SPINpad, Positionssensorik für High Speed Rotationsapplikationen

In Batterie-elektrischen- und Hybridfahrzeugen ist die schnelle und genaue Erfassung der Rotorposition ausschlaggebend für eine effiziente Steuerung des Elektromotors.
Ein präzises Signal direkt nach Anlegen der Versorgungsspannung bis zur maximalen Rotationsgeschwindigkeit (100.000 U/min) ist erforderlich, um das hohe Drehmoment dieser Anwendungen effizient zu nutzen und die Reichweite der Fahrzeuge zu maximieren sowie die Antriebe sicher zu regeln.

AB Elektronik hat einen neuartigen Resolver entwickelt – basierend auf einem aktiven System mit einer Antennenstruktur auf einem Leiterplattendesign. Die High Speed Rotation Position Technology HSRP basiert auf der ausgereiften Autopad® Technology, die bereits 2007 in Serie gebracht wurde und seither millionenfach im Feld eingesetzt wird. Durch Entwicklung einer neuartigen Antennenstruktur und einem speziell weiterentwickelten ASIC ist es die konsequente Weiterentwicklung unter dem Namen SPINpad, mit der es möglich ist, bei den hohen Drehzahlen in Elektromotoren zu messen.

Die Hauptkomponente des induktiven Systems ist das statische Element – Pad genannt, eine Leiterplatte mit spezieller Antennenstruktur und dem im Schaltkreis integrierten ASIC als Sende- und Empfangseinheit. Hinzu kommt das rotierende Element – der sogenannte Puck – als angeregte Einheit, die das positionsabhängige Signal an das Pad zurückspiegelt. Der komplette Sensor zeichnet sich durch seine schlanke Bauform, sein minimales Gewicht und seine minimale Einwirkung auf die Rotation und Beschleunigung aus.

Diese Technologie ermöglicht eine sehr flexible Adaptierung in potenziellen Anwendungen der Elektromobilität:

  • in Motoren für Elektro- und Hybridfahrzeuge,
  • in der elektronischen Servolenkung,
  • in aktiven Luftfedersystemen

und vielen anderen Anwendungen. Je nach Anforderungen der Applikation kann das Pad als 360° geschlossene Antenne oder – zur Vereinfachung bei der Montage sowie bei großen Durchmessern – als Kreissegment aufgebaut sein. Einsatzorte können auf der Welle oder am Wellenende sein. Neben der äußerst flachen Ausführung bewegen sich die Sensoraußendurchmesser von 30 mm bis zu mehreren 100 mm. Für annähernd alle Anwendungsfälle kann das Design gemäß den Genauigkeitsanforderungen und den Anforderungen an das Signal optimiert werden. Für beste Robustheit in der Montage, auch bei geometrischer Abweichung im Motor, fördern selbstkompensierende Eigenschaften die Performance. Die Speisung des SPINpads mit einer 5 V Gleichspannung reduziert den Aufwand im Motorsteuergerät auf den ohnehin vorliegenden Spannungslevel. Je Messkanal liegt die Stromaufnahme unter 20 mA. Die Übertragung zwischen Pad und Puck auf einer Trägerfrequenz zwischen 2,6 und 4 MHz bewirkt, dass die magnetischen Störfelder des Motors keinen Einfluss ausüben und Abschirmungen entfallen können. Um den in der Regel sicherheitskritischen Anwendungen des E-Antriebes gerecht zu werden, wurde der Sensor gemäß ISO 26262 entwickelt. In Kombination mit AB Elektroniks innovativer Umspritzungstechnologie ist das SPINpad robust gegenüber den anspruchsvollen Anforderungen im Getriebeöl bis zu 150 °C bei nach wie vor geringen Abmessungen.



Spezielle Features des SPINpad:

    • Flexible Bauformen, anpassbar an Motorpolpaare, dadurch Positioniergenauigkeit < 0,5° elektrisch
    • Unterschiedliche Geberräder verfügbar
    • Signal sofort nach dem Einschalten
    • Hohe Drehzahl bis 100.000 U/min
    • Bereit für ASIL C (D) oder mit redundanter Messung ASIL D (D)
    • Immun gegen niederfrequente Magnetfelder
    • Kompakte Bauweise, flache Bauform
    • Temperaturbereich: -40 °C bis 160 °C

     

    Applikationen

    Die SPINpad-Technologie bietet ein breites Feld an Anwendungsmöglichkeiten im Motor- und Fahrzeuganbaubereich oder im Antriebsstrang von Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, von PKW über LKWs bis hin zu Off Road Fahrzeugen. Ein Einsatz ist an allen sich drehenden Wellen (Kurbelwelle, Nockenwelle, Räder, Getriebe) möglich.

    Die neue Technologie kann bestehende Systeme ersetzen, wenn höhere Schnelligkeit und Genauigkeit erfordert sind. Zudem lässt sich das System als kombinierter Sensor gewicht-, bauraum- und kosten-sparend an die Anforderungen der neuen Systeme anpassen.

     

    SPINpad als Resolver

    Als Abwandlung für Verbrennungsmaschinen kommt ein Sensor zum Einsatz, der neben den Analogausgängen (Sinus + Cosinus) auch den Absolutwinkel (Analogspannung oder digitales Protokoll (PSI5; Sent) und Pulse generiert. Der Pulsausgang ist frei programmierbar und kann als klassischer Nockenwellen-, oder Kurbelwellensensor fungieren.
    Gerade bei der Nockenwellenverstellung stößt die AB Elektronik hier in ein Feld vor, eine Sensorik anzubieten, die es ermöglicht, unsere Rohstoffe zu schonen und den CO2 Ausstoß weiter zu senken. Denkbar wäre auch die gleiche Sensorik an der Kurbelwelle einzusetzen. Neben der mechanischen Anpassung müsste lediglich der Pulsausgang anders programmiert werden.

    SPINpad als kombinierter Sensor

    Zu den genannten denkbaren Anwendungen sind auch weitere Kombinationen der beschriebenen Eigenschaften entsprechend dem Kundenwunsch denkbar.

    Alternativen BezeichnungenTypische Applikationen

    Induktiver Positionssensor, genaue Erkennung der Rotorposition, Hochgeschwindigkeitsrotationssensor, Rotorlagesensor

    Motoren in Elektro- und Hybridfahrzeugen, elektrische Servolenkung, aktive Federungssysteme
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