เซ็นเซอร์ตำแหน่งมอเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ตรวจจับตำแหน่งของโรเตอร์ (ส่วนที่หมุน) ในมอเตอร์สัมพันธ์กับสเตเตอร์ (ชิ้นส่วนคงที่) โดยจะแปลงตำแหน่งทางกลให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อให้ตัวควบคุมมอเตอร์ใช้งาน เพื่อตัดสินใจว่าเมื่อใดควรเปลี่ยนทิศทางและความแรงของกระแสของมอเตอร์ จึงเป็นการควบคุมความเร็วและแรงบิดในการหมุนของมอเตอร์
ในรถยนต์พลังงานใหม่ การควบคุมมอเตอร์ที่แม่นยำนั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับความปลอดภัยในการขับขี่และความเสถียรของยานพาหนะ และการทำงานที่แม่นยำของตำแหน่ง ตัวแก้ไขเซ็นเซอร์ สามารถรับประกันการตอบสนองที่ถูกต้องของมอเตอร์ในช่วงเวลาสำคัญ เช่น การเบรกฉุกเฉิน การเร่งความเร็ว หรือการบังคับเลี้ยว นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM) ซึ่งไม่มีตัวสับเปลี่ยนการสัมผัสทางกายภาพ ดังนั้นจึงอาศัยข้อมูลตำแหน่งที่ได้รับจากเซ็นเซอร์เพื่อตัดสินใจว่าเมื่อใดควรเปลี่ยนทิศทางของกระแส และให้แน่ใจว่ามอเตอร์ทำงานได้อย่างราบรื่น
ปัจจุบันมีเซ็นเซอร์ตำแหน่งมอเตอร์สองประเภทที่ใช้กันทั่วไปในยานพาหนะพลังงานใหม่ เซ็นเซอร์กระแสไหลวน และหม้อแปลงโรตารี (เซ็นเซอร์โรตารี)
01.
ความแตกต่างระหว่างกระแสน้ำวนและกระแสน้ำวนเกิดจากหลักการพื้นฐาน
แม้ว่าเซ็นเซอร์กระแสไหลวนและหม้อแปลงโรตารีสามารถตอบสนองความต้องการของการตรวจจับตำแหน่งมอเตอร์ได้เป็นอย่างดี เนื่องจากเครื่องสร้างสัญญาณและวิธีการประมวลผลสัญญาณที่แตกต่างกัน จะมีความแตกต่างในการใช้งานผลิตภัณฑ์เฉพาะตามความต้องการที่แตกต่างกัน
การเลือกประเภทของเซ็นเซอร์ตำแหน่งมอเตอร์ยังต้องพิจารณาปัจจัยอื่นๆ ด้วย เช่น ต้นทุน ข้อกำหนดด้านความแม่นยำ การปรับตัวด้านสิ่งแวดล้อม ความน่าเชื่อถือ และความซับซ้อนในการรวมระบบ ซึ่งเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับกลไกการสร้างสัญญาณและการประมวลผลพื้นฐาน
ยกตัวอย่างเซ็นเซอร์โรตารีที่ใช้บ่อยที่สุด หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับหลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า หลักการของการสร้างสัญญาณคือตัวควบคุมมอเตอร์จะส่งสัญญาณกระตุ้น AC ความถี่คงที่ไปยังคอยล์กระตุ้น (คอยล์ A) และสัญญาณกระตุ้นนี้จะสร้างสนามแม่เหล็กสลับภายในเซ็นเซอร์โรตารี ในขณะที่โรเตอร์หมุน สนามแม่เหล็กที่สร้างโดยขดลวดกระตุ้นจะถูกตัด ส่งผลให้เกิดการเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับในขดลวดไซน์ B และขดลวดโคไซน์ C ด้วยการวัดความแตกต่างของเฟสและแอมพลิจูดของสัญญาณทั้งสองนี้ ทำให้สามารถคำนวณตำแหน่งสัมบูรณ์และทิศทางการหมุนของโรเตอร์มอเตอร์ได้อย่างแม่นยำ
◎ ในการประมวลผลสัญญาณ ตัวควบคุมมอเตอร์จะรับและวิเคราะห์สัญญาณไซน์และโคไซน์ของเซ็นเซอร์โรตารี และคำนวณข้อมูลมุมที่แม่นยำผ่านอัลกอริธึมซอฟต์แวร์ (โดยปกติคืออัลกอริธึมการวิเคราะห์ตัวเข้ารหัสแบบโรตารี) เพื่อให้บรรลุการประมวลผลสัญญาณที่ดีขึ้น โดยปกติจำเป็นต้องใช้ชิปถอดรหัสพิเศษซึ่งติดตั้งอยู่ในตัวควบคุมมอเตอร์ และแน่นอนว่าสามารถทำได้โดยการถอดรหัสซอฟต์แวร์ด้วย
ดังนั้นในรูปทรงเฉพาะของเซ็นเซอร์การหมุน จึงมักจะประกอบด้วยคอยล์ที่น่าตื่นเต้น (คอยล์หลัก คอยล์ A) คอยล์เอาท์พุตสองตัว (คอยล์ไซน์ B และคอยล์โคไซน์ C) และโรเตอร์โลหะที่มีรูปร่างผิดปกติ โรเตอร์เป็นแบบโคแอกเชียลกับโรเตอร์ของมอเตอร์และหมุนตามการหมุนของมอเตอร์
เซ็นเซอร์กระแสไหลวนใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อส่งและรับสัญญาณ AC เหนี่ยวนำด้วยขดลวดที่สอดคล้องกันที่ปลายส่งสัญญาณและปลายรับ เพื่อคำนวณตำแหน่งของล้อเป้าหมาย ล้อเป้าหมายได้รับการแก้ไขบนเพลาหมุนและหมุนพร้อมกับโรเตอร์ ตำแหน่งสัมพัทธ์ของโรเตอร์มอเตอร์และสเตเตอร์สามารถวัดได้โดยการตรวจจับตำแหน่งของล้อเป้าหมาย
ในแง่ของการประมวลผลสัญญาณ เมื่อเซ็นเซอร์กระแสไหลวนเปิดอยู่ ขดลวดส่งสัญญาณของเซ็นเซอร์จะสร้างสนามแม่เหล็กที่น่าตื่นเต้น และแผ่นเป้าหมายจะติดตามมอเตอร์เพื่อหมุนและตัดสนามแม่เหล็กที่น่าตื่นเต้น เพื่อให้ขดลวดรับสร้างแรงดันไฟฟ้าของขดลวด และโมดูลเซ็นเซอร์ demodulated และประมวลผลแรงดันไฟฟ้าของขดลวดเพื่อรับสัญญาณแรงดันไฟฟ้าของตำแหน่งที่สอดคล้องกัน แตกต่างจากเซ็นเซอร์โรตารี ชิปประมวลผลสัญญาณของเซ็นเซอร์กระแสไหลวนถูกรวมเข้ากับเซ็นเซอร์ และสามารถส่งสัญญาณดิจิตอลได้โดยตรง
ดังนั้น เซ็นเซอร์วัดกระแสไหลวนมักจะประกอบด้วยกลีบเป้าหมายจำนวนหนึ่งซึ่งตรงกับจำนวนคู่ขั้วของมอเตอร์ กลุ่มคอยล์ประกอบด้วยคอยล์ส่งและคอยล์รับซึ่งจับจ้องอยู่ที่สเตเตอร์ของมอเตอร์ และโดยปกติเซ็นเซอร์กระแสไหลวนจะถูกจัดเรียงโดยตรงใน PCB และชิปประมวลผลสัญญาณจะรวมอยู่ด้วย
02.
หลักการที่แตกต่างกันนำไปสู่การมุ่งเน้นทางเทคนิคที่แตกต่างกัน
จะเห็นได้ว่าความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเซ็นเซอร์การหมุนและเซ็นเซอร์กระแสไหลวนในหลักการอยู่ที่โหมดกระตุ้น กลไกการสร้างสัญญาณ และความซับซ้อนของการประมวลผลสัญญาณ ข้อดีของเซ็นเซอร์โรตารีส่วนใหญ่อยู่ที่ความเสถียรของสัญญาณกระตุ้นและความทนทานต่อสภาพแวดล้อมการทำงาน แต่ข้อเสียคืออิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงโครงร่างมอเตอร์มีมากขึ้น และความเข้ากันได้ของแพลตฟอร์มไม่ดี ข้อดีของเซ็นเซอร์กระแสไหลวนคือระดับอิเลคโตรไนเซชันในระดับสูง ง่ายต่อการตอบสนองความต้องการของแพลตฟอร์ม และความสามารถในการต่อต้าน EMC ที่แข็งแกร่ง ข้อเสียคือมีความอ่อนกว่าเซ็นเซอร์โรตารีเล็กน้อยในแง่ของความทนทานต่อสิ่งแวดล้อม และค่าใช้จ่ายก็สูงกว่าเซ็นเซอร์โรตารีในบางฉาก
ความเข้ากันได้ของแพลตฟอร์มแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกในระดับความเร็ว 'แผนงานเทคโนโลยียานพาหนะประหยัดพลังงานและพลังงานใหม่ 2.0' ที่จัดทำโดย China Society of Automotive Engineering ชี้ให้เห็นว่าภายในปี 2025 ความเร็วในการทำงานสูงสุดของเซ็นเซอร์ตำแหน่งคือ 20,000r/นาที และแบนด์วิดท์ตัวถอดรหัสอยู่ที่ >2.5kHz ภายในปี 2030 ความเร็วในการทำงานสูงสุดของเซ็นเซอร์ตำแหน่งคือ 25,000r/min และแบนด์วิธของตัวถอดรหัสคือ >3.0kHz จะเห็นได้ว่ามีความท้าทายบางประการในเซ็นเซอร์โรตารีที่ความเร็วสูง
เนื่องจากความถี่ในการกระตุ้นของเซ็นเซอร์โรตารีมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับสถานะความเร็วที่พิจารณาเมื่อได้รับการออกแบบ และมักจะตรงกับสถานะความเร็วปัจจุบัน เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น จำเป็นต้องมีความถี่ในการกระตุ้นที่สูงขึ้นเพื่อการวัดที่แม่นยำ ซึ่งจำเป็นต้องเปลี่ยนการออกแบบเซ็นเซอร์แบบโรตารี
เซ็นเซอร์กระแสวนไม่มีปัญหานี้ Effie Automotive บอกกับ NE Time ว่าการออกแบบเซ็นเซอร์กระแสไหลวนสามารถปรับให้เข้ากับแนวโน้มการพัฒนาของความเร็วสูงนี้ได้ดีขึ้น การรองรับที่หลากหลาย การตอบสนองที่รวดเร็ว และประสิทธิภาพที่ดีกว่าในการประมวลผลสัญญาณความถี่สูงหมายความว่าเซ็นเซอร์กระแสวนสามารถ 'เข้ากันได้ในระดับสูง' สำหรับการใช้งานในอนาคตด้วยความเร็วที่สูงขึ้น ดังนั้น โซลูชันแพลตฟอร์มจึงสามารถรับรู้ได้ดีขึ้นในผลิตภัณฑ์มอเตอร์ด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน อันที่จริงนี่คือหนึ่งในปัจจัยที่ลูกค้ามอเตอร์ในปัจจุบันเลือกโซลูชั่นแบบ Eddy Current
นอกจากนี้ เนื่องจากเซ็นเซอร์กระแสไหลวนที่หลากหลาย เช่น ประเภทของเพลา ปลายเพลาจึงคล้ายกัน และเพลาสามารถแบ่งออกเป็นประเภท O และประเภท C (บางชนิดเรียกว่าเต็มวงกลมและครึ่งวงกลม) ดังนั้นจึงค่อนข้างยืดหยุ่นมากกว่าในการปรับแผนการออกแบบมอเตอร์ของลูกค้า
03.
หลักการที่แตกต่างกันนำไปสู่ความท้าทายในการลดต้นทุนที่แตกต่างกัน
ต้นทุนของเซ็นเซอร์โรตารีส่วนใหญ่มาจากวัสดุและฮาร์ดแวร์ รวมถึงวัสดุแม่เหล็ก (เช่น แผ่นเหล็กซิลิกอน) ขดลวด และอื่นๆ ดังนั้นต้นทุนโดยรวมจึงถูกกำหนดตามขนาดของมัน ซึ่งโดยปกติแล้วยิ่งมีขนาดใหญ่เท่าใดต้นทุนก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
ต้นทุนหลักของเซ็นเซอร์กระแสไหลวนส่วนใหญ่อยู่ที่ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ชิปประมวลผล ฯลฯ ต้นทุนของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ค่อนข้างคงที่ ดังนั้นต้นทุนหลักของเซ็นเซอร์กระแสไหลวนจึงไม่เพิ่มขึ้นเชิงเส้นตามขนาด
ดังนั้น ต้นทุนของเซ็นเซอร์กระแสไหลวนจึงต่ำกว่าเซ็นเซอร์แบบโรตารีสำหรับการใช้งานขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ในรูปแบบมอเตอร์ขนาดเล็ก เซ็นเซอร์แบบโรตารีมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนบางประการ แน่นอนว่า เมื่อพูดถึงรูปแบบการใช้งานเฉพาะ เนื่องจากชิปประมวลผลสัญญาณของเซ็นเซอร์โรตารีมักไม่รวมอยู่ในการคำนวณต้นทุน การเปรียบเทียบต้นทุนเฉพาะจึงมีความแตกต่างบางประการเช่นกัน
นอกจากการเปรียบเทียบต้นทุนในปัจจุบันแล้ว ยังจำเป็นต้องคำนึงถึงพื้นที่การลดต้นทุนในอนาคตด้วย ในปัจจุบัน เนื่องจากชิปเซ็นเซอร์กระแสวนส่วนใหญ่มาจากองค์กรต่างประเทศ ต้นทุนจึงสามารถลดลงได้อีกด้วยการขยายขนาดและการเติบโตของบริษัทชิปในประเทศในระยะหลัง อย่างไรก็ตาม พื้นที่ลดลงของเซ็นเซอร์โรตารีค่อนข้างจำกัด
ดังนั้นเมื่อเผชิญกับข้อกำหนดด้านต้นทุนในอนาคต เซ็นเซอร์กระแสไหลวนจึงได้เปรียบมากกว่าอย่างเห็นได้ชัด ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ส่วนแบ่งการตลาดของเซ็นเซอร์กระแสไหลวนได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก และในตลาดภายในประเทศ บริษัทรถยนต์ รวมถึง Geely และกองกำลังใหม่จำนวนหนึ่ง ได้เลือกโครงร่างเซ็นเซอร์กระแสไหลวน
04.
อุตสาหกรรมเซ็นเซอร์กระแสวนยังคงต้องเติบโต
แม้ว่าความนิยมในการใช้งานเซ็นเซอร์กระแสวนจะเพิ่มขึ้น แต่เซ็นเซอร์ที่พบบ่อยที่สุดยังคงเป็นเซ็นเซอร์แบบหมุน รวมถึงผู้นำฝ่ายขาย BYD และ Tesla เหตุผลก็คือ ในด้านหนึ่ง เซ็นเซอร์กระแสไหลวนถูกนำมาใช้ในช่วงปลายวงการยานยนต์ และในทางกลับกัน มีซัพพลายเออร์ไม่มากนักที่สามารถจัดหาเซ็นเซอร์กระแสไหลวนได้ และมีบริษัทเพียงไม่กี่แห่ง เช่น เอฟฟี่และเซ็นซาตาที่สามารถจัดหาเซ็นเซอร์เหล่านี้ในอุตสาหกรรมได้
สำหรับเซ็นเซอร์กระแสไหลวน มีความท้าทายหลักสามประการ:
อันที่จริง มีการใช้เซ็นเซอร์วัดกระแสไหลวนในภาคอุตสาหกรรม แต่ในสาขายานยนต์ สิ่งแรกที่ต้องปฏิบัติตามคือข้อกำหนดของระดับมาตรวัดของยานพาหนะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งข้อกำหนดด้านความปลอดภัยในการใช้งาน ยกตัวอย่าง Effie Automobile เพื่อให้แน่ใจว่าการใช้งานเซ็นเซอร์กระแสไหลวนมีความเสถียร กระบวนการพัฒนาเป็นไปตามกระบวนการ ISO26262 อย่างเคร่งครัดเพื่อให้มั่นใจถึงข้อกำหนดของระดับความปลอดภัยในการทำงาน
◎ ความท้าทายของชิป ชิปต้องไม่เพียงแต่ตอบสนองความต้องการด้านการทำงาน แต่ยังต้องเป็นไปตามระดับมาตรวัดของรถยนต์ด้วย ในฐานะบริษัทเซ็นเซอร์กระแสวน จำเป็นต้องสร้างมาตรฐานการตรวจสอบชิปเพื่อประเมินความพร้อมใช้งานของชิป ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานชิปในประเทศในภายหลัง จากความร่วมมือหลายปีกับผู้ผลิตชิประดับโลกเพื่อสร้างกระบวนการตรวจสอบที่สมบูรณ์ Effie Automotive เปิดเผยว่ามีการวางแผนการนำชิปในประเทศมาใช้ ซึ่งแน่นอนว่าสถานที่ตั้งเป็นไปตามมาตรฐาน
ความท้าทายด้านความน่าเชื่อถือ เซ็นเซอร์กระแสไหลวนเนื่องจากตำแหน่งการติดตั้ง กระบวนการทำงานมีแนวโน้มที่จะเกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในมอเตอร์ การสปัตเตอร์น้ำมันหล่อเย็น และความท้าทายอื่นๆ ซึ่งยิ่งใหญ่กว่าสำหรับชิปโดยเฉพาะ วิธีแก้ปัญหาของ Effie Automotive คือการใช้สารยึดเกาะกับตำแหน่งของชิป ขณะเดียวกันก็เพิ่มความต้องการด้านอุณหภูมิของตัวชิปด้วย เพื่อปรับปรุงการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมและปรับปรุงความน่าเชื่อถือ
ในอนาคต ยังไม่ทราบแน่ชัดว่ากระแสเอ็ดดี้จะเข้ามาแทนที่เซ็นเซอร์โรตารีได้อย่างสมบูรณ์หรือไม่ เซ็นเซอร์โรตารียังมีเส้นทางการอัพเกรดผลิตภัณฑ์ของตนเองเพื่อรับมือกับความต้องการใหม่ของมอเตอร์ อย่างไรก็ตาม โมเมนตัมการเติบโตของเซ็นเซอร์กระแสไหลวนจะเร็วกว่าเซ็นเซอร์แบบหมุน และแน่นอนว่าฐานของเซ็นเซอร์กระแสไหลวนนั้นต่ำ
