Motor konum sensörü, motordaki rotorun (dönen parça) statora (sabit parça) göre konumunu algılayan bir cihazdır. Motorun akım yönünün ve gücünün ne zaman değiştirileceğine karar vermek için motor kontrol cihazının kullanması için mekanik konumu bir elektrik sinyaline dönüştürür, böylece motorun dönüş hızını ve torkunu kontrol eder.
Yeni enerjili araçlarda motorun hassas kontrolü aracın sürüş güvenliği ve stabilitesi, pozisyonun doğru çalışması ile doğrudan ilgilidir. sensör çözümleyici, acil frenleme, hızlanma veya direksiyon çevirme gibi kritik anlarda motorun doğru tepki vermesini sağlayabilir. Bu, fiziksel kontak komütatörleri olmayan ve bu nedenle akımın yönünü ne zaman değiştireceğine karar vermek ve motorun düzgün çalışmasını sağlamak için sensör tarafından sağlanan konum bilgisine dayanan sabit mıknatıslı senkron motorlar (PMSM) için özellikle önemlidir.
Şu anda yeni enerji araçlarında yaygın olarak kullanılan iki tür motor konum sensörü bulunmaktadır; girdap akımı sensörleri ve döner transformatörler (döner sensörler).
01.
Dönen ve girdap akımları arasındaki fark, temel prensiplerinden kaynaklanmaktadır.
Girdap akım sensörleri ve döner transformatörler, motor konumu algılama gereksinimlerini iyi bir şekilde karşılasa da, farklı sinyal üretme makineleri ve sinyal işleme yöntemleri nedeniyle, farklı gereksinimlere göre belirli ürün uygulamalarında farklılıklar olacaktır.
Motor konum sensörünün tipinin seçimi aynı zamanda temel sinyal üretimi ve işleme mekanizmasıyla yakından ilgili olan maliyet, doğruluk gereklilikleri, çevresel uyumluluk, güvenilirlik ve sistem entegrasyon karmaşıklığı gibi diğer faktörlerin de dikkate alınmasını gerektirir.
Örnek olarak en sık kullanılan döner sensörü ele alalım, çalışma prensibi elektromanyetik indüksiyon prensibine dayanmaktadır. Sinyal üretme prensibi, motor kontrol cihazının uyarma bobinine (bobin A) sabit frekanslı bir AC uyarma sinyali sağlaması ve bu uyarma sinyalinin döner sensörün içinde alternatif bir manyetik alan oluşturmasıdır. Rotor döndükçe, uyarma bobini tarafından üretilen manyetik alan kesilir, bu da sinüzoidal bobin B ve kosinüs bobini C'de AC voltajının indüklenmesine neden olur. Bu iki sinyalin faz farkı ve genliği ölçülerek, motor rotorunun mutlak konumu ve dönüş yönü doğru bir şekilde hesaplanabilir.
◎ Sinyal işlemede, motor kontrolörü döner sensörün sinüs ve kosinüs sinyallerini alır ve analiz eder ve bir yazılım algoritması (genellikle döner kodlayıcı analiz algoritması) aracılığıyla hassas Açı bilgisini hesaplar. Daha iyi sinyal işleme elde etmek için genellikle motor kontrolörüne takılan özel bir kod çözme çipinin uygulanması gerekir ve elbette bu, yazılım kod çözme yoluyla da elde edilebilir.
Bu nedenle, dönüş sensörünün özel şekli genellikle bir heyecan verici bobinden (birincil bobin, bobin A), iki çıkış bobininden (sinüs bobini B ve kosinüs bobini C) ve düzensiz şekilli bir metal rotordan oluşur. Rotor, motorun rotoru ile eş eksenlidir ve motorun dönmesiyle birlikte döner.
Girdap akımı sensörü, hedef tekerleğin konumunu hesaplamak için indüklenen AC sinyalini verici uçta ve alıcı uçta karşılık gelen bobinle iletmek ve almak için elektromanyetik indüksiyon prensibini kullanır. Hedef çarkı dönen şaft üzerine sabitlenmiştir ve rotorla birlikte dönmektedir. Motor rotorunun ve statorun göreceli konumu, hedef tekerleğin konumu tespit edilerek ölçülebilir.
◎ Sinyal işleme açısından, girdap akımı sensörü açıldığında, sensör iletme bobini heyecan verici bir manyetik alan oluşturur ve hedef plaka, heyecan verici manyetik alanı döndürmek ve kesmek için motoru takip eder, böylece alıcı bobin bobin voltajı üretir ve sensör modülü, karşılık gelen konumun voltaj sinyalini elde etmek için bobin voltajını demodüle eder ve işler. Döner sensörden farklı olarak, girdap akımı sensörünün sinyal işleme çipi sensöre entegre edilmiştir ve dijital sinyal doğrudan gönderilebilir.
Bu nedenle, girdap akımı sensörü genellikle motorun kutup çifti sayısıyla eşleşen bir dizi hedef lobdan oluşur. Bobin grubu, motor statoruna sabitlenmiş bir iletim bobini ve bir alıcı bobinden oluşur ve girdap akımı sensörü genellikle doğrudan PCB'de düzenlenir ve sinyal işleme çipi entegre edilir.
02.
Farklı ilkeler farklı teknik odaklanmaya yol açar
Dönme sensörü ile girdap akımı sensörü arasındaki temel farkların prensip olarak uyarma modunda, sinyal oluşturma mekanizmasında ve sinyal işlemenin karmaşıklığında yattığı görülebilir. Döner sensörün avantajları esas olarak uyarma sinyalinin kararlılığı ve çalışma ortamının toleransıdır, ancak dezavantajları motor şemasındaki değişikliğin etkisinin daha büyük olması ve platform uyumluluğunun zayıf olmasıdır. Girdap akımı sensörünün avantajı, yüksek derecede elektronizasyon, platformun ihtiyaçlarını karşılamanın kolay olması ve güçlü EMC önleme yeteneğidir. Dezavantajı çevresel tolerans açısından döner sensöre göre biraz daha zayıf olması ve bazı sahnelerde maliyetinin döner sensöre göre daha yüksek olmasıdır.
Platform uyumluluğu ilk olarak hız seviyesine yansıyor, Çin Otomotiv Mühendisliği Derneği tarafından hazırlanan 'enerji tasarrufu ve yeni enerjili araç teknolojisi Yol Haritası 2.0', 2025 yılına kadar konum sensörünün maksimum çalışma hızının 20.000 dev/dak ve kod çözücü bant genişliğinin >2,5 kHz olduğuna işaret ediyor. 2030 yılına gelindiğinde konum sensörünün maksimum çalışma hızı 25.000 dev/dak olacak ve kod çözücü bant genişliği >3,0 kHz olacaktır. Yüksek hızda döner sensörde bazı zorlukların olduğu görülmektedir.
Bunun nedeni, döner sensörün uyarılma frekansının, tasarlandığı sırada dikkate alınan hız durumuyla yakından ilişkili olması ve genellikle mevcut hız durumuyla eşleşmesidir. Hız arttıkça, doğru ölçüm için daha yüksek bir uyarı frekansı gerekir ve bu da döner sensörün tasarımında bir değişiklik yapılmasını gerektirir.
Girdap akımı sensörlerinde bu sorun yoktur. Effie Automotive, NE Time'a girdap akımı sensörünün tasarımının bu yüksek hızın gelişim trendine daha iyi uyum sağlayabileceğini söyledi. Geniş destek yelpazesi, hızlı yanıt ve yüksek frekanslı sinyal işlemede daha iyi performans, girdap akımı sensörlerinin daha yüksek hızlarda gelecekteki uygulamalar için 'yukarı doğru uyumlu' olabileceği anlamına gelir. Bu nedenle farklı hızlara sahip motor ürünlerinde platform çözümü daha iyi gerçekleştirilebilir. Aslında bu, mevcut motor müşterilerinin girdap akımı çözümlerini seçmesindeki faktörlerden biridir.
Ek olarak, şaft tipi gibi girdap akımı sensörlerinin çeşitliliği nedeniyle şaft ucu benzerdir ve şaft O tipi ve C tipine bölünebilir (bazılarına tam daire ve yarım daire de denir). Bu nedenle müşteri motor tasarım şemalarının uyarlanması nispeten daha esnektir.
03.
Farklı ilkeler, farklı maliyet azaltma zorluklarına yol açar
Döner sensörlerin maliyeti esas olarak manyetik malzemeler (silikon çelik levhalar gibi), bobinler vb. dahil olmak üzere malzeme ve donanımdan gelir. Bu nedenle genel maliyet büyüklüğüne göre belirlenir, genellikle boyut büyüdükçe maliyet de artar.
Girdap akımı sensörünün çekirdek maliyeti esas olarak elektronik bileşenlerinde, işleme çiplerinde vb. yatmaktadır, elektronik parçaların maliyeti nispeten sabittir, dolayısıyla girdap akımı sensörünün çekirdek maliyeti boyutla birlikte doğrusal olarak artmaz.
Bu nedenle, büyük ölçekli uygulamalar için girdap akımı sensörlerinin maliyeti döner sensörlerden daha düşüktür. Ancak küçük boyutlu motor şemalarında döner sensörlerin belirli maliyet avantajları vardır. Tabii ki, spesifik uygulama şeması söz konusu olduğunda, döner sensörün sinyal işleme çipi çoğu zaman maliyet hesaplamasına dahil edilmediğinden, spesifik maliyet karşılaştırmasında da bazı farklılıklar vardır.
Mevcut maliyet karşılaştırmasının yanı sıra gelecekteki maliyet azaltma alanına da dikkat etmek gerekir. Şu anda, girdap akımı sensör çiplerinin çoğu yabancı işletmelerden geldiğinden, daha sonraki aşamada yerli çip işletmelerinin ölçeğinin genişletilmesi ve olgunlaşmasıyla maliyet daha da azaltılabilir. Ancak döner sensörün alçalan alanı nispeten sınırlıdır.
Bu nedenle gelecekteki maliyet gereksinimleriyle karşı karşıya kalındığında girdap akımı sensörleri açıkça daha avantajlıdır. Son yıllarda girdap akımı sensörlerinin pazar payı önemli ölçüde arttı ve iç pazarda Geely ve bir dizi yeni güç dahil araç şirketleri girdap akımı sensör şemasını seçti.
04.
Girdap akımı sensörü endüstrisinin hâlâ büyümesi gerekiyor
Her ne kadar girdap akımı sensörü uygulamalarının popülaritesi artıyor olsa da, satış liderleri BYD ve Tesla da dahil olmak üzere en yaygın sensörler hala döner sensörlerdir. Bunun nedeni bir yandan girdap akımı sensörlerinin otomotiv alanında geç uygulanmaya başlanması, diğer yandan girdap akımı sensörlerini sağlayabilecek tedarikçi sayısının fazla olmaması ve sektörde Effie ve Sensata gibi az sayıda firmanın tedarik edebilmesidir.
Girdap akımı sensörleri için üç ana zorluk vardır:
Aslında girdap akımı sensörleri endüstriyel alanda uygulanmıştır ancak otomotiv alanında karşılanması gereken ilk şey, araç gösterge seviyesi gereksinimleri, özellikle de fonksiyonel güvenlik gereksinimleridir. Örnek olarak Effie Automobile'i ele alalım; girdap akımı sensörünün istikrarlı bir şekilde uygulanmasını sağlamak için, geliştirme süreci, işlevsel güvenlik seviyesi gerekliliklerini sağlamak amacıyla kesinlikle ISO26262 sürecine uygundur.
◎ Çipin zorluğu, çipin yalnızca işlevsel gereksinimleri karşılaması değil, aynı zamanda araç gösterge seviyesini de karşılaması gerekir. Bir girdap akımı sensörü kuruluşu olarak, çipin kullanılabilirliğini değerlendirmek için bir çip doğrulama standardı oluşturmak gerekir; bu, yerli çiplerin daha sonraki uygulamaları için de çok önemlidir. Tam bir doğrulama süreci oluşturmak için küresel çip üreticileriyle uzun yıllardır süren işbirliği sonucunda Effie Automotive, yerli çiplerin piyasaya sürülmesinin elbette planlandığını ve amacın standartları karşılamak olduğunu ortaya çıkardı.
Güvenilirlik zorlukları, kurulum konumu nedeniyle girdap akımı sensörü, çalışma süreci motorda termal şoka, soğutma yağı sıçramasına ve diğer zorluklara eğilimlidir; bu durum özellikle çip için daha fazladır. Effie Automotive'in çözümü, çipin kendi sıcaklık gereksinimlerini arttırırken çip konumuna yapışkan işlemi uygulamaktır. Çevreye uyum sağlamayı geliştirmek ve güvenilirliği artırmak.
Gelecekte girdap akımının döner sensörün yerini tamamen alıp alamayacağı hala bilinmiyor. Döner sensörlerin ayrıca motorun yeni ihtiyaçlarını karşılamak için kendi ürün yükseltme yolları da vardır. Ancak girdap akımı sensörlerinin büyüme momentumu döner sensörlerden daha hızlıdır ve elbette girdap akımı sensörlerinin tabanı düşüktür.
