안정적인 Durcrete 고 토크 드라이브 시험 시스템

전기 모빌리티 드라이브는 까다로운 요건을 충족하는 새로운 테스트 및 시험 장치가 필요하다. 시험 스테이션의 결정적인 구성 요소는 테스트 벤치의 베이스 프레임이며, 이 베이스 프레임은 안정적인 측정을 보장하고, 높은 부하로부터 드라이브 유닛을 보호해야 한다.

핵심 내용

  • 전기 모빌리티로 인해 시장에 등장한 고 토크 드라이브는 새로운 테스트 및 시험 시스템이 필요하다.
  • 시험 시스템의 기계적 구조는 측정 시 진동이 방해가 되지 않도록 형성되어야 한다.
  • 높은 강성과 뛰어난 댐핑 능력이 중요하며, 이는 시멘트 접착 광물 주물로 형성된 베이스 프레임으로 완성된다.

전문가들은 전기 모빌리티가 장기적으로 확산될 것으로 확신하고 있다. 이는 개발 단계와 추후 생산 중 점검을 위해서도 필요하기 때문에, 30.000min-1의 고 토크 드라이브를 테스트할 수 있는 새로운 테스트 장치와 시험 스테이션 시스템이 필요했다. 하지만 이러한 시험 시스템에 대한 요건은 매우 까다롭다. 따라서 고속이나 높은 역동성으로 작동할 경우, 시스템 자체의 거동이 테스트 결과에 영향을 미치지 않는 튼튼한 기계 구조가 필요하다. 현대식 시스템에서는 정렬에 따른 반경 방향 가진과 회전 가진 그리고 (내연 기관 시뮬레이션에서 나타나는 것과 같은) 소음 패턴은 시험 대상의 부하에 영향을 미칠 뿐만 아니라 전체 시험 셋업에도 중대한 영향을 줄 수 있다.

시험 대상에 부하를 줄 경우, 앞서 언급한 종류의 가진(진동 주체)은 의도적으로 설정할 수도 있지만, 시험 대상의 거동으로부터 생길 수도 있다. 이와 상관없이 전체 시험 셋업은 작동 범위에서 테스트 결과에 부정적인 영향을 주지 않도록 형성되어야 한다. 따라서 시험 대상 또는 구동 모터의 하부 구조 자체 거동 또는 시험 대상을 드라이브에 연결하는 방식도 시험 결과에 영향을 줄 수 있다. 목표는 항상 임계점 이하로 작동을 유지하는 것이고, 런업 시 그리고 그와 결부된 공진 범위가 시험 스테이션 어셈블리 변위를 방지할 수 있다. 임계점 이하의 작동을 위해서 매우 견고한 구조가 필요하다. 이 견고한 구조는 무른 구조와 달리 품질을 개선하고 구성 요소 정렬의 정밀도를 보장한다. 이 모든 요소는 측정 결과에 영향을 미치고 구동 모터의 시간적 가용성에도 영향을 주며, 기계적으로 부하를 줄여 수명이 길어지고 작업 중단 시간이 줄어든다. 전기로 구동되는 드라이브 유닛 시험 장치를 제조할 경우, 치수는 콤팩트하고 첫 번째 고유 주파수 값이 330Hz 보다 크게 높은 강성을 지닌 테스트 벤치를 추구한다. 또한 이 벤치는 공진 진동이 상승하지 않고, 진폭이 재빨리 약화되도록 댐핑 능력이 높아야 했다. 이렇게 해야 베이스 프레임의 기생 진동이 드라이브의 시험 결과를 왜곡하지 않는다. 소음 측정 시에도 이러한 시험 스테이션의 정숙성과 경미한 소음 발생이 긍정적으로 작용한다.

이 테스트 스테이션을 개발한 업체는 2013년 칼스루헤 기술 연구소(KIT)에서 설립한 OPVengineering이다. OPVengineering은 전체 테스트 벤치를 개발하고 제작하기 위해, 기계 제작에 시멘트 접합 광물 주물 전문 업체인 Durcrete의 노하우를 적용하였다. OPVengineering은 육중한 베이스 프레임을 위해 Nanodur 시멘트 E80을 선택하였다. 이 시멘트 접합 광물 주물의 탄성 계수는 80,000N/mm2를 넘고, 일체식 구조의 테스트 블록은 강도가 매우 높아, 단단한 알루미늄 블록의 강도와 견줄만하다. 이 물질은 결빙에도 강하고 최대 150° C의 온도에도 내성이 있어, 시험 대상의 냉각과 가열을 복잡하지 않게 실현할 수 있다. 드라이브와 유닛 그리고 브레이크는 정밀 제작 센터에서 밀링 및 드릴링된 강판을 통해 연결된다. OPVengineering은 간단한 구성을 선호하였고 이로써 시간을 절감할 수 있었다. 사각 블록을 이용하여 어렵지 않게 개별적으로 설계와 도면 작성이 가능하고, 그에 따라 강철 연결 플레이트, 도장 그리고 정확도가 결정되었다. 이 업체는 강과 시멘트 사이의 연결을 지정하여 시공 프로세스도 단순화하여, 최소 두께, 용접 이음새 등 세부 사항을 고려하지 않아도 된다.

Durcrete가 제작한 테스트 벤치 치수는 1450mm × 1100mm × 625mm이며, 무게는 약 3.5t이다. Durcrete에 따르면 이 재료의 높은 탄성 계수는 이례적으로 대규모 머신 베드 시장에서 유일무이하며, 산업적으로 제조된 골재에 의해 제조된다. 자체 압축 시멘트는 흔드는 공정 없이 제작하고, 가벼워 경제적인 일회용 목재 몰드면 충분하다. 최대 5μm의 정확도는 후속 가공에 의해 달성된다. 자동차 분야 고객에 대한 테스트 스테이션 동적 측정 결과는 훅 법칙(hooke’s law)에 따른 재료 구성으로 Nanodur 시멘트를 계산할 수 있으며, 완성된 테스트 벤치 측정과의 오차가 5% 미만이었다.