고효율 테스트 벤치를 갖춘 전기 모터의 혁신

Schabmüller GmbH는 이동 기기용 모터를 생산하는 시장 선도업체입니다. Schabmüller는 HBM과 함께 새로운 드라이브 유형에 필요한 새로운 테스트 벤치 개념을 개발했습니다. 주기가 정확한 테스트 및 측정용 정밀 장비의 장점에 편리한 테스트 벤치 개발의 장점이 결합된 개념입니다. 이 개념은 센서를 측정 시스템에 간편하게 통합하고 수집된 데이터를 토대로 테스트를 쉽게 제어할 수 있게 해줍니다. 실시간 DSP 계산 공식이 포함된 공식 데이터베이스가 있어 모터 개발자가 측정 및 테스트 작업에 맞는 개별 계산식을 빠르고 간편하게 만들 수 있습니다.

전기차는 현재부터 미래의 산업을 주도할 핵심 요인 입니다. 특히나 지게차와 같은 차량에서는 50년 전부터 전기 기기를 표준으로 사용해 왔으며 모터 성능과 효율에 대한 요구가 계속 커지고 있습니다. 따라서 전기 모터 제조업체들은 새로운 드라이브를 개발하기 위해 계속 연구하고 있습니다. 이와 동시에 필요한 정확도를 갖춘 새로운 모터를 테스트할 수 있는 새로운 테스트 벤치 개념도 필요합니다. 문제는 테스트 프로세스를 정밀하게 제어하면서 신뢰할 수 있는 결과를 얻는 것입니다. 배터리 동력을 사용하는 자동차용 전기 모터를 제조하는 세계 최대의 독립업체인 Schabmüller GmbH도 이러한 요건을 자체 테스트 장비에 적용합니다. 이 전기 모터 생산업체는 HBM과 함께 테스트 벤치 개념을 개발했는데, 이 개념을 이용해 이러한 요건에 따라 측정 데이터를 수집하여 평가할 수 있습니다.

Schabmüller는 지게차, 하이브리드 트럭, 버스용 전기 드라이브는 물론 건설 장비와 농기계용 전기 드라이브도 설계합니다. Schabmüller 개발자들은 HBM의 광범위한 측정 기술, 특히 Genesis HighSpeed 데이터 수집 시스템과 Perception 소프트웨어 프로그램에 의지하여 새로운 동기 모터 테스트 벤치를 개발하고 있습니다. National Instruments의 LabVIEW* 개발 환경을 사용하여 개발한 소프트웨어 프로그램을 테스트 벤치 자동화 및 제어용으로 배치했습니다. Schabmüller의 영구자석 동기기 기술 개발 책임자인 Martin Hafner 박사는 "Genesis HighSpeed 측정 시스템은 사용법이 매우 쉬우며, 모든 프로세스가 동시에 실시간으로 실행됩니다. 따라서 우리 테스트 벤치 소프트웨어를 개발하는 과정이 훨씬 더 간편해졌습니다. Genesis HighSpeed를 사용한 후에 National Instruments 구성품에 기반한 측정 시스템만 사용할 때보다 인건비가 크게 줄었습니다"라고 설명합니다.

현상

독일의 Schabmüller GmbH사는 광범위한 이동 기기용 전기 모터를 개발하고 있어, 새로운 세대의 동기 모터용 정밀 테스트 벤치가 필요합니다. 테스트 벤치 측정 시스템은 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하고, 빠르게 통합할 수 있으며, 사용법이 간단해야 합니다.

 

솔루션

Schabmüller는 HBM의 Genesis HighSpeed 데이터 수집 시스템과 함께 대용량 데이터를 빠르고 확실하게 처리할 수 있는 Perception 소프트웨어를 사용합니다. Perception은 자유롭게 프로그래밍할 수 있는 인터페이스로 LabView 소프트웨어와 측정 데이터를 교환하며 개별 테스트 벤치 구성품과 자동화된 테스트 프로세스를 제어합니다.

 

결과

Perception 센서 데이터베이스 덕분에 광범위한 종류의 센서를 플러그 앤 플레이 방식으로 측정 시스템에 간단하게 통합할 수 있습니다. Genesis HighSpeed는 측정 데이터를 확실하게 수집하고, 측정 결과를 실시간으로 계산하여 테스트 벤치 제어용으로 제공합니다. 프로그래밍 지식이 없어도 사용자 정의 계산 공식을 만들어 측정값에 실시간으로 적용하고, 후반 처리 과정에서 측정값에 적용할 수 있습니다. 따라서 테스트 프로세스의 효율은 향상되고 인건비는 절감됩니다.

혁신적인 전기 모터를 위한 첨단 테스트 벤치 개념

업계의 혁신을 주도하는 Schabmüller는 현재 고객들에게 영구적인 마그넷 형식의 전기 모터도 제공하고 있습니다. 이 새로운 유형의 드라이브는 기존 냉각 개념을 그대로 사용하면서도 출력은 유사한 비동기 모터와 동일하지만 점유 공간은 훨씬 작습니다. 냉각 개념을 최적화하거나 수정하면 이 효과를 훨씬 더 배가할 수 있습니다. 이를 위해서는 동기 모터가 더 높은 요구사항을 충족해야 합니다. 강력하고, 에너지 효율이 우수해야 하며, 공급 에너지를 최적으로 사용할 수 있도록 에너지 변환율이 높아야 합니다. 새로운 전기 드라이브의 정밀 테스트를 보장하기 위해 Schabmüller는 HBM 전문가들과 함께 테스트 벤치의 전체 측정망을 최적화했습니다.

Schabmüller의 개발 엔지니어인 Stefan Lauck은

"우리가 Genesis HighSpeed와 Perception 소프트웨어뿐만 아니라 LabVIEW 개발 환경도 선택한 이유는 Perception과 LabVIEW가 인터페이스로 연결하기가 매우 쉽기 때문입니다. Perception 센서 데이터베이스 덕분에 USB 장치를 컴퓨터에 꽂는 것과 같은 플러그 앤 플레이 방식으로 간단하게 광범위한 전류, 전압 및 토크용 센서를 측정 시스템에 통합할 수도 있습니다. 진동 센서를 전기 측정 장비로 통합하는 것도 간단합니다. 덕분에 테스트 벤치를 설치하는 시간과 자원을 덜 수 있었습니다"

라고 말합니다.

 

Schabmüller 테스트 벤치를 다양한 측정 작업에 사용하여 동기기의 출력과 에너지 변환 효율을 단기간에 또는 연속해서 확실하게 확인하거나 그 사용 수명과 구성품 신뢰성을 확인할 수 있습니다. Schabmüller 전문가들은 회전 속도와 토크를 측정하고, 효율성 지도를 만든 후, 이 측정 데이터를 토대로 종방향 및 횡방향 인덕턴스를 판단합니다. 그리고 Schabmüller는 최대 기계 응력에서 사용 수명을 실험합니다. 장기적 열 실험을 통해서도 다양한 장기 및 구간 부하 패턴이 모터 기능에 미치는 다양한 영향을 확인합니다. Stefan Lauck은 "전기 모터는 사용 수명이 50,000시간 이상이 되어야 합니다"라고 설명합니다.

초고속 실시간 테스트를 위한 최적의 시스템

모든 측정 데이터를 확실하고 안정적으로 확인하기 위해서는 테스트 벤치의 개별 구성품들이 완벽하게 호환되어야 합니다. 센서들은 전류, 전압, 온도, 토크 같은 측정 신호를 수집하여 데이터 수집 시스템으로 전달합니다. Schabmüller 테스트 벤치에서는 Genesis HighSpeed GEN7tA 데이터 수집 시스템이 GN610B 수집 카드와 함께 사용됩니다. DSP, 즉 카드의 디지털 신호 처리 장치가 측정 데이터를 처리하며 최초 결과를 실시간으로 계산합니다. 계산된 측정 결과는 EtherCAT 연결 덕분에 초당 최대 1000배 빠른 속도로 LabVIEW로 전달되어 분석됩니다. 이와 동시에 HBM의 Perception 소프트웨어도 수집된 모든 원시 데이터를 저장합니다. Stefan Lauck은 "측정 데이터와 실시간 컴퓨팅 결과가 동시에 수집되어 전달되기 때문에 타임스탬프가 동일합니다. 이는 분석하는 데 있어 엄청난 장점입니다.

Perception으로 우리 자체의 계산 공식을 만들어 공식 데이터베이스에 저장할 수도 있습니다. 이러한 공식은 DSP에서 후처리 및 실시간 계산에서 사용할 수 있어 해당 컴퓨터 아키텍처를 프로그래밍할 필요가 없습니다

Perception은 자유롭게 프로그래밍할 수 있는 소프트웨어 인터페이스를 통해 LabVIEW 소프트웨어와 통신합니다. LabVIEW 소프트웨어는 테스트 벤치 프로세스의 제어와 자동화를 담당합니다. 실시간 컴퓨팅 결과를 토대로 부하 및 테스트 표본 기기의 인버터를 제어합니다. Stefan Lauck은 "측정 데이터를 주기-동기 개별 값으로 처리할 수 있습니다. 이후 관련된 주기-동기 컴퓨팅 결과만 사용하여 테스트 프로세스를 제어하고 자동화합니다. RMS 전류와 전압 또는 토크 값이 이에 해당합니다. 필요할 경우 원시 데이터도 저장되기 때문에 좀 더 광범위한 후처리 분석에 이를 사용할 수도 있습니다"라고 말합니다. 주기-동기 개별 값 외에 연속 측정 데이터도 Perception 공식 데이터베이스에 연결하여 실시간으로 처리할 수 있습니다. 두 작업 모두 프로그래밍 지식이 필요 없습니다.

간편한 센서 통합 및 채널 동기화

Stefan Lauck은 "LabVIEW와 HBM의 Perception 소프트웨어를 결합하여 실제로 우리가 얻는 이점이 많습니다. Genesis HighSpeed는 센서의 측정 데이터를 동시에 기록하며, 최대 51개의 전력 채널에서 최고 2MS/s의 샘플 레이트가 가능합니다. 서로 다른 채널과 입력 카드의 샘플 레이트를 자동으로 동기화합니다. 따라서 사용자의 간접비가 크게 절감됩니다. 그리고 TDMS 데이터 형식 같은 LabVIEW의 장점을 최대한 활용하여 대용량 데이터를 빠르게 저장할 수 있었습니다. 덕분에 광범위한 소프트웨어 제품을 사용하는 추후 데이터 분석이 수월해집니다"라고 말합니다.

Schabmüller 개발자들은 데이터 수집 시스템을 테스트 벤치에 통합할 때 HBM의 Perception 전문가들로부터 맞춤 지원을 받았습니다. Stefan Lauck은 "Perception은 데이터를 확실하게 수집하는 효율적인 소프트웨어 프로그램입니다. HBM에서 기본적인 교육을 제공한 덕에 빠르게 익힐 수 있었습니다. 그리고 Perception은 사용이 매우 간편해 특정 용도에 맞게 측정 시퀀스를 정의할 수 있습니다"라고 말합니다.

* LabVIEW는 National Instruments의 상표입니다. HBM, HBM에서 제공하는 모든 소프트웨어 프로그램, 제품, 서비스는 National Instruments와 무관하며, 그 추천이나 후원을 받지 않습니다.

Schabmüller GmbH

Schabmüller GmbH 사는 전기 모터를 제조하는 세계 최대 규모의 독립업체로서, 연간 300,000대 이상을 생산하며, 연매출은 9천만 유로를 넘습니다. 바바리아 베르힝에 있는 이 회사는 50년 이상 해외 여러 국가의 지게차, 건설 장비, 농기계, 하이브리드 버스, 트럭 생산업체에 제품을 공급해왔습니다. Schabmüller는 광범위한 지게차의 리프팅 프로세스를 매핑할 때 필요한 스티어링 시스템 또는 펌프 모터와 추진 드라이브로 배치되는 DC, 비동기 및 동기 모터를 생산합니다. 이 회사의 성공 요인은 하나입니다. Schabmüller는 표준 모터를 개발하지 않고 특정 용도에 사용되는 고객별, 주문 제작 모터를 개발하는 데 집중합니다.

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