[HBM]eDrive로 모터 토크 분석(Torque Analyzer)

 

목차

 

 

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토크 센서(Torque Sensor)

토크 센서로 토크를 계측할 때 아래 항목들을 고려하여야 합니다.

• 정확성(Accuracy) : Normial Torque에서 Ripple 성분 분석 시 필요
• 주파수대역(Bandwidth) : 검증할 주파수 영역
• 속도(Speed) : 고속에서도 센서가 탈착되지 않고 센서의 비틀림 강성(Torsional Stiffness)유지
• 마운팅(Mounting)
• 신호 종류(Signal Type)

 

위 그림은 토크 센서를 간략화한 그림입니다. 왼편의 그림은 Stator(고정자)이고 가운데가 Rotor입니다. 텔레메트리 형식으로 값이 전달 되고 Rotor와 Stator는 디커플(De Couple)되어 있습니다(1~2mm 에어갭). 

 

• Stator와 Rotor 는 디커플
• Rotor는 인덕터로 전원 공급(Indirect)

 

가장 오른쪽 그림은 로터의 단면으로 Strain Gauage가 약 12~16개 부착되어 토크를 측정 합니다. 

 

• 스트레인 게이지 부착: 재료와 형태를 토크 측정에 맞춰 제작
• Strain Gauge Amplifier: 전자회로로 스트레인 게이지에 파워 공급 및 속도, 온도, 선형, 히스테리스 성분에 의한 에러를 보상함, 출력신호(5V)를 디지털 신호로 변환해서 전달

 

 

 

 

토크 센서 데이터 측정 및 출력 처리

그림은 Rotor와 Stator를 도식화한 그림입니다. 

 

처리과정은 아래 번호 순서대로 진행합니다.

 

 

회전자(Rotor) 사이드

 

1. 스트레인 게이지 출력

2. 아날로그 출력 신호 필터링

3. 아날로그를 디지털 신호로 변환(ADC Converter)

 

 

고정자(Stator) 사이드

 

4. 텔레메트리(Telemetry)로 디지털 신호 수신

5. 신호 보상(Signal Compensation) 및 선형화 처리(Linearization)

6. 디지털 신호 필터링

7. 디지털 신호를 주파수 신호로 변환

 

 

출력으로 나온 주파수가 60kHz는 0Nm 토크 값이고 90kHz는 Positive Full scale이고 30kHz는 Negative Full scale 값입니다. 

 

 

 

eDrive 시스템

고정자에서 나온 출력은 최종적으로 위 그림과 같은 eDrive Analyzer로 들어 갑니다.  

 

위 그림은 eDrive의 카운터(Counter)의 스펙과 실제 입력으로 들어오는 주파수 Pulse 신호 입니다. 여기서 주의 할점은 Pulse 신호는 주파수 값을 통해 읽는 디지털 값이라는 점입니다.

 

• 고정밀 타이머 카운터로 주파수 기록
• 타이머는 5Mhz 성분까지 기록 가능, 고정자 최대 출력 90Khz 커버 가능
• 신호가 아닌 레벨 크로싱으로 카운팅함 (Rise에서 카운팅)
• 레코딩 기능으로 측정 시간을 선택 가능

 

 

 

 

 

아래 그림은 eDrive를 사용해서 토크를 분석한 그래프입니다.

 

• Raw Signal은 Pulse 신호로 주파수로 토크에 대한 정보를 전달함, 위 그림은 Pulse가 조밀해서 선처럼 보임
• Cycle은 사인 신호의 Cycle로 Cycle Average로 Raw Signal 평균했을 때임
• 10Cycle Average를 통해 10번의 전기적 사인(Sine) 신호가 들어 갔을 때 토크 값을 비교해서 효율(토크/전기)을 확인함
• 200us, 66.6us 에서는 토크의 전체 평균이 아닌 토크 리플(Ripple) 성분을 확인할 수 있음
• 50us와 같이 평균 시간이 지나치게 작아지면 센서와 증폭기의 불확실성(Uncertainty)에 의해 에러 발생

 

 

 

 

 

위 테이블은 eDrive 의 주파수 카운터의 데이터시트 중 일부 입니다. Gate time inpact 항목을 보시면 Gate time에 따른 에러가 발생합니다. 에러 없이 토크 리플을 확인할 수 있는 영역은 "Area of interest" 입니다.