浅析适用于车载应用位置检测的新变革

作者：Ruggero Leoncavallo

Staff Product Marketing Manager

1

面向更加清洁的未来，汽车所面临的一大挑战

减少CO2排放的要求正在推动着全球的运输设备制造商实现越来越低的排放标准，这使得他们不仅要提高内燃机的效率，同时还要向诸如混合动力汽车、纯电动汽车等替代传统的动力总成过渡。

这类新的动力总成扩大了汽车工业对电动机的需求。特别是牵引电机和起动机/发电机，在已有的搭载于传统汽车的电动助力转向、电动泵和电动驻车制动器的基础上，进一步扩大了对电动机的需求。

2

现有的传感技术及其局限性

转子位置传感器可用于改善闭环控制下的电机性能。使用转子位置传感器可以实现在包括启动期间在内的所有负载条件下进行出色的转矩控制。以及在制动和保持状态下进行高精度的角度控制，在高速旋转下进行更好的旋转控制。这不仅提高了电机的总体效率，同时降低了噪声和振动以及发热。

具体地说，这些新型传感器用于提高精度、减小尺寸和重量，并降低总BOM成本。杂散场抗干扰性不仅提高了在复杂电磁环境中使用的传感器的可靠性，同时也是开发更好的电机所需的另一个重要条件。当然，电机位置传感器不仅需要更长寿命和耐用性，而且需要在高温、潮湿、灰尘多等恶劣环境下工作。

最近的汽车工业使用的是利用了霍尔元件或xMR元件的磁性位置传感器或旋转变压器。其中，磁性位置传感器面临着适用于多极电机时的检测精度不足和仅能够用于轴端应用的问题。而旋转变压器虽然可以利用贯穿轴式的结构来实现对多极电机的应用，但它不仅昂贵、笨重、而且会占用更多的空间。

3

电机控制的新时代

为了应对在轴端结构和贯穿轴结构下都能以很高的精度进行检测的需求，瑞萨电子开发了IPS2550。这款革命性的新产品是一款用于高速电机的位置传感器，具有正弦/余弦输出接口，可支持600krpm的最大电机转速，精度为0.2%满量程。传感器具有标准的2层印刷电路板，由IPS2550和外置被动元件以及安装在电机轴上的金属靶组成。

IPS2550基于涡流效应的物理原理，使用3个线圈组（1个用于发射，2个用于接收）。

IPS2550位置传感器实现了高达1/10的厚度和1/100的轻量化，大幅降低了使用旋转变压器解决方案时的BOM成本。IPS2550的位置传感器能够使感测线圈的扇区数与极数相匹配，从而实现对多极电机提供先进的解决方案，这是磁性位置传感器所无法做到的。这种创新方法提高了精度，降低了重量、尺寸和系统的总体成本，是一次重大的技术进步。

4

传感元件设计的挑战

对于 IPS2550这类基于涡流效应的传感器，传感元件设计是获得良好精度特性的关键。瑞萨电子开发了一套用于位置传感器设计的工具。此外，瑞萨电子拥有一个名为Customer Reference Board catalog （CRB）的数据库，该数据库具有不同的尺寸和极数组合，以及多个传感器设计示例，可以简单快速的适用于电机。这些参考设计可以以Garbar文件的形式提供给客户，用于制造电路板。

我们将更详细地介绍瑞萨电子的电感式位置传感器技术如何帮助您进行设计。

编辑：jq