Drehlageerfassung statt Resolver für BEVs ...

Jun 28, 2023

Bestehende Lösungen zur Rotationsmessung basieren häufig auf dem Resolverprinzip, einer Art rotierendem elektrischen Transformator. Dieses System ist komplex und muss für jede Synchronmotorkonstruktion speziell angepasst werden. Der neue induktive Hochgeschwindigkeits-E-Motor-Rotationspositionssensor (eRPS) von Continental hingegen ist eine standardisierte Komponente, die für jeden Motor geeignet ist, unabhängig von der Polpaarzahl. Sensoren dieser Technologie seien problemlos von einem Motor auf einen anderen übertragbar, verspricht Continental. Im Vergleich zu Resolver-Sensoren sei der eRPS kompakter, 40 Prozent leichter und robuster, so Continental.

„Die zunehmende Elektrifizierung von Fahrzeugen führt zu mehr Synchronmotoren. Dies reicht von großen und leistungsstarken Motoren wie Traktionsmotoren bis hin zu kleineren wie Elektropumpen. Unsere standardisierte eRPS-Technologie bietet ein breites Anwendungsspektrum in Elektrofahrzeugen“, sagte Laurent Fabre, Leiter des Segments Passive Sicherheit und Sensorik bei Continental. „Messgenauigkeit, kompakte Abmessungen und das All-in-One-Sensorkonzept, das mehrere Funktionen vereint, tragen zu einer hohen Integration im Auto bei. Continental ist heute einer der führenden Anbieter von Motorpositionssensoren. Mit der Einführung des eRPS Wir sind gut aufgestellt, um auch bei Positionssensoren für Elektromotoren einer der führenden Anbieter zu werden.“

Das eRPS wurde speziell für die Steuerung von Synchronmotoren entwickelt, bei denen sich der Rotor mit der gleichen Geschwindigkeit dreht wie das Drehfeld in der Maschine. Um eine maximale Motoreffizienz zu erreichen, muss die Motorsteuerung die genaue Position des Rotors kennen, weshalb dieses Sensordesign ein wesentlicher Bestandteil von Synchronmotoranwendungen ist. Während der Resolver ein vergleichsweise massiver Sensor ist, ist der eRPS sehr flach und unterstützt kompakte Motordesigns mit kurzer Baulänge. Das Sensordesign basiert auf dem Wirbelstromprinzip und ist auf erhöhte Robustheit gegenüber mechanischen Toleranzen optimiert. Zur Signalverarbeitung werden moderne integrierte Schaltkreise eingesetzt. Diese wurden gemäß der Norm ISO 26262 für funktionale Sicherheit im Automobilbereich entwickelt, um ASIL C zu erreichen. Optional können zwei integrierte Schaltkreise in das eRPS eingebettet werden, um Redundanz zu gewährleisten, die ein wesentlicher Bestandteil der funktionalen Sicherheit von ist das Gesamtsystem.

Maßgeschneidert für Synchronmotoren: Continentals eRPS.

Obwohl der Traktionsmotor ein prominenter Anwendungsfall ist, gibt es in elektrifizierten Fahrzeugen auch andere Synchronmotoren. Trockenbremssysteme beispielsweise werden ebenfalls elektrisch betrieben und erfordern Positionssensoren. Bei der Entwicklung des eRPS hat Continental auf bestehende Erkenntnisse mit induktiven Messverfahren zurückgegriffen. Beispielsweise nutzt das Brake-by-Wire-System MK C2 einen induktiven Motorpositionssensor und war die Grundlage für die Entwicklung von Sensorkonzepten mit erhöhter Geschwindigkeit und Genauigkeit, wie es beim eRPS der Fall ist.

Als induktiver Drehpositionssensor deckt der eRPS mehrere Integrationskonfigurationen ab. Der Sensor kann durch die Rotorwelle oder am Ende der Welle montiert werden. Das Modul enthält Erreger- und Empfangsspulen, in die ein oder zwei integrierte Schaltkreise eingebettet sind, die die elektrische Winkelposition des metallischen Encoders auf der Rotorwelle direkt erfassen. Diese Lösung liefert ein Signal, das nur minimale Nachbearbeitung erfordert. Die elektrischen Winkelpositionsdaten werden für eine effiziente Drehmomentsteuerung der E-Maschine und zur Erzielung einer möglichst langen Motorlebensdauer benötigt.

„Das Signalmuster des eRPS ist einfacher zu handhaben als das eines Resolvers. Das Messprinzip ist schnell, robust und für hohe Motordrehzahlen und Beschleunigungen geeignet. Es ist sehr kompakt und erfordert ein Minimum an Teilen“, sagt Ronan LeRoy, Leiter des Produktzentrums Sensoren und Subsysteme im Segment Passive Sicherheit und Sensorik bei Continental.

Bei einer maximalen Stromaufnahme von 15 mA bietet das eRPS eine elektrische Genauigkeit von ±0,5° für einen Motor mit vier Polpaaren. Es ist darauf ausgelegt, die für zukünftige Elektrofahrzeugplattformen erforderlichen Drehzahlen (~24.000 U/min) abzudecken. Der Produktionsstart des eRPS ist für Ende 2025 geplant.

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