Neuer Rotationspositionssensor von Continental: Mehr Effizienz und reibungsloserer Betrieb für Elektrofahrzeuge

Der eRPS wurde speziell für die Steuerung von Synchronmotoren entwickelt, bei denen sich der Rotor mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Drehfeld in der Maschine dreht. Um einen maximalen Wirkungsgrad des Motors zu erreichen, muss die Motorsteuerung die genaue Position des Rotors kennen, was diese Sensorausführung zu einem wesentlichen Bestandteil von Synchronmotoranwendungen macht. Während der Resolver ein vergleichsweise massiver Sensor ist, fällt der eRPS sehr flach aus und unterstützt kompakte Motordesigns mit geringer Baulänge. Die Sensorbauweise basiert auf dem Wirbelstromprinzip und ist daraufhin optimiert, die Robustheit gegenüber mechanischen Toleranzen zu erhöhen. Für die Signalverarbeitung kommen hochmoderne integrierte Schaltkreise zum Einsatz. Diese wurden gemäß der Norm ISO 26262 für funktionale Sicherheit im Automobilbereich entwickelt, um ASIL C zu erreichen. Optional können zwei integrierte Schaltkreise in den eRPS eingebettet werden, um Redundanz zu gewährleisten, welche ein wesentlicher Bestandteil der funktionalen Sicherheit des Gesamtsystems darstellt.

Obwohl der Traktionsmotor eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs ein prominenter Anwendungsfall ist, gibt es in elektrifizierten Fahrzeugen weitere Synchronmotoren. Trockene Bremssysteme werden beispielsweise ebenfalls elektrisch betätigt und benötigen Positionssensoren. Bei der Entwicklung des eRPS hat Continental auf vorhandenes Wissen und Erfahrungen mit induktiven Messmethoden zurückgegriffen. Beispielsweise verwendet das Brake-by-wire-Bremssystem 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.

Der neue eRPS ist ein induktiver Rotationspositionssensor, der mehrere Integrationskonfigurationen abdeckt. Der Sensor kann durch die Rotorwelle hindurch oder am Ende der Welle montiert werden, in diesem Fall sogar mit Dichtungsfunktion. Das Modul enthält Erreger- und Empfangsspulen, in die ein oder zwei integrierte Schaltkreise eingebettet sind, welche direkt die elektrische Winkelposition des metallischen Encoders auf der Rotorwelle erfassen. Diese unkomplizierte, robuste und gewichtssparende Lösung stellt ein Signal zur Verfügung, welches nur eine minimale Signalnachbearbeitung erfordert. Die elektrischen Winkelpositionsdaten werden für eine effiziente Drehmomentsteuerung der E-Maschine und zum Erreichen einer möglichst langen Lebensdauer des Motors benötigt.

„Das Signalmuster des eRPS ist viel einfacher zu handhaben als das eines Resolvers. Das Messprinzip ist sehr schnell, äußerst robust und eignet sich für hohe Motordrehzahlen und Beschleunigungen. Es ist sehr kompakt und kommt mit einer minimalen Anzahl von Teilen aus“, sagte Ronan LeRoy, Leiter des Product Centers Sensors and Subsystems im Segment Passive Safety and Sensorics bei Continental.

Mit einer maximalen Stromaufnahme von 15 mA bietet der eRPS eine elektrische Genauigkeit von ±0,5° für einen Motor mit vier Polpaaren. Er ist so konzipiert, dass er die für künftige Elektrofahrzeugplattformen erforderlichen Drehzahlen (~24.000 U/min) abdeckt. Der Betriebstemperaturbereich des Sensors ist sehr breit und reicht von −40 Grad Celsius bis +140 Grad Celsius mit Spitzenwerten von bis zu 155 Grad Celsius.