O sensor de posição do motor é um dispositivo que detecta a posição do rotor (parte rotativa) do motor em relação ao estator (parte fixa). Ele converte a posição mecânica em um sinal elétrico para ser usado pelo controlador do motor para decidir quando mudar a direção e a intensidade da corrente do motor, controlando assim a velocidade de rotação e o torque do motor.
Nos veículos de nova energia, o controle preciso do motor está diretamente relacionado à segurança e estabilidade de direção do veículo, e ao trabalho preciso da posição O resolver do sensor pode garantir a resposta correta do motor em momentos críticos, como frenagem de emergência, aceleração ou direção. Isto é particularmente importante para motores síncronos de ímã permanente (PMSM), que não possuem comutadores de contato físico e, portanto, dependem das informações de posição fornecidas pelo sensor para decidir quando mudar a direção da corrente e garantir o bom funcionamento do motor.
Atualmente, existem dois tipos de sensores de posição do motor comumente usados em novos veículos de energia, sensores de correntes parasitas e transformadores rotativos (sensores rotativos).
01.
A diferença entre correntes giratórias e correntes parasitas decorre de seu princípio básico
Embora os sensores de correntes parasitas e os transformadores rotativos possam atender bem aos requisitos de detecção de posição do motor, devido às suas diferentes máquinas de geração de sinal e métodos de processamento de sinal, haverá diferenças nas aplicações específicas do produto de acordo com os diferentes requisitos.
A escolha do tipo de sensor de posição do motor também precisa considerar outros fatores, como custo, requisitos de precisão, adaptabilidade ambiental, confiabilidade e complexidade de integração do sistema, que estão intimamente relacionados ao mecanismo básico de geração e processamento de sinais.
Tomemos como exemplo o sensor rotativo mais comumente usado, seu princípio de funcionamento é baseado no princípio da indução eletromagnética. O princípio da geração de sinal é que o controlador do motor fornece um sinal de excitação CA de frequência constante para a bobina de excitação (bobina A), e esse sinal de excitação gera um campo magnético alternado dentro do sensor rotativo. À medida que o rotor gira, o campo magnético gerado pela bobina de excitação é cortado, resultando na indução de tensão CA na bobina senoidal B e na bobina cosseno C. Medindo a diferença de fase e a amplitude desses dois sinais, a posição absoluta e a direção de rotação do rotor do motor podem ser calculadas com precisão.
◎ No processamento de sinal, o controlador do motor recebe e analisa os sinais seno e cosseno do sensor rotativo e calcula as informações precisas do ângulo por meio de um algoritmo de software (geralmente o algoritmo de análise do codificador rotativo). Para obter um melhor processamento do sinal, geralmente é necessário aplicar um chip de decodificação especial, que é instalado no controlador do motor e, claro, também pode ser obtido por decodificação de software.
Portanto, no formato específico do sensor de rotação, ele geralmente é composto por uma bobina de excitação (bobina primária, bobina A), duas bobinas de saída (bobina senoidal B e bobina cosseno C) e um rotor metálico de formato irregular. O rotor é coaxial com o rotor do motor e gira com a rotação do motor.
O sensor de corrente parasita usa o princípio de indução eletromagnética para transmitir e receber o sinal CA induzido com a bobina correspondente na extremidade de transmissão e na extremidade de recepção, de modo a calcular a posição da roda alvo. A roda alvo é fixada no eixo rotativo e gira junto com o rotor. A posição relativa do rotor do motor e do estator pode ser medida detectando a posição da roda alvo.
◎ Em termos de processamento de sinal, quando o sensor de corrente parasita é ligado, a bobina de transmissão do sensor gera um campo magnético excitante, e a placa alvo segue o motor para girar e cortar o campo magnético excitante, de modo que a bobina receptora gera a tensão da bobina, e o módulo do sensor demodula e processa a tensão da bobina para obter o sinal de tensão da posição correspondente. Diferente do sensor rotativo, o chip de processamento de sinal do sensor de correntes parasitas é integrado ao sensor e o sinal digital pode ser emitido diretamente.
Portanto, o sensor de correntes parasitas geralmente consiste em um número de lóbulos alvo que correspondem ao número de pares de pólos do motor. O grupo de bobinas consiste em uma bobina de transmissão e uma bobina de recepção, que são fixadas no estator do motor, e o sensor de corrente parasita geralmente é disposto diretamente no PCB, e o chip de processamento de sinal é integrado.
02.
Princípios diferentes levam a focos técnicos diferentes
Pode-se observar que as principais diferenças entre o sensor de rotação e o sensor de correntes parasitas residem, em princípio, no modo de excitação, no mecanismo de geração de sinal e na complexidade do processamento do sinal. As vantagens do sensor rotativo estão principalmente na estabilidade do sinal de excitação e na tolerância do ambiente de trabalho, mas as desvantagens são que a influência da mudança do esquema do motor é maior e a compatibilidade da plataforma é fraca. A vantagem do sensor de correntes parasitas é seu alto grau de eletronização, fácil de atender às necessidades da plataforma e forte capacidade anti-EMC. A desvantagem é que ele é um pouco mais fraco que o sensor rotativo em termos de tolerância ambiental e o custo é maior que o sensor rotativo em algumas cenas.
A compatibilidade da plataforma é refletida pela primeira vez no nível de velocidade, o 'Roteiro de economia de energia e nova tecnologia de veículos de energia 2.0' preparado pela Sociedade Chinesa de Engenharia Automotiva apontou que, até 2025, a velocidade máxima de trabalho do sensor de posição será de 20.000 r/min e a largura de banda do decodificador será> 2,5 kHz. Em 2030, a velocidade máxima de trabalho do sensor de posição será de 25.000 r/min e a largura de banda do decodificador será >3,0kHz. Pode-se observar que existem certos desafios no sensor rotativo em alta velocidade.
Isso ocorre porque a frequência de excitação do sensor rotativo está intimamente relacionada ao estado de velocidade considerado quando ele é projetado e geralmente corresponde ao estado de velocidade atual. À medida que a velocidade aumenta, uma frequência de excitação mais alta é necessária para uma medição precisa, o que requer uma mudança no design do sensor rotativo.
Os sensores de correntes parasitas não apresentam esse problema. Effie Automotive disse à NE Time que o design do sensor de correntes parasitas pode se adaptar melhor à tendência de desenvolvimento dessa alta velocidade. Sua ampla gama de suporte, resposta rápida e melhor desempenho no processamento de sinais de alta frequência significam que os sensores de correntes parasitas podem ser 'compatíveis ascendentemente' para aplicações futuras em velocidades mais altas. Portanto, a solução da plataforma pode ser melhor implementada em produtos motorizados com diferentes velocidades. Na verdade, este é um dos fatores pelos quais os atuais clientes de motores escolhem soluções de correntes parasitas,
Além disso, devido à variedade de sensores de correntes parasitas, como o tipo de eixo, a extremidade do eixo é semelhante e o eixo pode ser dividido em tipo O e tipo C (alguns também são chamados de círculo completo e semicírculo). Portanto, é relativamente mais flexível na adaptação dos esquemas de projeto de motores do cliente.
03.
Princípios diferentes levam a desafios diferentes de redução de custos
O custo dos sensores rotativos vem principalmente de materiais e hardware, incluindo materiais magnéticos (como chapas de aço silício), bobinas e assim por diante. Portanto, o custo global é determinado de acordo com o seu tamanho, geralmente quanto maior o tamanho, maior o custo.
O custo principal do sensor de corrente parasita reside principalmente em seus componentes eletrônicos, chips de processamento, etc., o custo das peças eletrônicas é relativamente fixo, portanto, o custo principal do sensor de corrente parasita não aumenta linearmente com o tamanho.
Portanto, o custo dos sensores de correntes parasitas é inferior ao dos sensores rotativos para aplicações em larga escala. No entanto, em esquemas de motores de pequeno porte, os sensores rotativos apresentam certas vantagens de custo. É claro que, quando se trata do esquema de aplicação específico, como o chip de processamento de sinal do sensor rotativo muitas vezes não é incluído no cálculo de custos, a comparação de custos específica também apresenta algumas diferenças.
Além da comparação de custos atual, também é necessário estar atento ao espaço futuro de redução de custos. Atualmente, como a maioria dos chips sensores de correntes parasitas vem de empresas estrangeiras, o custo pode ser ainda mais reduzido com a expansão da escala e a maturidade das empresas nacionais de chips na fase posterior. No entanto, o espaço descendente do sensor rotativo é relativamente limitado.
Portanto, ao enfrentar requisitos de custos futuros, os sensores de correntes parasitas são obviamente mais vantajosos. Nos últimos anos, a participação de mercado dos sensores de correntes parasitas aumentou significativamente e, no mercado interno, as empresas de veículos, incluindo a Geely e uma série de novas forças, escolheram o esquema de sensores de correntes parasitas.
04.
A indústria de sensores de correntes parasitas ainda precisa crescer
Embora a popularidade das aplicações de sensores de correntes parasitas esteja aumentando, os sensores mais comuns ainda são sensores rotativos, incluindo os líderes de vendas BYD e Tesla. A razão para isso é que, por um lado, os sensores de correntes parasitas são aplicados tardiamente na área automotiva e, por outro lado, não há muitos fornecedores que possam fornecer sensores de correntes parasitas, e algumas empresas como Effie e Sensata podem fornecê-los na indústria.
Para sensores de correntes parasitas, existem três desafios principais:
Na verdade, os sensores de correntes parasitas têm sido aplicados na área industrial, mas na área automotiva, a primeira coisa que precisa ser atendida são os requisitos do nível de bitola do veículo, principalmente os requisitos de segurança funcional. Tomemos como exemplo a Effie Automobile, para garantir a aplicação estável do sensor de correntes parasitas, o processo de desenvolvimento está estritamente de acordo com o processo ISO26262 para garantir os requisitos de nível de segurança funcional.
◎ O desafio do chip, o chip não deve apenas atender aos requisitos funcionais, mas também ao nível de bitola do carro. Como uma empresa de sensores de correntes parasitas, é necessário estabelecer um padrão de verificação de chip para avaliar a disponibilidade do chip, o que também é crucial para a aplicação subsequente de chips domésticos. Através de anos de cooperação com fabricantes globais de chips para estabelecer um processo de verificação completo, a Effie Automotive revelou que a introdução de chips nacionais foi planejada, claro, a premissa é atender aos padrões.
Desafios de confiabilidade, sensor de corrente parasita devido à posição de instalação, o processo de trabalho é propenso a choque térmico no motor, pulverização catódica de óleo de resfriamento e outros desafios, o que é especialmente maior para o chip. A solução da Effie Automotive é aplicar tratamento adesivo no local do chip, aumentando ao mesmo tempo os requisitos de temperatura do próprio chip. Para melhorar a adaptabilidade ao meio ambiente e melhorar a confiabilidade.
No futuro, ainda não se sabe se a corrente parasita pode substituir completamente o sensor rotativo. Os sensores rotativos também possuem seu próprio caminho de atualização de produto para atender às novas necessidades do motor. No entanto, o impulso de crescimento dos sensores de correntes parasitas é mais rápido do que o dos sensores rotativos e, claro, a base dos sensores de correntes parasitas é baixa.
