Sensor posisi motor adalah suatu alat yang mendeteksi posisi rotor (bagian yang berputar) pada motor relatif terhadap stator (bagian tetap). Ini mengubah posisi mekanis menjadi sinyal listrik untuk digunakan oleh pengontrol motor untuk memutuskan kapan harus mengalihkan arah dan kekuatan arus motor, sehingga mengontrol kecepatan putaran dan torsi motor.
Pada kendaraan energi baru, pengendalian motor yang tepat berhubungan langsung dengan keselamatan berkendara dan stabilitas kendaraan, serta keakuratan posisi kerja. sensor solver dapat memastikan respon motor yang benar pada saat-saat kritis seperti pengereman darurat, akselerasi atau kemudi. Hal ini sangat penting untuk motor sinkron magnet permanen (PMSM), yang tidak memiliki komutator kontak fisik dan oleh karena itu bergantung pada informasi posisi yang diberikan oleh sensor untuk memutuskan kapan harus mengubah arah arus dan memastikan kelancaran pengoperasian motor.
Saat ini, ada dua jenis sensor posisi motor yang biasa digunakan pada kendaraan energi baru, yaitu sensor arus eddy dan trafo putar (sensor putar).
01.
Perbedaan antara arus berputar dan arus eddy berasal dari prinsip dasarnya
Meskipun sensor arus eddy dan transformator putar dapat memenuhi persyaratan deteksi posisi motor dengan baik, karena mesin pembangkit sinyal dan metode pemrosesan sinyal yang berbeda, akan terdapat perbedaan dalam aplikasi produk spesifik sesuai dengan kebutuhan yang berbeda.
Pemilihan jenis sensor posisi motor juga perlu mempertimbangkan faktor lain, seperti biaya, persyaratan akurasi, kemampuan beradaptasi lingkungan, keandalan, dan kompleksitas integrasi sistem, yang berkaitan erat dengan pembangkitan sinyal dasar dan mekanisme pemrosesan.
Ambil contoh sensor putar yang paling umum digunakan, prinsip kerjanya didasarkan pada prinsip induksi elektromagnetik. Prinsip pembangkitan sinyal adalah pengontrol motor memberikan sinyal eksitasi AC frekuensi konstan ke kumparan eksitasi (kumparan A), dan sinyal eksitasi ini menghasilkan medan magnet bolak-balik di dalam sensor putar. Ketika rotor berputar, medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan eksitasi dipotong, sehingga terjadi induksi tegangan AC pada kumparan sinusoidal B dan kumparan kosinus C. Dengan mengukur beda fasa dan amplitudo kedua sinyal tersebut, posisi absolut dan arah putaran rotor motor dapat dihitung secara akurat.
◎ Dalam pemrosesan sinyal, pengontrol motor menerima dan menganalisis sinyal sinus dan kosinus dari sensor putar, dan menghitung informasi Sudut yang tepat melalui algoritma perangkat lunak (biasanya algoritma analisis encoder putar). Untuk mencapai pemrosesan sinyal yang lebih baik, biasanya diperlukan penerapan chip decoding khusus, yang dipasang di pengontrol motor, dan tentu saja, hal ini juga dapat dicapai dengan decoding perangkat lunak.
Oleh karena itu, dalam bentuk tertentu dari sensor putaran, biasanya terdiri dari sebuah kumparan menarik (kumparan primer, kumparan A), dua kumparan keluaran (kumparan sinus B dan kumparan kosinus C) dan sebuah rotor logam yang bentuknya tidak beraturan. Rotornya koaksial dengan rotor motor dan berputar mengikuti putaran motor.
Sensor arus eddy menggunakan prinsip induksi elektromagnetik untuk mengirim dan menerima sinyal AC yang diinduksi dengan kumparan yang sesuai di ujung transmisi dan ujung penerima, sehingga dapat menghitung posisi roda target. Roda target dipasang pada poros yang berputar dan berputar bersama rotor. Posisi relatif rotor motor dan stator dapat diukur dengan mendeteksi posisi roda target.
◎ Dalam hal pemrosesan sinyal, ketika sensor arus eddy dinyalakan, kumparan pemancar sensor menghasilkan medan magnet yang menarik, dan pelat target mengikuti motor untuk memutar dan memotong medan magnet yang menarik, sehingga kumparan penerima menghasilkan tegangan kumparan, dan modul sensor mendemodulasi dan memproses tegangan kumparan untuk mendapatkan sinyal tegangan pada posisi yang sesuai. Berbeda dengan sensor putar, chip pemrosesan sinyal dari sensor arus eddy terintegrasi dengan sensor, dan sinyal digital dapat dikeluarkan secara langsung.
Oleh karena itu, sensor arus eddy biasanya terdiri dari sejumlah lobus target yang sesuai dengan jumlah pasangan kutub motor. Kelompok kumparan terdiri dari kumparan transmisi dan kumparan penerima, yang dipasang pada stator motor, dan sensor arus eddy biasanya disusun langsung di PCB, dan chip pemrosesan sinyal terintegrasi.
02.
Prinsip yang berbeda menyebabkan fokus teknis yang berbeda
Terlihat bahwa perbedaan utama antara sensor putaran dan sensor arus eddy pada prinsipnya terletak pada mode eksitasi, mekanisme pembangkitan sinyal dan kompleksitas pemrosesan sinyal. Keuntungan dari sensor putar terutama pada stabilitas sinyal eksitasi dan toleransi lingkungan kerja, namun kelemahannya adalah pengaruh perubahan skema motor lebih besar, dan kompatibilitas platform yang buruk. Keunggulan sensor arus eddy adalah tingkat elektronisasinya yang tinggi, mudah memenuhi kebutuhan platform, dan kemampuan anti-EMC yang kuat. Kerugiannya adalah sensor ini sedikit lebih lemah dibandingkan sensor putar dalam hal toleransi lingkungan, dan biayanya lebih tinggi daripada sensor putar di beberapa pemandangan.
Kompatibilitas platform pertama kali tercermin dalam tingkat kecepatan, 'Peta Jalan teknologi kendaraan hemat energi dan energi baru 2.0' yang disiapkan oleh China Society of Automotive Engineering menunjukkan bahwa pada tahun 2025, kecepatan kerja maksimum sensor posisi adalah 20.000r/menit, dan bandwidth dekoder >2,5kHz. Pada tahun 2030, kecepatan kerja maksimum sensor posisi adalah 25.000r/mnt, dan bandwidth dekoder >3,0kHz. Terlihat adanya tantangan tertentu pada sensor putar pada kecepatan tinggi.
Hal ini karena frekuensi eksitasi sensor putar berkaitan erat dengan kondisi kecepatan yang dipertimbangkan saat dirancang, dan biasanya sesuai dengan kondisi kecepatan saat ini. Ketika kecepatan meningkat, frekuensi eksitasi yang lebih tinggi diperlukan untuk pengukuran yang akurat, yang memerlukan perubahan dalam desain sensor putar.
Sensor arus Eddy tidak mengalami masalah ini. Effie Automotive mengatakan kepada NE Time bahwa desain sensor arus eddy dapat lebih beradaptasi dengan tren perkembangan kecepatan tinggi ini. Dukungannya yang luas, respons yang cepat, dan kinerja yang lebih baik dalam pemrosesan sinyal frekuensi tinggi berarti bahwa sensor arus eddy dapat 'kompatibel ke atas' untuk aplikasi masa depan dengan kecepatan lebih tinggi. Oleh karena itu, solusi platform dapat direalisasikan dengan lebih baik pada produk motor dengan kecepatan berbeda. Faktanya, inilah salah satu faktor pelanggan motor saat ini memilih solusi eddy current,
Selain itu, karena beragamnya sensor arus eddy, seperti tipe poros, ujung poros serupa, dan poros dapat dibagi menjadi tipe O dan tipe C (ada juga yang disebut lingkaran penuh dan setengah lingkaran). Oleh karena itu, relatif lebih fleksibel dalam mengadaptasi skema desain motor pelanggan.
03.
Prinsip yang berbeda menimbulkan tantangan pengurangan biaya yang berbeda
Biaya sensor putar terutama berasal dari bahan dan perangkat keras, termasuk bahan magnetik (seperti lembaran baja silikon), kumparan, dan sebagainya. Oleh karena itu biaya keseluruhan ditentukan menurut ukurannya, biasanya semakin besar ukurannya maka semakin tinggi pula biayanya.
Biaya inti sensor arus eddy terutama terletak pada komponen elektroniknya, chip pemrosesan, dll., Biaya komponen elektronik relatif tetap, sehingga biaya inti sensor arus eddy tidak meningkat secara linier seiring dengan ukurannya.
Oleh karena itu, biaya sensor arus eddy lebih rendah dibandingkan sensor putar untuk aplikasi skala besar. Namun, dalam skema motor berukuran kecil, sensor putar memiliki keunggulan biaya tertentu. Tentu saja, jika menyangkut skema aplikasi spesifik, karena chip pemrosesan sinyal dari sensor putar seringkali tidak disertakan dalam penghitungan biaya, perbandingan biaya spesifiknya juga memiliki beberapa perbedaan.
Selain perbandingan biaya saat ini, perlu juga memperhatikan ruang pengurangan biaya di masa depan. Saat ini, karena sebagian besar chip sensor arus eddy berasal dari perusahaan asing, biayanya dapat dikurangi dengan perluasan skala dan kematangan perusahaan chip dalam negeri pada tahap selanjutnya. Namun, ruang turun sensor putar relatif terbatas.
Oleh karena itu, ketika menghadapi kebutuhan biaya di masa depan, sensor arus eddy jelas lebih menguntungkan. Dalam beberapa tahun terakhir, pangsa pasar sensor arus eddy telah meningkat secara signifikan, dan di pasar domestik, perusahaan kendaraan, termasuk Geely dan sejumlah kekuatan baru, telah memilih skema sensor arus eddy.
04.
Industri sensor arus eddy masih perlu berkembang
Meskipun popularitas aplikasi sensor arus eddy meningkat, sensor yang paling umum masih berupa sensor putar, termasuk pemimpin penjualan BYD dan Tesla. Alasannya adalah, di satu sisi, sensor arus eddy terlambat diterapkan di bidang otomotif, dan di sisi lain, tidak banyak pemasok yang dapat menyediakan sensor arus eddy, dan beberapa perusahaan seperti Effie dan Sensata dapat memasoknya di industri.
Untuk sensor arus eddy, ada tiga tantangan utama:
Sensor arus eddy sebenarnya sudah banyak diaplikasikan pada bidang industri, namun pada bidang otomotif hal pertama yang harus dipenuhi adalah persyaratan tingkat pengukur kendaraan terutama persyaratan keselamatan fungsional. Ambil contoh Effie Automobile, untuk memastikan penerapan sensor arus eddy yang stabil, proses pengembangannya benar-benar sesuai dengan proses ISO26262 untuk memastikan persyaratan tingkat keselamatan fungsional.
◎ Tantangan chip, chip tidak hanya harus memenuhi persyaratan fungsional, tetapi juga memenuhi tingkat pengukur mobil. Sebagai perusahaan sensor arus eddy, standar verifikasi chip perlu ditetapkan untuk mengevaluasi ketersediaan chip, yang juga penting untuk penerapan chip dalam negeri selanjutnya. Melalui kerja sama bertahun-tahun dengan produsen chip global untuk membangun proses verifikasi yang lengkap, Effie Automotive mengungkapkan bahwa pengenalan chip dalam negeri telah direncanakan, tentu saja dengan alasan untuk memenuhi standar.
Tantangan keandalan, sensor arus eddy karena posisi pemasangan, proses kerja rentan terhadap guncangan termal pada motor, sputtering oli pendingin, dan tantangan lainnya, yang terutama lebih besar untuk chip. Solusi Effie Automotive adalah menerapkan perlakuan perekat pada lokasi chip, sekaligus meningkatkan persyaratan suhu chip itu sendiri. Untuk meningkatkan kemampuan beradaptasi terhadap lingkungan dan meningkatkan keandalan.
Di masa depan, apakah arus eddy dapat sepenuhnya menggantikan sensor putar masih belum diketahui. Sensor putar juga memiliki jalur peningkatan produknya sendiri untuk memenuhi kebutuhan baru motor. Namun, momentum pertumbuhan sensor arus eddy lebih cepat dibandingkan dengan sensor putar, dan tentu saja basis sensor arus eddy rendah.
