Sensor kedudukan motor ialah peranti yang mengesan kedudukan rotor (bahagian berputar) dalam motor berbanding stator (bahagian tetap). Ia menukarkan kedudukan mekanikal kepada isyarat elektrik untuk digunakan oleh pengawal motor untuk menentukan masa untuk menukar arah dan kekuatan semasa motor, dengan itu mengawal kelajuan putaran dan tork motor.
Dalam kenderaan tenaga baharu, kawalan tepat motor secara langsung berkaitan dengan keselamatan pemanduan dan kestabilan kenderaan, dan kerja tepat kedudukan penyelesai sensor boleh memastikan tindak balas motor yang betul pada saat genting seperti brek kecemasan, pecutan atau stereng. Ini amat penting untuk motor segerak magnet kekal (PMSM), yang tidak mempunyai komutator sentuhan fizikal dan oleh itu bergantung pada maklumat kedudukan yang diberikan oleh penderia untuk memutuskan masa untuk menukar arah arus dan memastikan operasi motor yang lancar.
Pada masa ini, terdapat dua jenis penderia kedudukan motor yang biasa digunakan dalam kenderaan tenaga baharu, penderia arus pusar dan pengubah putar (pengensor putar).
01.
Perbezaan antara arus berpusar dan arus pusar berpunca daripada prinsip asasnya
Walaupun penderia arus pusar dan pengubah putar boleh memenuhi keperluan pengesanan kedudukan motor, kerana mesin penjanaan isyarat yang berbeza dan kaedah pemprosesan isyarat, akan terdapat perbezaan dalam aplikasi produk tertentu mengikut keperluan yang berbeza.
Pemilihan jenis sensor kedudukan motor juga perlu mengambil kira faktor lain, seperti kos, keperluan ketepatan, kebolehsuaian persekitaran, kebolehpercayaan, dan kerumitan penyepaduan sistem, yang berkait rapat dengan penjanaan isyarat asas dan mekanisme pemprosesan.
Ambil penderia putar yang paling biasa digunakan sebagai contoh, prinsip kerjanya adalah berdasarkan prinsip aruhan elektromagnet. Prinsip penjanaan isyarat ialah pengawal motor menyediakan isyarat pengujaan AC frekuensi malar kepada gegelung pengujaan (gegelung A), dan isyarat pengujaan ini menjana medan magnet berselang-seli di dalam sensor putar. Apabila pemutar berputar, medan magnet yang dihasilkan oleh gegelung pengujaan dipotong, mengakibatkan aruhan voltan AC dalam gegelung sinusoidal B dan gegelung kosinus C. Dengan mengukur perbezaan fasa dan amplitud kedua-dua isyarat ini, kedudukan mutlak dan arah putaran pemutar motor boleh dikira dengan tepat.
◎ Dalam pemprosesan isyarat, pengawal motor menerima dan menganalisis isyarat sinus dan kosinus penderia berputar, dan mengira maklumat Sudut yang tepat melalui algoritma perisian (biasanya algoritma analisis pengekod berputar). Untuk mencapai pemprosesan isyarat yang lebih baik, biasanya perlu menggunakan cip penyahkodan khas, yang dipasang dalam pengawal motor, dan sudah tentu, ia juga boleh dicapai dengan penyahkodan perisian.
Oleh itu, dalam bentuk khusus penderia putaran, ia biasanya terdiri daripada gegelung yang mengujakan (gegelung utama, gegelung A), dua gegelung keluaran (gegelung sinus B dan gegelung kosinus C) dan pemutar logam berbentuk tidak sekata. Rotor adalah sepaksi dengan rotor motor dan berputar dengan putaran motor.
Penderia arus pusar menggunakan prinsip aruhan elektromagnet untuk menghantar dan menerima isyarat AC teraruh dengan gegelung yang sepadan pada hujung pemancar dan hujung penerima, untuk mengira kedudukan roda sasaran. Roda sasaran dipasang pada aci berputar dan berputar bersama-sama dengan rotor. Kedudukan relatif rotor dan stator motor boleh diukur dengan mengesan kedudukan roda sasaran.
◎ Dari segi pemprosesan isyarat, apabila penderia arus pusar dihidupkan, gegelung pemancar sensor menjana medan magnet yang mengujakan, dan plat sasaran mengikut motor untuk memutar dan memotong medan magnet yang mengujakan, supaya gegelung penerima menjana voltan gegelung, dan modul penderia menyahmodulasi dan voltan gegelung diproses untuk mendapatkan isyarat voltan pada kedudukan yang sepadan. Berbeza daripada penderia berputar, cip pemprosesan isyarat penderia arus pusar disepadukan dengan penderia, dan isyarat digital boleh dikeluarkan secara langsung.
Oleh itu, sensor arus pusar biasanya terdiri daripada beberapa lobus sasaran yang sepadan dengan bilangan pasangan kutub motor. Kumpulan gegelung terdiri daripada gegelung penghantaran dan gegelung penerima, yang dipasang pada pemegun motor, dan sensor arus pusar biasanya disusun terus dalam PCB, dan cip pemprosesan isyarat disepadukan.
02.
Prinsip yang berbeza membawa kepada tumpuan teknikal yang berbeza
Ia boleh dilihat bahawa perbezaan utama antara penderia putaran dan penderia arus pusar pada dasarnya terletak pada mod pengujaan, mekanisme penjanaan isyarat dan kerumitan pemprosesan isyarat. Kelebihan sensor putar adalah terutamanya dalam kestabilan isyarat pengujaan dan toleransi persekitaran kerja, tetapi kelemahannya ialah pengaruh perubahan skema motor lebih besar, dan keserasian platform adalah lemah. Kelebihan penderia arus pusar ialah tahap pengelektronannya yang tinggi, mudah untuk memenuhi keperluan platform, dan keupayaan anti-EMC yang kuat. Kelemahannya ialah ia lebih lemah sedikit daripada penderia putar dari segi toleransi alam sekitar, dan kosnya lebih tinggi daripada penderia putar dalam beberapa adegan.
Keserasian platform pertama kali dicerminkan dalam tahap kelajuan, 'penjimatan tenaga dan teknologi kenderaan tenaga baharu Roadmap 2.0' yang disediakan oleh Persatuan Kejuruteraan Automotif China menunjukkan bahawa menjelang 2025, kelajuan kerja maksimum penderia kedudukan ialah 20,000r/min, dan lebar jalur penyahkod ialah >2.5kHz. Menjelang 2030, kelajuan kerja maksimum penderia kedudukan ialah 25,000r/min, dan lebar jalur penyahkod ialah >3.0kHz. Ia boleh dilihat bahawa terdapat cabaran tertentu dalam sensor berputar pada kelajuan tinggi.
Ini kerana kekerapan pengujaan sensor berputar berkait rapat dengan keadaan kelajuan yang dipertimbangkan apabila ia direka bentuk, dan biasanya sepadan dengan keadaan kelajuan semasa. Apabila kelajuan meningkat, frekuensi pengujaan yang lebih tinggi diperlukan untuk pengukuran yang tepat, yang memerlukan perubahan dalam reka bentuk penderia berputar.
Penderia arus pusar tidak mempunyai masalah ini. Effie Automotive memberitahu NE Time bahawa reka bentuk penderia arus pusar boleh menyesuaikan dengan lebih baik kepada trend pembangunan kelajuan tinggi ini. Rangkaian sokongan yang luas, tindak balas pantas dan prestasi yang lebih baik dalam pemprosesan isyarat frekuensi tinggi bermakna penderia arus pusar boleh menjadi 'serasi ke atas' untuk aplikasi masa hadapan pada kelajuan yang lebih tinggi. Oleh itu, penyelesaian platform boleh direalisasikan dengan lebih baik dalam produk motor dengan kelajuan yang berbeza. Malah, ini adalah salah satu faktor pelanggan motor semasa memilih penyelesaian arus pusar,
Di samping itu, disebabkan oleh kepelbagaian penderia arus pusar, seperti jenis aci, hujung aci adalah serupa, dan aci boleh dibahagikan kepada jenis O dan jenis C (sesetengahnya juga dipanggil bulatan penuh dan separuh bulatan). Oleh itu, ia secara relatifnya lebih fleksibel dalam menyesuaikan skim reka bentuk motor pelanggan.
03.
Prinsip yang berbeza membawa kepada cabaran pengurangan kos yang berbeza
Kos penderia berputar terutamanya datang daripada bahan dan perkakasan, termasuk bahan magnetik (seperti kepingan keluli silikon), gegelung dan sebagainya. Oleh itu, kos keseluruhan ditentukan mengikut saiznya, biasanya semakin besar saiznya, semakin tinggi kosnya.
Kos teras penderia arus pusar terutamanya terletak pada komponen elektroniknya, cip pemprosesan, dsb., kos bahagian elektronik secara relatifnya tetap, jadi kos teras penderia arus pusar tidak meningkat secara linear dengan saiz.
Oleh itu, kos penderia arus pusar adalah lebih rendah daripada penderia berputar untuk aplikasi berskala besar. Walau bagaimanapun, dalam skim motor bersaiz kecil, penderia berputar mempunyai kelebihan kos tertentu. Sudah tentu, apabila ia datang kepada skim aplikasi tertentu, kerana cip pemprosesan isyarat sensor berputar sering tidak termasuk dalam pengiraan kos, perbandingan kos khusus juga mempunyai beberapa perbezaan.
Sebagai tambahan kepada perbandingan kos semasa, ia juga perlu memberi perhatian kepada ruang pengurangan kos masa hadapan. Pada masa ini, kerana kebanyakan cip sensor arus pusaran datang dari perusahaan asing, kos boleh dikurangkan lagi dengan pengembangan skala dan kematangan perusahaan cip domestik di peringkat kemudian. Walau bagaimanapun, ruang menurun penderia berputar agak terhad.
Oleh itu, apabila menghadapi keperluan kos masa hadapan, penderia arus pusar jelas lebih berfaedah. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, bahagian pasaran penderia arus pusar telah meningkat dengan ketara, dan dalam pasaran domestik, syarikat kenderaan, termasuk Geely dan beberapa kuasa baharu, telah memilih skim penderia arus pusar.
04.
Industri penderia arus pusaran masih perlu berkembang
Walaupun populariti aplikasi penderia arus pusar semakin meningkat, penderia yang paling biasa masih ialah penderia berputar, termasuk peneraju jualan BYD dan Tesla. Sebabnya ialah, di satu pihak, penderia arus pusar digunakan lewat dalam bidang automotif, dan sebaliknya, tidak banyak pembekal yang boleh menyediakan penderia arus pusar, dan beberapa syarikat seperti Effie dan Sensata boleh membekalkannya dalam industri.
Untuk penderia arus pusar, terdapat tiga cabaran utama:
Sebenarnya, penderia arus pusar telah digunakan dalam bidang perindustrian, tetapi dalam bidang automotif, perkara pertama yang perlu dipenuhi ialah keperluan tahap tolok kenderaan, terutamanya keperluan keselamatan berfungsi. Ambil Effie Automobile sebagai contoh, untuk memastikan penggunaan stabil penderia arus pusar, proses pembangunan adalah mengikut proses ISO26262 untuk memastikan keperluan tahap keselamatan berfungsi.
◎ Cabaran cip, cip bukan sahaja mesti memenuhi keperluan fungsi, tetapi juga memenuhi tahap tolok kereta. Sebagai perusahaan penderia arus pusar, adalah perlu untuk mewujudkan piawaian pengesahan cip untuk menilai ketersediaan cip, yang juga penting untuk penggunaan cip domestik yang seterusnya. Melalui kerjasama bertahun-tahun dengan pengeluar cip global untuk mewujudkan proses pengesahan yang lengkap, Effie Automotive mendedahkan bahawa pengenalan cip domestik telah dirancang, sudah tentu, premis itu adalah untuk memenuhi piawaian.
Cabaran kebolehpercayaan, penderia arus pusar disebabkan oleh kedudukan pemasangan, proses kerja terdedah kepada kejutan haba dalam motor, penyejukan minyak sputtering dan cabaran lain, yang lebih besar terutamanya untuk cip. Penyelesaian Effie Automotive ialah menggunakan rawatan pelekat pada lokasi cip, sambil meningkatkan keperluan suhu cip itu sendiri. Untuk meningkatkan kebolehsuaian kepada persekitaran dan meningkatkan kebolehpercayaan.
Pada masa hadapan, sama ada arus pusar boleh menggantikan sepenuhnya penderia putar masih tidak diketahui. Penderia putar juga mempunyai laluan naik taraf produk mereka sendiri untuk menampung keperluan baharu motor. Walau bagaimanapun, momentum pertumbuhan penderia arus pusar adalah lebih pantas daripada penderia putar, dan sudah tentu, asas penderia arus pusar adalah rendah.
