전기자동차에 작용하는 토크 측정

이동성(모빌리티)의 패러다임이 점차 내연기관에서 전기모터로 변화하면서 그에 따른 테스트 측정 기술도 변화하고 있습니다. 전기 구동 시스템은 크기가 작고 가볍기 때문에 기존의 내연기관보다 현저히 높은 전력밀도를 제공합니다. 전기모터는 열손실을 10%까지 감소시키고, 발생한 전기에너지의 90%는 기계에너지로 변환합니다. 자동차에 쓰이는 전기 구동 시스템은 훨씬 더 높은 회전 속도에서 작동하기 때문에, 토크 측정 기술 분야에서 e-모빌리티 테스트벤치가 도전과제로 부상하고 있습니다.

높은 회전 속도와 다양한 출력 신호

HBM에서 제공하는 T11 토크 트랜스듀서는 이미 2004년에 공칭(정격) 회전 속도의 새로운 기준을 갱신하였습니다. T11 제품은 모터스포츠 분야에서 오랫동안 표준 제품으로 사용되어 왔고, 회전 질량과 질량 관성 모멘트가 작기 때문에 최대 30,000 rpm까지 회전 속도를 측정할 수 있습니다. 지속적인 연구개발 끝에 본 센서 제품은 2016년 T40 시리즈로 대체되었습니다.

공칭(정격) 회전 속도가 최대 45,000 rpm까지 증가하면서 최신형 세대의 트랜스듀서는 EtherCAT 및 PROFINET 인터페이스를 갖추게 되었습니다. 이 신제품을 이용하면 동적 용도에 적합할 뿐아니라, 보다 높은 사양의 자동화 및 제어시스템에 토크 및 회전속도 측정값을 훨씬 쉽게 통합할 수 있습니다.

전기 구동장치의 빠른 회전 속도뿐 아니라 동적 거동도 고려하면 향후 보다 높은 사양의 e-모빌리티 테스트벤치를 개발해야 합니다. 또한 질량 관성 모멘트 감소 및 경량화도 개발 시 고려해야 할 중요한 사항입니다. 그러나 전기 파워트레인 최적화가 진행되면서 측정 시스템 개발이 더욱더 까다로워지고 있습니다. 전기 구동장치는 90%가 넘는 에너지 변환 효율을 제공하고 기존의 내연기관과는 매우 다르기 때문에, 앞으로 구현할 각각 다른 측정 시스템의 차이점들을 반영할 수 있도록 측정 설비의 정확도를 향상시켜야 합니다. T12HP 정밀도 토크 트랜스듀서는 이와 같은 최적화 작업을 성공적으로 수행하기 위해 개발된 제품입니다. 본 제품군의 최대 허용 속도는 22,000 rpm, 정밀도 등급은 0.02입니다. 본 트랜스듀서는 기본적으로 높은 정밀도를 갖추고 있기 때문에, 최대 10kNm의 측정 범위에 걸쳐 FlexRange™ 기능을 활용할 수 있습니다. 따라서 고객사는 정해진 측정 범위들 사이를 왔다갔다할 필요가 없고 자유롭게 선택 가능한 측정 범위에서 제품을 이용할 수 있습니다.

도전 과제: 측정 범위를 자유롭게 지정할 수 있는 토크센서

T12HP 정밀한 토크센서는 이와 같은 최적화 작업을 성공적으로 수행하기 위해 개발된 제품입니다. 본 센서는 최대 22,000 rpm, 0.02의 정밀도 등급을 제공합니다. 기본적으로 높은 정밀도를 갖추고 있기 때문에, 최대 10kNm의 측정 범위에 걸쳐 FlexRange™ 기능을 활용할 수 있습니다. 따라서 토크 측정 시 정해진 범위들 사이를 왔다 갔다할 필요가 없고 자유롭게 선택 가능한 측정 범위에서 제품을 이용할 수 있습니다.

사회 전반적으로 환경 문제에 대한 인식 제고와 지속 가능성을 추구하는 경향이 뚜렷해지면서 e-모빌리티 개발에 영향을 미치고 있습니다. 스트레인 게이지 기반의 토크 센서는 향후에도 기계 및 차량 부품 최적화 공정에 필수적인 부품으로서 중요한 역할을 맡게 될 것입니다.

전체적인 측정 체인 솔루션

eDrive 솔루션은 전기 모터 개발에 사용되는 물리적(예: 토크), 전기적(예: 전류 및 전압) 측정량을 수집하고 분석하는 것을 목표로 합니다. 단일 소스로부터 전체적인 시스템을 연결, 분석하여 모터와 인버터간의 엔진 효율을 분석, 손실을 최소화 할 수 있습니다.

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