Ο αισθητήρας θέσης κινητήρα είναι μια συσκευή που ανιχνεύει τη θέση του ρότορα (περιστρεφόμενο τμήμα) στον κινητήρα σε σχέση με τον στάτορα (σταθερό μέρος). Μετατρέπει τη μηχανική θέση σε ηλεκτρικό σήμα για χρήση από τον ελεγκτή κινητήρα για να αποφασίσει πότε θα αλλάξει την τρέχουσα κατεύθυνση και την ισχύ του κινητήρα, ελέγχοντας έτσι την ταχύτητα περιστροφής και τη ροπή του κινητήρα.
Στα νέα ενεργειακά οχήματα, ο ακριβής έλεγχος του κινητήρα σχετίζεται άμεσα με την οδηγική ασφάλεια και σταθερότητα του οχήματος και την ακριβή εργασία της θέσης Ο αναλυτής αισθητήρα μπορεί να εξασφαλίσει τη σωστή απόκριση του κινητήρα σε κρίσιμες στιγμές όπως το φρενάρισμα έκτακτης ανάγκης, η επιτάχυνση ή το τιμόνι. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη (PMSM), οι οποίοι δεν διαθέτουν μεταγωγείς φυσικής επαφής και επομένως βασίζονται στις πληροφορίες θέσης που παρέχονται από τον αισθητήρα για να αποφασίσουν πότε θα αλλάξουν την κατεύθυνση του ρεύματος και να εξασφαλίσουν την ομαλή λειτουργία του κινητήρα.
Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο είδη αισθητήρων θέσης κινητήρα που χρησιμοποιούνται συνήθως σε οχήματα νέας ενέργειας, οι αισθητήρες δινορευμάτων και οι περιστροφικοί μετασχηματιστές (περιστροφικοί αισθητήρες).
01.
Η διαφορά μεταξύ στροβιλιστικών και δινορευμάτων πηγάζει από τη βασική τους αρχή
Αν και οι αισθητήρες δινορευμάτων και οι περιστροφικοί μετασχηματιστές μπορούν κάλλιστα να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις ανίχνευσης θέσης κινητήρα, λόγω των διαφορετικών μηχανών παραγωγής σήματος και των μεθόδων επεξεργασίας σήματος, θα υπάρχουν διαφορές σε συγκεκριμένες εφαρμογές προϊόντων σύμφωνα με διαφορετικές απαιτήσεις.
Η επιλογή του τύπου αισθητήρα θέσης κινητήρα πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη άλλους παράγοντες, όπως το κόστος, τις απαιτήσεις ακρίβειας, την περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα, την αξιοπιστία και την πολυπλοκότητα της ολοκλήρωσης του συστήματος, που σχετίζονται στενά με τον βασικό μηχανισμό παραγωγής και επεξεργασίας σήματος.
Πάρτε για παράδειγμα τον πιο συχνά χρησιμοποιούμενο περιστροφικό αισθητήρα, η αρχή λειτουργίας του βασίζεται στην αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Η αρχή της παραγωγής σήματος είναι ότι ο ελεγκτής κινητήρα παρέχει ένα σήμα διέγερσης AC σταθερής συχνότητας στο πηνίο διέγερσης (πηνίο Α) και αυτό το σήμα διέγερσης δημιουργεί ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο μέσα στον περιστροφικό αισθητήρα. Καθώς ο ρότορας περιστρέφεται, το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το πηνίο διέγερσης κόβεται, με αποτέλεσμα την επαγωγή της τάσης AC στο ημιτονοειδές πηνίο Β και στο συνημιτονικό πηνίο C. Μετρώντας τη διαφορά φάσης και το πλάτος αυτών των δύο σημάτων, η απόλυτη θέση και η φορά περιστροφής του ρότορα κινητήρα μπορούν να υπολογιστούν με ακρίβεια.
◎ Κατά την επεξεργασία σήματος, ο ελεγκτής κινητήρα λαμβάνει και αναλύει τα σήματα ημιτονοειδούς και συνημιτόνου του περιστροφικού αισθητήρα και υπολογίζει τις ακριβείς πληροφορίες Γωνίας μέσω ενός αλγόριθμου λογισμικού (συνήθως του αλγόριθμου ανάλυσης περιστροφικού κωδικοποιητή). Για να επιτευχθεί καλύτερη επεξεργασία του σήματος, είναι συνήθως απαραίτητο να εφαρμοστεί ένα ειδικό τσιπ αποκωδικοποίησης, το οποίο είναι εγκατεστημένο στον ελεγκτή του κινητήρα και φυσικά μπορεί να επιτευχθεί και με αποκωδικοποίηση λογισμικού.
Επομένως, στο συγκεκριμένο σχήμα του αισθητήρα περιστροφής, συνήθως αποτελείται από ένα συναρπαστικό πηνίο (πρωτεύον πηνίο, πηνίο Α), δύο πηνία εξόδου (ημιτονοειδή πηνίο Β και συνημιτονικό πηνίο C) και έναν μεταλλικό ρότορα ακανόνιστου σχήματος. Ο ρότορας είναι ομοαξονικός με τον ρότορα του κινητήρα και περιστρέφεται με την περιστροφή του κινητήρα.
Ο αισθητήρας δινορευμάτων χρησιμοποιεί την αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής για τη μετάδοση και λήψη του επαγόμενου σήματος AC με το αντίστοιχο πηνίο στο άκρο εκπομπής και στο άκρο λήψης, έτσι ώστε να υπολογίσει τη θέση του τροχού στόχου. Ο τροχός στόχος είναι στερεωμένος στον περιστρεφόμενο άξονα και περιστρέφεται μαζί με τον ρότορα. Η σχετική θέση του ρότορα του κινητήρα και του στάτη μπορεί να μετρηθεί ανιχνεύοντας τη θέση του τροχού στόχου.
◎ Όσον αφορά την επεξεργασία σήματος, όταν ενεργοποιείται ο αισθητήρας δινορευμάτων, το πηνίο εκπομπής του αισθητήρα δημιουργεί ένα συναρπαστικό μαγνητικό πεδίο και η πλάκα στόχος ακολουθεί τον κινητήρα για να περιστρέψει και να κόψει το διεγερτικό μαγνητικό πεδίο, έτσι ώστε το πηνίο λήψης να παράγει τάση πηνίου και η μονάδα αισθητήρα αποδιαμορφώνει και επεξεργάζεται την αντίστοιχη τάση πηνίου για να αποκτήσει το σήμα τάσης του πηνίου. Διαφορετικά από τον περιστροφικό αισθητήρα, το τσιπ επεξεργασίας σήματος του αισθητήρα δινορευμάτων είναι ενσωματωμένο στον αισθητήρα και το ψηφιακό σήμα μπορεί να εξαχθεί απευθείας.
Επομένως, ο αισθητήρας δινορευμάτων συνήθως αποτελείται από έναν αριθμό λοβών στόχου που ταιριάζουν με τον αριθμό των ζευγών πόλων του κινητήρα. Η ομάδα πηνίων αποτελείται από ένα πηνίο κιβωτίου ταχυτήτων και ένα πηνίο λήψης, τα οποία είναι στερεωμένα στον στάτορα του κινητήρα και ο αισθητήρας δινορρευμάτων είναι συνήθως τοποθετημένος απευθείας στο PCB και το τσιπ επεξεργασίας σήματος είναι ενσωματωμένο.
02.
Διαφορετικές αρχές οδηγούν σε διαφορετική τεχνική εστίαση
Μπορεί να φανεί ότι οι κύριες διαφορές μεταξύ του αισθητήρα περιστροφής και του αισθητήρα δινορευμάτων βρίσκονται καταρχήν στον τρόπο διέγερσης, στον μηχανισμό παραγωγής σήματος και στην πολυπλοκότητα της επεξεργασίας σήματος. Τα πλεονεκτήματα του περιστροφικού αισθητήρα είναι κυρίως στη σταθερότητα του σήματος διέγερσης και στην ανοχή του περιβάλλοντος εργασίας, αλλά τα μειονεκτήματα είναι ότι η επίδραση της αλλαγής του σχεδίου κινητήρα είναι μεγαλύτερη και η συμβατότητα της πλατφόρμας είναι κακή. Το πλεονέκτημα του αισθητήρα δινορευμάτων είναι ο υψηλός βαθμός ηλεκτρονοποίησης, η εύκολη κάλυψη των αναγκών της πλατφόρμας και η ισχυρή αντι-EMC ικανότητα. Το μειονέκτημα είναι ότι είναι ελαφρώς πιο αδύναμος από τον περιστροφικό αισθητήρα όσον αφορά την περιβαλλοντική ανοχή και το κόστος είναι υψηλότερο από τον περιστροφικό αισθητήρα σε ορισμένες σκηνές.
Η συμβατότητα της πλατφόρμας αντικατοπτρίζεται αρχικά στο επίπεδο ταχύτητας, ο «Οδικός χάρτης 2.0» της «εξοικονόμησης ενέργειας και τεχνολογίας νέας ενεργειακής τεχνολογίας οχημάτων» που εκπονήθηκε από την China Society of Automotive Engineering επισήμανε ότι μέχρι το 2025, η μέγιστη ταχύτητα εργασίας του αισθητήρα θέσης είναι 20.000r/min και το εύρος ζώνης του αποκωδικοποιητή είναι >2,5kHz. Μέχρι το 2030, η μέγιστη ταχύτητα λειτουργίας του αισθητήρα θέσης είναι 25.000 r/min και το εύρος ζώνης του αποκωδικοποιητή είναι >3,0 kHz. Μπορεί να φανεί ότι υπάρχουν ορισμένες προκλήσεις στον περιστροφικό αισθητήρα σε υψηλή ταχύτητα.
Αυτό συμβαίνει επειδή η συχνότητα διέγερσης του περιστροφικού αισθητήρα σχετίζεται στενά με την κατάσταση ταχύτητας που λαμβάνεται υπόψη όταν σχεδιάζεται και συνήθως ταιριάζει με την τρέχουσα κατάσταση ταχύτητας. Καθώς η ταχύτητα αυξάνεται, απαιτείται υψηλότερη συχνότητα διέγερσης για ακριβή μέτρηση, η οποία απαιτεί αλλαγή στη σχεδίαση του περιστροφικού αισθητήρα.
Οι αισθητήρες δινορρευμάτων δεν έχουν αυτό το πρόβλημα. Η Effie Automotive είπε στο NE Time ότι ο σχεδιασμός του αισθητήρα δινορευμάτων μπορεί να προσαρμοστεί καλύτερα στην εξέλιξη αυτής της υψηλής ταχύτητας. Το ευρύ φάσμα υποστήριξης, η γρήγορη απόκριση και η καλύτερη απόδοση στην επεξεργασία σήματος υψηλής συχνότητας σημαίνουν ότι οι αισθητήρες δινορευμάτων μπορούν να είναι 'συμβατοί προς τα πάνω' για μελλοντικές εφαρμογές σε υψηλότερες ταχύτητες. Επομένως, η λύση πλατφόρμας μπορεί να υλοποιηθεί καλύτερα στα προϊόντα κινητήρα με διαφορετικές ταχύτητες. Στην πραγματικότητα, αυτός είναι ένας από τους παράγοντες που οι σημερινοί πελάτες κινητήρων επιλέγουν λύσεις δινορρευμάτων,
Επιπλέον, λόγω της ποικιλίας των αισθητήρων δινορευμάτων, όπως ο τύπος άξονα, το άκρο του άξονα είναι παρόμοιο και ο άξονας μπορεί να χωριστεί σε τύπου O και C-τύπου (μερικοί ονομάζονται επίσης πλήρης κύκλος και ημικύκλιο). Ως εκ τούτου, είναι σχετικά πιο ευέλικτο στην προσαρμογή των σχεδίων σχεδίασης κινητήρων πελατών.
03.
Διαφορετικές αρχές οδηγούν σε διαφορετικές προκλήσεις μείωσης του κόστους
Το κόστος των περιστροφικών αισθητήρων προέρχεται κυρίως από υλικά και υλικό, συμπεριλαμβανομένων μαγνητικών υλικών (όπως φύλλα πυριτίου χάλυβα), πηνία κ.λπ. Επομένως, το συνολικό κόστος καθορίζεται ανάλογα με το μέγεθός του, συνήθως όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος, τόσο υψηλότερο είναι το κόστος.
Το βασικό κόστος του αισθητήρα δινορευμάτων έγκειται κυρίως στα ηλεκτρονικά του εξαρτήματα, τα τσιπ επεξεργασίας κ.λπ., το κόστος των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων είναι σχετικά σταθερό, επομένως το βασικό κόστος του αισθητήρα δινορευμάτων δεν αυξάνεται γραμμικά με το μέγεθος.
Επομένως, το κόστος των αισθητήρων δινορευμάτων είναι χαμηλότερο από αυτό των περιστροφικών αισθητήρων για εφαρμογές μεγάλης κλίμακας. Ωστόσο, σε σχήματα κινητήρων μικρού μεγέθους, οι περιστροφικοί αισθητήρες έχουν ορισμένα πλεονεκτήματα κόστους. Φυσικά, όταν πρόκειται για το συγκεκριμένο σχήμα εφαρμογής, επειδή το τσιπ επεξεργασίας σήματος του περιστροφικού αισθητήρα συχνά δεν περιλαμβάνεται στον υπολογισμό του κόστους, η σύγκριση του συγκεκριμένου κόστους έχει επίσης κάποιες διαφορές.
Εκτός από την τρέχουσα σύγκριση κόστους, είναι επίσης απαραίτητο να δοθεί προσοχή στον μελλοντικό χώρο μείωσης του κόστους. Επί του παρόντος, επειδή τα περισσότερα από τα τσιπ αισθητήρων δινορρευμάτων προέρχονται από ξένες επιχειρήσεις, το κόστος μπορεί να μειωθεί περαιτέρω με την επέκταση της κλίμακας και την ωριμότητα των εγχώριων επιχειρήσεων τσιπ στο μεταγενέστερο στάδιο. Ωστόσο, ο κατερχόμενος χώρος του περιστροφικού αισθητήρα είναι σχετικά περιορισμένος.
Επομένως, όταν αντιμετωπίζουμε μελλοντικές απαιτήσεις κόστους, οι αισθητήρες δινορευμάτων είναι προφανώς πιο πλεονεκτικοί. Τα τελευταία χρόνια, το μερίδιο αγοράς των αισθητήρων δινορρευμάτων έχει αυξηθεί σημαντικά και στην εγχώρια αγορά, εταιρείες οχημάτων, συμπεριλαμβανομένης της Geely και ορισμένων νέων δυνάμεων, επέλεξαν το σχήμα των αισθητήρων δινορρευμάτων.
04.
Η βιομηχανία αισθητήρων δινορρευμάτων χρειάζεται ακόμα να αναπτυχθεί
Αν και η δημοτικότητα των εφαρμογών αισθητήρων δινορευμάτων αυξάνεται, οι πιο συνηθισμένοι αισθητήρες εξακολουθούν να είναι περιστροφικοί αισθητήρες, συμπεριλαμβανομένων των κορυφαίων πωλήσεων BYD και Tesla. Ο λόγος για αυτό είναι ότι, αφενός, οι αισθητήρες δινορευμάτων εφαρμόζονται αργά στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας και, αφετέρου, δεν υπάρχουν πολλοί προμηθευτές που μπορούν να παρέχουν αισθητήρες δινορρευμάτων και λίγες εταιρείες όπως η Effie και η Sensata μπορούν να τους προμηθεύσουν στον κλάδο.
Για τους αισθητήρες δινορευμάτων, υπάρχουν τρεις κύριες προκλήσεις:
Στην πραγματικότητα, οι αισθητήρες δινορευμάτων έχουν εφαρμοστεί στον βιομηχανικό τομέα, αλλά στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας, το πρώτο πράγμα που πρέπει να τηρηθεί είναι οι απαιτήσεις του επιπέδου του εύρους του οχήματος, ειδικά οι απαιτήσεις λειτουργικής ασφάλειας. Πάρτε ως παράδειγμα την Effie Automobile, προκειμένου να διασφαλιστεί η σταθερή εφαρμογή του αισθητήρα δινορευμάτων, η διαδικασία ανάπτυξης είναι αυστηρά σύμφωνα με τη διαδικασία ISO26262 για να διασφαλιστούν οι απαιτήσεις λειτουργικού επιπέδου ασφάλειας.
◎ Η πρόκληση του τσιπ, το τσιπ δεν πρέπει μόνο να πληροί τις λειτουργικές απαιτήσεις, αλλά και να πληροί το επίπεδο μετρητή αυτοκινήτου. Ως εταιρεία αισθητήρων δινορευμάτων, είναι απαραίτητο να καθιερωθεί ένα πρότυπο επαλήθευσης τσιπ για την αξιολόγηση της διαθεσιμότητας του τσιπ, το οποίο είναι επίσης κρίσιμο για τη μετέπειτα εφαρμογή εγχώριων τσιπ. Μέσα από χρόνια συνεργασίας με παγκόσμιους κατασκευαστές τσιπ για την καθιέρωση μιας ολοκληρωμένης διαδικασίας επαλήθευσης, η Effie Automotive αποκάλυψε ότι η εισαγωγή εγχώριων τσιπ έχει προγραμματιστεί, φυσικά, η προϋπόθεση είναι να πληρούνται τα πρότυπα.
Προκλήσεις αξιοπιστίας, αισθητήρας δινορευμάτων λόγω της θέσης εγκατάστασης, η διαδικασία εργασίας είναι επιρρεπής σε θερμικό σοκ στον κινητήρα, εκτόξευση λαδιού ψύξης και άλλες προκλήσεις, που είναι ιδιαίτερα μεγαλύτερες για το τσιπ. Η λύση της Effie Automotive είναι η εφαρμογή συγκολλητικής επεξεργασίας στη θέση του τσιπ, αυξάνοντας παράλληλα τις απαιτήσεις θερμοκρασίας του ίδιου του τσιπ. Να βελτιώσει την προσαρμοστικότητα στο περιβάλλον και να βελτιώσει την αξιοπιστία.
Στο μέλλον, παραμένει άγνωστο εάν το δινορεύμα μπορεί να αντικαταστήσει πλήρως τον περιστροφικό αισθητήρα. Οι περιστροφικοί αισθητήρες έχουν επίσης τη δική τους διαδρομή αναβάθμισης προϊόντος για να αντιμετωπίσουν τις νέες ανάγκες του κινητήρα. Ωστόσο, η ορμή ανάπτυξης των αισθητήρων δινορευμάτων είναι ταχύτερη από αυτή των περιστροφικών αισθητήρων και φυσικά η βάση των αισθητήρων δινορευμάτων είναι χαμηλή.
