EMC 테스트 챔버를 들여다보는 카메라

자동차 시스템에 많은 전자 장치를 사용되고 있어, EMC 테스트는 자동차 산업의 필수적인 부분이 되었다. 이 부문에서 카메라 시스템은 Faulhaber 초소형 DC 모터로 정렬한다.

안드레아스 제겐(Andreas Seegen): Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG 마케팅 책임자 / 엘렌 크리스틴 라이프(EllenChristine Reiff): Redaktionsbüro Stutensee 에디터

핵심 내용

  • MK-Messtechnik이 EMC 테스트용 챔버 내부에서 테스트가 진행되는 것을 확인하기 위해, 카메라 시스템을 제조한다. 테스트 당 최대 6개의 카메라를 배치되며, 이 카메라는 회전과 원격 제어가 가능하다.
  • 이 카메라들은 열 거동을 기록하기 위해 정밀하게 정렬해야 하며, 이를 위해 정밀하게 작동하는 견고한 전기 모터가 필요하다.
  • 이러한 요건은 Faulhaber의 1516 시리즈 DC 소형 모터가 충족하며, 특히 저전류 부하가 있는 애플리케이션에 적합하다.

전기가 관련된 곳에는 다른 전자 부품을 방해할 수 있는 전자기 펄스가 발생한다. 따라서 EMC 테스트는 자동차 산업과 같은 분야에서 필수적이다. 오작동은 라디오의 간섭 잡음에서 전자 제어, 안전 및 지원 시스템에 대한 심각한 영향에 이르기까지 다양하다.

오늘날의 자동차에는 민감한 전자 장치들로 가득 차 있다. “자동차에 라디오만 달려 있는 시대는 끝났습니다. 시간이 지나면서 ABS와 에어백에서 셀룰러 통신 및 내비게이션에 이르기까지 많은 전자 장치들이 추가되고 있습니다.”(마틴 쿨, MK-Messtechnik 창립자 겸 전무이사) 개별 시스템은 서로 간섭하거나 차량 외부의 다른 시스템을 손상시키지 않아야 하고, 외부 충돌에도 둔감해야 한다. 전자 엔지니어인 마틴 쿨이 슈투트가르트 대학에서 공부할 때 Daimler의 테스트 실험실에서 측정 작업을 수행한 적이 있다. 이 실험실에는 적용 가능한 한계 값을 훨씬 초과하는 강한 전자파가 발생하기 때문에, 실험실 챔버는 테스트 중에 밀봉되어 내부에서 일어나는 일은 카메라를 통해야만 관찰할 수 있다. “우리는 그 당시 테스트 챔버를 위한 모니터링 장치를 만들라는 첫 번째 요청을 받았습니다. 초창기에는 이러한 카메라 수요가 연간 100대에 미치지 못하였기 때문에, 대기업들은 이 시장을 중요하게 생각하지 않았습니다.” 마틴 쿨은 새로운 기회를 포착하고 해당 카메라 시스템을 개발하여 제조하였다. 개발에 성공하기까지 시간이 오래 걸리지 않았으며, 오늘날 모든 자동차 제조업체는 EMC 테스트에서 MK-Messtechnik의 카메라를 적용하고 있다.

다양한 테스트 목적에 맞는 카메라 시스템

테스트 목적에 따라 다른 시스템을 사용하고, 벽에 영구적으로 장착하거나 다양한 스탠드에 부착할 수 있다. 또한 운전석에 배치하고 최대 6대의 카메라를 수용할 수 있는 소위 ‘시트 박스’도 있다. 이를 통해 테스트 중에 차량의 대시 보드, 모든 디스플레이, 표시부 및 제어 요소를 관찰할 수 있다.

전자기 적합성은 내연기관 자동차보다 전기 자동차에서 훨씬 중요한 역할을 하기 때문에 MK-Messtechnik은 전기 이동성 추세를 따르고 있다. 열차, 항공기, 선박의 전자 제품도 이 EMC 테스트를 통과해야 한다.

EMC 테스트 챔버에 사용하기 위한 견고한 카메라 시스템

EMC 테스트 프로세스를 용이하게 하기 위해 원격 제어 기능이 있는 회전식 카메라를 포함하는 포트폴리오를 확장하였다. 원래는 벽걸이용으로 계획했지만 모바일 시스템이 증가하면서 모바일 버전에 대한 수요도 증가했다. “우리는 완전히 새로운 관점에서 기계적 안정성이라는 주제를 다뤄야 했습니다. 우리 시스템은 매우 견고하지만 800g의 카메라가 부착된 삼각대가 넘어지거나 카메라가 회전하게 되면 소재에 부담이 됩니다. 이는 일종의 슬립 클러치로 문제를 해결했습니다. “

MK-Messtechnik 카메라는 차량 전자 장치뿐만 아니라 열 흐름도 모니터링하기 위해 적외선 카메라 Opto-LWIR을 개발하였다. 테스트 중에 생성되는 전자기장은 화재 위험을 유발한다. 매우 강력한 필드는 테스트 항목이나 시스템의 일부를 과열시킬 수 있다. 마틴 쿨이 설명한 바와 같이 전기 자동차를 테스트하는 경우 또 다른 열원이 존재한다. “전기 자동차는 테스트 벤치에서 에너지 회수를 통해 배터리를 충전합니다. 이것이 가득 차면 자동차의 브레이크가 활성화되고, 브레이크가 과열되며 최악의 경우 화재가 발생할 수 있습니다.”

정밀 정렬을 위한 소형 모터

“테스트 벤치를 만드는 데에는 수천만 유로(원화로 수백억 원)가 들어갑니다. 테스트된 프로토 타입도 매우 중요합니다. 적외선 카메라를 이용하여 모니터링하면 적시에 개입하여 투자금을 보호할 수 있습니다.”

MK-Messtechnik은 Faulhaber의 드라이브를 사용하여 카메라를 정확하게 정렬한다. “처음에는 모델 구성으로 서보모터와 모터를 사용했지만 정밀도와 견고성에서 충분하지 않았습니다. 하지만 Faulhaber에서 적합한 모터를 찾았습니다.”(마틴 쿨) 1516… SR 시리즈의 DC 소형 모터 2개는 카메라를 정렬하는 팬/틸트 헤드에서 귀금속 정류로 작동한다. ‘귀금속 정류’라는 용어는 고성능 귀금속 합금으로 만들어진 브러시 및 정류자에 사용되는 재료를 의미하며, 이러한 유형의 정류 시스템은 크기가 작고 접촉 저항이 매우 낮아 정류 신호가 정밀하기 때문에 주로 사용된다. 배터리로 작동하는 장치와 같이 전류 부하가 낮은 애플리케이션에 특히 적합하다. 귀금속 정류 모터는 최고 효율 또는 최고 효율에 가까운 부하로 연속 작동을 위한 최적의 작동 지점을 가지고 있다. 패닝을 위한 전류가 카메라의 배터리에서 나오기 때문에 이러한 점은 이 드라이브에 유리하게 작용한다.

직경 15mm인 소형 모터는 길이가 16mm에 불과하며 0.59mNm의 연속 토크를 제공한다. 설명한 카메라 애플리케이션에는 15/8 시리즈 스퍼 기어와 900 : 1의 비율로 결합되었다. “처음에 500 : 1 기어 박스를 테스트했지만 너무 빨랐습니다. 기어비가 높을수록 스위블 헤드가 약간 느리게 회전하지만 큰 무게를 움직일 수 있습니다.” MK-Messtechnik은 구매한 실제 카메라 모듈과 드라이브를 제외하고 이를 위해 전체 시스템 자체를 개발하고 제조하였다. “작업이 복잡하거나 개별적인 변경이 필요한 경우 매우 유연하게 대응할 수 있습니다. 적어도 물리학의 한계 내에서 우리에게 ‘불가능’이란 없습니다.”(마틴 쿨)

귀금속 정류형 DC 소형 모터는 카메라 회전 암의 원동력이다.

정확한 포지셔닝을 위한 소형 모터

Faulhaber의 SR DC 소형 모터 제품군은 정확한 포지셔닝 작업을 위해 개발하였다. 또한 광범위한 고정밀 유성 기어 및 평기어와 결합할 수 있다. 모터 축 회전당 최대 256 펄스의 분해능을 가진 광학 및 자기 인코더를 사용하면 드라이브를 매우 정밀하게 제어할 수 있다. 또한 소형 드라이브를 수많은 컨트롤과 연결하여 전체 솔루션을 구성할 수 있다.

귀금속 정류로 인해 모터는 전류 부하가 낮은 애플리케이션이나 배터리로 작동하는 애플리케이션에 특히 적합하다. SR 제품군은 직경이 8 ~ 22mm인 12개의 소형 모터로 구성되며 0.7 ~ 10mNm의 공칭 토크를 처리한다.