电涡流vs旋变谁是电机位置传感器的最优解

  电机位置传感器是一种检测电机内部转子（旋转部分）相对于定子（固定部分）位置的装置。它将机械位置转换为电信号，供电机控制器使用，以决定何时切换电机的电流方向和强度，从而控制电机的旋转速度和扭矩。

  在新能源汽车中，电机的精确控制必然的联系到车辆的行驶安全性和稳定能力，位置传感器的准确工作能保证在紧急制动、加速或转向等关键时刻电机的响应正确无误。这对于永磁同步电机（PMSM）特别的重要，这种电机没有物理触点换向器，因此就需要依赖传感器提供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）。

  虽然电涡流传感器和旋转变压器都能很好的满足电机位置检测的要求，但由于其信号产生机机和信号解决方法的不同，因此在具体产品应用时，根据要求的不同，也会有所差异。

  选择哪种类型的电机位置传感器还需考虑别的因素，如成本、精度需求、环境适应性、可靠性和系统集成复杂度等，而这些都与基本的信号产生和处理机理息息相关。

  以最常用的旋变传感器为例，其工作原理是基于电磁感应原理。其信号发生原理为电机控制器向励磁线圈（线圈A）提供一个恒定频率的交流励磁信号，这个励磁信号在旋变传感器内部产生了一个交变磁场。随着转子转动切割励磁线圈产生的磁场，导致正弦线圈B和余弦线圈C中感应出交流电压。经过测量这两个信号的相位差和幅度，可以准确计算出电机转子的绝对位置和旋转方向。

  ◎在信号的处理方面，电机控制器接收并分析旋变传感器的正弦和余弦信号，通过软件算法（通常是旋变编码器解析算法）解算出精确的角度信息。为更好的实现信号处理，常常要应用专门的解码芯片，解码芯片安装在电机控制器中，当然也可以软件解码来实现。

  因此在具体形态上旋变传感器通常由励磁线圈（初级线圈，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，随着电机的转动而转动。

  电涡流传感器则是利用电磁感应原理在发射端和接收端用相应的线圈来发射和接收感应的交流信号，从而计算目标轮的位置。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测量电机转子与定子相对位置。

  ◎在信号的处理方面，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，靶板跟随电机转动，对励磁磁场进行切割，从而使接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信号。与旋变传感器不同，电涡流传感器信号处理芯片与传感器集成在一起，可直接输出数字类信号。

  因此在具体形态上电涡流传感器通常由若干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接收线圈组成，固定在电机定子上，电涡流传感器通常直接布置在PCB中，同时集成了信号处理芯片。

  可以看出，旋变传感器和电涡流传感器在原理上的主要差异在于激励方式、信号生成机制以及信号处理的复杂度上。旋变传感器的优势主要在励磁信号的稳定性、工作环境的耐受性，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。电涡流传感器的优势则在于其电子化程度高，易于满足平台化需求，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，在部分场景中成本也高于旋变传感器。

  平台化兼容首先体现在转速层面，中国汽车工程学会编写的《节能与新能源汽车技术路线年，位置传感器最高工作转速达 20,000r/min、解码器带宽2.5kHz，至 2030 年位置传感器最高工作转速达 25,000r/min、解码器带宽3.0kHz。由此能够看出旋变传感器在高转速下存在一定挑战。

  这是因为旋变传感器的励磁频率与其设计时考虑的转速状态紧密相关，通常与当前的转速状态匹配。而随着转速提升，需要更高频率的励磁来准确测量，这要求旋变传感器在设计上做出改变。

  而电涡流传感器则没这个问题。艾菲汽车告诉NE时代，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的新趋势。它的支持范围广、响应速度快，且在高频信号处理方面表现更佳，这在某种程度上预示着对于未来更高转速的应用，电涡流传感器能够“向上兼容”。因此能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因素之一，

  另外，由于电涡流传感器形态多样，比如穿轴类型，轴端类似，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的具体方案时也相对来说更加灵活。

  旋变传感器的成本大多数来源于于材料和硬件，包括磁性材料（如硅钢片）、线圈等。所以整体的成本是依据其大小尺寸来定，通常尺寸越大，成本越高。

  电涡流传感器的核心成本主要在于其电子组件，处理芯片等，电子件的成本是相对固定的，因此电涡流传感器的核心成本并不随尺寸线性增长。

  因此对于大尺寸应用，电涡流传感器的成本要低于旋变传感器。但在小尺寸的电机方案中，旋变传感器则具有一定的成本优势。当然，具体到应用方案时，由于旋变传感器信号处理芯片往往不计入成本测算，因此具体的成本对比也存在一定差异。

  除了当前的成本对比，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，成本能够获得进一步下降。而旋变传感器则下降空间相对有限。

  因此在面向未来的成本要求时，电涡流传感器显然更具一定优势。近些年电涡流传感器市场占有率上涨的趋势明显，在国内市场中，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。

  虽然电涡流传感器应用的热度正在提升，但目前最常见的依旧是旋变传感器，其中就包括销量领先的比亚迪和特斯拉。究其原因，一种原因是电涡流传感器在汽车领域应用时间较晚，另一方面则是目前能够给大家提供电涡流传感器的供应商并不多，业内主要以艾菲、森萨塔等少数公司能够供应。

  ◎车规级挑战，电涡流传感器其实已经在工业领域有所应用，但在汽车领域，第一步是要满足的便是车规级的要求，尤其是功能安全的要求。以艾菲汽车为例，为了能够更好的保证电涡流传感器的稳定应用，在开发过程中就严格按照ISO26262的流程进行开发，确保功能安全等级的要求。

  ◎芯片的挑战，芯片不仅要满足功能的要求，同样需要满足车规级。作为电涡流传感器企业来说，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应用也至关重要。艾菲汽车通过与全球芯片厂商的多年合作建立一套完整的验证流程，艾菲汽车透露，国产芯片的引入已经在计划之内，当然前提是满足标准。

  ◎可靠性挑战，电涡流传感器由于安装的地方的原因，工作过程中容易受到电机中热冲击、冷却油溅射等挑战，这点尤其对芯片要求更大。艾菲汽车的解决方案是在芯片位置注胶处理，同时提升芯片自身的温度要求。以此来改善对环境的适应性，提升可靠性。

  未来，电涡流是不是能够完全取代旋变传感器，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。

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