在新能源汽车中,电机的精确掌握直接关系到车辆的行驶安全性和稳定性,位置传感器的准确事情可以确保在紧急制动、加速或转向等关键时候电机的相应精确无误。这对付永磁同步电机(PMSM)尤为主要,这种电机没有物理触点换向器,因此须要依赖传感器供应的位置信息来决定何时切换电流方向,确保电机顺畅运转。
目前新能源汽车上常用的电机位置传感器有两种,电涡流传感器和旋转变压器(旋变传感器)。
01.
旋变与电涡流差异的根源来自于其基本事理
虽然电涡流传感器和旋转变压器都能很好的知足电机位置检测的哀求,但由于其旗子暗记产生机机和旗子暗记处理办法的不同,因此在详细产品运用时,根据哀求的不同,也会有所差异。
选择哪种类型的电机位置传感器还需考虑其他成分,如本钱、精度需求、环境适应性、可靠性和系统集成繁芜度等,而这些都与基本的旗子暗记产生和处理机理息息相关。
以最常用的旋变传感器为例,其事情事理是基于电磁感应事理。其旗子暗记发生事理为电机掌握器向励磁线圈(线圈A)供应一个恒定频率的互换励磁旗子暗记,这个励磁旗子暗记在旋变传感器内部产生了一个交变磁场。随着转子迁徙改变切割励磁线圈产生的磁场,导致正弦线圈B和余弦线圈C中感应出互换电压。通过丈量这两个旗子暗记的相位差和幅度,可以准确打算出电机转子的绝对位置和旋转方向。
◎在旗子暗记的处理方面,电机掌握器吸收并剖析旋变传感器的正弦和余弦旗子暗记,通过软件算法(常日是旋变编码器解析算法)解算出精确的角度信息。为更好的实现旗子暗记处理,常日须要运用专门的解码芯片,解码芯片安装在电机掌握器中,当然也可以软件解码来实现。
因此在详细形态上旋变传感器常日由励磁线圈(低级线圈,线圈A)、两个输出线圈(正弦线圈B和余弦线圈C)和一个形状不规则的金属转子组成。转子与电机的转子同轴安装,随着电机的迁徙改变而迁徙改变。
电涡流传感器则是利用电磁感应事理在发射端和吸收端用相应的线圈来发射和吸收感应的互换旗子暗记,从而打算目标轮的位置。而目标轮固定在转轴上与转子一同旋转,通过检测目标轮位置即可丈量电机转子与定子相对位置。
◎在旗子暗记的处理方面,当电涡流传感器接通电源后,传感器发射线圈产生励磁磁场,靶板跟随电机迁徙改变,对励磁磁场进行切割,从而使吸收线圈产生线圈电压,传感器模块解调和处理线圈电压,获取对应位置的电压旗子暗记。与旋变传感器不同,电涡流传感器旗子暗记处理芯片与传感器集成在一起,可直接输出数字类旗子暗记。
因此在详细形态上电涡流传感器常日由多少个与电机的极对数目相匹配的靶瓣组成。线圈组由传输线圈和吸收线圈组成,固定在电机定子上,电涡流传感器常日直接支配在PCB中,同时集成了旗子暗记处理芯片。
02.
事理不同导致技能着力点不同
可以看出,旋变传感器和电涡流传感器在事理上的紧张差异在于勉励办法、旗子暗记天生机制以及旗子暗记处理的繁芜度上。旋变传感器的上风紧张在励磁旗子暗记的稳定性、事情环境的耐受性,劣势则是随电机方案的改变的影响较大,平台化兼容性较差。电涡流传感器的上风则在于其电子化程度高,易于知足平台化需求,且在抗EMC能力强。劣势则是在环境耐受方面略弱于旋变传感器,在部分场景中本钱也高于旋变传感器。
平台化兼容首先表示在转速层面,中国汽车工程学会编写的《节能与新能源汽车技能路线图 2.0》中指出,至2025年,位置传感器最高事情转速达 20,000r/min、解码器带宽>2.5kHz,至 2030 年位置传感器最高事情转速达 25,000r/min、解码器带宽>3.0kHz。由此可以看出旋变传感器在高转速下存在一定寻衅。
这是由于旋变传感器的励磁频率与其设计时考虑的转速状态紧密干系,常日与当前的转速状态匹配。而随着转速提升,须要更高频率的励磁来准确丈量,这哀求旋变传感器在设计上做出改变。
而电涡流传感器则没有这个问题。艾菲汽车见告NE时期,电涡流传感器在设计上能够较好地适应这种高转速的发展趋势。它的支持范围广、相应速率快,且在高频旗子暗记处理方面表现更佳,这意味着对付未来更高转速的运用,电涡流传感器能够“向上兼容”。因此可以在不同转速的电机产品中更好的实现平台化方案。事实上,这也是当前电机客户选择电涡流方案的成分之一,
其余,由于电涡流传感器形态多样,比如穿轴类型,轴审察似,穿轴可分为O型和C型(有的也叫整圆式和半圆式)。因此在适配客户电机设计方案时也相对更加灵巧。
03.
事理不同导致降本的寻衅也不同
旋变传感器的本钱紧张来自于材料和硬件,包括磁性材料(如硅钢片)、线圈等。以是整体的本钱是依据其大小尺寸来定,常日尺寸越大,本钱越高。
电涡流传感器的核心本钱紧张在于其电子组件,处理芯片等,电子件的本钱是相对固定的,因此电涡流传感器的核心本钱并不随尺寸线性增长。
因此对付大尺寸运用,电涡流传感器的本钱要低于旋变传感器。但在小尺寸的电机方案中,旋变传感器则具有一定的本钱上风。当然,详细到运用方案时,由于旋变传感器旗子暗记处理芯片每每不计入本钱测算,因此详细的本钱比拟也存在一定差异。
除了当前的本钱比拟,还需关注的是未来的降本空间。目前电涡流传感器由于芯片大多来源于外资企业,后期随着规模的扩大以及国产芯片企业的成熟,本钱可以得到进一步低落。而旋变传感器则低落空间相对有限。
因此在面向未来的本钱哀求时,电涡流传感器显然更具一定上风。近些年电涡流传感器市场份额上升趋势明显,在海内市场中,包括吉利和多家新势力在内的整车企业都选择了电涡流传感器的方案。
04.
电涡流传感器家当仍需发展
虽然电涡流传感器运用的热度正在提升,但目前最为常见的依旧是旋变传感器,个中就包括销量领先的比亚迪和特斯拉。究其缘故原由,一方面是电涡流传感器在汽车领域运用韶光较晚,另一方面则是目前可以供应电涡流传感器的供应商并不多,业内紧张以艾菲、森萨塔等少数企业可以供应。
对付电涡流传感器而言,寻衅紧张来自三方面:
◎车规级寻衅,电涡流传感器实在已经在工业领域有所运用,但在汽车领域,首先须要知足的便是车规级的哀求,尤其是功能安全的哀求。以艾菲汽车为例,为了担保电涡流传感器的稳定运用,在开拓过程中就严格按照ISO26262的流程进行开拓,确保功能安全等级的哀求。
◎芯片的寻衅,芯片不仅要知足功能的哀求,同样须要知足车规级。作为电涡流传感器企业来说,须要建立芯片验证标准来评价芯片的可用与否,这一标准对后续国产芯片的运用也至关主要。艾菲汽车通过与环球芯片厂商的多年互助建立一套完全的验证流程,艾菲汽车透露,国产芯片的引入已经在操持之内,当然条件是知足标准。
◎可靠性寻衅,电涡流传感器由于安装位置的缘故原由,事情过程中随意马虎受到电机中热冲击、冷却油溅射等寻衅,这点尤其对芯片哀求更大。艾菲汽车的办理方案是在芯片位置注胶处理,同时提升芯片自身的温度哀求。以此来改进对环境的适应性,提升可靠性。
End.
未来,电涡流是否可以完备取代旋变传感器,目前来看还尚未可知。旋变传感器同样有自身产品的升级路径,来应对电机的新需求。但是电涡流传感器的增长势头要快于旋变传感器,当然也有电涡流传感器基数较低有关。