Сензор положаја мотора је уређај који детектује положај ротора (ротирајући део) у мотору у односу на статор (фиксни део). Конвертује механички положај у електрични сигнал који користи контролер мотора да одлучи када да промени смер и јачину струје мотора, чиме се контролише брзина ротације и обртни момент мотора.
Код нових енергетских возила, прецизна контрола мотора је директно повезана са безбедношћу вожње и стабилношћу возила, као и са тачним радом позиције. сензорски резолвер може да обезбеди исправан одговор мотора у критичним тренуцима као што су кочење у нужди, убрзање или управљање. Ово је посебно важно за синхроне моторе са трајним магнетима (ПМСМ), који немају комутаторе физичког контакта и стога се ослањају на информације о положају које обезбеђује сензор да би одлучили када да промене смер струје и обезбеде несметан рад мотора.
Тренутно постоје две врсте сензора положаја мотора који се обично користе у новим енергетским возилима, сензори вртложне струје и ротациони трансформатори (ротациони сензори).
01.
Разлика између вртложних и вртложних струја произилази из њиховог основног принципа
Иако сензори вртложне струје и ротациони трансформатори могу добро испунити захтеве детекције положаја мотора, због њихових различитих машина за генерисање сигнала и метода обраде сигнала, постојаће разлике у специфичним применама производа у складу са различитим захтевима.
Избор типа сензора положаја мотора такође треба да узме у обзир друге факторе, као што су цена, захтеви за тачност, прилагодљивост околини, поузданост и сложеност системске интеграције, који су уско повезани са основним механизмом за генерисање и обраду сигнала.
Узмимо за пример најчешће коришћени ротациони сензор, његов принцип рада је заснован на принципу електромагнетне индукције. Принцип генерисања сигнала је да контролер мотора даје побудни калем (намотај А) наизменичне струје константне фреквенције, а овај побудни сигнал генерише наизменично магнетно поље унутар ротационог сензора. Како се ротор ротира, магнетно поље које генерише побудни калем се пресеца, што резултира индукцијом наизменичног напона у синусној завојници Б и косинусном калему Ц. Мерењем фазне разлике и амплитуде ова два сигнала, апсолутни положај и смер ротације ротора мотора могу се тачно израчунати.
◎ У обради сигнала, контролер мотора прима и анализира синусне и косинусне сигнале ротационог сензора и израчунава прецизне информације о углу помоћу софтверског алгоритма (обично алгоритам за анализу ротационог енкодера). Да би се постигла боља обрада сигнала, најчешће је потребно применити посебан декодирајући чип, који се уграђује у контролер мотора, а наравно, то се може постићи и софтверским декодирањем.
Стога, у специфичном облику сензора ротације, он се обично састоји од узбудљиве завојнице (примарни калем, калем А), два излазна намотаја (синусни калем Б и косинусни калем Ц) и металног ротора неправилног облика. Ротор је коаксијалан са ротором мотора и ротира се са ротацијом мотора.
Сензор вртложне струје користи принцип електромагнетне индукције за пренос и пријем индукованог АЦ сигнала са одговарајућим намотајем на крају за пренос и на крају за пријем, како би израчунао положај циљног точка. Циљни точак је фиксиран на ротирајућој осовини и ротира се заједно са ротором. Релативни положај ротора мотора и статора се може мерити детекцијом положаја циљног точка.
◎ У смислу обраде сигнала, када је сензор вртложне струје укључен, калем за пренос сензора генерише узбудљиво магнетно поље, а циљна плоча прати мотор да ротира и пресече узбудљиво магнетно поље, тако да пријемни калем генерише напон завојнице, а модул сензора демодулира и обрађује напон завојнице да би добио одговарајући сигнал положаја напона. За разлику од ротационог сензора, чип за обраду сигнала сензора вртложне струје је интегрисан са сензором, а дигитални сигнал се може директно емитовати.
Због тога се сензор вртложне струје обично састоји од више циљних режњева који одговарају броју парова полова мотора. Група завојница се састоји од преносног намотаја и пријемног намотаја, који су фиксирани на статор мотора, а сензор вртложне струје је обично постављен директно у ПЦБ, а чип за обраду сигнала је интегрисан.
02.
Различити принципи доводе до различитог техничког фокуса
Види се да главне разлике између сензора ротације и сензора вртложне струје у принципу леже у режиму побуде, механизму генерисања сигнала и сложености обраде сигнала. Предности ротационог сензора су углавном у стабилности побудног сигнала и толеранцији радног окружења, али недостаци су што је утицај промене шеме мотора већи, а компатибилност платформе лоша. Предност сензора вртложне струје је његов висок степен електронизације, лак за задовољавање потреба платформе и јака анти-ЕМЦ способност. Недостатак је што је нешто слабији од ротационог сензора у погледу толеранције животне средине, а цена је већа од ротационог сензора у неким сценама.
Компатибилност платформе се најпре огледа у нивоу брзине, „Мапа пута 2.0 за технологију возила за уштеду енергије и нову енергију“ коју је припремило Кинеско друштво за аутомобилски инжењеринг истиче да је до 2025. максимална радна брзина сензора положаја 20.000 о/мин, а пропусни опсег декодера >2,5 кХз. До 2030. максимална радна брзина сензора положаја је 25.000 о/мин, а пропусни опсег декодера је >3,0 кХз. Види се да постоје одређени изазови у ротационом сензору при великој брзини.
То је зато што је фреквенција побуде ротационог сензора уско повезана са стањем брзине који се разматра када је пројектован, и обично одговара тренутном стању брзине. Како се брзина повећава, потребна је већа фреквенција побуде за прецизно мерење, што захтева промену дизајна ротационог сензора.
Сензори вртложне струје немају овај проблем. Еффие Аутомотиве је рекла за НЕ Тиме да се дизајн сензора вртложне струје може боље прилагодити тренду развоја ове велике брзине. Његов широк опсег подршке, брз одзив и боље перформансе у високофреквентној обради сигнала значе да сензори вртложних струја могу бити „компатибилни навише“ за будуће примене при већим брзинама. Због тога се решење платформе може боље реализовати у моторним производима са различитим брзинама. У ствари, ово је један од фактора да тренутни купци мотора бирају решења за вртложне струје,
Поред тога, због разноликости сензора вртложне струје, као што је тип осовине, крај вратила је сличан, а осовина се може поделити на О-тип и Ц-тип (неки се називају и пуни круг и полукруг). Због тога је релативно флексибилнији у прилагођавању шема дизајна мотора купаца.
03.
Различити принципи доводе до различитих изазова смањења трошкова
Трошкови ротационих сензора углавном потичу од материјала и хардвера, укључујући магнетне материјале (као што су силицијумски челични лимови), завојнице и тако даље. Стога се укупни трошак одређује према његовој величини, обично што је већа величина, то је већи трошак.
Основна цена сензора вртложне струје углавном лежи у његовим електронским компонентама, чиповима за обраду итд., Цена електронских делова је релативно фиксна, тако да се цена језгра сензора вртложне струје не повећава линеарно са величином.
Због тога је цена сензора вртложне струје нижа од цене ротационих сензора за апликације великих размера. Међутим, у шемама мотора малих димензија, ротациони сензори имају одређене предности у погледу трошкова. Наравно, када је у питању специфична шема примене, јер чип за обраду сигнала ротационог сензора често није укључен у обрачун трошкова, поређење специфичних трошкова такође има неке разлике.
Поред садашњег поређења трошкова, потребно је обратити пажњу и на будући простор за смањење трошкова. Тренутно, пошто већина сензорских чипова са вртложним струјама долази из страних предузећа, трошкови се могу додатно смањити проширењем обима и зрелошћу домаћих предузећа за чипове у каснијој фази. Међутим, силазни простор ротационог сензора је релативно ограничен.
Стога, када се суочавају са будућим захтевима трошкова, сензори вртложних струја су очигледно бољи. Последњих година тржишни удео сензора вртложних струја је значајно порастао, а на домаћем тржишту, компаније за возила, укључујући Геели и низ нових сила, одабрале су шему сензора вртложне струје.
04.
Индустрија сензора вртложних струја и даље треба да расте
Иако популарност апликација сензора вртложне струје расте, најчешћи сензори су и даље ротациони сензори, укључујући лидере у продаји БИД и Теслу. Разлог за то је што се, с једне стране, сензори вртложних струја касно примењују у аутомобилској области, а са друге стране, нема много добављача који могу да обезбеде сензоре вртложним струјама, а неколико компанија као што су Еффие и Сенсата могу да их испоруче у индустрији.
За сензоре вртложне струје, постоје три главна изазова:
У ствари, сензори вртложних струја су примењени у индустријском пољу, али у области аутомобилске индустрије, прва ствар коју треба испунити су захтеви нивоа мерача возила, посебно захтеви функционалне безбедности. Узмите Еффие Аутомобиле као пример, како би се осигурала стабилна примена сензора вртложне струје, процес развоја је стриктно у складу са ИСО26262 процесом како би се осигурали захтеви нивоа функционалне безбедности.
◎ Изазов чипа, чип не само да мора да испуни функционалне захтеве, већ и да задовољи ниво мерача аутомобила. Као предузеће за сензоре вртложне струје, неопходно је успоставити стандард за верификацију чипа да би се проценила доступност чипа, што је такође кључно за каснију примену домаћих чипова. Кроз дугогодишњу сарадњу са светским произвођачима чипова на успостављању комплетног процеса верификације, Еффие Аутомотиве је открила да је планирано увођење домаћих чипова, наравно, претпоставка је да се испуне стандарди.
Изазови поузданости, сензор вртложне струје због положаја уградње, радни процес је склон термичком удару у мотору, распршивању расхладног уља и другим изазовима, што је посебно веће за чип. Еффие Аутомотиве решење је да примени лепљиву обраду на локацију чипа, уз повећање температурних захтева самог чипа. Да се побољша прилагодљивост окружењу и побољша поузданост.
У будућности, још увек није познато да ли вртложна струја може у потпуности да замени ротациони сензор. Ротациони сензори такође имају сопствени пут за надоградњу производа како би се носили са новим потребама мотора. Међутим, замах раста сензора вртложне струје је бржи него код ротационих сензора, и наравно, база сензора вртложне струје је ниска.
