Cảm biến vị trí động cơ là một thiết bị phát hiện vị trí của rôto (phần quay) trong động cơ so với stato (phần cố định). Nó chuyển đổi vị trí cơ học thành tín hiệu điện để sử dụng bởi bộ điều khiển động cơ để quyết định khi nào chuyển đổi hướng và cường độ hiện tại của động cơ, do đó điều khiển tốc độ và mô -men xoắn của động cơ.
Trong các phương tiện năng lượng mới, sự điều khiển chính xác của động cơ có liên quan trực tiếp đến sự an toàn và sự ổn định của xe Bộ giải quyết cảm biến có thể đảm bảo phản ứng chính xác của động cơ tại các thời điểm quan trọng như phanh khẩn cấp, tăng tốc hoặc lái. Điều này đặc biệt quan trọng đối với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM), không có các giao dịch tiếp xúc vật lý và do đó dựa vào thông tin vị trí do cảm biến cung cấp để quyết định khi nào nên chuyển hướng của dòng điện và đảm bảo hoạt động trơn tru của động cơ.
Hiện tại, có hai loại cảm biến vị trí động cơ thường được sử dụng trong các phương tiện năng lượng mới, cảm biến dòng điện xoáy và máy biến áp quay (cảm biến quay).
01.
Sự khác biệt giữa dòng chảy xoáy và xoáy xuất phát từ nguyên tắc cơ bản của chúng
Mặc dù các cảm biến dòng điện xoáy và máy biến áp quay cũng có thể đáp ứng các yêu cầu của phát hiện vị trí động cơ, do các máy tạo tín hiệu và phương pháp xử lý tín hiệu khác nhau, sẽ có sự khác biệt trong các ứng dụng sản phẩm cụ thể theo các yêu cầu khác nhau.
Việc lựa chọn loại cảm biến vị trí động cơ cũng cần xem xét các yếu tố khác, chẳng hạn như chi phí, yêu cầu chính xác, khả năng thích ứng môi trường, độ tin cậy và độ phức tạp tích hợp hệ thống, liên quan chặt chẽ đến cơ chế tạo tín hiệu và xử lý tín hiệu cơ bản.
Lấy cảm biến quay được sử dụng phổ biến nhất làm ví dụ, nguyên tắc làm việc của nó dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ. Nguyên tắc tạo tín hiệu là bộ điều khiển động cơ cung cấp tín hiệu kích thích AC tần số không đổi cho cuộn dây kích thích (cuộn A) và tín hiệu kích thích này tạo ra từ trường xen kẽ bên trong cảm biến quay. Khi rôto quay, từ trường được tạo ra bởi cuộn dây kích thích bị cắt, dẫn đến việc tạo ra điện áp AC trong cuộn dây hình sin B và cuộn cosin C. bằng cách đo sự khác biệt và biên độ của hai tín hiệu này, vị trí tuyệt đối và hướng xoay của rôto động cơ có thể được tính toán một cách an toàn.
Trong quá trình xử lý tín hiệu, bộ điều khiển động cơ nhận và phân tích tín hiệu hình sin và cosin của cảm biến quay và tính toán thông tin góc chính xác thông qua thuật toán phần mềm (thường là thuật toán phân tích bộ mã hóa quay). Để đạt được xử lý tín hiệu tốt hơn, thường cần phải áp dụng một chip giải mã đặc biệt, được cài đặt trong bộ điều khiển động cơ, và tất nhiên, nó cũng có thể đạt được bằng cách giải mã phần mềm.
Do đó, trong hình dạng cụ thể của cảm biến quay, nó thường bao gồm một cuộn dây thú vị (cuộn chính, cuộn A), hai cuộn dây đầu ra (cuộn dây B và cuộn coil C) và một cánh quạt kim loại có hình dạng không đều. Rôto đồng trục với rôto của động cơ và quay với vòng quay của động cơ.
Cảm biến dòng điện xoáy sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để truyền và nhận tín hiệu AC cảm ứng với cuộn dây tương ứng ở đầu truyền và đầu nhận, để tính toán vị trí của bánh xe đích. Bánh xe đích được cố định trên trục quay và xoay cùng với rôto. Vị trí tương đối của rôto động cơ và stator có thể được đo bằng cách phát hiện vị trí của bánh xe đích.
Về mặt xử lý tín hiệu, khi cảm biến dòng điện xoáy được bật, cuộn cảm biến tạo ra một từ trường thú vị và tấm mục tiêu đi theo động cơ để xoay và cắt từ trường thú vị, để cuộn cuộn dây tạo ra điện áp điện áp. Khác với cảm biến quay, chip xử lý tín hiệu của cảm biến dòng xoáy được tích hợp với cảm biến và tín hiệu số có thể được đầu ra trực tiếp.
Do đó, cảm biến dòng điện xoáy thường bao gồm một số thùy mục tiêu phù hợp với số lượng cặp cực của động cơ. Nhóm cuộn dây bao gồm một cuộn dây truyền và cuộn dây nhận được cố định trên stator động cơ và cảm biến dòng điện xoáy thường được sắp xếp trực tiếp trong PCB và chip xử lý tín hiệu được tích hợp.
02.
Các nguyên tắc khác nhau dẫn đến trọng tâm kỹ thuật khác nhau
Có thể thấy rằng sự khác biệt chính giữa cảm biến quay và cảm biến dòng điện xoáy theo nguyên tắc nằm ở chế độ kích thích, cơ chế tạo tín hiệu và độ phức tạp của xử lý tín hiệu. Ưu điểm của cảm biến quay chủ yếu là sự ổn định của tín hiệu kích thích và khả năng chịu đựng của môi trường làm việc, nhưng nhược điểm là ảnh hưởng của sự thay đổi của sơ đồ động cơ là lớn hơn và khả năng tương thích nền tảng kém. Ưu điểm của cảm biến dòng điện xoáy là mức độ điện tử hóa cao, dễ dàng đáp ứng nhu cầu của nền tảng và khả năng chống EMC mạnh mẽ. Nhược điểm là nó yếu hơn một chút so với cảm biến quay về khả năng chịu đựng môi trường và chi phí cao hơn cảm biến quay trong một số cảnh.
Khả năng tương thích nền tảng đầu tiên được phản ánh ở mức tốc độ, tiết kiệm năng lượng và lộ trình công nghệ xe năng lượng mới 2.0 'do Hiệp hội kỹ thuật ô tô Trung Quốc chỉ ra rằng vào năm 2025, tốc độ làm việc tối đa của cảm biến vị trí là 20.000r/phút và băng thông giải mã là> 2,5kHz. Đến năm 2030, tốc độ làm việc tối đa của cảm biến vị trí là 25.000r/phút và băng thông giải mã là> 3.0kHz. Có thể thấy rằng có những thách thức nhất định trong cảm biến quay ở tốc độ cao.
Điều này là do tần số kích thích của cảm biến quay có liên quan chặt chẽ đến trạng thái tốc độ được xem xét khi nó được thiết kế và thường phù hợp với trạng thái tốc độ hiện tại. Khi tốc độ tăng lên, cần có tần số kích thích cao hơn để đo chính xác, đòi hỏi phải thay đổi thiết kế cảm biến quay.
Cảm biến hiện tại Eddy không có vấn đề này. Effie Ô tô nói với NE Time rằng thiết kế của cảm biến dòng điện xoáy có thể thích nghi tốt hơn với xu hướng phát triển của tốc độ cao này. Phạm vi hỗ trợ rộng, phản ứng nhanh và hiệu suất tốt hơn trong xử lý tín hiệu tần số cao có nghĩa là các cảm biến dòng điện xoáy có thể được tương thích hướng dẫn 'cho các ứng dụng trong tương lai ở tốc độ cao hơn. Do đó, giải pháp nền tảng có thể được thực hiện tốt hơn trong các sản phẩm động cơ với tốc độ khác nhau. Trên thực tế, đây là một trong những yếu tố mà khách hàng động cơ hiện tại chọn các giải pháp hiện tại,
Ngoài ra, do sự đa dạng của các cảm biến dòng xoáy, chẳng hạn như loại trục, đầu trục tương tự nhau và trục có thể được chia thành loại O và loại C (một số còn được gọi là vòng tròn đầy đủ và bán nguyệt). Do đó, nó tương đối linh hoạt hơn trong việc điều chỉnh các chương trình thiết kế động cơ khách hàng.
03.
Các nguyên tắc khác nhau dẫn đến các thách thức giảm chi phí khác nhau
Chi phí của các cảm biến quay chủ yếu đến từ vật liệu và phần cứng, bao gồm các vật liệu từ tính (như tấm thép silicon), cuộn dây, v.v. Do đó, chi phí tổng thể được xác định theo kích thước của nó, thường thì kích thước càng lớn, chi phí càng cao.
Chi phí cốt lõi của cảm biến dòng điện xoáy chủ yếu nằm ở các thành phần điện tử, chip xử lý, v.v., chi phí của các bộ phận điện tử là tương đối cố định, do đó, chi phí cốt lõi của cảm biến dòng điện xoáy không tăng tuyến tính theo kích thước.
Do đó, chi phí của các cảm biến dòng điện xoáy thấp hơn so với các cảm biến quay cho các ứng dụng quy mô lớn. Tuy nhiên, trong các sơ đồ động cơ có kích thước nhỏ, các cảm biến quay có lợi thế chi phí nhất định. Tất nhiên, khi nói đến sơ đồ ứng dụng cụ thể, bởi vì chip xử lý tín hiệu của cảm biến quay thường không được bao gồm trong tính toán chi phí, so sánh chi phí cụ thể cũng có một số khác biệt.
Ngoài việc so sánh chi phí hiện tại, cũng cần phải chú ý đến không gian giảm chi phí trong tương lai. Hiện tại, vì hầu hết các chip cảm biến hiện tại đến từ các doanh nghiệp nước ngoài, chi phí có thể được giảm thêm với sự mở rộng quy mô và sự trưởng thành của các doanh nghiệp chip trong nước trong giai đoạn sau. Tuy nhiên, không gian giảm dần của cảm biến quay tương đối hạn chế.
Do đó, khi phải đối mặt với các yêu cầu chi phí trong tương lai, các cảm biến hiện tại của Eddy rõ ràng là thuận lợi hơn. Trong những năm gần đây, thị phần của các cảm biến hiện tại của Eddy đã tăng lên đáng kể và trong thị trường nội địa, các công ty xe, bao gồm Geely và một số lực lượng mới, đã chọn sơ đồ cảm biến hiện tại.
04.
Ngành công nghiệp cảm biến hiện tại Eddy vẫn cần phát triển
Mặc dù mức độ phổ biến của các ứng dụng cảm biến hiện tại xoáy đang tăng lên, các cảm biến phổ biến nhất vẫn là các cảm biến quay, bao gồm cả các nhà lãnh đạo bán hàng BYD và Tesla. Lý do cho điều này là, một mặt, các cảm biến hiện tại của Eddy được áp dụng muộn trong lĩnh vực ô tô và mặt khác, không có nhiều nhà cung cấp có thể cung cấp các cảm biến hiện tại xoáy và một số công ty như Effie và Sensata có thể cung cấp cho họ trong ngành.
Đối với các cảm biến hiện tại Eddy, có ba thách thức chính:
Trên thực tế, các cảm biến dòng điện xoáy đã được áp dụng trong lĩnh vực công nghiệp, nhưng trong lĩnh vực ô tô, điều đầu tiên cần được đáp ứng là các yêu cầu của cấp độ đo xe, đặc biệt là các yêu cầu về an toàn chức năng. Lấy Effie Ô tô làm ví dụ, để đảm bảo ứng dụng ổn định của cảm biến dòng điện xoáy, quy trình phát triển hoàn toàn phù hợp với quy trình ISO26262 để đảm bảo các yêu cầu về mức độ an toàn chức năng.
Thử thách của chip, chip không chỉ đáp ứng các yêu cầu chức năng, mà còn đáp ứng mức đo xe hơi. Là một doanh nghiệp cảm biến hiện tại, cần thiết lập một tiêu chuẩn xác minh chip để đánh giá tính khả dụng của chip, điều này cũng rất quan trọng đối với việc áp dụng các chip trong nước tiếp theo. Thông qua nhiều năm hợp tác với các nhà sản xuất chip toàn cầu để thiết lập một quy trình xác minh hoàn chỉnh, Effie Ô tô tiết lộ rằng việc giới thiệu chip trong nước đã được lên kế hoạch, tất nhiên, tiền đề là đáp ứng các tiêu chuẩn.
Những thách thức về độ tin cậy, cảm biến dòng điện xoáy do vị trí lắp đặt, quá trình làm việc dễ bị sốc nhiệt trong động cơ, làm mát dầu và các thách thức khác, đặc biệt lớn hơn đối với chip. Dung dịch của Effie Ô tô là áp dụng điều trị kết dính vào vị trí chip, đồng thời tăng các yêu cầu nhiệt độ của chính chip. Để cải thiện khả năng thích ứng với môi trường và cải thiện độ tin cậy.
Trong tương lai, liệu dòng xoáy có thể thay thế hoàn toàn cảm biến quay vẫn chưa được biết hay không. Cảm biến quay cũng có đường dẫn nâng cấp sản phẩm riêng để đối phó với các nhu cầu mới của động cơ. Tuy nhiên, động lượng tăng trưởng của các cảm biến dòng điện xoáy nhanh hơn các cảm biến quay, và tất nhiên, cơ sở của các cảm biến dòng điện xoáy thấp.
