Snímač polohy motora je zariadenie, ktoré zisťuje polohu rotora (rotujúcej časti) v motore vzhľadom na stator (pevná časť). Prevádza mechanickú polohu na elektrický signál, ktorý používa ovládač motora na rozhodnutie, kedy prepnúť smer a silu prúdu motora, čím riadi rýchlosť otáčania a krútiaci moment motora.
V nových energetických vozidlách je presné ovládanie motora priamo spojené s bezpečnosťou jazdy a stabilitou vozidla a presnou prácou polohy Rozkladač snímačov dokáže zabezpečiť správnu odozvu motora v kritických momentoch, ako je núdzové brzdenie, zrýchlenie alebo riadenie. Toto je obzvlášť dôležité pre synchrónne motory s permanentnými magnetmi (PMSM), ktoré nemajú komutátory s fyzickým kontaktom, a preto sa pri rozhodovaní o tom, kedy prepnúť smer prúdu a zabezpečiť plynulý chod motora, spoliehajú na informácie o polohe poskytnuté snímačom.
V súčasnosti sa v nových energetických vozidlách bežne používajú dva druhy snímačov polohy motora, snímače vírivých prúdov a rotačné transformátory (rotačné snímače).
01.
Rozdiel medzi vírivými a vírivými prúdmi vyplýva z ich základného princípu
Hoci snímače vírivých prúdov a rotačné transformátory môžu dobre spĺňať požiadavky na detekciu polohy motora, v dôsledku ich rôznych strojov na generovanie signálu a metód spracovania signálu budú existovať rozdiely v špecifických aplikáciách produktov podľa rôznych požiadaviek.
Pri výbere typu snímača polohy motora je potrebné zvážiť aj ďalšie faktory, ako sú náklady, požiadavky na presnosť, prispôsobivosť prostredia, spoľahlivosť a zložitosť systémovej integrácie, ktoré úzko súvisia so základným mechanizmom generovania a spracovania signálu.
Ako príklad si vezmite najčastejšie používaný rotačný snímač, ktorého princíp činnosti je založený na princípe elektromagnetickej indukcie. Princíp generovania signálu spočíva v tom, že ovládač motora poskytuje budiaci signál s konštantnou frekvenciou striedavého prúdu do budiacej cievky (cievka A) a tento budiaci signál generuje striedavé magnetické pole vo vnútri rotačného snímača. Keď sa rotor otáča, magnetické pole generované budiacou cievkou sa preruší, čo má za následok indukciu striedavého napätia v sínusovej cievke B a kosínusovej cievke C. Meraním fázového rozdielu a amplitúdy týchto dvoch signálov je možné presne vypočítať absolútnu polohu a smer otáčania rotora motora.
◎ Pri spracovaní signálu ovládač motora prijíma a analyzuje sínusové a kosínusové signály rotačného snímača a vypočíta presné informácie o uhle pomocou softvérového algoritmu (zvyčajne algoritmu analýzy rotačného snímača). Na dosiahnutie lepšieho spracovania signálu je väčšinou potrebné aplikovať špeciálny dekódovací čip, ktorý sa inštaluje do ovládača motora a samozrejme sa to dá dosiahnuť aj softvérovým dekódovaním.
Preto sa v špecifickom tvare snímača otáčania zvyčajne skladá z budiacej cievky (primárna cievka, cievka A), dvoch výstupných cievok (sínusová cievka B a kosínusová cievka C) a nepravidelne tvarovaného kovového rotora. Rotor je koaxiálny s rotorom motora a otáča sa s otáčaním motora.
Snímač vírivých prúdov využíva princíp elektromagnetickej indukcie na prenos a príjem indukovaného striedavého signálu s príslušnou cievkou na vysielacom konci a prijímacom konci, aby sa vypočítala poloha cieľového kolesa. Cieľové koleso je upevnené na otočnom hriadeli a otáča sa spolu s rotorom. Relatívnu polohu rotora motora a statora možno merať detekciou polohy cieľového kolesa.
◎ Pokiaľ ide o spracovanie signálu, keď je snímač vírivých prúdov zapnutý, cievka vysielajúca snímač generuje vzrušujúce magnetické pole a cieľová doska sleduje motor, aby otáčala a prerezávala vzrušujúce magnetické pole, takže prijímacia cievka generuje napätie cievky a modul snímača demoduluje a spracováva napätie cievky, aby získal napäťový signál zodpovedajúcej polohy. Na rozdiel od rotačného snímača je čip na spracovanie signálu snímača vírivých prúdov integrovaný so snímačom a digitálny signál môže byť vyvedený priamo.
Preto snímač vírivých prúdov zvyčajne pozostáva z množstva cieľových lalokov zodpovedajúcich počtu pólových párov motora. Skupina cievok pozostáva z prenosovej cievky a prijímacej cievky, ktoré sú upevnené na statore motora a snímač vírivých prúdov je zvyčajne umiestnený priamo v doske plošných spojov a čip na spracovanie signálu je integrovaný.
02.
Rôzne princípy vedú k rôznemu technickému zameraniu
Je vidieť, že hlavné rozdiely medzi snímačom otáčania a snímačom vírivých prúdov spočívajú v princípe v režime budenia, mechanizme generovania signálu a zložitosti spracovania signálu. Výhody rotačného snímača sú najmä v stabilite budiaceho signálu a tolerancii pracovného prostredia, ale nevýhodou je väčší vplyv zmeny schémy motora a slabá kompatibilita platformy. Výhodou snímača vírivých prúdov je jeho vysoký stupeň elektronizácie, jednoduché splnenie potrieb platformy a silná anti-EMC schopnosť. Nevýhodou je, že je z hľadiska tolerancie prostredia o niečo slabší ako rotačný senzor a v niektorých scénach sú náklady vyššie ako rotačný senzor.
Kompatibilita platforiem sa najskôr odráža v úrovni rýchlosti, „cestovnej mape 2.0 pre technológiu úspory energie a nových energetických vozidiel“, ktorú pripravila Čínska spoločnosť automobilového inžinierstva, poukázala na to, že do roku 2025 bude maximálna pracovná rýchlosť snímača polohy 20 000 ot./min a šírka pásma dekodéra je > 2,5 kHz. Do roku 2030 bude maximálna pracovná rýchlosť snímača polohy 25 000 ot./min. a šírka pásma dekodéra je > 3,0 kHz. Je vidieť, že v rotačnom snímači pri vysokej rýchlosti existujú určité problémy.
Frekvencia budenia rotačného snímača totiž úzko súvisí so stavom otáčok, ktorý sa uvažuje pri jeho navrhovaní, a zvyčajne sa zhoduje s aktuálnym stavom otáčok. So zvyšujúcou sa rýchlosťou je pre presné meranie potrebná vyššia frekvencia budenia, čo si vyžaduje zmenu konštrukcie rotačného snímača.
Senzory vírivých prúdov tento problém nemajú. Effie Automotive pre NE Time povedala, že dizajn snímača vírivých prúdov sa dokáže lepšie prispôsobiť vývojovému trendu tejto vysokej rýchlosti. Jeho široký rozsah podpory, rýchla odozva a lepší výkon pri vysokofrekvenčnom spracovaní signálu znamenajú, že snímače vírivých prúdov môžu byť 'horne kompatibilné' pre budúce aplikácie pri vyšších rýchlostiach. Preto je možné platformové riešenie lepšie realizovať v motorových produktoch s rôznymi rýchlosťami. V skutočnosti je to jeden z faktorov, prečo súčasní zákazníci motorov volia riešenia na báze vírivých prúdov,
Okrem toho, kvôli rôznym snímačom vírivých prúdov, ako je typ hriadeľa, je koniec hriadeľa podobný a hriadeľ môže byť rozdelený na typ O a typ C (niektoré sa tiež nazývajú plný kruh a polkruh). Preto je relatívne flexibilnejší pri prispôsobovaní zákazníckych schém konštrukcie motorov.
03.
Rôzne princípy vedú k rôznym problémom znižovania nákladov
Náklady na rotačné snímače pochádzajú hlavne z materiálov a hardvéru vrátane magnetických materiálov (ako sú plechy z kremíkovej ocele), cievok atď. Preto sa celkové náklady určujú podľa jeho veľkosti, zvyčajne čím väčšia veľkosť, tým vyššie náklady.
Základné náklady snímača vírivých prúdov spočívajú hlavne v jeho elektronických komponentoch, spracovateľských čipoch atď., Náklady na elektronické časti sú relatívne fixné, takže základné náklady snímača vírivých prúdov nerastú lineárne s veľkosťou.
Preto sú náklady na snímače vírivých prúdov nižšie ako náklady na rotačné snímače pre aplikácie vo veľkom meradle. Avšak v schémach malých motorov majú rotačné snímače určité cenové výhody. Samozrejme, pokiaľ ide o špecifickú aplikačnú schému, pretože čip na spracovanie signálu rotačného snímača často nie je zahrnutý do výpočtu nákladov, špecifické porovnanie nákladov má tiež určité rozdiely.
Okrem súčasného porovnania nákladov je potrebné venovať pozornosť aj budúcemu priestoru znižovania nákladov. V súčasnosti, pretože väčšina čipov so snímačmi vírivých prúdov pochádza od zahraničných podnikov, náklady sa môžu v neskoršom štádiu ďalej znižovať rozšírením rozsahu a vyspelosťou domácich čipových podnikov. Zostupný priestor otočného snímača je však pomerne obmedzený.
Preto pri budúcich požiadavkách na náklady sú senzory vírivých prúdov samozrejme výhodnejšie. V posledných rokoch sa trhový podiel snímačov vírivých prúdov výrazne zvýšil a na domácom trhu si automobilové spoločnosti, vrátane Geely a množstvo nových síl, zvolili schému snímačov vírivých prúdov.
04.
Odvetvie snímačov vírivých prúdov stále potrebuje rásť
Aj keď popularita aplikácií snímačov vírivých prúdov rastie, najbežnejšími snímačmi sú stále rotačné snímače, vrátane predajných lídrov BYD a Tesla. Dôvodom je to, že na jednej strane sa snímače vírivých prúdov používajú v automobilovom priemysle neskoro a na druhej strane nie je veľa dodávateľov, ktorí môžu poskytnúť snímače vírivých prúdov, a niekoľko spoločností, ako sú Effie a Sensata, ich môže dodať v priemysle.
Pre snímače vírivých prúdov existujú tri hlavné výzvy:
V skutočnosti sa senzory vírivých prúdov aplikovali v priemyselnej oblasti, ale v oblasti automobilového priemyslu je v prvom rade potrebné splniť požiadavky na úroveň rozchodu vozidiel, najmä požiadavky na funkčnú bezpečnosť. Vezmite si ako príklad Effie Automobile, aby sa zabezpečila stabilná aplikácia snímača vírivých prúdov, proces vývoja je prísne v súlade s procesom ISO26262, aby sa zabezpečili požiadavky na úroveň funkčnej bezpečnosti.
◎ Výzva čipu, čip musí spĺňať nielen funkčné požiadavky, ale musí spĺňať aj úroveň rozchodu auta. Ako spoločnosť zaoberajúca sa senzormi vírivých prúdov je potrebné zaviesť štandard overovania čipov na vyhodnotenie dostupnosti čipu, čo je kľúčové aj pre následné uplatnenie domácich čipov. Počas rokov spolupráce s globálnymi výrobcami čipov s cieľom vytvoriť kompletný overovací proces spoločnosť Effie Automotive odhalila, že zavedenie domácich čipov bolo plánované, samozrejme, predpokladom je splnenie noriem.
Výzvy v oblasti spoľahlivosti, snímač vírivých prúdov v dôsledku montážnej polohy, pracovný proces je náchylný na tepelný šok v motore, rozprašovanie chladiaceho oleja a ďalšie problémy, ktoré sú obzvlášť väčšie pre čip. Riešením spoločnosti Effie Automotive je nanesenie adhéznej úpravy na miesto čipu a zároveň zvýšenie teplotných požiadaviek samotného čipu. Zlepšiť prispôsobivosť prostrediu a zvýšiť spoľahlivosť.
Či môže vírivý prúd v budúcnosti úplne nahradiť rotačný snímač, stále nie je známe. Rotačné snímače majú tiež vlastnú cestu upgradu produktu, aby sa vyrovnali s novými potrebami motora. Avšak hybnosť rastu snímačov vírivých prúdov je rýchlejšia ako rotačných snímačov a samozrejme základňa snímačov vírivých prúdov je nízka.
