콘티넨탈, 전기차용 전기모터 로터 위치 센서 출시

콘티넨탈(Continental AG)이 혁신적인 센서를 선보이며 빠르게 성장하는 전기차 시장을 겨냥한 센서 포트폴리오를 확대하고 있다. 

콘티넨탈의 새로운 고속 유도 전기모터 로터 위치 센서(Inductive e-motor Rotor Position Sensor, eRPS)는 동기 전기모터에서 회전자(Rotor)의 정확한 위치를 감지하여 효율성을 높이고 원활한 작동을 가능하게 한다. 

기존의 회전 측정 솔루션은 회전식 전기 트랜스포머의 일종인 리졸버 원리를 기반으로 한다. 이 시스템은 복잡하며 각 유형의 동기식 모터 설계에 맞게 조정해야 한다. 반면, 콘티넨탈의 eRPS는 폴 페어(pole pairs) 수와 관계없이 모든 모터에 적합한 표준화된 부품이다. 콘티넨탈에 따르면, 이 센서는 리졸버 센서에 비해 작고 40% 더 가볍다. 양산 시점은 2025년 말로 예정돼 있다.
 

로렌 파브르(Laurent Fabre) 콘티넨탈 안전제어 및 센서(Passive Safety & Sensorics) 사업부 총괄은 “차량 전기화는 자동차에 더 많은 동기 모터를 요구한다. 이것은 트랙션 모터와 같은 크고 강력한 모터에서 전기 펌프와 같은 작은 모터에 이르기까지 다양하다. 우리의 표준화된 eRPS 기술은 전기차에 광범위한 애플리케이션을 제공한다.”며 “측정 정확도, 소형 치수, 여러 기능을 결합한 일체형 센서 개념은 자동차에 높은 수준의 통합에 기여한다. 콘티넨탈은 엔진 위치 센서의 주요 공급업체 중 하나다. 우리는 eRPS의 출시로 전기모터 위치 센서의 선도적인 공급업체 중 하나가 될 수 있는 유리한 위치에 있다.”라고 말했다. 

효율적인 모터 설계를 위한 센서 설계

eRPS는 로터가 기계의 회전 자계(rotating field)와 동일한 속도로 회전하는 동기 모터를 제어하도록 특별히 설계됐다. 모터 효율을 극대화하려면 모터 제어기가 로터의 정확한 위치를 알아야 하므로, 이러한 유형의 센서가 동기 모터 애플리케이션의 필수 요소가 된다. 리졸버는 상대적으로 큰 센서이지만, eRPS는 매우 평평하고 전체 길이가 짧은 소형 모터 설계를 지원한다. 센서 설계는 와전류 원리를 기반으로 하며 기계적 공차에 대한 견고성을 높이도록 최적화돼 있다. 첨단 집적회로(IC)는 신호 처리에 사용된다. 이 IC는 ASIL C를 달성하기 위해 ISO 26262 기능 안전 표준에 따라 개발됐다. 옵션으로, 전체 시스템의 기능 안전에 필수인 리던던시(Redundancy)를 보장하기 위해 eRPS에 두 개의 IC를 내장할 수 있다. 

전기화된 차량에는 더 많은 동기 모터가 있다. 예를 들어 건식 브레이크 시스템(유압 장치 없음)도 전기적으로 작동하며 위치 센서가 필요하다. 콘티넨탈은 eRPS를 개발하면서 유도 측정 방법으로 기존 지식과 경험을 활용했다. 예를 들어, MK C2 브레이크 바이 와이어(brake-by-wire) 시스템은 유도 모터 위치 센서를 사용하며, eRPS의 경우와 마찬가지로 속도와 정확도가 향상된 센서 개념을 개발하는 기반이 되었다. 

유도 원리를 통한 정밀 동작 감지

eRPS는 여러 통합 구성을 포괄하는 유도형 로터 위치 센서이다. 센서는 로터 샤프트를 통해 또는 샤프트의 끝에 장착될 수 있다. 모듈에는 로터 샤프트에서 금속 인코더의 전기적 각 위치를 직접 감지하는 하나 또는 두 개의 IC가 내장된 여기 및 수신 코일이 포함돼 있다. 이 솔루션은 최소의 신호 후처리가 필요한 신호를 제공한다. 전기적 각 위치 데이터는 전기모터의 효율적인 토크 제어와 모터의 최대 서비스 수명을 달성하는 데 필요하다.

로난 르 로이(Ronan Le Roy) 콘티넨탈 안전제어 및 센서 사업부 내 센서 및 서브시스템 제품 총괄은 “eRPS의 신호 패턴은 리졸버의 신호 패턴보다 처리하기가 쉽다. 측정 원리는 빠르고 견고하며 높은 모터 속도와 가속에 적합하다.”라고 말했다. 
 
최대 전류 요구량이 15 mA인 eRPS는 4극 쌍의 모터인 경우 ±0,5°의 전기적 정확도를 제공한다. 이것은 미래 전기차 플랫폼에 필요한 회전 속도(~24,000 rpm)를 지원하도록 설계됐다. eRPS의 작동 온도 범위는 –40 ℃ ~ +140 ℃이며 최대 155 ℃이다.

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AEM_Automotive Electronics Magazine