희토류에서 벗어나기: 더 스마트한 자동차의 미래를 위한 자기 위치 센서
소개: 자동차 센싱의 희토류 과제
자동차 산업은 전례 없는 속도로 전동화되고 있습니다. 전기 구동계, 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS), 드라이브 바이 와이어(Drive-by-Wire) 아키텍처가 표준으로 자리 잡고 있습니다. 동시에 희토류 원소의 공급 부족, 비용 문제, 지정학적 위험은 기존 센서 및 시스템 설계에 점점 더 큰 도전 과제로 대두되고 있습니다.
희토류 소재는 오랫동안 자성 센서, 특히 네오디뮴 및 사마륨 코발트와 같은 고성능 자석의 핵심 원료로 사용되어 왔습니다. 이러한 소재는 강력하고 소형이지만, 조달이 어렵고 가공 과정에서 환경에 부담을 주며, 불안정한 글로벌 공급망의 영향을 받기 쉽습니다.
이러한 갈등은 자동차 엔지니어와 시스템 설계자들에게 근본적인 질문을 던집니다. 희토류 소재에 대한 의존도를 줄이면서도 어떻게 정확하고 신뢰할 수 있는 위치 감지를 실현할 수 있을까요?
최신 차량의 자기 위치 센서
자기식 위치 센서는 현대 자동차 및 산업용 애플리케이션의 핵심 요소입니다. 이 센서들은 좁은 공간이나 가혹한 환경 조건에서도 위치, 속도, 각도, 토크 및 회전을 정확하게 측정할 수 있게 해줍니다. 움직임을 측정해야 하는 곳이라면
어디서나 일반적으로 유도 방식이나 자기 방식을 통해 감지가 가능하며, 각 방식은 고유한 장점을 가지고 있습니다. ams OSRAM의 위치 센서 제품군이 지원하는 자기 센싱 기술은 엄격한 기능 안전성 및 신뢰성 요구 사항을 충족하는 초소형 자동차 등급 솔루션을 가능하게 합니다.
이 센서들은 자기장의 변화를 감지하고, 업계 표준 자동차 통신 프로토콜을 통해 정밀한 아날로그 또는 디지털 신호를 제공합니다. 이 센서들은 파워트레인, 섀시, 스티어링 및 제동 시스템 전반에 걸쳐, 특히 새롭게 부상하는 드라이브 바이 와이어(Drive-by-Wire) 애플리케이션에서 널리 사용되고 있습니다.
페라이트 자석과 네오디뮴 자석: 감도와 장단점
페라이트 자석과 네오디뮴 자석은 모두 성능 요구 사항, 비용 목표 및 소재 제약 조건에 따라 자동차 시스템에서 각각의 용도를 가지고 있습니다.
네오디뮴, 프라세오디뮴, 디스프로슘과 같은 희토류 원소를 사용하는 네오디뮴 자석은 소형 폼 팩터로 강력한 자기장을 생성합니다. 이는 신호 감지를 단순화하고 저잡음 환경에서 내구성을 향상시킵니다.
반면 페라이트 자석은 희토류를 사용하지 않으며, 비용 효율적이고 풍부하며, 내식성과 내열성이 뛰어나지만 생성하는 자기장은 약합니다. 따라서 페라이트를 사용하면 센서 감도와 신호 처리에 더 높은 요구 사항이 따릅니다.
동시에 차량의 전기화가 진행됨에 따라 두 번째 과제가 대두되고 있습니다. 강력한 전기 모터는 수백 암페어의 전류를 소비하여 센서 위치 근처에 강한 전자기 잔류장을 발생시킵니다.
그 결과, 현대의 자기 센서는 약한 페라이트 기반 자기 신호를 감지할 수 있는 높은 감도와, 전자기 노이즈가 많은 환경에서도 안정적인 작동을 보장하기 위한 강력한 잔류장 내성을 모두 갖추어야 합니다.
ams OSRAM 스마트 센서 접근 방식
ams OSRAM은 성능을 저하시키지 않으면서 희토류 의존도를 낮추도록 설계된 스마트 센서 제품군을 통해 이러한 이중 과제를 해결합니다.
주요 특징으로는 페라이트 자석을 활용한 효율적인 작동, 낮은 자기장 강도를 보정하는 첨단 신호 처리 기술, 전자기 잔류장을 억제하는 차동 홀 방식 센싱, 그리고 실제 자동차 환경에서 작동하는 수억 개의 장치에서 입증된 견고성이 있습니다.
ams OSRAM의 홀(Hall) 기반 자기 위치 센서는 전자기 간섭에 대한 높은 내성을 보여, 강한 잡자장이 존재하는 상황에서도 신호 무결성을 유지하는 데 도움을 줍니다. 이는 일반적으로 간섭에 더 취약한 고감도 비홀(non-Hall) 기술과 희토류 기반 네오디뮴 자석에 의존하는 설계 사이에서 실용적인 최적의 균형점을 제공합니다.
자기학 그 이상: 유도성 감지 및 설계 지원
자기 센싱 기술 외에도, ams OSRAM의 제품 포트폴리오에는 자석을 전혀 사용하지 않는 유도식 위치 감지 기술이 포함되어 있습니다. 이러한 솔루션은 특히 열악한 환경 및 고속 제어 애플리케이션에 매우 적합합니다.
시스템 설계 및 최적화를 더욱 지원하기 위해, ams OSRAM은 POS 시뮬레이터 툴도 제공하고 있습니다. 이를 통해 엔지니어들은 설계 초기 단계에서 페라이트 기반 및 희토류 기반 센서 구성을 시뮬레이션하고 비교할 수 있어, 특정 애플리케이션에 가장 적합한 감지 아키텍처를 파악하는 데 도움을 줍니다.
결론: 더욱 탄력적이고 지속 가능한 센서의 미래
자동차용 자기 센서에 희토류 원소를 사용하는 것은 현대 자동차 설계가 직면한 복잡한 상충 관계를 잘 보여줍니다. 자성이 약한 페라이트 기반 자석을 사용하여 신뢰할 수 있는 감도를 확보하는 한편, 전기화가 가속화되고 전자기 노이즈가 심해지는 환경에서 강력한 노이즈 내성을 확보해야 하는 필요성 사이의 균형을 맞춰야 합니다.
ams OSRAM은 홀 효과 기반 센싱, 첨단 신호 처리, 차동 아키텍처, 유도 방식 대안 및 설계 지원 도구를 결합하여 고성능 위치 감지를 구현하는 동시에 희토류 소재 사용량을 줄일 수 있도록 지원합니다.
이러한 스마트 센서 접근 방식은 정확성, 신뢰성 또는 성능을 저하시키지 않으면서도 더 탄력적인 공급망 구축, 확장 가능한 전동화 지원 및 자동차 혁신을 가능하게 합니다.