Senzorul de poziție a motorului este un dispozitiv care detectează poziția rotorului (partea rotativă) în motor față de stator (partea fixă). Acesta convertește poziția mecanică într-un semnal electric pentru a fi utilizat de controlerul motorului pentru a decide când să comute direcția și puterea curentului motorului, controlând astfel viteza de rotație și cuplul motorului.
În vehiculele cu energie nouă, controlul precis al motorului este direct legat de siguranța la conducere și stabilitatea vehiculului și de lucrul precis al poziției. rezolutorul senzorului poate asigura răspunsul corect al motorului în momentele critice, cum ar fi frânarea de urgență, accelerarea sau direcția. Acest lucru este deosebit de important pentru motoarele sincrone cu magnet permanent (PMSM), care nu au comutatoare de contact fizic și, prin urmare, se bazează pe informațiile de poziție furnizate de senzor pentru a decide când să comute direcția curentului și pentru a asigura funcționarea lină a motorului.
În prezent, există două tipuri de senzori de poziție a motorului utilizați în mod obișnuit în vehiculele cu energie nouă, senzori de curenți turbionari și transformatoare rotative (senzori rotativi).
01.
Diferența dintre curenții turbionari și turbionari provine din principiul lor de bază
Deși senzorii de curenți turbionari și transformatoarele rotative pot îndeplini bine cerințele de detectare a poziției motorului, datorită mașinilor lor diferite de generare a semnalului și metodelor de procesare a semnalului, vor exista diferențe în aplicațiile specifice ale produsului în funcție de diferite cerințe.
Alegerea tipului de senzor de poziție a motorului trebuie să ia în considerare și alți factori, cum ar fi costul, cerințele de precizie, adaptabilitatea la mediu, fiabilitatea și complexitatea integrării sistemului, care sunt strâns legate de mecanismul de bază de generare și procesare a semnalului.
Luați ca exemplu cel mai frecvent utilizat senzor rotativ, principiul său de funcționare se bazează pe principiul inducției electromagnetice. Principiul generării semnalului este că controlerul motorului furnizează un semnal de excitație AC cu frecvență constantă bobinei de excitație (bobina A), iar acest semnal de excitare generează un câmp magnetic alternativ în interiorul senzorului rotativ. Pe măsură ce rotorul se rotește, câmpul magnetic generat de bobina de excitație este tăiat, rezultând inducerea tensiunii AC în bobina sinusoidală B și în bobina cosinus C. Măsurând diferența de fază și amplitudinea acestor două semnale, poziția absolută și direcția de rotație a rotorului motorului pot fi calculate cu precizie.
◎ În procesarea semnalului, controlerul motorului primește și analizează semnalele sinus și cosinus ale senzorului rotativ și calculează informațiile precise ale unghiului printr-un algoritm software (de obicei algoritmul de analiză a codificatorului rotativ). Pentru a obține o procesare mai bună a semnalului, este de obicei necesar să aplicați un cip de decodare special, care este instalat în controlerul motorului și, desigur, poate fi realizat și prin decodare software.
Prin urmare, în forma specifică a senzorului de rotație, acesta este de obicei compus dintr-o bobină excitantă (bobina primară, bobina A), două bobine de ieșire (bobina sinusoidală B și bobina cosinus C) și un rotor metalic de formă neregulată. Rotorul este coaxial cu rotorul motorului și se rotește odată cu rotația motorului.
Senzorul de curent turbionar folosește principiul inducției electromagnetice pentru a transmite și recepționa semnalul AC indus cu bobina corespunzătoare la capătul de transmisie și capătul de recepție, astfel încât să calculeze poziția roții țintă. Roata țintă este fixată pe arborele rotativ și se rotește împreună cu rotorul. Poziția relativă a rotorului și statorului motorului poate fi măsurată prin detectarea poziției roții țintă.
◎ În ceea ce privește procesarea semnalului, atunci când senzorul de curent turbionar este pornit, bobina de transmisie a senzorului generează un câmp magnetic excitant, iar placa țintă urmează motorul să se rotească și să taie câmpul magnetic excitant, astfel încât bobina receptoare să genereze tensiunea bobinei, iar modulul senzorului demodulează și procesează tensiunea bobinei pentru a obține semnalul de tensiune al poziției corespunzătoare. Spre deosebire de senzorul rotativ, cipul de procesare a semnalului senzorului de curent turbionar este integrat cu senzorul, iar semnalul digital poate fi transmis direct.
Prin urmare, senzorul de curent turbionar constă de obicei dintr-un număr de lobi țintă care se potrivesc cu numărul de perechi de poli ai motorului. Grupul de bobine este format dintr-o bobină de transmisie și o bobină de recepție, care sunt fixate pe statorul motorului, iar senzorul de curent turbionar este de obicei aranjat direct în PCB, iar cipul de procesare a semnalului este integrat.
02.
Principii diferite duc la o concentrare tehnică diferită
Se poate observa că principalele diferențe dintre senzorul de rotație și senzorul de curent turbionar constă în principiu în modul de excitare, mecanismul de generare a semnalului și complexitatea procesării semnalului. Avantajele senzorului rotativ sunt în principal în stabilitatea semnalului de excitare și toleranța mediului de lucru, dar dezavantajele sunt că influența schimbării schemei motorului este mai mare, iar compatibilitatea platformei este slabă. Avantajul senzorului de curent turbionar este gradul ridicat de electronizare, ușor de îndeplinit nevoile platformei și capacitatea puternică anti-EMC. Dezavantajul este că este puțin mai slab decât senzorul rotativ în ceea ce privește toleranța la mediu, iar costul este mai mare decât senzorul rotativ în unele scene.
Compatibilitatea platformei se reflectă mai întâi în nivelul de viteză, „Foaia de parcurs 2.0 pentru tehnologii de economisire a energiei și energie nouă” pregătită de Societatea Chinei de Inginerie Auto a subliniat că până în 2025, viteza maximă de lucru a senzorului de poziție este de 20.000 r/min, iar lățimea de bandă a decodorului este > 2,5 kHz. Până în 2030, viteza maximă de lucru a senzorului de poziție este de 25.000r/min, iar lățimea de bandă a decodorului este > 3,0 kHz. Se poate observa că există anumite provocări în senzorul rotativ la viteză mare.
Acest lucru se datorează faptului că frecvența de excitare a senzorului rotativ este strâns legată de starea vitezei luate în considerare atunci când este proiectat și se potrivește de obicei cu starea de viteză curentă. Pe măsură ce viteza crește, este necesară o frecvență mai mare de excitare pentru măsurarea precisă, ceea ce necesită o modificare a designului senzorului rotativ.
Senzorii de curenți turbionari nu au această problemă. Effie Automotive a declarat pentru NE Time că designul senzorului de curent turbionar se poate adapta mai bine la tendința de dezvoltare a acestei viteze mari. Gama sa largă de suport, răspunsul rapid și performanța mai bună în procesarea semnalului de înaltă frecvență înseamnă că senzorii de curenți turbionari pot fi „compatibili în sus” pentru aplicații viitoare la viteze mai mari. Prin urmare, soluția platformei poate fi realizată mai bine în produsele cu motoare cu viteze diferite. De fapt, acesta este unul dintre factorii pe care clienții actuali de motoare aleg soluții pentru curenți turbionari,
În plus, datorită varietății de senzori de curenți turbionari, cum ar fi tipul arborelui, capătul arborelui este similar, iar arborele poate fi împărțit în tip O și tip C (unii sunt numiti și cerc complet și semicerc). Prin urmare, este relativ mai flexibil în adaptarea schemelor de proiectare a motoarelor clientului.
03.
Principii diferite duc la provocări diferite de reducere a costurilor
Costul senzorilor rotativi provine în principal din materiale și hardware, inclusiv materiale magnetice (cum ar fi foi de oțel siliconic), bobine și așa mai departe. Prin urmare, costul total este determinat în funcție de dimensiunea acestuia, de obicei, cu cât dimensiunea este mai mare, cu atât costul este mai mare.
Costul de bază al senzorului de curent turbionar constă în principal în componentele sale electronice, cipuri de procesare etc., costul pieselor electronice este relativ fix, astfel încât costul de bază al senzorului de curent turbionar nu crește liniar cu dimensiunea.
Prin urmare, costul senzorilor de curenți turbionari este mai mic decât cel al senzorilor rotativi pentru aplicații la scară largă. Cu toate acestea, în schemele de motoare de dimensiuni mici, senzorii rotativi au anumite avantaje de cost. Desigur, când vine vorba de schema de aplicație specifică, deoarece cipul de procesare a semnalului al senzorului rotativ nu este adesea inclus în calculul costurilor, compararea costurilor specifice are și unele diferențe.
Pe lângă comparația actuală a costurilor, este necesar să se acorde atenție spațiului viitor de reducere a costurilor. În prezent, deoarece majoritatea cipurilor cu senzori de curenți turbionari provin de la întreprinderi străine, costul poate fi redus și mai mult odată cu extinderea dimensiunii și maturitatea întreprinderilor autohtone cu cipuri în etapa ulterioară. Cu toate acestea, spațiul descendent al senzorului rotativ este relativ limitat.
Prin urmare, atunci când se confruntă cu cerințe de cost viitoare, senzorii de curenți turbionari sunt în mod evident mai avantajoși. În ultimii ani, cota de piață a senzorilor de curenți turbionari a crescut semnificativ, iar pe piața internă, companiile de vehicule, inclusiv Geely și o serie de forțe noi, au ales schema senzorilor de curenți turbionari.
04.
Industria senzorilor de curenți turbionari trebuie încă să crească
Deși popularitatea aplicațiilor cu senzori de curenți turbionari este în creștere, cei mai obișnuiți senzori sunt încă senzorii rotativi, inclusiv liderii de vânzări BYD și Tesla. Motivul pentru aceasta este că, pe de o parte, senzorii de curenți turbionari sunt aplicați cu întârziere în domeniul auto, iar pe de altă parte, nu există mulți furnizori care pot furniza senzori de curenți turbionari, iar câteva companii precum Effie și Sensata îi pot furniza în industrie.
Pentru senzorii de curenți turbionari, există trei provocări principale:
De fapt, senzorii de curenți turbionari au fost aplicați în domeniul industrial, dar în domeniul auto, primul lucru care trebuie îndeplinit este cerințele nivelului de gabarit al vehiculului, în special cerințele de siguranță funcțională. Luați ca exemplu Effie Automobile, pentru a asigura aplicarea stabilă a senzorului de curent turbionar, procesul de dezvoltare este strict în conformitate cu procesul ISO26262 pentru a asigura cerințele de nivel de siguranță funcțională.
◎ Provocarea cipului, cip-ul trebuie să îndeplinească nu numai cerințele funcționale, ci și nivelul ecartamentului mașinii. În calitate de întreprindere cu senzori de curenți turbionari, este necesar să se stabilească un standard de verificare a cipului pentru a evalua disponibilitatea cipului, care este, de asemenea, crucial pentru aplicarea ulterioară a cipurilor autohtone. Prin ani de cooperare cu producătorii globali de cipuri pentru a stabili un proces complet de verificare, Effie Automotive a dezvăluit că introducerea cipurilor interne a fost planificată, desigur, premisa este de a îndeplini standardele.
Provocări de fiabilitate, senzor de curenți turbionari din cauza poziției de instalare, procesul de lucru este predispus la șoc termic în motor, pulverizarea uleiului de răcire și alte provocări, care este mai ales mai mare pentru cip. Soluția Effie Automotive este aplicarea unui tratament adeziv pe locația cipului, crescând în același timp cerințele de temperatură ale cipului în sine. Pentru a îmbunătăți adaptabilitatea la mediu și pentru a îmbunătăți fiabilitatea.
În viitor, nu se știe încă dacă curentul turbionar poate înlocui complet senzorul rotativ. Senzorii rotativi au, de asemenea, propria lor cale de actualizare a produsului pentru a face față noilor nevoi ale motorului. Cu toate acestea, impulsul de creștere al senzorilor de curenți turbionari este mai rapid decât cel al senzorilor rotativi și, desigur, baza senzorilor de curenți turbionari este scăzută.
