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艾菲汽车陈音福:新一代电机位置传感器的开发和应用

 NE时代 2023-07-07 发布于浙江

艾菲汽车零部件公司研发中心产品应用负责人陈音福指出,以机电一体化和电子电磁技术为依托,艾菲汽车布局四大产品线, 同时不乏研发创新能力,拥有系统性的研发和工艺能力,领域涉及机电技术开发、电子磁力学开发、基础软件开发,并具有完整的实验测试开发能力。

以下是演讲实录

陈音福:非常荣幸代表艾菲汽车零部件给大家讲这个话题,现在因为新能源电动化在中国发展非常的迅猛,我们也在做快速的转型。我们十年前就开始研究这项技术(电涡流传感器),现在也有成功的量产经历还有量产的产线。所以在这里我想尽量简短地把产品中一些关键的东西,给大家讲清楚。

艾菲汽车集团是一家法资独资企业,在全球大概有1600个员工,工程师的话差不多有200人左右,每年会放9%的这么一个销售额占比放到研发投入上面。去年集团的销售额大概在2亿欧元,不算大,在我们看来艾菲集团是一家比较小而精的企业。

这个是我们的现任CEO,也就是艾菲集团第四代掌门人Beatrice女士,艾菲到今年也将近有90年的历史,我们是在1936年创办,总部位于法国里昂;中国我们第一个工厂在武汉,在2004年创建的,在武汉经开区, 2022年也在上海成立了分公司。这里可以看到我们全球的布局,刚才我说它小而精是因为它规模不大,但在全球各地有很多工厂和办事处可以为全球OEM、Teir1提供支持。

我们内部叫做DIGIPOS平台,就是电涡流原理的传感器,电涡流目前在我们集团内部有越来越多的项目和订单,做这一块产品的探讨,所以我们公司把它划分为DIGIPOS平台,当然也分高速应用和低速应用。

右边的是低速应用,应用也比较早,它用在一些档位传感器、离合器、后轮转向做直线移动和旋转移动的探测,今天我们主题还是集中在左边这个,应用在我们高速电驱动这里面的电涡流位置传感器,因为现在我们知道大家都在探ISO26262功能安全,然后我们这个产品其实也是可以为客户做功能安全的,单产品而言。我们如果使用双芯片的话,可以做到最高等级ASIL D,当前我们还是模拟量输出的模式,然后也正在研发跟芯片厂家合作,研发下一代数字输出接口。

当前这个产品的精度是很高的,行业内几种技术对比而言是处于高精度的表现,满足电机的各种应用,这个产品因为我们看到它基本上是一些注塑件外形,设计会比较灵活,装在我们电机各个位置都能够很好做一个适配和定制化的开发。

讲到电涡流原理,其实可能在座各位专家和学者可能都比我了解的深入,我们就大概简短介绍一下这个产品核心的东西。首先它会有一个线圈,分为初级线圈和次级线圈,我们最新产品设计,它会直接蚀刻在PCB电路板上面,然后第二部分就是目标轮,目标轮它可以就是一个简单的冲压金属轮就好了,然后它也相比传统传感器而言已经实现了无磁化,不需要使用稀土磁铁什么的。

我们初级线圈需要一个5V直流供电,产生3.5兆赫兹左右高频交流信号,作用在金属的目标轮表面,形成一个涡流效应;目标轮转动的时候,次级线圈会接收到磁场变化,然后形成电压的高低值变化,把这个变化经过芯片内部的解码,这里很关键,它芯片内部就可以做解码(提取幅值包络线),给到上位机的话直接反正切计算,就可以得到转子实际位置。

回顾一下位置传感器在电驱里面的一个作用,其实我们也都知道,现在电驱里面谈到一个能量回收包括急加速、急减速,位置传感器提供的位置精度对我们电机控制很有帮助的,精度的提高也可以在很大程度上,帮助我们提高这个电机扭矩功率以及它的效率。

没有对比就没有伤害,我们做过了很多的试验测试和实际的量产项目数据收集,包括市场的调研,我们今天推荐这款电涡流技术产品,我们可以看到中间三款,就是我们现在推的O-Shape(全月形)还有C-Shape(半月形)还有右边一点的装在末端的 END-OF-SHAFT。总体而言,我们的精度表现目前比市场上的技术方案会有精度提高,当然XMR技术应该精度也差不多,但是XMR有一个很大弱点就是它对磁场非常敏感。

所以现在我们包括跟一些新势力还有包括主流的OEM沟通起来,这个产品我们还是很大程度上愿意去用电涡流的产品,功能安全的话它基本上我们现在也有功能安全做到ASIL D量产项目,EMC表现上面,相比于传统的Resolver,电涡流传感器它是一个高频的、3.5兆赫兹高频信号,所以它对低频率的磁场干扰免疫力比较强。最重要的是这个产品,我们也在做跟芯片厂家做下一代研究,下一代可能会有一个数字化,数字信号接口出来,所以它可能会进一步提高它的EMC性能,并且携带更多的诊断模式。

可能大家比较关注的是它的价格,我们从系统层面的一个市场上调研的话,发现这个产品也是价格上相比于传统的一些其他技术是有节省。所以,综合了以上几个性能,我们现在会有越来越多的项目采用这种技术,应用在新能源的电驱上面。

刚才讲到这个产品的优势,其实并不是我们公司的优势,我们艾菲作为专注于汽车行业的传感器研发和生产制造企业,能给客户完全的做一个正向开发,本地化的团队。项目前期我们最核心的东西,这个产品就是在线圈的设计上面会做磁电仿真、EMC仿真、结构仿真,前期我们可以把线圈质量做一个仿真模拟,把线圈质量调到最高,这样的话在前期就知道它应用在不同的环境下,它的精度表现大概在什么样的水平。

另外重要一点是我们一直跟芯片厂家,不同的芯片厂家有深度合作,所以我们会前期跟芯片厂家做大量的一些芯片方面的验证工作。另外一个重点就是我们在武汉,有一个比较完整的实验室,针对这个产品完全本土化的验证,基本上DV里面所有的试验项,包括老化、耐油、耐久我们都能做,现在很重要一点我们在集团内有高转速台,达到2万多转,模拟在高速电机工况下产品实际性能表现。

我们把这个产品也拆给大家看一下,也并不是那么复杂,我们可以看到它的主要一些设计BOM的话,就是有一个金属轮,传感器部分有一些注塑壳体,包括最核心的部分PCBA,PCBA里面有线圈和电涡流专用的芯片,会做封装,要么是树脂封装,要么是激光焊接盖子两种工艺都有,这个传感器定子部分连接器的话,我们有甩线形式,也有注塑集成在传感器上的,这两种工艺都有。右边的图看到两个芯片是我们做的冗余设计,两路单独的输出。

讲到开发的话,我们正常开发周期是一年半时间,可能也会有些人会说,这挺快的,但是有些人会说怎么需要这么久,其实这个是一个正常的开发周期,在我们现在新势力加入以后,汽车包括电驱迭代速度非常快,所以我们也是在全力压缩开发周期,这一类产品我们是平台化开发,所以在有些设计上,板子布线如果能借用类似的地方我们也会借用,包括试验验证相同的应用环境,部分试验可能可以跳过去,在整个项目开发节点上会做一些时间上的节省。

这一页给大家一个直观感受,这个产品实际上已经在很多量产项目上已经有实际应用,也举了一些实际的案例。这里面都是艾菲这边开发的产品,包括用在混动箱电机里面,还有纯电EDS、智能刹车系统,大的电机、小的电机都可以用这样的技术,我们电机只要需要精准角度位置信号的话都可以用电涡流传感器。

艾菲集团在这一块技术研发非常早,我们在2018年到2022年陆续有项目量产,看到有两个在欧洲,一个在中国,然后包括后面两三年,我们也会陆续有接近6-10个项目会量产。所以我们现在在开发中的项目就国内而言,也超过10个项目。这个产品它能够适应很高的转速,当然大家会问它能最高支持到多高的转速呢?我们现在都在谈高速电机,可能未来会做到两万五千转、三万转,但是对这个产品而言它的探测能力是完全没有问题的,因为我们的芯片它专门为这种技术开发的芯片能支持到24万转,保证精度前提下,24万转的电角度,除以电机极对数的话,比如说你是6对极,它能支持4万转,如果你是4对极,可能它就能支持到6万转。

这个产品我们刚才也说了很大的优势是芯片的验证这一块,我们现在有三款芯片被确认,用这种技术,跟我们公司也是有战略合作关系。这个平台的话,大概刚才也把所有的优点给大家介绍了,我们作为一家专业传感器、执行器制造商,能给大家提供一个本土化的技术团队的支持,做到真正的快速响应,然后给中国的新能源电驱动开发这一块,提供更快的响应和速度。

这个平台产品讲完,大概也分享一下其他平台的产品,另外我们在出门左手边就有展台,大家也可以看到我们一些其他的产品,包括最早我们用在传统的发动机、变速箱里面的温度、换档位置还有传感器模组等等。也有我们现在比较看重的一块,就是在智能的一些电子驻车,电子换档、脱开机构等这一块的智能执行器,这一块公司也是加大投资力度,然后在国内也是有很多量产的项目。

另外一个平台就是EFIPOWER,在新能源电流传感器、智能铜排、充电机器人,这一块对未来中国市场也会慢慢投入进来。以上就是我介绍的所有的艾菲产品,然后我们在外面有展台,所以想更深入交流的Tier1和OEM客户,有问题需要进行更深入探讨的话,可以到我们展台去细聊,谢谢大家。

主持人:好的,谢谢陈总,陈总请留步,我们还有一个提问。

提问:您好陈总,问一下贵司现在在量产产品最高转速是多少?还有一个问题是关于贵司产品在油冷和水冷应用环境下设计的差异。再一个就是贵司芯片是不是已经完全国产化了?谢谢。

陈音福:好的,第一个问题的话最高转速我们现在在实际项目上应用的话已经测到18000转了,我本人去客户现场台架测过的,性能表现完全是OK的。

第二个问题是油冷和水冷它的差别,油冷、水冷的话其实我们这个电涡流安装环境是单独的一个小空间,当然了油冷的话因为它可能会接触到油,所以我们产品本身的话会做树脂封装,然后在高温油环境下,耐油试验都是有做的,高温耐油做到了1600个小时。

水冷里面它可能不会完全接触到水,它可能只是一个有湿度的空间,所以我们会采用一些激光焊接盖子的方案就行了。

最后一个问题是国产化芯片这一块,国产化芯片应用在电涡流的话,在国内据我们了解,现在还没有完全成熟的国产化芯片可以用,当然我们在工业上可能有很多电涡流国产芯片,但是在主驱电机上的芯片,我们正在和一些芯片厂家积极探讨,谢谢,希望回答到你的问题。

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