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Neuer Conti-Sensor für mehr Effizienz bei E-Autos

Ein neuer High-Speed-Rotationssensor des Zulieferers erfasst durch Induktion die Winkelposition der Rotorwelle und soll E-Fahrzeuge entscheidend effizienter machen.

Der standardisierte E-Motor-Rotationspositionssensor ist einfach einsetzbar, effizient sowie kompakt und leicht.| Foto: Continental
Der standardisierte E-Motor-Rotationspositionssensor ist einfach einsetzbar, effizient sowie kompakt und leicht.| Foto: Continental
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Thomas Kanzler

Das Technologieunternehmen Continental erweitert sein Sensorportfolio für den schnell wachsenden Markt der Elektromobilität mit der Vorstellung eines neuen Sensors. Der induktive Hochgeschwindigkeits-E-Motor-Rotationspositionssensor (eRPS) erfasst die genaue Position des Rotors in einem elektrischen Synchronmotor. Das soll zu einer Steigerung der Effizienz sorgen und einen reibungsloseren Betrieb ermöglichen.

Standardlösung für fast alle E-Autos

Bestehende Lösungen für die Rotationsmessung basieren häufig auf dem Resolverprinzip (einem rotierenden elektrischen Transformator), einem komplizierten System, welches für jede Ausführung von Synchronmotoren speziell angepasst werden muss. Der eRPS ist hingegen ein standardisiertes Bauteil, welches unabhängig von der Anzahl der Polpaare für jeden Motor geeignet ist. Dieser neue Sensor lässt sich leicht von einem Motor auf einen anderen übertragen, was ihn zu einer attraktiven Option für Elektrofahrzeuge macht. Im Vergleich zu bestehenden Resolversensoren ist der eRPS kompakter, um 40 Prozent leichter und wesentlich robuster. Der Produktionsstart ist für Ende 2025 geplant.

„Die zunehmende Elektrifizierung von Fahrzeugen führt zu mehr Synchronmotoren. Das reicht von großen und leistungsstarken Motoren wie Traktionsmotoren bis hin zu kleineren wie elektrischen Pumpen. Unsere standardisierte eRPS-Technologie bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in Elektrofahrzeugen“, sagte Laurent Fabre, Leiter des Segments Passive Safety and Sensorics bei Continental. „Messgenauigkeit, kompakte Abmessungen und das All-in-One-Sensorkonzept, das mehrere Funktionen kombiniert, tragen zu einem hohen Integrationsgrad im Auto bei.“

Kleiner Sensor für kompaktere Motoren

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.

Redundanz für maximale Sicherheit

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.

Entwicklung auf Basis des Conti Brake-by-wire Konzepts

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.

Sensoren erhöhen die Lebensdauer des E-Motors

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. Die elektrischen Winkelpositionsdaten werden für eine effiziente Drehmomentsteuerung der E-Maschine und zum Erreichen einer möglichst langen Lebensdauer des Motors benötigt. Zudem habe laut Ronan LeRoy, Leiter des Product Centers Sensors and Subsystems im Segment Passive Safety and Sensorics bei Continental,  der neue Sensor weitere Vorteile gegenüber bestehenden Sensor-Lösungen:

„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.“

Was bedeutet das?

Mit dem neuen eRPS Sensor erweitert der Konzern sein Portfolio an speziell für die E-Mobilität entwickelten Bauteilen. Durch die standardisierte Lösung lässt sich der Sensor an jedem Synchronmotor adaptieren.

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