Motorposisjonssensoren er en enhet som registrerer posisjonen til rotoren (roterende del) i motoren i forhold til statoren (fast del). Den konverterer den mekaniske posisjonen til et elektrisk signal for bruk av motorkontrolleren for å bestemme når motorens strømretning og styrke skal byttes, og kontrollerer dermed motorens rotasjonshastighet og dreiemoment.
I nye energikjøretøyer er den nøyaktige kontrollen av motoren direkte relatert til kjøresikkerheten og stabiliteten til kjøretøyet, og det nøyaktige arbeidet med posisjonen sensor-resolver kan sikre riktig respons fra motoren i kritiske øyeblikk som nødbremsing, akselerasjon eller styring. Dette er spesielt viktig for permanentmagnet synkronmotorer (PMSM), som ikke har fysiske kontaktkommutatorer og derfor er avhengige av posisjonsinformasjonen fra sensoren for å bestemme når strømretningen skal byttes og sikre jevn drift av motoren.
For tiden er det to typer motorposisjonssensorer som vanligvis brukes i nye energikjøretøyer, hvirvelstrømsensorer og roterende transformatorer (rotasjonssensorer).
01.
Forskjellen mellom virvelstrøm og virvelstrøm stammer fra deres grunnleggende prinsipp
Selv om virvelstrømsensorer og roterende transformatorer godt kan oppfylle kravene til motorposisjonsdeteksjon, vil det på grunn av deres forskjellige signalgenereringsmaskiner og signalbehandlingsmetoder være forskjeller i spesifikke produktapplikasjoner i henhold til forskjellige krav.
Valget av type motorposisjonssensor må også vurdere andre faktorer, som kostnad, nøyaktighetskrav, miljøtilpasning, pålitelighet og systemintegrasjonskompleksitet, som er nært knyttet til den grunnleggende signalgenererings- og prosesseringsmekanismen.
Ta den mest brukte rotasjonssensoren som et eksempel, dens arbeidsprinsipp er basert på prinsippet om elektromagnetisk induksjon. Prinsippet for signalgenerering er at motorkontrolleren gir et konstant frekvens AC-eksitasjonssignal til eksitasjonsspolen (spole A), og dette eksitasjonssignalet genererer et vekslende magnetfelt inne i rotasjonssensoren. Når rotoren roterer, kuttes magnetfeltet som genereres av eksitasjonsspolen, noe som resulterer i induksjon av vekselspenning i sinusspolen B og cosinusspolen C. Ved å måle faseforskjellen og amplituden til disse to signalene, kan den absolutte posisjonen og rotasjonsretningen til motorrotoren beregnes nøyaktig.
◎ Ved signalbehandling mottar og analyserer motorkontrolleren sinus- og cosinussignalene til rotasjonssensoren, og beregner den nøyaktige vinkelinformasjonen gjennom en programvarealgoritme (vanligvis analysealgoritmen for rotasjonskoder). For å oppnå bedre signalbehandling er det vanligvis nødvendig å bruke en spesiell dekodingsbrikke, som er installert i motorkontrolleren, og det kan selvfølgelig også oppnås ved programvaredekoding.
Derfor, i den spesifikke formen til rotasjonssensoren, er den vanligvis sammensatt av en spenningsspole (primærspole, spole A), to utgangsspoler (sinusspole B og cosinusspole C) og en uregelmessig formet metallrotor. Rotoren er koaksial med rotoren til motoren og roterer med rotasjonen av motoren.
Virvelstrømsensoren bruker det elektromagnetiske induksjonsprinsippet for å sende og motta det induserte AC-signalet med den tilsvarende spolen ved sendeenden og mottaksenden, for å beregne posisjonen til målhjulet. Målhjulet er festet på den roterende akselen og roterer sammen med rotoren. Den relative posisjonen til motorrotoren og statoren kan måles ved å detektere posisjonen til målhjulet.
◎ Når det gjelder signalbehandling, når virvelstrømsensoren er slått på, genererer sensoroverføringsspolen et spennende magnetfelt, og målplaten følger motoren for å rotere og kutte det spennende magnetfeltet, slik at mottaksspolen genererer spolespenning, og sensormodulen demodulert og behandlet spolespenning for å oppnå posisjonsspenningssignalet til det tilsvarende. Forskjellig fra rotasjonssensoren er signalbehandlingsbrikken til virvelstrømsensoren integrert med sensoren, og det digitale signalet kan sendes ut direkte.
Derfor består virvelstrømsensoren vanligvis av et antall mållober som matcher antall polpar til motoren. Spolegruppen består av en overføringsspole og en mottaksspole, som er festet på motorstatoren, og virvelstrømsensoren er vanligvis anordnet direkte i PCB, og signalbehandlingsbrikken er integrert.
02.
Ulike prinsipper fører til ulikt teknisk fokus
Det kan sees at hovedforskjellene mellom rotasjonssensoren og virvelstrømsensoren i prinsippet ligger i eksitasjonsmodusen, signalgenereringsmekanismen og kompleksiteten til signalbehandling. Fordelene med rotasjonssensoren er hovedsakelig i stabiliteten til eksitasjonssignalet og toleransen til arbeidsmiljøet, men ulempene er at påvirkningen av endringen av motorskjemaet er større, og plattformkompatibiliteten er dårlig. Fordelen med virvelstrømsensor er dens høye grad av elektronisering, lett å møte behovene til plattformen, og sterke anti-EMC-evne. Ulempen er at den er litt svakere enn rotasjonssensoren når det gjelder miljøtoleranse, og kostnadene er høyere enn rotasjonssensoren i noen scener.
Plattformkompatibilitet gjenspeiles først i hastighetsnivået, 'energy saving and new energy vehicle technology Roadmap 2.0' utarbeidet av China Society of Automotive Engineering påpekte at innen 2025 er den maksimale arbeidshastigheten til posisjonssensoren 20 000 r/min, og dekoderens båndbredde er >2,5 kHz. Innen 2030 er den maksimale arbeidshastigheten til posisjonssensoren 25 000 r/min, og dekoderens båndbredde er >3,0 kHz. Man ser at det er visse utfordringer i rotasjonssensoren ved høy hastighet.
Dette er fordi eksitasjonsfrekvensen til rotasjonssensoren er nært knyttet til hastighetstilstanden som vurderes når den er designet, og samsvarer vanligvis med gjeldende hastighetstilstand. Når hastigheten øker, kreves en høyere eksitasjonsfrekvens for nøyaktig måling, noe som krever en endring i utformingen av rotasjonssensoren.
Virvelstrømsensorer har ikke dette problemet. Effie Automotive sa til NE Time at utformingen av virvelstrømsensoren bedre kan tilpasse seg utviklingstrenden for denne høye hastigheten. Det brede utvalget av støtte, rask respons og bedre ytelse i høyfrekvent signalbehandling betyr at hvirvelstrømsensorer kan være 'oppoverkompatible' for fremtidige applikasjoner ved høyere hastigheter. Derfor kan plattformløsningen realiseres bedre i motorproduktene med forskjellige hastigheter. Faktisk er dette en av faktorene som gjør at nåværende motorkunder velger virvelstrømsløsninger,
I tillegg, på grunn av variasjonen av virvelstrømsensorer, for eksempel akseltypen, er akselenden lik, og akselen kan deles inn i O-type og C-type (noen kalles også full sirkel og halvsirkel). Derfor er det relativt mer fleksibelt når det gjelder å tilpasse kundenes motordesignordninger.
03.
Ulike prinsipper fører til ulike kostnadsreduksjonsutfordringer
Kostnaden for roterende sensorer kommer hovedsakelig fra materialer og maskinvare, inkludert magnetiske materialer (som silisiumstålplater), spoler og så videre. Derfor bestemmes den totale kostnaden i henhold til størrelsen, vanligvis jo større størrelsen er, jo høyere kostnad.
Kjernekostnaden for virvelstrømsensoren ligger hovedsakelig i dens elektroniske komponenter, prosesseringsbrikker, etc., kostnadene for elektroniske deler er relativt faste, så kjernekostnaden for virvelstrømsensoren øker ikke lineært med størrelsen.
Derfor er kostnaden for virvelstrømsensorer lavere enn for rotasjonssensorer for store applikasjoner. Imidlertid har roterende sensorer visse kostnadsfordeler i små motoropplegg. Selvfølgelig, når det gjelder den spesifikke applikasjonsordningen, fordi signalbehandlingsbrikken til den roterende sensoren ofte ikke er inkludert i kostnadsberegningen, har den spesifikke kostnadssammenligningen også noen forskjeller.
I tillegg til dagens kostnadssammenligning, er det også nødvendig å ta hensyn til det fremtidige kostnadsreduksjonsrommet. For tiden, fordi de fleste av hvirvelstrømsensorbrikkene kommer fra utenlandske foretak, kan kostnadene reduseres ytterligere med utvidelsen av skalaen og modenheten til innenlandske brikkeforetak på et senere stadium. Imidlertid er den nedadgående plassen til rotasjonssensoren relativt begrenset.
Derfor, når vi står overfor fremtidige kostnadskrav, er virvelstrømsensorer åpenbart mer fordelaktige. De siste årene har markedsandelen for hvirvelstrømsensorer økt betydelig, og på hjemmemarkedet har kjøretøyselskaper, inkludert Geely og en rekke nye krefter, valgt virvelstrømsensorordningen.
04.
Virvelstrømsensorindustrien må fortsatt vokse
Selv om populariteten til virvelstrømsensorapplikasjoner øker, er de vanligste sensorene fortsatt roterende sensorer, inkludert salgsledere BYD og Tesla. Grunnen til dette er at på den ene siden brukes hvirvelstrømsensorer sent i bilbransjen, og på den andre siden er det ikke mange leverandører som kan levere virvelstrømsensorer, og noen få selskaper som Effie og Sensata kan levere dem i bransjen.
For virvelstrømsensorer er det tre hovedutfordringer:
Faktisk har hvirvelstrømsensorer blitt brukt i industrifeltet, men i bilindustrien er det første som må oppfylles kravene til kjøretøyets målenivå, spesielt kravene til funksjonell sikkerhet. Ta Effie Automobile som et eksempel, for å sikre stabil bruk av virvelstrømsensoren, er utviklingsprosessen strengt tatt i samsvar med ISO26262-prosessen for å sikre kravene til funksjonelt sikkerhetsnivå.
◎ Utfordringen med brikken, brikken må ikke bare oppfylle funksjonskravene, men også oppfylle bilmålenivået. Som en virvelstrømsensorbedrift er det nødvendig å etablere en brikkeverifiseringsstandard for å evaluere tilgjengeligheten til brikken, som også er avgjørende for den påfølgende bruken av innenlandske brikker. Gjennom mange års samarbeid med globale brikkeprodusenter for å etablere en fullstendig verifiseringsprosess, avslørte Effie Automotive at introduksjonen av innenlandske brikker har vært planlagt, selvfølgelig er premisset å oppfylle standardene.
Pålitelighetsutfordringer, virvelstrømsensor på grunn av installasjonsposisjonen, arbeidsprosessen er utsatt for termisk sjokk i motoren, kjøleoljesputtering og andre utfordringer, som er spesielt større for brikken. Effie Automotives løsning er å påføre limbehandling på brikkestedet, samtidig som man øker temperaturkravene til selve brikken. For å forbedre tilpasningsevnen til miljøet og forbedre påliteligheten.
I fremtiden er det fortsatt ukjent om virvelstrømmen helt kan erstatte rotasjonssensoren. Roterende sensorer har også sin egen produktoppgraderingsvei for å takle de nye behovene til motoren. Veksten til hvirvelstrømsensorer er imidlertid raskere enn for rotasjonssensorer, og selvfølgelig er basen til hvirvelstrømsensorer lav.
