LEMは、自動車用トラクションインバータ向けに幅広い電流センサを提供しています。ゲートドライバ基板への実装、パワーモジュールとのプラグアンドプレイ、統合バスバー搭載など、様々な組立コンセプトを通じて高度な統合を実現し、近い将来には磁性コア不要のソリューションも提供予定です。LEMは世界の主要な自動車・バス・トラックメーカーおよびティア1サプライヤーと協力しています。
なぜ電流センサは自動車用モーター制御アプリケーションにおいて非常に重要なのか
電気自動車およびハイブリッド車では、数百kWに達する電動機を高い精度と信頼性で駆動するためにトラクションインバーターが必要である。
電流センサが自動車用モーター制御アプリケーションにおいて重要な理由は以下の通りである：
トルク制御
乗用車において正確なトルク制御は極めて重要である。滑りやすい路面や困難な走行条件下において、特に車輪のスリップや制御不能のリスクを低減することで車両の安全性を高め、広範囲な運転条件下で駆動システムが最高レベルの効率を発揮することを保証する。さらに、滑らかで最適な加速と回生ブレーキを通じて、最高の運転体験を提供する。
電動機が生み出すトルクは、その巻線に流れる電流に正比例する。この電流を正確に監視することで、様々なパラメータを考慮した制御ループが電動機のトルク出力を調整できる。
故障および過負荷検出
電流レベルの異常な増減は、モーター内部の短絡、断線、巻線故障などの不具合を示唆する可能性があります。電流を継続的に監視することで、制御システムはこれらの不具合を早期に検知し、さらなる損傷を防ぐための適切なシャットダウンを可能にします。その目的は、システムの「機能安全」と呼ばれるものを保証することにあります。
モーター制御用自動車電流センサの主要特性
牽引用インバータ向け電流センサは、様々な特性間で最適なトレードオフを達成する必要がある。
広い電流測定範囲：自動車用トラクションインバータ向け電流センサは、モーターのあらゆる動作点をカバーするため、0Aから数千アンペアまでの広い範囲の電流を検出できる必要がある。
高精度かつ外部磁界に対する耐性：電流を正確に測定することで、モーターのトルクを正確に推定できます。オフセットなどの一部の誤差は動作中にシステムレベルで補償可能ですが、外部磁界は追加の誤差要因となる点に留意してください。このため、電流センサ技術と製品がインバータに組み込まれる設計方法を深く理解することが、最高の性能を得るための鍵となります。
高帯域幅：電流センサの主目的はモーターに流入する電流を監視することであるため、モーターの基本周波数（最大2kHzに達する）を追従できる十分な帯域幅（通常40kHz以上）を有することが重要である。高い帯域幅によりインバータのPWM周波数を測定可能となり、幅広い情報を提供することでモーター制御の柔軟性を高めることができる。
高速応答時間：高速応答時間を備えた電流センサは、例えばモーター巻線における短絡からモーターを迅速に保護することを可能にします。
高集積性と容易な組立性：高出力性能にもかかわらず、インバータのコンパクト性を維持することが重要である。これにより車両への組み込みが容易になり、乗客スペースの拡大が可能となる。多様な形状のコンパクト電流センサと、ゲートドライバ基板上・パワーモジュール上・バスバー上への組立コンセプトにより、設計の柔軟性が実現される。
品質と信頼性：あらゆる自動車部品と同様に、電流センサは乗用車の想定寿命にわたって過酷な環境下で確実に動作するよう設計されていることが重要です。そして最後に、部品レベルだけでなく製造工程およびサプライチェーン全体にわたる品質が、最も厳しい自動車品質基準を満たす必要があります。
牽引インバータ用電流センサの主要技術
電流を検出する技術は数多く存在する。しかし、広く普及しているのは、コスト、サイズ、性能、使いやすさのバランスが最も優れているものである：
- コアベースのホール効果オープンループ電流センサ：使用が簡便で、高S/N比による良好な精度、広帯域幅、外部磁場に対する高い耐性を有する。体積が大きくなる傾向があるが、多様な形状によりこの制限を克服可能。
- コアレス・ホール効果オープンループ電流センサ：最低コストで高集積化を実現。あらゆる条件下での寿命性能を保証するには、設計努力と安定した製造プロセスが不可欠。
- シャント：低電力用途で特にコスト効率に優れ、電流がPCBA上に流れることが可能で外部磁界の影響を受けない。ただし電流増加時に大きな電力損失を発生。絶縁を確保するには追加回路が必要。
LEM自動車用トラクションインバータ向け電流センサ
LEMは、牽引用インバータ向けに特別設計された多様な形状の電流センサを幅広く提供しています。これにより、モーター相、バッテリーのDCリンク、さらには外部励磁モーターが永久磁石に代わる場合でも回転子巻線上の電流を検出することが可能です。
運動制御アーキテクチャ
現在提供されている全電流センサはコアベースのホール効果電流センサであり、多様な形状バリエーションにより高い集積度を実現し、インバーターへの容易な組み込みを可能としています。
位相モーター電流検出ソリューション
モーター制御アプリケーションにおける位相測定は、モーターの位相のタイミングと同期を監視・調整し、効率的な動作と速度・トルクの正確な制御を確保するために不可欠です。
位相測定には、HAH3シリーズ、特にパワーモジュールに実装されたHAH3 S07/SP42を推奨します。
HAH3シリーズ
- 三相オープンループ自動車用ホール電流センサ
- 測定範囲：800A、900A、1000A、1100A、1200A
- 温度範囲および寿命全体で3%の総合精度
- 50kHz帯域幅、2µsの高速応答時間
高性能化のための直流リンク電流センサ
DCリンクは、電流センサを用いたモーター制御アプリケーションにおいて極めて重要であり、安定した電圧基準を提供することで、正確な電流測定と効率的なモーター運転を可能にします。
統合バスバーを備えたHSTDRシリーズは、DCリンクに最適です。
外部磁界励磁ロータ用電流センサ
回転子外部励磁は、巻線付き回転子に電流を流し、動的に磁化させることを指す。
この用途では、プリント基板アセンブリ（PCBA）上の表面実装デバイス（SMD）に統合されたHMSRセンサが最適な製品である。
自動車用モーター制御製品
| |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 帯域幅 | 50kHz | 50kHz | 50kHz | 50kHz | 50kHz | 50kHz | 50kHz |
| 消費電力 | 15mA | 15mA | 15mA | 15mA / phase | 15mA / phase | 15mA / phase | 15mA / phase |
| 電流範囲 | 1 Phase +/- 900A | 1 Phase +/- 1200A | 1 Phase +/- 1500A | 2 Phases +/- 650A | 3 Phases +/- 900A | 3 Phases +/- 900A | 3 Phases +/- 1200A |
| 最大供給電圧 | +5V | +5V | +5V | +5V | +5V | +5V | +5V |
| 取り付け | Busbar | Integrated Busbar | Busbar | Busbar | Busbar | Busbar | Infineon Hybrid Pack |
| 出力 | Through-Hole PCB Voltage | Voltage Molex Connector | Voltage Tyco Connector | Voltage JAM Connector | Voltage Hirose Connector | Voltage Molex Connector | Voltage Pressfit |
| 総合精度 | 2% | 3.2% | 3.75% | 3.2% | 3.5% | 4.25% | 3.2% |
| 技術 | Open Loop Hall Effect | Open Loop Hall Effect | Open Loop Hall Effect | Open Loop Hall Effect | Open Loop Hall Effect | Open Loop Hall Effect | Open Loop Hall Effect |
品質
製品資料
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