27 jun. 2019
3 minuten
In elektrische auto’s en conventionele auto’s met elektrische systemen wordt het meten van stroom op verschillende plekken steeds belangrijker, evenals het nauwkeurig detecteren van de positie van de vele bewegende delen die essentieel zijn voor de veilige werking van het voertuig. Magneet- en Hall-effect-technologie vormen de kern van veel moderne meet- en positioneringsoplossingen. Echter, veel van die toepassingen zijn effectief in slechts één vlak, terwijl andere toepassingen gevoelig zijn voor de vele magnetische strooivelden die in een modern voertuig voorkomen.
In dit technische artikel laat Nick Czarnecki Marketing Manager Positie- en Snelheidssensoren van Melexis zien hoe zijn bedrijf magneettechnologie gebruikt voor metingen van stroom en positie in moderne voertuigen.
Naarmate voertuigen geavanceerder worden, controleren computersystemen als het motormanagementsysteem (ECU) steeds meer functionaliteiten. Om nauwkeurig te kunnen werken, moeten zij de belangrijkste bedrijfsparameters van de auto kunnen waarnemen. Een essentiële parameter voor veel van de belangrijkste elektrische systemen (zoals de accu, motoren en pompen) is de stroomsterkte. Maar de ECU moet ook de positie van mechanische systemen zoals het gasklephuis, de versnellingshendel of de parkeerrem kennen om het voertuig correct te kunnen besturen.
Er zijn talloze methoden om stroom en positie te meten. Methoden op basis van magneet- en Hall-effect-technologie bieden echter als enige een betrouwbare en eenvoudige contactloze oplossing voor de uitdagingen waarmee ingenieurs op het gebied van stroom- en positiemeting te maken hebben.
Sensortechnologie voor het meten van stroom
Conventionele methoden voor het meten van stroom vragen vaak een stroomtransformator, waarbij de stroomkring moet worden onderbroken voor het plaatsen van de meettransformator. Ook het meten met conventionele Hall-effect-sensoren is niet eenvoudig, omdat deze sensoren het door de stroom opgewekte magnetische veld loodrecht op het oppervlak van de sensor meten. Hiervoor is een ferromagnetische ringkern nodig om het magnetische veld te versterken en uit te lijnen, zodat de sensor het kan meten. Die ringkern is echter ook het zwakke punt in deze benadering. De geselecteerde geometrie en het gekozen materiaal kunnen van invloed zijn op de verzadiging en hysteresis van het signaal, alsmede op de frequentierespons en de thermische drift.
IMC-Hall-sensoren op basis van halfgeleiders kunnen direct stroom meten dankzij de geïntegreerde magnetische concentrator (IMC). De IMC is gemaakt van een amorf magnetisch materiaal met een zeer hoge permeabiliteit en een zeer lage hysteresis. Hij zet het externe magneetveld parallel aan het chipoppervlak lokaal om in een loodrecht veld, dat kan worden gedetecteerd met conventionele Hall-elementen. De combinatie van de IMC met Hall-sensoren resulteert in een hogere magnetische gevoeligheid in vergelijking met traditionele benaderingen.
Sensortechnologie voor het meten van positie
Veel traditionele Hall-effect-sensoren zijn alleen gevoelig voor de magnetische flux die loodrecht op het IC staat. Hoewel deze sensoren kunnen worden gebruikt voor toepassingen zoals detectie van de positie van het gaspedaal, detectie van de stand van de versnelling en andere autotoepassingen in de directe nabijheid van de sensor, kan het met deze sensoren noodzakelijk zijn om complexe (en dus dure) magnetische structuren op maat te ontwikkelen om de gewenste meetspecificaties te realiseren.
Triaxis sensoren maken gebruik van een magnetische technologie die het mogelijk maakt om met behulp van een IMC drie magnetische fluxcomponenten in één enkele IC te meten. Op basis van deze drie magnetische componenten kunnen tweedimensionale of driedimensionale sensoren worden ontwikkeld, die roterende (hoek), lineaire (slag) of joystick-achtige bewegingen kunnen detecteren.
Strooivelden
Een andere kritische uitdaging in moderne autotoepassingen is het nauwkeurig kunnen detecteren van magneetposities bij hoge niveaus van magnetische strooivelden. Die hoge niveaus zijn het gevolg van de hoge mate van elektrificatie, die vooral bij EV’s en HEV’s aan de orde is. Door het meten van een magnetische veldgradiënt zijn verschillende instrumenten van Melexis intrinsiek ongevoelig voor strooivelden tot 4 kA/m (of 5 mT), wat toereikend is voor de meeste toepassingen in de automobielsector. Bijkomend voordeel is dat er kleinere en goedkopere magneten kunnen worden gebruikt, wat elegante oplossingen mogelijk maakt voor ruimte- en kostenbesparende voertuigtoepassingen.
Anderen lazen ook
