Le capteur de position du moteur est un dispositif qui détecte la position du rotor (partie tournante) du moteur par rapport au stator (partie fixe). Il convertit la position mécanique en un signal électrique que le contrôleur de moteur peut utiliser pour décider quand changer la direction et la force du courant du moteur, contrôlant ainsi la vitesse de rotation et le couple du moteur.
Dans les véhicules à énergie nouvelle, le contrôle précis du moteur est directement lié à la sécurité de conduite et à la stabilité du véhicule, ainsi qu'au travail précis du poste. Le résolveur de capteur peut garantir la réponse correcte du moteur aux moments critiques tels que le freinage d'urgence, l'accélération ou la direction. Ceci est particulièrement important pour les moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM), qui ne disposent pas de commutateurs à contact physique et s'appuient donc sur les informations de position fournies par le capteur pour décider quand changer le sens du courant et assurer le bon fonctionnement du moteur.
À l'heure actuelle, il existe deux types de capteurs de position de moteur couramment utilisés dans les véhicules à énergies nouvelles, les capteurs à courants de Foucault et les transformateurs rotatifs (capteurs rotatifs).
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La différence entre les courants tourbillonnants et les courants de Foucault découle de leur principe de base
Bien que les capteurs à courants de Foucault et les transformateurs rotatifs puissent bien répondre aux exigences de détection de la position du moteur, en raison de leurs différentes machines de génération de signaux et méthodes de traitement du signal, il existera des différences dans les applications spécifiques des produits en fonction des différentes exigences.
Le choix du type de capteur de position du moteur doit également prendre en compte d'autres facteurs, tels que le coût, les exigences de précision, l'adaptabilité à l'environnement, la fiabilité et la complexité de l'intégration du système, qui sont étroitement liés au mécanisme de base de génération et de traitement du signal.
Prenons comme exemple le capteur rotatif le plus couramment utilisé, son principe de fonctionnement est basé sur le principe de l'induction électromagnétique. Le principe de génération du signal est que le contrôleur de moteur fournit un signal d'excitation AC à fréquence constante à la bobine d'excitation (bobine A), et ce signal d'excitation génère un champ magnétique alternatif à l'intérieur du capteur rotatif. Lorsque le rotor tourne, le champ magnétique généré par la bobine d'excitation est coupé, ce qui entraîne l'induction d'une tension alternative dans la bobine sinusoïdale B et la bobine cosinusoïdale C. En mesurant la différence de phase et l'amplitude de ces deux signaux, la position absolue et le sens de rotation du rotor du moteur peuvent être calculés avec précision.
◎ Dans le traitement du signal, le contrôleur de moteur reçoit et analyse les signaux sinus et cosinus du capteur rotatif et calcule les informations d'angle précises via un algorithme logiciel (généralement l'algorithme d'analyse du codeur rotatif). Afin d'obtenir un meilleur traitement du signal, il est généralement nécessaire d'appliquer une puce de décodage spéciale, installée dans le contrôleur de moteur, et bien sûr, cela peut également être réalisé par décodage logiciel.
Par conséquent, dans la forme spécifique du capteur de rotation, il est généralement composé d'une bobine d'excitation (bobine primaire, bobine A), de deux bobines de sortie (bobine sinusoïdale B et bobine cosinusoïdale C) et d'un rotor métallique de forme irrégulière. Le rotor est coaxial au rotor du moteur et tourne avec la rotation du moteur.
Le capteur à courants de Foucault utilise le principe d'induction électromagnétique pour transmettre et recevoir le signal AC induit avec la bobine correspondante à l'extrémité émettrice et à l'extrémité réceptrice, de manière à calculer la position de la roue cible. La roue cible est fixée sur l'arbre rotatif et tourne avec le rotor. La position relative du rotor et du stator du moteur peut être mesurée en détectant la position de la roue cible.
◎ En termes de traitement du signal, lorsque le capteur à courants de Foucault est allumé, la bobine de transmission du capteur génère un champ magnétique d'excitation, et la plaque cible suit le moteur pour tourner et couper le champ magnétique d'excitation, de sorte que la bobine de réception génère une tension de bobine, et le module de capteur démodule et traite la tension de bobine pour obtenir le signal de tension de la position correspondante. Différent du capteur rotatif, la puce de traitement du signal du capteur à courants de Foucault est intégrée au capteur et le signal numérique peut être émis directement.
Par conséquent, le capteur à courants de Foucault se compose généralement d’un nombre de lobes cibles correspondant au nombre de paires de pôles du moteur. Le groupe de bobines se compose d'une bobine de transmission et d'une bobine de réception, qui sont fixées sur le stator du moteur, et le capteur de courants de Foucault est généralement disposé directement dans le PCB, et la puce de traitement du signal est intégrée.
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Différents principes conduisent à des orientations techniques différentes
On peut voir que les principales différences entre le capteur de rotation et le capteur à courants de Foucault résident en principe dans le mode d'excitation, le mécanisme de génération de signal et la complexité du traitement du signal. Les avantages du capteur rotatif résident principalement dans la stabilité du signal d'excitation et la tolérance de l'environnement de travail, mais les inconvénients sont que l'influence du changement du schéma moteur est plus grande et que la compatibilité de la plate-forme est mauvaise. L'avantage du capteur à courants de Foucault est son degré élevé d'électronisation, sa facilité à répondre aux besoins de la plate-forme et sa forte capacité anti-EMC. L'inconvénient est qu'il est légèrement plus faible que le capteur rotatif en termes de tolérance environnementale et que son coût est plus élevé que le capteur rotatif dans certaines scènes.
La compatibilité de la plate-forme se reflète d'abord dans le niveau de vitesse, la « Feuille de route 2.0 sur les technologies de véhicules à économie d'énergie et à nouvelles énergies » préparée par la Société chinoise d'ingénierie automobile a souligné que d'ici 2025, la vitesse de fonctionnement maximale du capteur de position est de 20 000 tr/min et la bande passante du décodeur est >2,5 kHz. D'ici 2030, la vitesse de fonctionnement maximale du capteur de position est de 25 000 tr/min et la bande passante du décodeur est >3,0 kHz. On peut constater que le capteur rotatif à grande vitesse présente certains défis.
En effet, la fréquence d'excitation du capteur rotatif est étroitement liée à l'état de vitesse considéré lors de sa conception et correspond généralement à l'état de vitesse actuel. À mesure que la vitesse augmente, une fréquence d'excitation plus élevée est nécessaire pour une mesure précise, ce qui nécessite une modification de la conception du capteur rotatif.
Les capteurs à courants de Foucault n'ont pas ce problème. Effie Automotive a déclaré à NE Time que la conception du capteur à courants de Foucault peut mieux s'adapter à la tendance de développement de cette vitesse élevée. Sa large gamme de prise en charge, sa réponse rapide et ses meilleures performances dans le traitement du signal haute fréquence signifient que les capteurs à courants de Foucault peuvent être « compatibilité ascendante » pour les applications futures à des vitesses plus élevées. Par conséquent, la solution de plate-forme peut être mieux réalisée dans les produits moteurs à différentes vitesses. En fait, c'est l'une des raisons pour lesquelles les clients actuels du secteur automobile choisissent les solutions à courants de Foucault,
De plus, en raison de la variété des capteurs à courants de Foucault, tels que le type d'arbre, l'extrémité de l'arbre est similaire et l'arbre peut être divisé en type O et type C (certains sont également appelés cercle complet et demi-cercle). Par conséquent, il est relativement plus flexible pour adapter les schémas de conception de moteurs des clients.
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Différents principes conduisent à différents défis de réduction des coûts
Le coût des capteurs rotatifs provient principalement des matériaux et du matériel, notamment des matériaux magnétiques (tels que les tôles d'acier au silicium), des bobines, etc. Par conséquent, le coût global est déterminé en fonction de sa taille, généralement plus la taille est grande, plus le coût est élevé.
Le coût principal du capteur à courants de Foucault réside principalement dans ses composants électroniques, ses puces de traitement, etc., le coût des pièces électroniques est relativement fixe, de sorte que le coût principal du capteur à courants de Foucault n'augmente pas linéairement avec la taille.
Par conséquent, le coût des capteurs à courants de Foucault est inférieur à celui des capteurs rotatifs pour les applications à grande échelle. Cependant, dans les projets de moteurs de petite taille, les capteurs rotatifs présentent certains avantages en termes de coût. Bien entendu, en ce qui concerne le schéma d'application spécifique, étant donné que la puce de traitement du signal du capteur rotatif n'est souvent pas incluse dans le calcul des coûts, la comparaison des coûts spécifiques présente également quelques différences.
Outre la comparaison actuelle des coûts, il convient également de prêter attention à l'espace futur de réduction des coûts. À l'heure actuelle, étant donné que la plupart des puces de capteurs à courants de Foucault proviennent d'entreprises étrangères, le coût peut être encore réduit avec l'expansion de l'échelle et de la maturité des entreprises nationales de puces à un stade ultérieur. Cependant, l'espace descendant du capteur rotatif est relativement limité.
Par conséquent, face aux futures exigences de coûts, les capteurs à courants de Foucault sont évidemment plus avantageux. Ces dernières années, la part de marché des capteurs à courants de Foucault a considérablement augmenté et sur le marché intérieur, les constructeurs automobiles, dont Geely et un certain nombre de nouvelles forces, ont choisi le système de capteurs à courants de Foucault.
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L’industrie des capteurs à courants de Foucault doit encore se développer
Bien que la popularité des applications de capteurs à courants de Foucault augmente, les capteurs les plus courants restent les capteurs rotatifs, notamment les leaders des ventes BYD et Tesla. La raison en est que, d'une part, les capteurs à courants de Foucault sont appliqués tardivement dans le domaine automobile, et d'autre part, il n'y a pas beaucoup de fournisseurs capables de fournir des capteurs à courants de Foucault, et quelques entreprises comme Effie et Sensata peuvent les fournir dans l'industrie.
Pour les capteurs à courants de Foucault, il y a trois défis principaux :
En fait, les capteurs à courants de Foucault ont été appliqués dans le domaine industriel, mais dans le domaine automobile, la première chose à respecter est les exigences du niveau de jauge du véhicule, en particulier les exigences de sécurité fonctionnelle. Prenons Effie Automobile comme exemple, afin de garantir l'application stable du capteur à courants de Foucault, le processus de développement est strictement conforme au processus ISO26262 pour garantir les exigences de niveau de sécurité fonctionnelle.
◎ Le défi de la puce, la puce doit non seulement répondre aux exigences fonctionnelles, mais également répondre au niveau de jauge de la voiture. En tant qu'entreprise de capteurs à courants de Foucault, il est nécessaire d'établir une norme de vérification des puces pour évaluer la disponibilité de la puce, ce qui est également crucial pour l'application ultérieure des puces nationales. Grâce à des années de coopération avec des fabricants mondiaux de puces pour établir un processus de vérification complet, Effie Automotive a révélé que l'introduction de puces nationales avait été planifiée, bien sûr, le principe étant de répondre aux normes.
Défis de fiabilité, capteur à courants de Foucault en raison de la position d'installation, le processus de travail est sujet aux chocs thermiques dans le moteur, à la pulvérisation d'huile de refroidissement et à d'autres défis, ce qui est particulièrement important pour la puce. La solution d'Effie Automotive consiste à appliquer un traitement adhésif à l'emplacement de la puce, tout en augmentant les exigences de température de la puce elle-même. Améliorer l’adaptabilité à l’environnement et améliorer la fiabilité.
À l’avenir, on ne sait toujours pas si les courants de Foucault pourront remplacer complètement le capteur rotatif. Les capteurs rotatifs disposent également de leur propre chemin de mise à niveau du produit pour répondre aux nouveaux besoins du moteur. Cependant, la dynamique de croissance des capteurs à courants de Foucault est plus rapide que celle des capteurs rotatifs, et bien entendu, la base des capteurs à courants de Foucault est faible.
