. والسبب في ذلك هو أنه ، من ناحية ، يتم تطبيق أجهزة استشعار التيار الدوامة في وقت متأخر في مجال السيارات ، ومن ناحية أخرى ، لا يوجد العديد من الموردين الذين يمكنهم توفير مستشعرات دوامة الحالية ، ويمكن لبعض الشركات مثل Effie و Sensata تزويدهم في الصناعة.
لأجهزة استشعار Eddy الحالية ، هناك ثلاثة تحديات رئيسية:
في الواقع ، تم تطبيق مستشعرات Eddy الحالية في المجال الصناعي ، ولكن في مجال السيارات ، فإن أول ما يجب تلبيته هو متطلبات مستوى مقياس السيارة ، وخاصة متطلبات السلامة الوظيفية. خذ effie automobile كمثال ، من أجل ضمان التطبيق المستقر لمستشعر Eddy الحالي ، فإن عملية التطوير تتوافق بشكل صارم لعملية ISO26262 لضمان متطلبات مستوى السلامة الوظيفية.
◎ تحدي الشريحة ، يجب ألا تفي الشريحة بالمتطلبات الوظيفية فحسب ، بل تلبي أيضًا مستوى مقياس السيارة. بصفتها مؤسسة مستشعرات التيار الدوامة ، من الضروري إنشاء معيار التحقق من الرقائق لتقييم توفر الشريحة ، وهو أمر حاسم أيضًا للتطبيق اللاحق للرقائق المحلية. من خلال سنوات من التعاون مع شركات تصنيع الرقائق العالمية لإنشاء عملية التحقق الكاملة ، كشفت Effie Automotive أن إدخال الرقائق المحلية قد تم التخطيط له ، بالطبع ، الفرضية هي تلبية المعايير.
تحديات الموثوقية ، ومستشعر تيار الدوامة بسبب موضع التثبيت ، وعملية العمل عرضة للصدمة الحرارية في المحرك ، وتفريغ زيت التبريد والتحديات الأخرى ، وهو أكبر بشكل خاص بالنسبة للشريحة. يتمثل حل Effie Automotive في تطبيق علاج لاصق على موقع الشريحة ، مع زيادة متطلبات درجة حرارة الشريحة نفسها. لتحسين القدرة على التكيف مع البيئة وتحسين الموثوقية.
في المستقبل ، ما إذا كان تيار الدوامة يمكن أن يحل محل مستشعر الدوار تمامًا ، لا يزال غير معروف. لدى أجهزة الاستشعار الدوارة مسار ترقية المنتج الخاص بها للتعامل مع الاحتياجات الجديدة للمحرك. ومع ذلك ، فإن زخم النمو لأجهزة استشعار التيار الدوامة أسرع من أجهزة الاستشعار الدوارة ، وبالطبع ، فإن قاعدة مستشعرات التيار الدوامة منخفضة.
