חיישן מיקום המנוע הוא מכשיר המגלה את מיקום הרוטור (חלק מסתובב) במנוע ביחס לסטטור (חלק קבוע). זה ממיר את המיקום המכני לאות חשמלי לשימוש על ידי בקר המנוע כדי להחליט מתי להחליף את הכיוון והחוזק הנוכחי של המנוע, ובכך שולט על מהירות הסיבוב והמומנט של המנוע.
ברכבי אנרגיה חדשים, השליטה המדויקת של המנוע קשורה ישירות לבטיחות ויציבות המניעה של הרכב, ולעבודה המדויקת של המיקום פותר חיישנים יכול להבטיח את התגובה הנכונה של המנוע ברגעים קריטיים כמו בלימת חירום, תאוצה או היגוי. זה חשוב במיוחד עבור מנועים סינכרוניים מגנטיים קבועים (PMSM), שאין להם נסיעות מגע פיזיות ולכן מסתמכים על מידע המיקום המסופק על ידי החיישן כדי להחליט מתי להחליף את כיוון הזרם ולהבטיח פעולה חלקה של המנוע.
נכון לעכשיו, ישנם שני סוגים של חיישני מיקום מנועי המשמשים לרוב ברכבי אנרגיה חדשים, חיישני זרם ערמומיים ושנאים סיבוביים (חיישני סיבוב).
01.
ההבדל בין זרמים מסתחררים לזרם נובע מהעיקרון הבסיסי שלהם
למרות שחיישני זרם אדי ושנאים סיבוביים יכולים לעמוד היטב בדרישות גילוי המיקום של המנוע, בשל מכונות ייצור האותות השונות ושיטות עיבוד האות שלהם, יהיו הבדלים ביישומי מוצרים ספציפיים בהתאם לדרישות שונות.
הבחירה בסוג חיישן המיקום המוטורי צריכה גם לקחת בחשבון גורמים אחרים, כגון עלות, דרישות דיוק, יכולת הסתגלות סביבתית, אמינות ומורכבות שילוב מערכת, הקשורים קשר הדוק לייצור האות הבסיסי ומנגנון העיבוד.
קח את חיישן הסיבוב הנפוץ ביותר כדוגמה, עיקרון העבודה שלו מבוסס על העיקרון של אינדוקציה אלקטרומגנטית. העיקרון של ייצור האות הוא שבקר המנוע מספק אות עירור AC תדר קבוע לסליל העירור (סליל A), ואות עירור זה מייצר שדה מגנטי לסירוגין בתוך חיישן הסיבוב. ככל שהרוטור מסתובב, נחתך השדה המגנטי שנוצר על ידי סליל העירור, וכתוצאה מכך אינדוקציה של מתח AC בסליל הסינוסואיד B וסליל הקוסינוס C. על ידי מדידת הפרש הפאזה ומשרעתם של שני האותות הללו, ניתן לחשב במדויק את המיקום המוחלט וכיוון הסיבוב של הרוטור המוטורי.
◎ בעיבוד אותות, בקר המנוע מקבל ומנתח את אותות הסינוס והקוסינוס של חיישן הסיבוב, ומחשב את מידע הזווית המדויק באמצעות אלגוריתם תוכנה (בדרך כלל אלגוריתם ניתוח המקודד הסיבוב). על מנת להשיג עיבוד אותות טוב יותר, בדרך כלל יש צורך להחיל שבב פענוח מיוחד, המותקן בבקר המנוע, וכמובן, ניתן להשיג אותו גם על ידי פענוח תוכנה.
לפיכך, בצורה הספציפית של חיישן הסיבוב, הוא מורכב בדרך כלל מסליל מרגש (סליל ראשוני, סליל A), שני סלילי תפוקה (סליל סינוס B וסליל קוסינוס C) ורוטור מתכת בצורת סדירה. הרוטור קואקסיאלי עם הרוטור של המנוע ומסתובב עם סיבוב המנוע.
חיישן הזרם האדיני משתמש בעקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית כדי להעביר ולקבל את האות AC המושרה עם הסליל המתאים בסוף השידור ובקצה המקבל, כדי לחשב את מיקום גלגל היעד. גלגל היעד קבוע על הפיר המסתובב ומסתובב יחד עם הרוטור. ניתן למדוד את המיקום היחסי של הרוטור והסטטור המנוע על ידי איתור מיקום גלגל היעד.
◎ מבחינת עיבוד האות, כאשר חיישן הזרם המפואר מופעל, הסליל המשדר חיישן מייצר שדה מגנטי מרגש, ולוח היעד עוקב אחר המנוע כדי לסובב ולחתוך את השדה המגנטי המרגש, כך שהסליל המקבל מייצר מתח סליל, ומודול חיישן דמויד ומתחם מעובד כדי להשיג את אות המתח של מיקום התואם. שונה מחיישן הסיבוב, שבב עיבוד האות של חיישן הזרם האדיב משולב עם החיישן, וניתן לייצר את האות הדיגיטלי ישירות.
לפיכך, חיישן הזרם האדיבי מורכב בדרך כלל ממספר אונות יעד התואמות את מספר זוגות המוט של המנוע. קבוצת הסלילים מורכבת מסליל הילוכים וסליל מקבל, אשר קבועים בסטטור המנוע, וחיישן הזרם האדיב מסודר בדרך כלל ישירות ב- PCB, ושבב עיבוד האות משולב.
02.
עקרונות שונים מובילים למוקד טכני שונה
ניתן לראות כי ההבדלים העיקריים בין חיישן הסיבוב לחיישן הזרם הערמומי באופן עקרוני טמונים במצב העירור, במנגנון ייצור האות והמורכבות של עיבוד האות. היתרונות של חיישן הסיבוב הם בעיקר ביציבות האות העירור ובסובלנות של סביבת העבודה, אך החסרונות הם שההשפעה של שינוי התוכנית המוטורית גדולה יותר, ותאימות הפלטפורמה ירודה. היתרון של חיישן זרם אדי הוא מידת האלקטרוניזציה הגבוהה שלו, קל לענות על צרכי הרציף ויכולת אנטי- EMC חזקה. החיסרון הוא שהוא מעט חלש יותר מחיישן הסיבוב מבחינת הסובלנות הסביבתית, והעלות גבוהה יותר מחיישן הסיבוב בסצינות מסוימות.
תאימות הפלטפורמה באה לידי ביטוי לראשונה ברמת המהירות, 'חיסכון באנרגיה וטכנולוגיית רכב אנרגיה חדשה מפת רכב 2.0 ' שהוכנה על ידי אגודת סין להנדסת רכב ציינו כי עד שנת 2025, מהירות העבודה המקסימאלית של חיישן המיקום היא 20,000R/דקה, ורוחב הפס המפוצץ הוא> 2.5KHz. עד שנת 2030, מהירות העבודה המרבית של חיישן המיקום היא 25,000R/MIN, ורוחב הפס המפענח הוא> 3.0kHz. ניתן לראות כי ישנם אתגרים מסוימים בחיישן הסיבוב במהירות גבוהה.
הסיבה לכך היא שתדר העירור של חיישן הסיבוב קשור קשר הדוק למצב המהירות הנחשב כאשר הוא מתוכנן, ובדרך כלל תואם את מצב המהירות הנוכחי. ככל שהמהירות עולה, נדרש תדירות גבוהה יותר של עירור למדידה מדויקת, הדורשת שינוי בתכנון חיישן הסיבוב.
לחיישנים נוכחיים של אדי אין בעיה זו. אפי רכב אמר ל- NE Time כי העיצוב של החיישן הנוכחי של Eddy יכול להסתגל טוב יותר למגמת הפיתוח של מהירות גבוהה זו. מגוון הרחב של התמיכה, התגובה המהירה והביצועים הטובים יותר בעיבוד אותות בתדירות גבוהה פירושו שחיישני זרם אדי יכולים להיות 'תואמים כלפי מעלה ' ליישומים עתידיים במהירויות גבוהות יותר. לכן ניתן לממש טוב יותר את פיתרון הפלטפורמה במוצרי המנוע עם מהירויות שונות. למעשה, זהו אחד הגורמים שלקוחות המנוע הנוכחיים בוחרים בפתרונות נוכחיים אדי,
בנוסף, בשל מגוון חיישני הזרם הערמומי, כמו סוג הפיר, קצה הפיר דומה, וניתן לחלק את הפיר לסוג ה- O ו- C (חלקם נקראים גם מעגל מלא וחצי מעגל). לכן, זה יחסית גמיש בהתאמת תוכניות תכנון מנוע של לקוחות.
03.
עקרונות שונים מובילים לאתגרים שונים להפחתת עלויות
עלות חיישני הסיבוב מגיעה בעיקר מחומרים וחומרה, כולל חומרים מגנטיים (כמו יריעות פלדה סיליקון), סלילים וכן הלאה. לפיכך, העלות הכוללת נקבעת על פי גודלו, בדרך כלל ככל שהגודל גדול יותר, כך העלות גבוהה יותר.
עלות הליבה של חיישן זרם ערמומי טמונה בעיקר ברכיבים האלקטרוניים שלו, עיבוד שבבי וכו ', עלות החלקים האלקטרוניים קבועה יחסית, כך שעלות הליבה של חיישן זרם העגום אינה עולה באופן לינארי עם הגודל.
לפיכך, עלות חיישני זרם העריכה נמוכה מזו של חיישני סיבוב ליישומים בקנה מידה גדול. עם זאת, בתכניות מנוע בגודל קטן, לחיישני סיבוב יש יתרונות עלות מסוימים. כמובן שכשמדובר בתכנית היישומים הספציפית, מכיוון שבב שבב עיבוד האות של חיישן הסיבוב אינו נכלל לעתים קרובות בחישוב העלויות, להשוואה על עלויות ספציפיות יש גם הבדלים מסוימים.
בנוסף להשוואת העלויות הנוכחית, יש צורך לשים לב למרחב הפחתת העלויות העתידי. נכון לעכשיו, מכיוון שרוב שבבי החיישן הנוכחיים המעורפלים מגיעים ממפעלים זרים, ניתן להפחית עוד יותר את העלות עם הרחבת הסולם ובגרותם של מפעלי שבבים מקומיים בשלב המאוחר. עם זאת, המרחב היורד של חיישן הסיבוב מוגבל יחסית.
לכן, כאשר מתמודדים עם דרישות עלות עתידיות, חיישנים נוכחיים אדי הם כמובן מועילים יותר. בשנים האחרונות נתח השוק של חיישני אדי נוכחיים עלה משמעותית, ובשוק המקומי, חברות רכב, כולל גילי ומספר כוחות חדשים, בחרו בתכנית החיישנים הנוכחית של אדי.
04.
ענף החיישנים הנוכחי המערער עדיין צריך לצמוח
למרות שהפופולריות של יישומי חיישן זרם אדי גוברת, החיישנים הנפוצים ביותר הם עדיין חיישני סיבוב, כולל מנהיגי מכירות BYD ו- TESLA. הסיבה לכך היא שמצד אחד, חיישנים נוכחיים אדיים מיושמים בשלהי שדה הרכב, ומצד שני, אין הרבה ספקים שיכולים לספק חיישנים נוכחיים אדי, וכמה חברות כמו אפי וסנסטה יכולות לספק אותם בענף.
עבור חיישנים נוכחיים אדי, ישנם שלושה אתגרים עיקריים:
למעשה, חיישני אדי נוכחיים יושמו בתחום התעשייתי, אך בתחום הרכב, הדבר הראשון שצריך לעמוד בו הוא הדרישות של רמת מד הרכב, במיוחד הדרישות של בטיחות פונקציונאלית. קח דוגמה רכב של אפי, על מנת להבטיח את היישום היציב של חיישן הזרם האדי, תהליך הפיתוח הוא אך ורק בהתאם לתהליך ISO26262 כדי להבטיח את הדרישות של רמת הבטיחות התפקודית.
◎ האתגר של השבב, על השבב לא רק לעמוד בדרישות התפקודיות, אלא גם עומד ברמת מד המכוניות. כמפעל חיישנים זרם ערמומי, יש צורך לקבוע תקן אימות שבב כדי להעריך את זמינות השבב, וזה גם קריטי ליישום לאחר מכן של שבבים ביתיים. באמצעות שנים של שיתוף פעולה עם יצרני השבבים העולמיים כדי לקבוע תהליך אימות מלא, אפי רכב חשף כי הצגת השבבים המקומיים תוכננה, כמובן, הנחת היסוד היא לעמוד בסטנדרטים.
אתגרי אמינות, חיישן זרם אדי בגלל מיקום ההתקנה, תהליך העבודה מועד להלם תרמי במנוע, קירור שמן שמן ואתגרים אחרים, וזה גדול במיוחד עבור השבב. הפיתרון של Effie Automotive הוא ליישם טיפול דבק על מיקום השבב, תוך הגדלת דרישות הטמפרטורה של השבב עצמו. לשפר את יכולת ההסתגלות לסביבה ולשפר את האמינות.
בעתיד, האם הזרם האדיב יכול להחליף לחלוטין את חיישן הסיבוב עדיין אינו ידוע. לחיישני סיבוב יש גם מסלול שדרוג מוצר משלהם להתמודד עם הצרכים החדשים של המנוע. עם זאת, תנופת הצמיחה של חיישני זרם מערערים מהירה יותר מזו של חיישני סיבוב, וכמובן, בסיס חיישני זרם מעצבים הוא נמוך.
