Solução para sensores de posição angular imunes a campos magnéticos externos

Abstract

Com o aumento da utilização automóvel e da preocupação do impacto ambiental que estes causam, surgiu a necessidade de criar veículos mais ecológicos, encontrando-se neste momento a produção de carros híbridos e elétricos em expansão. Durante o desenvolvimento de carros elétricos, novos problemas surgem, assim como a necessidade de os resolver. Devido ao aumento da quantidade de cabos elétricos neste tipo de automóveis, novos campos magnéticos são gerados, causando novas interferências nos SPA (Sensor Posição Angular) magnéticos. Esta dissertação tem como objetivo estudar e implementar uma solução para um sensor de posição angular magnético, que seja imune a campos magnéticos externos de 3.2mT. Atualmente, este tipo de sensores não pode ser aplicado diretamente em carros elétricos, devido às dimensões dos campos magnéticos gerados pelos diferentes cabos, que excedem a perturbação mínima suportada por estes. A resolução deste problema tem bastante importância para a indústria automóvel, não só para a aplicação direta destes sensores em carros elétricos, mas também pelo facto de serem magnéticos e de não apresentarem, por isso, desgastes como os mecânicos, sendo uma vantagem notória a sua aplicação em mais partes do veículo. Nesta dissertação, de forma a resolver este problema, simulam-se e verificam- se várias possíveis soluções, com o recurso a ferramentas como o ANSYS e o Rhinoceros. Foram considerados parâmetros como a permeabilidade magnética e novas arquiteturas, usando princípios diferenciais e campos magnéticos gerados por bobines de Helmholtz. De momento já existem duas implementações que tornam os SPA magnéticos imunes a campos magnéticos externos. Uma delas incide na blindagem da região de interesse com um material de maior permeabilidade, sendo este responsável por atenuar os campos parasitas; a outra tem como base o princípio diferencial, onde o próprio sensor magnético anula os campos magnéticos externos homogéneos. Ambas as soluções são estudadas, sendo a primeira testada ao nível da simulação magnética, de forma a verificar a viabilidade da aplicação no caso em estudo.

Nowadays, the main focus on the population’s mind is the environment, and how reduce the impact on it. Because of this and the electronic evolution, the number of sales of electric vehicles is increasing daily. Every day new ideas arise and new problems need to be solved. One of the topics targeted on research is the angular position sensors, based on magnetic effects. These kind of sensors present advantages, being the more profitable, the non mechanical wear, result of non contact between sensor’s parts. This characteristic makes them favourites when compared with other types of sensors. They can be applied in different parts of the vehicles, like pedals, to measure the pressure angle, and steering wheels, to measure the direction angle. On fuel vehicles magnetic angular sensors work seamless, but on electric vehicles this doesn’t happen, because the number and amplitude of magnetic fields increase substantially, induced by the higher number of electric cables. The electromagnetic interference is, in this case, superior than these type of sensor can handle, so they can’t be applied directly, on electric cars. The resolution of this problem has a huge importance to the automotive industry, since it can increase the range of applications. This sensor would be able to be applied in a larger range of measures, so the costs of the production’s vehicle would decrease, because they would have just one sensor doing the job of many. This dissertation has as main goal the study and development of a solution to the problem described. In order to do that, several simulations must be performed and different possible solution checked, using tools like ANSYS and Rhinoceros, managing parameters like magnetic permeability and methods like Helmholtz coil and differential principle.