联合电子电涡流传感器解决成本、精度、体积与扩展性上的痛点！

NE时代新能源/李勇更新于 2025-04-10 09:28:33

目前市场上主流的新能源车用驱动电机转速范围在16000-21000rpm以内，普遍采用旋转变压器作为角度位置信号传感器去检测定转子的相对位置。但随着高压平台的兴起，对于电机的转速要求更严格，最高转速甚至超过30000rpm。采用旋转变压器已无法满足供应商与终端客户对转子位置高精度检测的要求，传统旋转变压器主要面临四大核心瓶颈；

◎信号精度不足：旋转变压器的激励信号频率为10kHz，在超高转速下采集到的基波数量锐减，20000 rpm时信号量仅为5000 rpm的1/4。拟合出的角度信号曲线与真实角度存在较大误差。

◎角度误差显著：当前大部分旋转变压器对于角度精度的控制要求为±33’mech(4对极：通常指四对N极和S极，泛指传感器)，而无法满足传感器高精度水平±22.5’mech(4对极)。

◎抗干扰能力弱：高速电机自身磁场以及电控IGBT端的开关会对角度传感器信号传递路径产生EMC干扰，旋转变压器励磁频率为10kHz，与IGBT开关频率一致。IGBT的开关易对传感器传输的原始载波产生影响，致使解调后的信号存在失真风险，从而导致角度信号精度下降。

◎体积与成本限制：旋转变压器自身原材料价格高（如TMR磁传感器需磁铁+芯片组合），工艺路线复杂，制程中涉及的诸如绕线、焊接等复杂工艺，很难降低成本控制。

相反电涡流传感器在设计上却能够较好地适应高转速的发展趋势，电涡流传感器是一种非接触式的传感器，也就是无需物理接触即可实现对导体表面缺陷、位置、速度、密度等参数进行检测。其信号延迟能做到4微秒以内，转子位置误差也可以做的很小，精度也比传统旋变位置传感器高。

图片来源：联合电子

但电涡流传感器由于线圈排布设计造成体积大、成本高，整体重量高；同时，采用的焊接方案无法灵活的完成变形，一旦涉及到不同客户对于线束的不同需求，需要进行整体的重新开发，结构设计不灵活，不利于扩展。

而且，TMR磁传感器虽然精度可能不错，但成本高，温度敏感，有退磁风险。光栅传感器精度高但成本高，环境适应性差，不耐油。

联合电子的这项专利方案通过多层PCB线圈设计、模块化接口、高频信号处理及环境适应性优化，系统性解决了电涡流传感器在成本、精度、体积与扩展性上的痛点。

01.产品结构与工作原理

其核心部件是由电涡流转子（金属目标轮）、印刷电路板组件（PCBA）、外壳组件、灌封胶和电涡流控制模块组成。

联合电子-电涡流传感器结构爆炸图以及装配示意图

其核心原理是通过正交分布的正弦和余弦绕组线圈，感应旋转磁场产生的高频信号，经芯片解调后输出正余弦包络信号，最终由MCU计算角度位置。相比传统旋转变压器，该技术无需复杂激励电路和解码器，成本更低、体积更小，且能支持最高150000rpm的高速检测。

其线圈采用环形结构+正交绕组（正弦余弦绕组垂直分布），均匀覆盖磁场感应区域，提升涡流信号接收灵敏度，减少电磁干扰。

其PCBA每层均布设完整周期的环形激励线圈与正交分布的正弦/余弦接收线圈，形成全圆线圈方案。激励线圈由电涡流控制模块驱动，产生2-5MHz的高频振荡磁场；当转子旋转时，接收线圈通过电磁感应捕获涡流引起的磁场变化，输出正交高频信号。控制模块内置专用芯片对信号进行高频解调，提取正余弦包络线模拟信号并实时传输至MCU，实现角度位置的高精度计算（延迟仅4μs）。

外壳组件通过通孔设计固定PCBA，并采用灌封胶（如环氧树脂）密封，增强耐油、耐温及抗冲击能力。输出端口采用接插件设计，支持线束组件的快速插拔，无需焊接，显著降低不同客户定制需求的开发成本。

02.联合电子的结构性能优化

为确保电涡流传感器的精度，联合电子采用了四层PCB布局，且每层板均布设有完整周期的激励线圈与接收线圈。这可以让接收涡流信号更强，轴向安装冗余大，对径向误差抵御能力强，精度高。当然，若不考虑制造成本，也可以采用更多层板的设计，例如，五层板、六层板、七层板、八层板等。

半圆形结构所对应的半圆形方案仅用了1/2圆的区域进行线圈排布，无法形成完整周期，识别信号误差较全圆方案高，若要采用半圆形方案，可通过软硬件进行补偿，例如，使用硬件RC滤波后，再使用软件针对模拟信号进行波形纠正和幅值补偿，可用于不同客户场景。

半圆设计-全圆设计

当然全圆的方案也有，将环形结构的电磁感应区中心为实心(即无镂空区域)，将其作为全圆方案，全圆方案的线圈能够以完整周期进行排布，感应涡流产生能够覆盖整个圆，故识别的信号完整度高，此外，由于全圆线圈方案的周期完整性，在下线测试的转子旋转过程中能进行周期性的补偿，对安装导致的径向误差具有较强抵御能力。因此，使得全圆设计方案能够具有更为优秀的精度，能够灵活应用到不同项目中。

此外，联合电子还提供了一个低成本的电磁方案设计，线圈排布最大直径30mm，当然，实际的电磁方案可按照对应的接口大小进行调整设计。传感器结构采用嵌件注塑形式，将输出插件与传感器本身集成，减少了因穿缸插件导致的额外线束插件成本，极大降低电桥布置成本。对比市面上批产的传感器进行了结构优化，包络直径由144Max缩小至59mm，整体重量减轻两倍，有利于整体降本，以使电涡流传感器具有体积小、重量轻的优点。