Hallsensoren für BL-Außenläufer

[toemchen]

Hallo,

bin mit meiner Versuchs-Ansteuerung für einen BL-Außenläufer am Verzweifeln und die Deadline für den Auftrag drückt auch rein...

Alternativ verwenden könnte ich eine kommerzielle Ansteuerung von Maxon (EPOS2 24/5), die ich hier zum Ausprobieren habe. Die kann aber wie vermutlich alle 3phasen BL Positioniersteuerungen nicht sensorlos. Hab dann extra für teuer Geld einen Encoder drangebaut, nicht wissend, daß das Ding Encoder und trotzdem die Hallsensoren braucht.

Letzte Hoffnung sind also Hallsensoren, obwohl ich keine Ahnung von deren Platzierung und geforderter Funktionsweise habe.

Also erste Frage: Welche? Vermutlich digital und unipolar, oder?

Zweite Frage Platzierung, muß ich wohl selbst lösen: Ich hab auch einen Maxon-Motor hier, der Hallsensoren hat. Den werd ich wohl von extern mit Strom belegen und langsam das Feld drehen und schauen, wann welche Sensoren wie schalten. Und dann muß ich bei meinem Motor dasselbe Muster hinbringen...

Oder würdet Ihr sagen, einfach neben drei benachbarte Statorpolschuhe je einen Sensor, das muß schonmal stimmen, und dann ist nur noch die Reihenfolge fraglich?

Bezüglich der Art des Sensors wäre eine schnelle Antwort wahnsinnig wünschenswert, vielleicht kann ich noch heute bestellen...

Danke
Tom.

[toemchen]

Habe gerade gesehen, in einem anderen Thread ist vom TLE 4935L die Rede, der wäre bipolar... gibts aber anscheinend nicht bei Farnell.

[ranke]

Zweite Frage Platzierung, muß ich wohl selbst lösen: Ich hab auch einen Maxon-Motor hier, der Hallsensoren hat. Den werd ich wohl von extern mit Strom belegen und langsam das Feld drehen und schauen, wann welche Sensoren wie schalten. Und dann muß ich bei meinem Motor dasselbe Muster hinbringen...


Die Hallsensoren sollen die (magnetische) Stellung des Rotors gegenüber der Stellung des Stators messen. Das Magnetfeld der Spulen ist im allgemeinen wesentlich schwächer als das Magnetfeld der Permanentmagneten. Das ist gut so, weil ja nur das Feld des Läufers gemessen werden soll. Deshalb ist eine Bestromung wahrscheinlich gar nicht nötig, außer man hätte die Sensoren sehr unglücklich angebracht, wo sie tatsächlich vom elektromagnetischen Feld beeinflußt werden.

Art des Sensors: kommt wohl darauf an, was Deine Ansteuerelektronik will. Ich vermute das sind normalerweise immer Sensoren, die einen Schaltausgang haben (also bei einer bestimmten Feldstärke mit einer gewissen Hysterese den Digitalausgang schalten). Vermutlich wird das dann als digital unipolar bezeichnet (im Zweifel ins Datenblatt schauen). Etwas kritisch ist wohl noch die Schaltschwelle, da wird man probieren müssen, das hängt davon ab, wie stark das Streufeld am Sensor ankommt.

[toemchen]

Danke für das erste Interesse an der Fragestellung!

Digitalausgang der Sensoren ist soweit klar, die Hardware Reference der Ansteuerung spricht von Schmitt-Trigger Open Collector, das haben die Sensoren meistens.

In den Datenblättern der Sensoren sieht man, daß Unipolar von einem Magnetfeld einer Polarität getriggert wird, beim Abschwächen des Magnetfelds auf unterhalb der Ansprechschwelle fällt er wieder ab. Gegengepoltes Magnetfeld ist ihm wurscht.
Bipolar ist dagegen sozusagen mit Hysterese/Remanenz, nach Ansprechen auf ein Magnetfeld fällt der Ausgang erst wieder ab, wenn ein gegengepoltes Magnetfeld auftritt.

Beim unipolaren kann ich mir vorstellen, man kann die Lage genauer detektieren, aber nur, wenn man die Position des Sensors (und die Magnetfeldstärke an dieser Stelle) gut hingekriegt hat.
Den bipolaren kann man dagegen schön mit starken Magnetfeldern "übersteuern", den Wechsel vom Nordpol- zum Südpolmagneten wird er immer mitkriegen.

Leider hab ichs immer noch nicht gemessen, der Stecker für die Hallsensoren fuchst mich noch ein bißchen (Micro-Fit).

Den Motor mit Strom belegen will ich nicht wegen des Magnetfelds, sondern um definierte und zwischen den beiden Motoren vergleichbare Rotorpositionen zu erhalten. Hierzu wollte ich meine selbstgebaute Ansteuerung verwenden, um ein an beliebigen Winkelgraden anzuhaltendes Sinus-Drehfeld zu erzeugen. Aber die Programmierung fuchst mich ebenfalls. Offtopic: Der "ISOpod" Controller der Firma "NewMicros Inc." ist eine kryptische, fehlerbehaftete Zicke.

Nunja, ich werd jetzt mal was bestellen, heute abend im Bastelkeller lieber andere Drehmomentmessung machen und morgen abend gibts dann eine letzte Chance, meinen Motor mit einer professionellen Ansteuerung zu verheiraten.

Viele Grüße
Tom.

[ranke]

Danke für die Erklärung, jetzt habe ich verstanden was hier mit unipolar / bipolar gemeint ist. Allerdings kommt mir ein bipolarer Sensor für diesen Zweck ziemlich sinnlos vor, die Richtung des Magnetfelds muss ja auch gemessen werden.
Die Positionen der Sensoren (also die gegenseitigen Abstände in Winkelgrad) sollten ja auch schon klar sein, so dass man die vielleicht schon zusammen auf eine gemeinsame Platine lötet. Man muss dann "nur" noch die Winkeljustierung der Platine im Bezug zum Stator hinbringen.

[toemchen]

Ein bißchen berichtigen muß ich es jetzt noch, auch ohne mich darauf verlassen zu können, die Thematik 100% kapiert zu haben:

So wie ich das unipolar/bipolar verstanden habe, kennen beide nur je zwei Schaltzustände.
Unipolar: Magnetfeld ausreichend hoch - Open Collector schaltet. Magnetfeld zu schwach oder andersherum gepolt - Collector open.
Bipolar: Magnetfeld ausreichend hoch - Open Collector schaltet. Erst wenn danach ein gegengepoltes Magnetfeld auftritt, wird er wieder open. Danach schaltet er erst wieder, wenn wieder ein gegengepoltes, also so wie am Anfang dieser Zeile, Magnetfeld auftritt. Es ist also nicht so, daß ihm die Polung egal ist.

Und somit denke ich, mit einem bipolaren kann ich den Wechsel von Nord- auf Südpolmagnet gut sehen.
Mit einem geschickt plazierten unipolaren könnte ich eventuell die Position eines z.B. Nordpolmagneten genauer feststellen, wenn der Sensor nur bei perfekter Lageübereinstimmung schaltet, wenn das Magnetfeld stark genug ist.

Ich glaube aber mehr und mehr, daß bipolare verwendet werden.

Wenn ich am käuflichen Motor messe, sollte ich es sehen:
Bipolar wären bei konstanter Drehgeschwindigkeit gleichlange Low- und High-Phasen, da ja immer der Wechsel festgestellt und die Magneten schließlich gleichweit voneinander entfernt sind.
Sollten es unipolare sein, würde ich eher kurze Low-Impulse gegenüber längeren High-Phasen erwarten, da ja immer nur von jedem zweiten Magneten der Bereich, in dem das Magnetfeld stark genug ist, low ergibt.

Ja, schön wärs, wenn ich den Platz für eine Platine und deren Winkeljustierung hätte. Ich muß aber wohl mit jedem einzelnen Sensor durch eine kleine Bohrung und mir vorher ganz genau überlegen, wo diese Bohrungen sein müssen.

[021aet04]

Zur Info: Es gibt auch noch analoge Hallsensoren. Die geben je nach Magnetfeld eine Spannung ab.

Zur Info http://www.endrich.com/cms/download.php?file=67/60819.pdf&name=Katalog+'Sensoren'

MfG Hannes

[ranke]

Ich habe jetzt auch ein paar Datenblätter gegoogelt. Der Unterschied zwischen unipolar und bipolar scheint eigentlich nicht sehr groß und zum Teil auch fließend zu sein. Beide haben einen Verstärker mit Schmitt-trigger (vulgo Hysterese). Beim unipolaren ist der Schaltbereich so gewählt, dass sowohl der Ein- als auch der Ausschalten bei der gleichen Magnetflußrichtung erfolgt. Damit ist der Schaltzustand beim Wegnehmen des Feldes definiert.
Beim bipolaren ist die Hysterese deutlich ausgeprägt, der Einschaltpunkt liegt in einer Flußrichtung, der Ausschaltpunkt liegt in der anderen Magnetflußrichtung. Dadurch ergibt sich eine Art Speicher, beim Wegnehmen des Feldes bleibt der Ausgang im gegenwärtigen Zustand erhalten. Das wird dann auch als "latch" bezeichnet.
Das ist im Grunde das selbe, was Du oben auch schon gesagt hattest. Beim Typ US 2881 (melexis) ist mir aufgefallen, dass er als latch Typ ausgelobt wird, wenn aber die im Datenblatt angegebenen Toleranzen für die Schaltschwellen ungünstig fallen ist es ein unipolarer.
Wenn man ein Feld ausmessen will, bei dem N-und S- Pole sehr dicht aneinander liegen, wird es fast egal sein, mit welchem Typ man arbeitet. Gibt es größere Bereiche mit schwachem Feld, dann dürfte der Latch-Typ ein gleichmäßigeres Verhältnis zwischen Ein- und Ausschaltzeit geben. Der bipolare scheint also im Zweifel geeigneter zu sein, besonders wenn man nicht ganz nah an die Magneten hinkommt.

[toemchen]

@ranke: Sehe ich alles ganz genauso.
@Hannes: Die Hardware Reference der Ansteuerung beschreibt ganz klar digitale Sensoren mit Open Collector Ausgang.

Jetzt aber, Erfolgsmeldung!

Ich schreib mal auf, was ich alles herausgefunden habe, dann kann ein späterer Threadleser mit ähnlicher Fragestellung vielleicht Erkenntnisse daraus ziehen.

A. Konnte ich dem Maxon-Motor mithilfe eines Stereomikroskops und guter Beleuchtung ein bißchen in die Eingeweide schauen.

A1. Der Stator hat genauso 12 Polschuhe wie viele Modellbau-BL-Motoren. Allerdings 16 Magnete und nicht 14. Was die dann für ein Wicklungsschema haben und wie sie den rastmomentarmen Lauf hinkriegen, ist mir ein Rätsel. Der Läufer hat keine sichtbaren einzelnen Magnete, entweder sind diese komplett mit Kunststoff zu einem Ring vergossen, oder es ist ein kompletter Ring aus Magnetmaterial, der zu 16 wechselnden Polen magnetisiert wurde? Geht das? Wäre das das Geheimnis des weichen Laufs?

A2. Die drei Hallsensoren sind exakt zwischen den Polschuhen. Benachbart, also zwischen vier benachbarten Polschuhen.

B. Habe ich die Signale ausgemessen, zunächst mit einer simplen LED-Schaltzustandsanzeige, später auch mit dem Oszi. Das Signal eines einzelnen Sensors ist bei gleichmäßigem Lauf des Rotors ziemlich genau 50% Duty Cycle. Bestätigt also Rankes und meine Gedanken, sind wohl bipolare Sensoren. Das heißt auch, daß die Signale der drei Sensoren sich überlappen und irgendeiner auf jeden Fall immer geschalten ist.

C. Habe ich dann die drei Sensoren HONEYWELL S&C - SS461C in meinen Motor hineingefrickelt und die Leitungen solange vertauscht, bis bei Bestromen derselben Wicklungen dasselbe Signalmuster der Sensoren herauskam. Dabei habe ich schon gesehen, meine Sensoren sind nicht so exakt platziert. Beim Maxon-Motor konnte man durch Verdrehen des Rotors aus der jeweiligen Rastung durch den statischen Strom, den jeweils benachbarten Sensor dazuaktivieren. Und das fühlte sich sehr symmetrisch an. Bei meinem war das etwas "schiefer".

D. Läuft mein Motor jetzt an der Maxon-Ansteuerung!

E. Beschwert sie sich ab und zu über ein unzulässiges Muster der Hallsensoren und steigt aus. Das kann entweder an diesen Unsymmetrien liegen, so daß doch vielleicht mal gar keiner schaltet oder alle drei. Ein Dreikanal-Oszi habe ich leider nicht. Allerdings habe ich beim Oszi-Messen auch einen Wackelkontakt gefunden, vielleicht ist es der und mit etwas gewissenhafterer Verdrahtung läufts dann perfekt. Die einzelnen Sensorsignale sehen bei gleichmäßigem Drehen des Rotors auch schön nach 50% Duty Cycle aus.

Zufriedene Grüße an alle
Tom.