Moottorin asentoanturi on laite, joka havaitsee roottorin (pyörivän osan) asennon moottorissa suhteessa staattoriin (kiinteä osa). Se muuntaa mekaanisen asennon sähköiseksi signaaliksi, jota moottorin ohjain käyttää päättääkseen, milloin moottorin virran suuntaa ja voimakkuutta vaihdetaan, mikä säätelee moottorin pyörimisnopeutta ja vääntömomenttia.
Uusissa energiaajoneuvoissa moottorin tarkka hallinta liittyy suoraan ajoneuvon ajoturvallisuuteen ja vakauteen sekä asennon tarkkaan toimintaan. sensorin ratkaistava voi varmistaa moottorin oikean vasteen kriittisissä hetkissä, kuten hätäjarrutuksessa, kiihdytyksessä tai ohjauksessa. Tämä on erityisen tärkeää kestomagneettisynkronimoottoreille (PMSM), joissa ei ole fyysisiä kosketuskommutaattoreita ja jotka siksi luottavat anturin antamiin sijaintitietoihin päättääkseen, milloin virran suuntaa on vaihdettava, ja varmistaakseen moottorin sujuvan toiminnan.
Tällä hetkellä uusissa energiaajoneuvoissa yleisesti käytettyjä moottorin asentoantureita on kahdenlaisia, pyörrevirtaantureita ja pyöriviä muuntajia (pyöriviä antureita).
01.
Pyörteen ja pyörrevirran välinen ero johtuu niiden perusperiaatteesta
Vaikka pyörrevirta-anturit ja kiertomuuntajat voivat hyvin täyttää moottorin asennon tunnistuksen vaatimukset, erilaisten signaalintuotantokoneiden ja signaalinkäsittelymenetelmien vuoksi tuotesovelluksissa on eroja eri vaatimusten mukaan.
Moottorin asentoanturin tyypin valinnassa on otettava huomioon myös muut tekijät, kuten hinta, tarkkuusvaatimukset, ympäristöön sopeutuvuus, luotettavuus ja järjestelmän integroinnin monimutkaisuus, jotka liittyvät läheisesti perussignaalin generointi- ja käsittelymekanismiin.
Otetaan esimerkkinä yleisimmin käytetty pyörivä anturi, jonka toimintaperiaate perustuu sähkömagneettisen induktion periaatteeseen. Signaalin generoinnin periaate on, että moottorin ohjain antaa vakiotaajuisen AC-herätyssignaalin virityskelalle (käämi A), ja tämä herätesignaali muodostaa vaihtuvan magneettikentän pyörivän anturin sisällä. Roottorin pyöriessä virityskäämin synnyttämä magneettikenttä katkeaa, mikä johtaa AC-jännitteen induktioon sinikäämiin B ja kosinikäämiin C. Mittaamalla näiden kahden signaalin vaihe-ero ja amplitudi voidaan laskea tarkasti moottorin roottorin absoluuttinen sijainti ja pyörimissuunta.
◎ Signaalinkäsittelyssä moottoriohjain vastaanottaa ja analysoi pyörivän anturin sini- ja kosinisignaalit ja laskee tarkat kulmatiedot ohjelmistoalgoritmin avulla (yleensä pyörivän kooderin analyysialgoritmi). Paremman signaalinkäsittelyn saavuttamiseksi on yleensä tarpeen käyttää erityistä dekoodaussirua, joka asennetaan moottoriohjaimeen, ja tietysti se voidaan saavuttaa myös ohjelmistodekoodauksella.
Siksi pyörimisanturin erityisessä muodossa se koostuu yleensä jännittävästä kelasta (primäärikäämi, käämi A), kahdesta lähtökäämistä (sinikela B ja kosinikela C) ja epäsäännöllisen muotoisesta metalliroottorista. Roottori on koaksiaalinen moottorin roottorin kanssa ja pyörii moottorin pyörimisen mukana.
Pyörrevirta-anturi käyttää sähkömagneettista induktioperiaatetta indusoidun AC-signaalin lähettämiseen ja vastaanottamiseen vastaavalla kelalla lähetyspäässä ja vastaanottopäässä kohdepyörän sijainnin laskemiseksi. Kohdepyörä on kiinnitetty pyörivään akseliin ja pyörii yhdessä roottorin kanssa. Moottorin roottorin ja staattorin suhteellinen asento voidaan mitata tunnistamalla kohdepyörän asento.
◎ Signaalinkäsittelyssä, kun pyörrevirta-anturi on päällä, anturin lähetyskela muodostaa jännittävän magneettikentän ja kohdelevy seuraa moottoria pyörittämään ja leikkaamaan jännittävää magneettikenttää siten, että vastaanottokela tuottaa kelajännitteen ja anturimoduuli demoduloi ja prosessoi kelajännitteen saadakseen vastaavan asennon jännitesignaalin. Toisin kuin pyörivä anturi, pyörrevirta-anturin signaalinkäsittelysiru on integroitu anturiin ja digitaalinen signaali voidaan lähettää suoraan.
Siksi pyörrevirta-anturi koostuu yleensä useista kohdekeiloista, jotka vastaavat moottorin napaparien määrää. Käämiryhmä koostuu siirtokelasta ja vastaanottokelasta, jotka on kiinnitetty moottorin staattoriin, ja pyörrevirta-anturi on yleensä järjestetty suoraan piirilevyyn ja signaalinkäsittelysiru on integroitu.
02.
Erilaiset periaatteet johtavat erilaisiin teknisiin painotuksiin
Voidaan nähdä, että suurimmat erot pyörimisanturin ja pyörrevirta-anturin välillä ovat periaatteessa viritysmoodissa, signaalinmuodostusmekanismissa ja signaalinkäsittelyn monimutkaisuus. Pyörivän anturin edut ovat pääasiassa virityssignaalin stabiilisuudessa ja työympäristön toleranssissa, mutta haittoja on, että moottorikaavion muutoksen vaikutus on suurempi ja alustan yhteensopivuus on huono. Pyörrevirtaanturin etuna on sen korkea elektronisaatioaste, helppo täyttää alustan tarpeet ja vahva anti-EMC-kyky. Haittapuolena on, että se on hieman heikompi kuin pyörivä anturi ympäristön sietokyvyn suhteen, ja hinta on joissakin kohtauksissa korkeampi kuin pyörivä anturi.
Alustan yhteensopivuus heijastuu ensin nopeustasoon, China Society of Automotive Engineeringin laatima 'energiansäästö- ja uuden energiaajoneuvoteknologian Roadmap 2.0' huomautti, että vuoteen 2025 mennessä paikkaanturin suurin työnopeus on 20 000 r/min ja dekooderin kaistanleveys > 2,5 kHz. Vuoteen 2030 mennessä asentoanturin suurin työnopeus on 25 000 r/min ja dekooderin kaistanleveys > 3,0 kHz. Voidaan nähdä, että pyörivässä anturissa on tiettyjä haasteita suurella nopeudella.
Tämä johtuu siitä, että pyörivän anturin viritystaajuus liittyy läheisesti sen suunnitteluvaiheessa otettuun nopeustilaan ja yleensä vastaa senhetkistä nopeustilaa. Nopeuden kasvaessa tarvitaan korkeampaa viritystaajuutta tarkkaan mittaukseen, mikä vaatii muutosta pyörivän anturin suunnittelussa.
Pyörrevirta-antureissa tätä ongelmaa ei ole. Effie Automotive kertoi NE Timelle, että pyörrevirta-anturin rakenne mukautuu paremmin tämän suuren nopeuden kehitystrendiin. Sen laaja tukivalikoima, nopea vaste ja parempi suorituskyky korkeataajuisessa signaalinkäsittelyssä tarkoittavat, että pyörrevirtaanturit voivat olla 'ylöspäin yhteensopivia' tulevissa sovelluksissa suuremmilla nopeuksilla. Siksi alustaratkaisu voidaan toteuttaa paremmin erinopeuksisissa moottorituotteissa. Itse asiassa tämä on yksi niistä tekijöistä, joiden vuoksi nykyiset autoasiakkaat valitsevat pyörrevirtaratkaisuja,
Lisäksi erilaisten pyörrevirta-anturien, kuten akselityypin, vuoksi akselin pää on samanlainen, ja akseli voidaan jakaa O-tyyppiin ja C-tyyppiin (jotakin kutsutaan myös täysympyräksi ja puoliympyräksi). Siksi se on suhteellisen joustavampi mukauttaa asiakkaan moottorin suunnittelujärjestelmiä.
03.
Erilaiset periaatteet johtavat erilaisiin kustannussäästöhaasteisiin
Pyörivien antureiden kustannukset tulevat pääasiassa materiaaleista ja laitteistoista, mukaan lukien magneettiset materiaalit (kuten piiteräslevyt), kelat ja niin edelleen. Siksi kokonaiskustannus määräytyy sen koon mukaan, yleensä mitä suurempi koko, sitä korkeampi hinta.
Pyörrevirtaanturin ydinkustannukset ovat pääasiassa sen elektronisissa komponenteissa, käsittelysiruissa jne., elektronisten osien hinta on suhteellisen kiinteä, joten pyörrevirtaanturin ydinkustannukset eivät nouse lineaarisesti koon mukaan.
Siksi pyörrevirta-anturien kustannukset ovat alhaisemmat kuin pyörivät anturit suurissa sovelluksissa. Kuitenkin pienikokoisissa moottorimalleissa pyörivillä antureilla on tiettyjä kustannusetuja. Tietysti, kun on kyse tietystä sovellusskeemasta, koska pyörivän anturin signaalinkäsittelysiru ei usein sisälly kustannuslaskelmaan, myös kustannusten vertailussa on joitain eroja.
Nykyisen kustannusvertailun lisäksi on huomioitava myös tulevaisuuden kustannussäästötila. Tällä hetkellä, koska suurin osa pyörrevirta-anturisiruista tulee ulkomaisista yrityksistä, kustannuksia voidaan edelleen alentaa laajenemalla kotimaisten siruyritysten mittakaavassa ja kypsymisessä myöhemmässä vaiheessa. Pyörivän anturin laskeutumistila on kuitenkin suhteellisen rajallinen.
Siksi pyörrevirta-anturit ovat selvästi edullisempia tulevia kustannusvaatimuksia silmällä pitäen. Pyörrevirta-antureiden markkinaosuus on viime vuosina noussut merkittävästi, ja kotimaan markkinoilla ajoneuvoyhtiöt, mukaan lukien Geely ja useat uudet voimat, ovat valinneet pyörrevirta-anturijärjestelmän.
04.
Pyörrevirta-anturiteollisuuden on edelleen kasvatettava
Vaikka pyörrevirta-anturisovellusten suosio on kasvussa, yleisimmät anturit ovat edelleen pyöriviä antureita, mukaan lukien myyntijohtajat BYD ja Tesla. Syynä tähän on se, että toisaalta pyörrevirtaanturit otetaan käyttöön myöhään autoalalla, ja toisaalta pyörrevirta-antureita ei ole paljon toimittajia, ja muutamat yritykset, kuten Effie ja Sensata, voivat toimittaa niitä alalla.
Pyörrevirta-antureilla on kolme päähaastetta:
Itse asiassa pyörrevirtaantureita on sovellettu teollisuudessa, mutta autoteollisuudessa ensimmäinen asia, joka on täytettävä, on ajoneuvon ulottumatason vaatimukset, erityisesti toiminnallisen turvallisuuden vaatimukset. Otetaan esimerkkinä Effie Automobile, jotta pyörrevirta-anturin vakaa käyttö voidaan varmistaa, kehitysprosessi on tiukasti ISO26262-prosessin mukainen toiminnallisen turvallisuustason vaatimusten varmistamiseksi.
◎ Sirun haaste, siru ei saa täyttää vain toiminnallisia vaatimuksia, vaan myös auton mittarin taso. Pyörrevirta-anturiyrityksenä on tarpeen luoda sirunvarmennusstandardi sirun saatavuuden arvioimiseksi, mikä on myös ratkaisevan tärkeää kotimaisten sirujen myöhemmän käytön kannalta. Effie Automotive paljasti vuosien yhteistyön kautta maailmanlaajuisten siruvalmistajien kanssa täydellisen varmennusprosessin luomiseksi, että kotimaisten sirujen käyttöönotto on suunniteltu, lähtökohtana on tietysti standardien täyttäminen.
Luotettavuushaasteita, pyörrevirta-anturi asennusasennosta johtuen, työprosessi on altis lämpöshoille moottorissa, jäähdytysöljyn roiskumiseen ja muihin haasteisiin, mikä on erityisen suurempi sirulle. Effie Automotiven ratkaisuna on liimakäsittely lastun paikkaan ja samalla nostaa itse lastun lämpötilavaatimuksia. Parantaa sopeutumiskykyä ympäristöön ja parantaa luotettavuutta.
Tulevaisuudessa ei ole vielä tiedossa, voiko pyörrevirta korvata pyörivän anturin kokonaan. Pyörimisantureilla on myös oma tuotepäivityspolkunsa vastaamaan moottorin uusiin tarpeisiin. Pyörrevirta-anturien kasvuvauhti on kuitenkin nopeampi kuin pyörivien antureiden, ja tietysti pyörrevirta-anturien kanta on alhainen.
