Pemilihan Sensor Penyelesai Motor Pemacu Utama Tenaga Baharu: Lima Penghakiman Kejuruteraan Yang Mudah Diremehkan

Untuk pemilihan sensor kedudukan dalam motor pemacu utama, penyelesai hampir tidak dapat dielakkan. Tetapi 'memilih penyelesai' itu sendiri tidak sukar. Apa yang sukar ialah membuat beberapa pertimbangan di sebalik lembaran data yang benar-benar menentukan prestasi pengeluaran besar-besaran: sama ada pasangan tiang sepadan dengan motor, berapa banyak yang perlu dipercayai pada angka ketepatan, keadaan operasi yang digunakan untuk pengesahan suhu dan getaran, sama ada rantaian penyahkodan dipadankan dengan betul, dan tahap keselamatan fungsi yang perlu dicapai. Setiap satu daripada lima isu ini sudah cukup untuk menjadikan projek kelihatan normal pada peringkat prototaip sambil mendedahkan masalah dalam pengeluaran besar-besaran atau dalam keadaan yang melampau.

Pertama, jelaskan: mengapa aplikasi pemacu utama masih tidak dapat mengelakkan penyelesai

Dalam menghadapi suhu tinggi, pencemaran minyak, dan gangguan elektromagnet yang kuat dalam petak motor, cakera kod dan optocoupler pengekod optik sememangnya rapuh, manakala penyelesaian berasaskan Hall berjuang untuk memenuhi keperluan ketepatan dan ketekalan kawalan pemacu utama. Intipati penyelesai ialah pengubah elektromagnet: tiada komponen elektronik pada pemutar. Ia bergantung semata-mata pada variasi gandingan magnet antara belitan pengujaan stator dan saliency rotor untuk mengeluarkan isyarat sampul sinus dan kosinus, dengan semua pemprosesan isyarat selesai pada bahagian stator dan dalam litar penyahkodan. Struktur 'pemutar pasif' ini menentukan bahawa had bawahnya untuk rintangan suhu, rintangan minyak dan rintangan getaran adalah jauh lebih tinggi daripada penyelesaian yang bergantung pada komponen aktif pada pemutar.

Tetapi ini tidak bermakna penyelesai adalah optimum dalam setiap dimensi. Kelemahannya adalah sama jelas: ia terjejas dengan ketara oleh perubahan dalam reka bentuk motor, dan keserasian platformnya adalah lebih rendah daripada penyelesaian arus pusar. Dalam senario baru muncul seperti sistem 800V dan kelajuan ultra tinggi, penderia kedudukan arus pusar secara beransur-ansur mendapat daya tarikan. Oleh itu, premis untuk memilih penyelesai ialah aplikasi pemacu utama meletakkan beban yang lebih tinggi pada 'kebolehpercayaan yang berterusan di bawah persekitaran yang keras' daripada pada 'fleksibiliti guna semula platform.' Jika premis ini dipegang, lima pertimbangan berikut benar-benar bermakna.

Penghakiman 1: Padanan pasangan tiang bukan hanya tentang 'padanan'

Pasangan tiang penyelesai mesti mempunyai hubungan yang jelas dengan pasangan tiang motor, tetapi 'penjajaran' itu sendiri mempunyai dua strategi pelaksanaan yang sangat berbeza dengan kos yang jauh berbeza.

Penyelesaian pilihan ialah RPP = MPP (pasangan kutub penyelesai sama pasangan kutub motor).  Motor pemacu utama kereta penumpang biasanya mempunyai 4 hingga 10 pasang tiang. Membuat pasangan tiang penyelesai sepadan dengannya menghalang kesilapan pemesinan dan pemasangan daripada dikuatkan oleh pasangan tiang motor dan memberikan ketepatan keadaan mantap yang lebih tinggi untuk kawalan FOC. Ini adalah laluan ketepatan-diutamakan, dengan kos yang memerlukan penyelesai disesuaikan untuk setiap motor, menyebabkan kesamaan platform yang rendah.

Yang lain ialah RPP = 1 (penyelesai pasangan kutub tunggal, kompromi platform).  Kelebihannya ialah satu penyelesai boleh meliputi berbilang motor, tetapi ralat seperti kesipian mekanikal dan sisihan pemasangan didarab dengan pasangan tiang motor dan berkemungkinan besar kelihatan sebagai riak tork di kawasan yang melemahkan medan berkelajuan tinggi. Jika laluan ini dipilih, jidar ketepatan yang mencukupi mesti dikhaskan dalam toleransi struktur dan proses pemasangan untuk 'menyerap' kesan penguatan. Jika tidak, tidak kira betapa baik ketepatan elektrik kelihatan pada lembaran data, ia akan dimakan oleh ralat mekanikal sebaik sahaja dipasang pada motor.

Penghakiman 2: Pecahkan angka ketepatan; kesilapan mekanikal sering menjadi penyumbang utama

'Ralat elektrik ±X arcminutes' dalam lembaran data diukur di bawah keadaan pemasangan dan penjajaran yang ideal. Selepas pemasangan sebenar pada motor, sumber ralat juga termasuk sekurang-kurangnya kesipian pemasangan, mainan paksi, dan salah jajaran pemegun-pemutar, yang setiap satunya menambah jumlah ralat.

Ini bermakna kesilapan pemilihan biasa ialah membandingkan berulang kali ketepatan penyelesai itu sendiri sementara kekurangan semakan yang sama ketat terhadap rantaian toleransi pada antara muka pelekap. Penyelesai pisah, dengan pemegun dan pemutar yang dipasang secara berasingan, meletakkan permintaan yang lebih tinggi pada reka bentuk struktur dan proses pemasangan tetapi lebih cekap ruang; penyelesai bersepadu lebih mudah untuk dipasang tetapi kos lebih banyak. Pertukaran ini harus dikunci semasa peringkat semakan struktur, dan bukannya cuba membetulkannya selepas perkakas dengan 'bertukar kepada penyelesai ketepatan yang lebih tinggi.' Apabila ketepatan mekanikal tidak mencukupi, tiada cip penyahkodan boleh menyimpan hasilnya.

Daripada perspektif perbandingan industri, ralat elektrik penyelesai keengganan berubah gred automotif arus perdana adalah kira-kira dalam julat ±25′ hingga ±30′, dan beberapa reka bentuk yang dioptimumkan boleh mencapai nilai yang lebih rendah dalam ukuran sebenar. Persoalan sebenar semasa pemilihan ialah: dalam keadaan pemasangan apakah angka ini diperolehi? Bolehkah rantaian toleransi struktur saya mengekalkan keadaan yang sama?

Penghakiman 3: Sahkan suhu dan getaran di bawah 'keadaan operasi terburuk', tetapi kawasan kegagalan tinggi selalunya bukan badan penyelesai

Had suhu operasi yang lebih rendah untuk penyelesai motor pemacu biasanya diperlukan untuk meliputi -40°C, manakala had atas tidak boleh ditentukan oleh suhu purata perumahan motor. Lokasi berhampiran dengan belitan jauh lebih panas daripada perumahan. Had atas suhu produk gred automotif arus perdana dalam industri diedarkan dalam julat 150°C hingga 155°C, dan senario yang hampir dengan sumber haba memerlukan pengesahan dengan margin yang lebih tinggi. Getaran dan hentakan hendaklah juga disemak item demi item terhadap getaran rawak automotif dan profil kejutan mekanikal, bukan sekadar berpuas hati dengan lulus ujian statik suhu bilik.

Tetapi apa yang lebih mudah dipandang remeh daripada rintangan suhu badan ialah  bahagian sambungan . Dalam projek sebenar di mana anomali isyarat berlaku, sebahagian besar bukan kegagalan belitan penyelesai atau litar magnetik, tetapi kemerosotan pengedap, sentuhan lemah, atau gangguan antara wayar dalam abah-abah plumbum dan penyambung di bawah kitaran suhu dan getaran. Jika pemilihan hanya mengesahkan penarafan suhu badan penyelesai sambil membiarkan pemilihan bahan abah-abah, pengedap penyambung dan pelepasan terikan untuk dikendalikan kemudian 'mengikut keperluan', pautan paling lemah dalam rantaian kebolehpercayaan dibiarkan ke penghujungnya.

Penghakiman 4: Parameter elektrik dan rantaian penyahkodan mesti dibandingkan pada jadual yang sama

Penyelesai mengeluarkan isyarat sinus dan kosinus termodulat amplitud pada pembawa. Maklumat sudut disembunyikan dalam sampul surat dan mesti didemodulasi sebelum ia boleh menjadi sudut digital yang boleh digunakan oleh MCU. Pilihan skema penyahkodan secara langsung mengenakan kekangan terbalik pada parameter elektrik badan penyelesai.

Penyahkodan keras (cip RDC)  mengikut laluan penukar penyelesai-ke-digital khusus, dengan resolusi biasa 12 hingga 16 bit dan kependaman penjejakan dalam julat puluhan hingga ratusan mikrosaat. Ia mempunyai gelung PLL matang terbina dalam dan hampir tidak menggunakan kuasa pengkomputeran MCU, menjadikannya sesuai untuk platform pengeluaran besar-besaran dengan jadual penentukuran yang ketat. Kos adalah lebar jalur gelung tetap, yang tidak boleh disesuaikan secara mendalam untuk ciri dinamik motor tertentu.

Penyahkodan lembut (Algoritma perisian DSADC +)  menghapuskan RDC luaran dan menggunakan ADC delta-sigma pada cip MCU untuk mencuba secara langsung isyarat termodulat amplitud, selepas itu perisian melengkapkan keseluruhan pengiraan. Nisbah pensampelan berlebihan yang tinggi dan penapisan digital DSADC boleh menolak hingar pengkuantitian kepada frekuensi tinggi dan mencapai nisbah isyarat-ke-bunyi yang tinggi untuk sampul frekuensi rendah pada pembawa 5–10 kHz, sambil mengekalkan kefleksibelan untuk melaraskan parameter pengiraan bagi ciri dinamik motor. Kos adalah penggunaan kuasa pengkomputeran MCU dan sumber pembangunan, dan kualiti penyelesaian sangat bergantung pada kematangan perisian.

Mana-mana laluan yang diambil, parameter yang mesti diselaraskan semasa pemilihan termasuk sekurang-kurangnya: kekerapan pengujaan (RDC arus perdana meliputi julat pengujaan 2 kHz hingga 20 kHz, dan penyelesai biasa dinilai hampir 10 kHz), nisbah transformasi (biasanya dalam julat 0.286 hingga 0.5), impedans pengujaan dan julat kebolehmasukan pemacu. Akibat ketidakpadanan perolehan adalah langsung: amplitud yang tidak mencukupi memburukkan nisbah isyarat kepada hingar, manakala ketepuan amplitud menyebabkan keratan bentuk gelombang. Dalam kedua-dua kes, maklumat sudut diherotkan. Membandingkan lembaran data penyelesai dengan item manual cip penyahkodan mengikut item pada peringkat skema perkakasan hanya berharga setengah hari dan menjimatkan kerja semula penyahpepijatan yang tidak berkesudahan kemudian.

Penghakiman 5: Keselamatan berfungsi tidak berakhir dengan 'memilih model bertaraf ASIL'

Penderia kedudukan pemacu utama ialah titik permulaan gelung tertutup kawalan tork. Sebaik sahaja isyarat sudut gagal, akibatnya berkisar daripada turun naik tork kepada gangguan kuasa atau tork yang tidak diingini. Oleh itu, pertimbangan keselamatan berfungsi tidak boleh berhenti pada tahap 'pembekal menuntut sokongan untuk ASIL X'; ia mesti dilaksanakan dalam reka bentuk khusus  kesalahan titik tunggal dan seni bina berlebihan.

Amalan standard industri adalah untuk mencapai ASIL C (SEooC) pada badan penyelesai atau peringkat elemen penderiaan, dan untuk menyokong sistem keseluruhan dalam mencapai ASIL D melalui reka bentuk redundansi peringkat sistem—belitan dwi saluran, rantai penyahkodan dwi atau pengesahan selari bagi 'penderia fizikal + anggaran tanpa penderia.' Soalan yang perlu ditanya semasa pemilihan manual yang meliputi kegagalan pembekal? Apakah liputan diagnostik? Jika skim dwi saluran digunakan, bagaimanakah kebebasan kedua-dua saluran dipastikan, dan bagaimanakah kegagalan punca biasa dikecualikan? Soalan-soalan ini biasanya tidak dapat dilihat dalam jadual perbandingan spesifikasi, namun mereka secara langsung menentukan sama ada hujah keselamatan berfungsi boleh ditutup.

Kembali kepada rasa tertib dalam pemilihan

Menghubungkan lima pertimbangan ini bersama-sama, logik pemilihan sebenarnya jelas:  mula-mula tentukan strategi pasangan tiang (ketepatan-didahulukan atau platform-diutamakan), kemudian kunci dalam bentuk struktur dan rantaian toleransi pemasangan, kemudian sahkan suhu dan getaran di bawah keadaan terburuk dan masukkan bahagian sambungan dalam senarai semak kebolehpercayaan yang sama, seterusnya padankan dengan parameter semakan elektrik dan penyahkodan semula sebagai satu sistem keselamatan, dan akhirnya penyahkodan semula digunakan sebagai satu ciri keselamatan. sah.  Selepas lima langkah ini, biasanya hanya satu atau dua model calon kekal, dan perbezaan antara satu atau dua itu adalah bahagian yang benar-benar berbaloi untuk diluangkan untuk perbandingan prototaip.

Penyelesai bukanlah satu-satunya pilihan untuk penderia kedudukan pemacu utama, tetapi dalam projek pemacu utama pengeluaran besar-besaran di mana kebolehpercayaan dan toleransi alam sekitar menjadi keutamaan utama, penyelesai masih merupakan komponen yang mesti 'dipilih dengan betul' dan bukannya 'dipilih secara santai.' Kunci untuk memilih dengan betul bukanlah angka ketepatan yang paling menonjol pada lembaran data pertimbangan di atas, tetapi sama ada lima projek yang ditangani di atas adalah serius.