Қозғалтқыш позициясының сенсоры - статорға (бекітілген бөлікке) қатысты қозғалтқыштағы ротордың (айналатын бөлігі) орнын анықтайтын құрылғы. Ол механикалық позицияны қозғалтқыштың ток бағыты мен күшін қашан ауыстыру керектігін шешу үшін мотор контроллері пайдалану үшін электр сигналына түрлендіреді, осылайша қозғалтқыштың айналу жылдамдығы мен моментін басқарады.
Жаңа энергетикалық көліктерде қозғалтқышты дәл басқару көліктің қауіпсіздігі мен тұрақтылығына және позицияның дәл жұмысына тікелей байланысты. сенсорды шешуші авариялық тежеу, жеделдету немесе рульді басқару сияқты маңызды сәттерде қозғалтқыштың дұрыс әрекет етуін қамтамасыз ете алады. Бұл әсіресе физикалық контакт коммутаторлары жоқ тұрақты магнитті синхронды қозғалтқыштар (PMSM) үшін өте маңызды, сондықтан ток бағытын қашан ауыстыру керектігін және қозғалтқыштың біркелкі жұмысын қамтамасыз ету үшін сенсор берген позиция ақпаратына сүйенеді.
Қазіргі уақытта жаңа энергетикалық көліктерде, құйынды ток датчиктерінде және айналмалы трансформаторларда (айналмалы датчиктер) әдетте қолданылатын қозғалтқыш позициясының сенсорларының екі түрі бар.
01.
Айналмалы және құйынды токтардың айырмашылығы олардың негізгі принципінен туындайды
Құйынды ток датчиктері мен айналмалы трансформаторлар қозғалтқыш орнын анықтау талаптарына жақсы жауап бере алатынымен, олардың әртүрлі сигнал генерациялау машиналары мен сигналдарды өңдеу әдістеріне байланысты, әртүрлі талаптарға сәйкес өнімнің нақты қолданбаларында айырмашылықтар болады.
Қозғалтқыш позициясының сенсорының түрін таңдау, сонымен қатар негізгі сигналды генерациялау және өңдеу механизмімен тығыз байланысты құны, дәлдік талаптары, қоршаған ортаға бейімділік, сенімділік және жүйе интеграциясының күрделілігі сияқты басқа факторларды ескеру қажет.
Мысал ретінде ең жиі қолданылатын айналмалы сенсорды алыңыз, оның жұмыс принципі электромагниттік индукция принципіне негізделген. Сигналдың генерациялау принципі мынада: қозғалтқыш контроллері қоздыру катушкасына (А катушка) тұрақты жиілікті айнымалы ток қозу сигналын береді және бұл қоздыру сигналы айналмалы сенсордың ішінде айнымалы магнит өрісін тудырады. Ротор айналу кезінде қоздыру катушкасы тудыратын магнит өрісі кесіледі, нәтижесінде синусоидалы катушкалар В мен косинус катушкалар С айнымалы ток кернеуінің индукциясына әкеледі. Осы екі сигналдың фазалық айырмашылығы мен амплитудасын өлшеу арқылы қозғалтқыш роторының абсолютті орны мен айналу бағытын дәл есептеуге болады.
◎ Сигналдарды өңдеу кезінде қозғалтқыш контроллері айналмалы сенсордың синус және косинус сигналдарын қабылдайды және талдайды және бағдарламалық құрал алгоритмі (әдетте айналмалы кодтарды талдау алгоритмі) арқылы бұрыш туралы дәл ақпаратты есептейді. Сигналдың жақсырақ өңделуіне қол жеткізу үшін, әдетте, мотор контроллеріне орнатылған арнайы декодтау чипін қолдану қажет, және, әрине, бағдарламалық қамтамасыз етуді декодтау арқылы да қол жеткізуге болады.
Сондықтан, айналу сенсорының ерекше пішінінде ол әдетте қозғаушы катушкадан (бастапқы катушка, А катушкасынан), екі шығыс катушкасынан (синусты катушка В және косинус катушкасынан) және дұрыс емес пішінді металл ротордан тұрады. Ротор қозғалтқыштың роторымен коаксиалды және қозғалтқыштың айналуымен айналады.
Құйынды ток сенсоры мақсатты доңғалақтың орнын есептеу үшін жіберу және қабылдау ұшындағы сәйкес катушкамен индукцияланған айнымалы ток сигналын беру және қабылдау үшін электромагниттік индукция принципін пайдаланады. Мақсатты дөңгелек айналмалы білікке бекітіліп, ротормен бірге айналады. Қозғалтқыш роторы мен статордың өзара орналасуын мақсатты дөңгелектің орнын анықтау арқылы өлшеуге болады.
◎ Сигналдарды өңдеу тұрғысынан, құйынды ток датчигі қосылған кезде, сенсордың таратқыш катушкасы қызықты магнит өрісін тудырады, ал мақсатты пластина қозғаушы магнит өрісін айналдыру және кесу үшін қозғалтқыштың соңынан жүреді, осылайша қабылдау катушкасы катушка кернеуін жасайды, ал сенсор модулі демодуляцияланған және өңделген катушка кернеуінің позиция кернеуінің сигналын алу үшін сәйкес келеді. Айналмалы сенсордан айырмашылығы, құйынды ток сенсорының сигнал өңдеу чипі сенсормен біріктірілген және цифрлық сигналды тікелей шығаруға болады.
Сондықтан құйынды ток сенсоры әдетте қозғалтқыштың полюс жұптарының санына сәйкес келетін бірнеше мақсатты лобтардан тұрады. Катушкалар тобы қозғалтқыш статорында бекітілген беріліс катушкасы мен қабылдау катушкасынан тұрады, ал құйынды ток датчигі әдетте ПХД-да тікелей орналасады және сигналды өңдеу чипі біріктірілген.
02.
Әртүрлі принциптер әртүрлі техникалық фокусқа әкеледі
Айналу датчигі мен құйынды ток датчигі арасындағы негізгі айырмашылықтар қоздыру режимінде, сигнал генерациялау механизмінде және сигналды өңдеудің күрделілігінде екенін көруге болады. Айналмалы датчиктің артықшылығы негізінен қоздыру сигналының тұрақтылығында және жұмыс ортасының төзімділігінде, бірақ кемшіліктері қозғалтқыш схемасының өзгеруінің әсері үлкен, ал платформаның үйлесімділігі нашар. Құйынды ток сенсорының артықшылығы - оның жоғары дәрежелі электронизациясы, платформаның қажеттіліктерін қанағаттандыру оңай және EMC-ке қарсы күшті қабілеті. Кемшілігі - қоршаған ортаға төзімділік тұрғысынан айналмалы сенсордан сәл әлсіз, ал құны кейбір көріністерде айналмалы сенсордан жоғары.
Платформаның үйлесімділігі алдымен жылдамдық деңгейінде көрінеді, Қытай автомобиль жасау қоғамы дайындаған 'энергияны үнемдейтін және жаңа энергетикалық көлік технологиясы жол картасы 2.0' 2025 жылға қарай позиция сенсорының максималды жұмыс жылдамдығы 20 000 р/мин, ал декодердің өткізу қабілеті >2,5 кГц болатынын атап өтті. 2030 жылға қарай позиция сенсорының максималды жұмыс жылдамдығы 25 000р/мин, ал декодер өткізу қабілеті >3,0кГц. Жоғары жылдамдықта айналмалы сенсорда белгілі бір қиындықтар бар екенін көруге болады.
Себебі айналмалы датчиктің қозу жиілігі жобаланған кезде қарастырылатын жылдамдық күйімен тығыз байланысты және әдетте ағымдағы жылдамдық күйіне сәйкес келеді. Жылдамдық артқан сайын дәл өлшеу үшін қозудың жоғары жиілігі қажет, бұл айналмалы сенсордың конструкциясын өзгертуді талап етеді.
Құйынды ток сенсорларында бұл мәселе жоқ. Effie Automotive NE Time басылымына құйынды ток сенсорының дизайны осы жоғары жылдамдықтың даму үрдісіне жақсырақ бейімделе алатынын айтты. Оның кең ауқымды қолдауы, жылдам жауап беруі және жоғары жиілікті сигналды өңдеудегі жақсы өнімділігі құйынды ток сенсорлары жоғары жылдамдықтағы болашақ қолданбалар үшін 'жоғары қарай үйлесімді' болуы мүмкін екенін білдіреді. Сондықтан платформалық шешім әртүрлі жылдамдықтағы мотор өнімдерінде жақсырақ жүзеге асырылуы мүмкін. Шын мәнінде, бұл қазіргі қозғалтқыш тұтынушылары құйынды ток шешімдерін таңдайтын факторлардың бірі,
Сонымен қатар, құйынды ток датчиктерінің әртүрлілігіне байланысты, мысалы, білік түрі, біліктің ұшы ұқсас, ал білік O-типті және С-типті болып бөлінеді (кейбіреулері толық шеңбер және жартылай шеңбер деп те аталады). Сондықтан, ол тұтынушы қозғалтқышының дизайн схемаларын бейімдеуде салыстырмалы түрде икемді.
03.
Әртүрлі принциптер шығындарды азайтудың әртүрлі қиындықтарына әкеледі
Айналмалы датчиктердің құны негізінен материалдар мен аппараттық құралдардан, соның ішінде магниттік материалдардан (мысалы, кремний болат парақтары), катушкалар және т.б. Сондықтан жалпы шығын оның көлеміне қарай анықталады, әдетте өлшем неғұрлым үлкен болса, соғұрлым құны жоғары болады.
Құйынды ток сенсорының негізгі құны негізінен оның электрондық компоненттеріне, өңдеу чиптеріне және т.б. жатыр, электронды бөлшектердің құны салыстырмалы түрде бекітілген, сондықтан құйынды ток сенсорының негізгі құны өлшеммен сызықты түрде өспейді.
Сондықтан құйынды ток датчиктерінің құны ауқымды қолданбалар үшін айналмалы датчиктерге қарағанда төмен. Дегенмен, шағын өлшемді қозғалтқыш схемаларында айналмалы датчиктер белгілі бір шығындарға ие. Әрине, нақты қолдану схемасы туралы айтатын болсақ, айналмалы сенсордың сигналды өңдеу чипі көбінесе шығындарды есептеуге қосылмағандықтан, нақты шығындарды салыстыру да кейбір айырмашылықтарға ие.
Ағымдағы шығындарды салыстырудан басқа, болашақта шығындарды азайту кеңістігіне де назар аудару қажет. Қазіргі уақытта құйынды ток сенсорының микросхемаларының көпшілігі шетелдік кәсіпорындардан келетіндіктен, кейінгі кезеңде отандық чип кәсіпорындарының ауқымын кеңейту және жетілу кезінде құнын одан әрі азайтуға болады. Дегенмен, айналмалы сенсордың төмендеу кеңістігі салыстырмалы түрде шектеулі.
Сондықтан, болашақ шығындар талаптарымен бетпе-бет келгенде, құйынды ток сенсорлары тиімдірек. Соңғы жылдары құйынды ток датчиктерінің нарықтағы үлесі айтарлықтай өсті және ішкі нарықта көлік компаниялары, соның ішінде Geely және бірқатар жаңа күштер құйынды ток сенсорының схемасын таңдады.
04.
Құйынды ток сенсорының индустриясы әлі де өсуі керек
Құйынды ток сенсоры қолданбаларының танымалдылығы артып келе жатқанымен, ең көп таралған сенсорлар әлі де айналмалы сенсорлар болып табылады, соның ішінде BYD және Tesla сату көшбасшылары. Мұның себебі, бір жағынан, құйынды ток сенсорлары автомобиль саласында кеш қолданылады, ал екінші жағынан, құйынды ток датчиктерін қамтамасыз ете алатын жеткізушілер көп емес, және Effie және Sensata сияқты бірнеше компаниялар оларды салада жеткізе алады.
Құйынды ток сенсорлары үшін үш негізгі қиындық бар:
Шындығында, құйынды ток датчиктер өнеркәсіптік салада қолданылған, бірақ автомобиль саласында бірінші кезекте көлік құралының калибрінің деңгейінің талаптары, әсіресе функционалдық қауіпсіздік талаптары орындалуы керек. Мысал ретінде Effie Automobile-ді алайық, құйынды ток сенсорының тұрақты қолданылуын қамтамасыз ету үшін әзірлеу процесі функционалдық қауіпсіздік деңгейінің талаптарын қамтамасыз ету үшін ISO26262 процесіне сәйкес келеді.
◎ Чиптің қиындығы, чип тек функционалдық талаптарды қанағаттандырып қана қоймай, сонымен қатар автокөлік габаритінің деңгейіне сай болуы керек. Құйынды ток сенсорының кәсіпорны ретінде чиптің қолжетімділігін бағалау үшін чипті тексеру стандартын құру қажет, бұл отандық чиптерді кейінгі қолдану үшін де маңызды. Толық тексеру процесін құру үшін әлемдік чип өндірушілерімен жылдар бойы ынтымақтаса отырып, Effie Automotive отандық чиптерді енгізу жоспарланғанын анықтады, әрине, алғышарт стандарттарға сәйкес келеді.
Сенімділік қиындықтары, орнату орнына байланысты құйынды ток датчигі, жұмыс процесі қозғалтқыштағы термиялық соққыға, салқындатқыш майдың шашырауына және басқа да қиындықтарға бейім, бұл әсіресе чип үшін үлкен. Effie Automotive компаниясының шешімі чиптің температурасына қойылатын талаптарды арттыра отырып, чип орналасқан жерге жабысқақ өңдеуді қолдану болып табылады. Қоршаған ортаға бейімделуді жақсарту және сенімділікті арттыру.
Болашақта құйынды ток айналмалы сенсорды толығымен алмастыра алады ма, әлі белгісіз. Айналмалы датчиктерде қозғалтқыштың жаңа қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін өнімді жаңартудың өзіндік жолы бар. Дегенмен, құйынды ток датчиктерінің өсу импульсі айналмалы датчиктерге қарағанда жылдамырақ, және, әрине, құйынды ток датчиктерінің негізі төмен.
