Mootori asendiandur on seade, mis tuvastab rootori (pöörleva osa) asendi mootoris staatori (fikseeritud osa) suhtes. See teisendab mehaanilise positsiooni elektriliseks signaaliks, mida mootorikontroller kasutab, et otsustada, millal vahetada mootori voolu suunda ja tugevust, reguleerides seeläbi mootori pöörlemiskiirust ja pöördemomenti.
Uutes energiasõidukites on mootori täpne juhtimine otseselt seotud sõiduki sõiduohutuse ja stabiilsusega ning asendi täpse tööga. sensori lahendaja suudab tagada mootori õige reageerimise kriitilistel hetkedel, nagu hädapidurdus, kiirendamine või juhtimine. See on eriti oluline püsimagnetitega sünkroonmootorite (PMSM) puhul, millel puuduvad füüsilised kontaktkommutaatorid ja mis seetõttu tuginevad anduri edastatavale asukohateabele, et otsustada, millal voolu suunda vahetada ja tagada mootori tõrgeteta töö.
Praegu kasutatakse uutes energiasõidukites tavaliselt kahte tüüpi mootori asendiandureid, pöörisvooluandureid ja pöördtrafosid (pöördandurid).
01.
Erinevus keeris- ja pöörisvoolude vahel tuleneb nende põhiprintsiibist
Ehkki pöörisvooluandurid ja pöördtrafod vastavad hästi mootori asendi tuvastamise nõuetele, on nende erinevate signaaligenereerimismasinate ja signaalitöötlusmeetodite tõttu eri tooterakendustes erinevusi vastavalt erinevatele nõuetele.
Mootori asendianduri tüübi valikul tuleb arvesse võtta ka muid tegureid, nagu maksumus, täpsusnõuded, keskkonnaga kohanemisvõime, töökindlus ja süsteemi integreerimise keerukus, mis on tihedalt seotud põhilise signaali genereerimise ja töötlemise mehhanismiga.
Võtame näiteks kõige sagedamini kasutatava pöörleva anduri, selle tööpõhimõte põhineb elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel. Signaali genereerimise põhimõte seisneb selles, et mootorikontroller annab ergutuspoolile (mähis A) konstantse sagedusega vahelduvvoolu ergutussignaali ja see ergutussignaal tekitab pöörleva anduri sees vahelduva magnetvälja. Rootori pöörlemisel ergutuspooli tekitatud magnetväli katkeb, mille tulemusena indutseeritakse vahelduvpinge siinuspoolis B ja koosinusmähis C. Mõõtes nende kahe signaali faasierinevust ja amplituudi, saab täpselt välja arvutada mootori rootori absoluutse asukoha ja pöörlemissuuna.
◎ Signaali töötlemisel võtab mootorikontroller vastu ja analüüsib pöörleva anduri siinus- ja koosinussignaale ning arvutab tarkvaraalgoritmi (tavaliselt pöörleva koodri analüüsi algoritmi) kaudu täpse nurgateabe. Parema signaalitöötluse saavutamiseks on tavaliselt vaja rakendada spetsiaalset dekodeerimiskiipi, mis paigaldatakse mootorikontrollerisse ja loomulikult on see saavutatav ka tarkvaralise dekodeerimisega.
Seetõttu koosneb see pöörlemisanduri spetsiifilisest kujust tavaliselt põnevast mähist (primaarmähis, mähis A), kahest väljundmähist (siinusmähis B ja koosinusmähis C) ja ebakorrapärase kujuga metallist rootorist. Rootor on mootori rootoriga koaksiaalne ja pöörleb koos mootori pöörlemisega.
Pöörisvooluandur kasutab elektromagnetilise induktsiooni põhimõtet indutseeritud vahelduvvoolu signaali edastamiseks ja vastuvõtmiseks vastava mähisega saate- ja vastuvõtuotsas, et arvutada sihtratta asukoht. Sihtratas on fikseeritud pöörlevale võllile ja pöörleb koos rootoriga. Mootori rootori ja staatori suhtelist asendit saab mõõta sihtratta asendi tuvastamise teel.
◎ Signaalitöötluse osas, kui pöörisvooluandur on sisse lülitatud, tekitab anduri edastusmähis põneva magnetvälja ja sihtplaat järgib mootorit põneva magnetvälja pööramiseks ja lõikamiseks, nii et vastuvõtupool genereerib pooli pinget ning andurimoodul demoduleerib ja töötles pooli pinget, et saada vastava positsiooni pingesignaal. Erinevalt pöörlevast andurist on pöörisvooluanduri signaalitöötluskiip anduriga integreeritud ja digitaalset signaali saab otse väljastada.
Seetõttu koosneb pöörisvooluandur tavaliselt mitmest sihtmärgist, mis vastavad mootori pooluste paaride arvule. Mähisrühm koosneb ülekandepoolist ja vastuvõtupoolist, mis on fikseeritud mootori staatorile ning pöörisvooluandur on tavaliselt paigutatud otse PCB-sse ning signaalitöötluskiip on integreeritud.
02.
Erinevad põhimõtted toovad kaasa erineva tehnilise fookuse
On näha, et peamised erinevused pöörlemisanduri ja pöörisvooluanduri vahel seisnevad põhimõtteliselt ergastusrežiimis, signaali genereerimise mehhanismis ja signaalitöötluse keerukuses. Pöörleva anduri eelised seisnevad peamiselt ergutussignaali stabiilsuses ja töökeskkonna taluvuses, kuid miinuseks on see, et mootoriskeemi muutmise mõju on suurem ja platvormi ühilduvus on halb. Pöörisvooluanduri eeliseks on selle kõrge elektroniseerituse tase, platvormi vajaduste lihtne rahuldamine ja tugev EMC-vastane võime. Puuduseks on see, et see on keskkonnataluvuselt veidi nõrgem kui pöörlev andur ja mõnes stseenis on hind suurem kui pöörleval anduril.
Platvormi ühilduvus kajastub esmalt kiiruse tasemes, Hiina Autotehnika Seltsi koostatud 'energiasäästu ja uue energiaga sõidukitehnoloogia teekaart 2.0' tõi välja, et 2025. aastaks on asendianduri maksimaalne töökiirus 20 000 r/min ja dekoodri ribalaius >2,5 kHz. Aastaks 2030 on asendianduri maksimaalne töökiirus 25 000 r/min ja dekoodri ribalaius >3,0 kHz. On näha, et suurel kiirusel on pöörlevas anduris teatud väljakutsed.
Selle põhjuseks on asjaolu, et pöörleva anduri ergastussagedus on tihedalt seotud selle projekteerimisel arvestatud kiiruse olekuga ja tavaliselt vastab praegusele kiiruse olekule. Kiiruse kasvades on täpseks mõõtmiseks vajalik suurem ergastuse sagedus, mis nõuab pöörleva anduri konstruktsiooni muutmist.
Pöörisvooluanduritel seda probleemi pole. Effie Automotive ütles ajalehele NE Time, et pöörisvooluanduri disain suudab selle suure kiiruse arengutrendiga paremini kohaneda. Selle lai valik tugi, kiire reageerimine ja parem jõudlus kõrgsagedusliku signaalitöötluse puhul tähendavad, et pöörisvooluandurid võivad olla 'ülespoole ühilduvad' tulevaste rakenduste jaoks suuremal kiirusel. Seetõttu saab platvormilahendust paremini realiseerida erineva kiirusega mootoritoodetes. Tegelikult on see üks tegureid, mille tõttu praegused autokliendid pöörisvoolulahendusi valivad,
Lisaks on pöörisvooluandurite mitmekesisuse, näiteks võlli tüübi tõttu võlli ots sarnane ning võlli saab jagada O-tüüpi ja C-tüüpi (mõnda nimetatakse ka täisringiks ja poolringiks). Seetõttu on see klientide mootorite projekteerimisskeemide kohandamisel suhteliselt paindlikum.
03.
Erinevad põhimõtted viivad erinevate kulude vähendamise väljakutseteni
Pöörlevate andurite maksumus tuleneb peamiselt materjalidest ja riistvarast, sealhulgas magnetmaterjalidest (nt räniterasest lehed), poolidest jne. Seetõttu määratakse kogukulu vastavalt selle suurusele, tavaliselt mida suurem on suurus, seda suurem on kulu.
Pöörisvooluanduri põhimaksumus seisneb peamiselt selle elektroonilistes komponentides, töötlemiskiipides jne, elektrooniliste osade maksumus on suhteliselt fikseeritud, nii et pöörisvooluanduri põhikulu ei suurene lineaarselt koos suurusega.
Seetõttu on pöörisvooluandurite maksumus madalam kui suuremahuliste rakenduste pöörlevate andurite hind. Kuid väikese suurusega mootoriskeemides on pöörlevatel anduritel teatud kulueelised. Muidugi, mis puudutab konkreetset rakendusskeemi, sest rotatsioonianduri signaalitöötluskiip ei lähe sageli kuluarvestusesse, siis konkreetse kulu võrdluses on ka mõningaid erinevusi.
Lisaks praegusele kulude võrdlusele tuleb tähelepanu pöörata ka tulevasele kulude vähendamise ruumile. Kuna enamik pöörisvooluanduri kiipe pärineb välismaistelt ettevõtetelt, saab kulusid veelgi vähendada, kui laieneb kodumaiste kiibiettevõtete mastaap ja valmib hilisemas etapis. Pöörleva anduri laskumisruum on aga suhteliselt piiratud.
Seetõttu on tulevaste kulunõuetega silmitsi seistes pöörisvooluandurid ilmselgelt soodsamad. Viimastel aastatel on pöörisvooluandurite turuosa märgatavalt tõusnud ning koduturul on sõidukifirmad, sealhulgas Geely ja mitmed uued jõud, valinud pöörisvooluandurite skeemi.
04.
Pöörisvooluandurite tööstus peab veel kasvama
Kuigi pöörisvooluandurirakenduste populaarsus kasvab, on levinumad andurid endiselt pöörlevad andurid, sealhulgas müügiliidrid BYD ja Tesla. Põhjus on selles, et ühest küljest rakendatakse pöörisvooluandureid autotööstuses hilja ja teisest küljest ei ole palju tarnijaid, kes suudaksid pöörisvooluandureid pakkuda ning mõned ettevõtted, nagu Effie ja Sensata, saavad neid tööstuses tarnida.
Pöörisvooluandurite puhul on kolm peamist väljakutset:
Tegelikult on pöörisvooluandureid rakendatud tööstusvaldkonnas, kuid autotööstuses tuleb esimese asjana täita sõiduki gabariiditaseme nõudeid, eelkõige funktsionaalse ohutuse nõudeid. Võtke näiteks Effie Automobile, et tagada pöörisvooluanduri stabiilne rakendamine, on arendusprotsess rangelt kooskõlas ISO26262 protsessiga, et tagada funktsionaalse ohutuse taseme nõuded.
◎ Kiibi väljakutse, kiip peab mitte ainult vastama funktsionaalsetele nõuetele, vaid vastama ka auto gabariidi tasemele. Pöörisvooluandurite ettevõttena on vaja kehtestada kiibi kontrollimise standard, et hinnata kiibi saadavust, mis on samuti ülioluline kodumaiste kiipide hilisemaks rakendamiseks. Läbi aastatepikkuse koostöö ülemaailmsete kiibitootjatega tervikliku kontrolliprotsessi sisseseadmiseks paljastas Effie Automotive, et kodumaiste kiipide kasutuselevõtt on kavandatud, eelduseks on loomulikult standardite täitmine.
Töökindlusprobleemid, paigaldusasendist tingitud pöörisvooluandur, tööprotsess on altid mootori termilisele šokile, jahutusõli pritsimisele ja muudele probleemidele, mis on kiibi puhul eriti suurem. Effie Automotive’i lahenduseks on kanda kiibi asukohale liimtöötlust, suurendades samal ajal kiibi enda temperatuurinõudeid. Keskkonnaga kohanemise parandamiseks ja töökindluse parandamiseks.
Kas pöörisvool suudab edaspidi pöördanduri täielikult asendada, pole veel teada. Pöörlevatel anduritel on ka oma tooteuuendustee, et tulla toime mootori uute vajadustega. Pöörisvooluandurite kasvutempo on aga kiirem kui pöörlevatel anduritel ja loomulikult on pöörisvooluandurite baas madal.
