Motorlägessensorn är en anordning som känner av rotorns (roterande del) position i motorn i förhållande till statorn (fast del). Den omvandlar den mekaniska positionen till en elektrisk signal för användning av motorstyrenheten för att bestämma när motorns strömriktning och styrka ska ändras, och styr därigenom motorns rotationshastighet och vridmoment.
I nya energifordon är den exakta kontrollen av motorn direkt relaterad till fordonets körsäkerhet och stabilitet och det exakta arbetet med positionen sensorresolver kan säkerställa korrekt respons från motorn vid kritiska ögonblick såsom nödbromsning, acceleration eller styrning. Detta är särskilt viktigt för synkronmotorer med permanentmagneter (PMSM), som inte har fysiska kontaktkommutatorer och därför förlitar sig på positionsinformationen från sensorn för att bestämma när strömriktningen ska ändras och motorn ska fungera smidigt.
För närvarande finns det två typer av motorpositionssensorer som vanligtvis används i nya energifordon, virvelströmssensorer och roterande transformatorer (rotationssensorer).
01.
Skillnaden mellan virvlande och virvelströmmar härrör från deras grundläggande princip
Även om virvelströmssensorer och roterande transformatorer väl kan uppfylla kraven för motorpositionsdetektering, på grund av deras olika signalgenereringsmaskiner och signalbehandlingsmetoder, kommer det att finnas skillnader i specifika produktapplikationer enligt olika krav.
Valet av typ av motorpositionssensor måste också beakta andra faktorer, såsom kostnad, noggrannhetskrav, miljöanpassning, tillförlitlighet och systemintegrationskomplexitet, som är nära relaterade till den grundläggande signalgenererings- och bearbetningsmekanismen.
Ta den vanligaste rotationssensorn som ett exempel, dess arbetsprincip är baserad på principen om elektromagnetisk induktion. Principen för signalgenerering är att motorstyrenheten tillhandahåller en AC-exciteringssignal med konstant frekvens till exciteringsspolen (spole A), och denna exciteringssignal genererar ett alternerande magnetfält inuti rotationssensorn. När rotorn roterar skärs magnetfältet som genereras av excitationsspolen, vilket resulterar i induktion av växelspänning i sinusspolen B och cosinusspolen C. Genom att mäta fasskillnaden och amplituden för dessa två signaler kan motorrotorns absoluta position och rotationsriktning beräknas exakt.
◎ Vid signalbehandling tar motorstyrenheten emot och analyserar sinus- och cosinussignalerna från den roterande sensorn och beräknar den exakta vinkelinformationen genom en mjukvarualgoritm (vanligtvis analysalgoritmen för roterande kodare). För att uppnå bättre signalbehandling är det vanligtvis nödvändigt att använda ett speciellt avkodningschip, som är installerat i motorstyrenheten, och det kan naturligtvis också uppnås genom mjukvaruavkodning.
Därför, i den specifika formen av rotationssensorn, är den vanligtvis sammansatt av en exciteringsspole (primärspole, spole A), två utgångsspolar (sinusspole B och cosinusspole C) och en oregelbundet formad metallrotor. Rotorn är koaxiell med motorns rotor och roterar med motorns rotation.
Virvelströmssensorn använder den elektromagnetiska induktionsprincipen för att sända och ta emot den inducerade AC-signalen med motsvarande spole vid sändningsänden och mottagningsänden, för att beräkna målhjulets position. Målhjulet är fixerat på den roterande axeln och roterar tillsammans med rotorn. Den relativa positionen för motorrotorn och statorn kan mätas genom att detektera målhjulets position.
◎ När det gäller signalbehandling, när virvelströmssensorn slås på, genererar sensorsändningsspolen ett exciterande magnetfält och målplattan följer motorn för att rotera och skära av det exciterande magnetfältet, så att mottagningsspolen genererar spolspänning, och sensormodulen demoduleras och bearbetar spolspänningen för att erhålla positionsspänningssignalen för motsvarande position. Till skillnad från rotationssensorn är virvelströmssensorns signalbehandlingschip integrerat med sensorn och den digitala signalen kan matas ut direkt.
Därför består virvelströmssensorn vanligtvis av ett antal mållober som matchar antalet polpar i motorn. Spolegruppen består av en transmissionsspole och en mottagningsspole, som är fixerade på motorstatorn, och virvelströmssensorn är vanligtvis anordnad direkt i PCB:n och signalbehandlingschippet är integrerat.
02.
Olika principer leder till olika tekniskt fokus
Det kan ses att huvudskillnaderna mellan rotationssensorn och virvelströmssensorn i princip ligger i excitationsläget, signalgenereringsmekanismen och komplexiteten i signalbehandlingen. Fördelarna med den roterande sensorn är främst i stabiliteten hos excitationssignalen och toleransen för arbetsmiljön, men nackdelarna är att påverkan av förändringen av motorschemat är större och plattformskompatibiliteten är dålig. Fördelen med virvelströmssensorn är dess höga grad av elektronisering, lätt att möta plattformens behov och starka anti-EMC-förmåga. Nackdelen är att den är något svagare än den roterande sensorn när det gäller miljötolerans, och kostnaden är högre än den roterande sensorn i vissa scener.
Plattformskompatibilitet återspeglas först i hastighetsnivån, 'energy saving and new energy vehicle technology Roadmap 2.0' som utarbetats av China Society of Automotive Engineering påpekade att 2025 är den maximala arbetshastigheten för positionssensorn 20 000 r/min, och avkodarens bandbredd är >2,5 kHz. År 2030 är den maximala arbetshastigheten för positionssensorn 25 000 r/min, och avkodarens bandbredd är >3,0 kHz. Det kan ses att det finns vissa utmaningar i rotationssensorn vid hög hastighet.
Detta beror på att rotationssensorns exciteringsfrekvens är nära relaterad till det hastighetstillstånd som beaktas när den konstrueras, och matchar vanligtvis det aktuella hastighetstillståndet. När hastigheten ökar krävs en högre exciteringsfrekvens för noggrann mätning, vilket kräver en förändring i designen av rotationssensorn.
Virvelströmssensorer har inte detta problem. Effie Automotive sa till NE Time att designen av virvelströmssensorn bättre kan anpassa sig till utvecklingstrenden för denna höga hastighet. Dess breda utbud av stöd, snabb respons och bättre prestanda inom högfrekvent signalbehandling gör att virvelströmssensorer kan vara 'uppåtkompatibla' för framtida applikationer vid högre hastigheter. Därför kan plattformslösningen realiseras bättre i motorprodukterna med olika hastigheter. Detta är faktiskt en av de faktorer som gör att nuvarande motorkunder väljer virvelströmslösningar,
Dessutom, på grund av olika virvelströmssensorer, såsom axeltypen, är axeländen liknande, och axeln kan delas in i O-typ och C-typ (vissa kallas också helcirkel och halvcirkel). Därför är den relativt mer flexibel när det gäller att anpassa kundens motordesignscheman.
03.
Olika principer leder till olika kostnadsreduktionsutmaningar
Kostnaden för roterande sensorer kommer huvudsakligen från material och hårdvara, inklusive magnetiska material (som silikonstålplåtar), spolar och så vidare. Därför bestäms den totala kostnaden efter dess storlek, vanligtvis ju större storlek desto högre kostnad.
Kärnkostnaden för virvelströmssensorn ligger huvudsakligen i dess elektroniska komponenter, processchips etc., kostnaden för elektroniska delar är relativt fast, så kärnkostnaden för virvelströmssensorn ökar inte linjärt med storleken.
Därför är kostnaden för virvelströmssensorer lägre än för rotationssensorer för storskaliga applikationer. Men i små motorsystem har roterande sensorer vissa kostnadsfördelar. Naturligtvis, när det gäller det specifika applikationsschemat, eftersom den roterande sensorns signalbehandlingschip ofta inte ingår i kostnadsberäkningen, har den specifika kostnadsjämförelsen också vissa skillnader.
Utöver den nuvarande kostnadsjämförelsen är det också nödvändigt att uppmärksamma det framtida kostnadsreduktionsutrymmet. För närvarande, eftersom de flesta virvelströmssensorchips kommer från utländska företag, kan kostnaden minskas ytterligare med expansionen av skalan och mognaden hos inhemska chipföretag i ett senare skede. Det nedåtgående utrymmet för rotationssensorn är emellertid relativt begränsat.
Därför är virvelströmssensorer uppenbarligen mer fördelaktiga när de står inför framtida kostnadskrav. De senaste åren har marknadsandelen för virvelströmssensorer ökat avsevärt och på hemmamarknaden har fordonsföretag, inklusive Geely och ett antal nya krafter, valt virvelströmssensorsystemet.
04.
Virvelströmssensorindustrin behöver fortfarande växa
Även om populariteten för applikationer för virvelströmssensorer ökar, är de vanligaste sensorerna fortfarande roterande sensorer, inklusive försäljningsledare BYD och Tesla. Anledningen till detta är att å ena sidan virvelströmssensorer appliceras sent inom fordonsområdet, och å andra sidan finns det inte många leverantörer som kan tillhandahålla virvelströmssensorer och ett fåtal företag som Effie och Sensata kan leverera dem i branschen.
För virvelströmssensorer finns det tre huvudutmaningar:
Faktum är att virvelströmssensorer har använts inom industriområdet, men inom fordonsområdet är det första som måste uppfyllas kraven på fordonsmätarnivån, särskilt kraven på funktionell säkerhet. Ta Effie Automobile som ett exempel, för att säkerställa en stabil tillämpning av virvelströmssensorn, är utvecklingsprocessen strikt i enlighet med ISO26262-processen för att säkerställa kraven på funktionell säkerhetsnivå.
◎ Utmaningen med chippet, chippet måste inte bara uppfylla funktionskraven utan också uppfylla bilmätarnivån. Som ett virvelströmssensorföretag är det nödvändigt att upprätta en chipverifieringsstandard för att utvärdera chipets tillgänglighet, vilket också är avgörande för den efterföljande tillämpningen av inhemska chip. Genom år av samarbete med globala chiptillverkare för att etablera en komplett verifieringsprocess, avslöjade Effie Automotive att introduktionen av inhemska chip har planerats, naturligtvis är förutsättningen att uppfylla standarderna.
Tillförlitlighetsutmaningar, virvelströmssensor på grund av installationspositionen, arbetsprocessen är benägen för termisk chock i motorn, kylolja sputtering och andra utmaningar, vilket är särskilt större för chipet. Effie Automotives lösning är att applicera limbehandling på spånplatsen, samtidigt som temperaturkraven på själva spånet ökar. Att förbättra anpassningsförmågan till miljön och förbättra tillförlitligheten.
I framtiden är det fortfarande okänt om virvelströmmen helt kan ersätta rotationssensorn. Roterande sensorer har också sin egen produktuppgraderingsväg för att klara motorns nya behov. Emellertid är tillväxtmomentet för virvelströmssensorer snabbare än för roterande sensorer, och naturligtvis är basen för virvelströmssensorer låg.
