для чего нужен датчик холла в мотор колесе

А почему на двигателе сразу нет датчиков?

В некоторых приложениях (например, для коптеров) все эти заморочки не нужны. Контроллеры пытаются угадать происходящее с ротором по току в катушках. С одной стороны, это меньше заморочек, но с другой стороны, иногда приводит к проблемам с моментом старта двигателя, поэтому слабоприменимо, например, в робототехнике, где нужны околонулевые скорости. Давайте попробуем запитать наш движок от обычного китайского коптерного ESC (electronic speed controller).

Мой контроллер хочет на вход PPM сигнал: это импульс с частотой 50Гц, длина импульса задаёт обороты: 1мс — останов, 2мс — максимально возможные обороты (считается как KV двигателя * напряжение).

Вот здесь я выложил исходный код и кубовские файлы для синей таблетки. Таймер 1 генерирует PWM для ESC, таймеры 2,3,4 считают соответствующие квадратурные сигналы. Поскольку в прошлой статье я крайне подробно расписал, где и что кликать, то здесь только даю ссылку на исходный код.

На вход моему ESC я даю пилообразное задание скорости, посмотрим, как он его отработает. Вывод синей таблетки лежит тут, а код, который рисует график, тут.

Поскольку у меня двигатель имеет номинал 400KV, а питание я подал 10В, то максимальные обороты должны быть в районе 4000 об/мин = 419 рад/с. Ну а вот и график подоспел:

Видно, что реальные обороты соответствуют заданию весьма приблизительно, что терпимо для коптеров, но совершенно неприменимо во многих других ситуациях, почему, собственно, я и хочу использовать более совершенные контроллеры, которым нужны сигналы с датчиков холла. Ну и бонусом я получаю угол поворота ротора, что бывает крайне полезно.

Видео (работа мк с неисправным датчиком холла, диагностика, замена дх)

В приведённом видеоматериале наглядно показано, как функционирует МК со сломанным датчиком Холла. Объясняется, как определить ДХ давший сбой и правильно подвергнуть его замене:

Возможно чуть более подробно, видео с канала Кирилла Холодова

Заключение

Как видим, эти маленькие штучки играют большую роль в адекватном функционировании велогибрида. Продиагностировать их проще простого, да и заменить несложно. Тут главное чтобы при установке, новый датчик, был идентичен предыдущему, иначе могут возникнуть недоразумения.

Ну и конечно, приобрести подобную мелочь можно на том же AliexPress или Яндекс.Маркете.

Видео по теме

Источник

Датчики холла

Теперь давайте поставим три датчика холла в те чёрные точки, обозначенные на схеме. Давайте договоримся, что датчик выдаёт логическую единицу, когда он находится напротив красного магнита. Всего существует шесть (сюрприз!) возможных состояний трёх датчиков: 2 3 — 2.

Обратите внимание, что они генерируют три сигнала, сдвинутые друг относительно друга на 1/3 периода. Кстати, электрики используют слово градусы, говоря про 120°, чем окончательно запутывают нубов типа меня. Если мы хотим сделать свой контроллер двигателя, то достаточно читать сигнал с датчиков, и соответственно переключать напряжение на обмотках.

Для размещения датчиков я использовал вот такую платку, дизайн которой взял тут. По ссылке лежит проект eagle, так что я просто заказал у китайцев сразу много подобных платок:

Эти платки несут на себе только три датчика холла, больше ничего. Ну, по вкусу можно поставить конденсаторы, я не стал заморачиваться. Очень удобно сделаны длинные прорези для регулировки положения датчиков относительно статора.

Датчики холла для бесколлекторного двигателя: возвращение квадратурных энкодеров

Это уже третья статья, рассказывающая о квадратурных декодерах, на сей раз с применением к управлению бесколлекторными двигателями.

• Статья первая: принцип работы квадратурного декодера код для ардуино.
• Статья вторая: квадратурный декодер на stm32.

Задача: есть обычный китайский бесколлекторник, нужно его подключить к контроллеру Copley Controls 503. В отличие от копеечных коптерных контроллеров, 503й хочет сигнал с датчиков холла, которых на движке нет. Давайте разбираться, для чего нужны датчики и как их ставить.

Датчики холла: причины выхода из строя, диагностика, замена, видео

В этой теме я хочу рассказать вам о датчиках Холла устанавливаемых на индивидуальный электротранспорт. Поговорим о проблемах с ними и способах их решения.

Датчики Холла – это маленькие электронные устройства, реагирующие на магнитное поле. Именно по ним синхронный двигатель узнает, в каком положении в данный момент времени пребывает ротор, и подает напряжение на определенные фазы. Вот зачем нужны датчики Холла в мотор-колесе – они отвечают за правильное чередование фаз и обеспечивают вращение мотора.

Содержание:

Дополнительное оборудование

По причине высокой скорости, электрические самокаты и велосипеды оснащаются дополнительным элементом Холла. Этот датчик отвечает за контроль скорости вращения колеса. Работает устройство по принципу считывания количества сигналов, поступающих от колеса самоката.

Электрические велосипеды оснащаются дополнительной системой «PAS».

Система позволяет взаимодействовать педалям велосипеда с его электродвигателем. Работает механизм следующим образом:

1. Датчик Холла цифрового типа устанавливается на «каретку» велосипеда.
2. Ось этой «каретки» оснащена постоянными магнитами.
3. Вращая педали, владелец приводит в движение постоянные магниты.
4. Магниты вращаются вокруг датчика Холла.
5. Импульсный сигнал от датчика передается на блок контроля.
6. Блок, получив электрический импульс, передает на колесо напряжение заданной величины для запуска электрического двигателя.
7. Двигатель запускается и приводит в движение мотор-колесо.

Такая система способна работать без ручек газа, но является не безопасной. Мотор-колесо без дополнительного контроля может самопроизвольно увеличить скорость.

Замена дх мотор-колеса

1. Для вскрытия моторизированного колеса, берём в руки стамеску и молоток. Приспосабливаем первую под крышку и слегка постукиваем по ней молотком. Тут крайне важно следить за тем, чтобы инструмент не проскользнул внутрь движка, так как в этом случае стамеской могут быть нанесены серьёзные повреждения обмотке силового агрегата. Если такое произойдёт, то придётся не слабо раскошелиться на перемотку.

При тугом снятии крышки МК либо застревании её на оси, нужно постучать молотком по торцу оси двигателя с той стороны, где застопорилась крышка.

2. Далее выдавливаем ротор из статора. Для воплощения этого в реальность, нужно держа статор, упереть мотор осью о твёрдую поверхность и нажать не жалея сил. Выдавив, удерживая одной рукой статор, второй, забираем ротор. Здесь нужно соблюдать осторожность, так как неодимовые магниты настолько мощны, что могут вернуть статор на его исходное место, придавив попутно вам пальцы.

3. После выдавливания сердцевины, вашему взору предстанут ДХ в статоре. Прогреваем паяльником железо возле неисправного датчика — это делается для обеспечения более лёгкого извлечения детали. Греем минут 5. Затем подковыриваем датчик с помощью канцелярского ножа или тоненькой отвёрточки и выдвигаем его наружу.

4. Как разберётесь с датчиками Холла, прозвоните МК посредством тестера. Если измерительного прибора под рукой нет, подключите моторизированное колесо и проверьте его работоспособность. Если всё в порядке, осуществляем герметизацию крышки силиконом и закручиваем болты полностью.

Замена неисправных деталей

Если вы смогли проверить датчики Холла не разбирая колесо и выявили неисправность, то детали нужно менять на новые. Последовательность работ по замене датчиков:

• Мотор-колесо открывается. Для этого можно воспользоваться стамеской.
• Из статора выдавливается ротор.
• Детали извлекают из паза в статоре.
• Затем удаляют остатки компонентов и клея.
• Место установки зачищают, устанавливают новые элементы.
• Контакты припаивают, изолируют.

Датчики фиксируют при помощи эпоксидной смолы, клея, лака. По окончании ремонта проверяют работоспособность самоката.

Источник

Зачем нужен датчик холла в электросамокате

С развитием электроники и мощных емкостных аккумуляторов самокаты и велосипеды стали оснащаться электродвигателями.

За их работу отвечает умная электроника. Статья даст подробное описание, что такое датчик Холла в электровелосипеде и электросамокате. Будет описано назначение этих устройств, принцип работы и способы устранения неисправностей.

Кратко о датчиках холла (дх) на велогибридах

Что касается электровелосипедов, то в их ручках управления скоростью стоят ДХ с маркировкой SS49E (купить), а для мотор-колёс, предназначены изделия с обозначением SS41 (купить можно здесь, кстати аналог — А3144 продается тут). Эти датчики принимают питание в весьма широком диапазоне напряжений. Для первого — это 2,7-6,5 V, для второго — 4,5-24 V.

Основными достоинствами ДХ являются быстрая работа и отсутствие подвижных механических компонентов. Также, эти устройства могут похвастать высокой надёжностью и долговечностью. Кроме того, в распоряжении обсуждаемых ДХ имеется защита от неправильного подключения.

Ликбез: принцип работы бесколлекторного двигателя

В качестве иллюстрации я возьму очень распространённый двигатель с двенадцатью катушками в статоре и четырнадцатью магнитами в роторе. Вариантов намотки и количества катушек/магнитов довольно много, но суть всегда остаётся одной и той же. Вот фотография моего экземпляра с двух сторон, отлично видны и катушки, и магниты в роторе:

Чтобы было ещё понятнее, я нарисовал его схему, полюса магнитов ротора обозначены цветом, красный для северного и синий для южного:

На датчики холла пока не обращайте внимания, их всё равно нет 🙂

Что будет, если подать плюс на вывод V, а минус на вывод W (вывод U не подключаем ни к чему)? Очевидно, будет течь ток в катушках, намотанных зелёным проводом. Катушки намотаны в разном направлении, поэтому верхние две катушки будут притягиваться к магнитам 1 и 2, а нижние две к магнитам 8 и 9.

Остальные катушки и магниты в такой конфигурации роли практически не играют, поэтому я выделил именно магниты 1,2,8 и 9. При такой запитке мотора он очевидно крутиться не будет, и будет иметь семь устойчивых положений ротора, равномерно распределённых по всей окружности (левая верхняя зелёная катушка статора может притягивать магниты 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13).

Давайте записывать наши действия вот в такую табличку:

А что будет, если теперь подать плюс на U и минус на W? Красные катушки притянут к себе магниты 3,4,10 и 11, таким образом чуть-чуть повернув ротор (я по-прежнему выделяю магниты, за которые ротор тянет):

Давайте посчитаем, на сколько повернётся ротор: между щелями магнитов 1-2 и 3-4 у нас 51.43° (=360°*2/7), а между соответствующими щелями в статоре 60° (=360°/12*2). Таким образом, ротор провернётся на 8.57°. Обновим нашу табличку:

Теперь сам бог велел подать на U и — на V!

Теперь опять пора выровнять магниты с зелёными катушками, поэтому подаём напряжение на них, но красный и синий магниты поменялись местами, поэтому теперь нужно подать обратное напряжение:

C оставшимися двумя конфигурациями всё ровно так же:

Если мы снова повторим самый первый шаг, то наш ротор провернётся ровно на одну седьмую оборота. Итак, всего у нашего мотора три вывода, мы можем подать напряжение на два из них шестью разными способами 6 = 2*C 2 3, причём мы их все уже перебрали.

Запишем ещё раз всю последовательность для нашего двигателя:

Есть один нюанс: у обычного коллекторного двигателя за переключение обмоток отвечают щётки, а тут нам надо определять положение ротора самим.

На токе заряженный портал

Разбираемся с датчиками холла в электротранспорте — На токе

Датчики холла не только активно используются в транспорте на батарейках, но также активно выходят из строя.

Постойте, но ведь это очень похоже на квадратурный сигнал с обычного инкрементального энкодера!

Ещё бы! Единственная разница, что инкрементальные энкодеры дают два сигнала, сдвинутые друг относительно друга на 90°, а у нас три сигнала, сдвинутые на 120°. Что будет, если завести любые два из них на обычный квадратурный декодер, например, той же самой синей таблетки?

Я долго думал, как же мне использовать все три сигнала, ведь у нас происходит шесть событий на одну седьмую оборота, мы должны иметь возможность получить 42 отсчёта на оборот. В итоге решил пойти грубой силой, так как синяя таблетка имеет кучу аппаратных квадратурных декодеров, поэтому я решил в ней завести три счётчика:

Видно, что при каждом событии у нас увеличиваются два из них, поэтому сложив три счётчика, и поделив на два, мы получим равномерно тикающий определитель положения вала, с точностью до 6*7 = 42 отсчёта на оборот!

Вот так выглядит макет подключения датчиков Холла к синей таблетке:

Причины выхода из строя устройств и методы диагностирования

Причины неисправности датчиков Холла в электросамокате:

• Перегревание двигателя выше 150 ℃- 180 ℃;
• Механические воздействия, приводящие к повреждениям;
• Перепады напряжения;
• Влага попала в электродвигатель, ручку акселератора в следствии эксплуатации в дождь, мойки под давлением;
• Замыкание управляющих проводов с силовыми в мотор-колесе;
• Короткое замыкание на массу.

Поломка сопровождается характерным подергиванием при старте, когда поворачивается ручка газа.

Диагностировать поломку можно с помощью вольтметра или тестера. Последний прибор способен выявлять имеющиеся дефекты, диагностировать состояние обмотки, устройств положения. Им также можно провести проверку фазового угла, корректность переключения фаз.

Причины сбоя дх

Датчик положения могут подпортить такие факторы:

• серьёзный перегрев силового агрегата (температура должна перевалить за 150-180 градусов);
• скачки напряжения;
• проникновение влаги в корпус электромотора либо ручки акселератора;
• механические повреждения.

Явный признак неисправности ДХ — подёргивание мотор-колеса при старте в момент воздействия на акселератор. Чтобы диагностировать подобный сбой, нам потребуется лишь вольтметр.

Проверка дх мотор-колеса

Прежде чем приступать к ремонту МК, нужно воспользовавшись вольтметром или тестером проверить ДХ. Подсоединяем тестер либо подаём напряжение 5 Вольт, крутим ось двигателя и наблюдаем колебания напряжения на сигнальной ноге. (Также можно проверить ДХ, если у мультиметра есть функция проверки сопротивления.

Если после разборки силового агрегата вы обнаружите, что обмотки погорели, то восстановить движок уже не получится. Если они целы, проверьте проводки, направляющиеся через ось к трём ДХ.

Проверка исправности дх акселератора

От контроллера, на орган управления скоростью идёт 3 проводка:

• чёрный — «ноль»;
• красный — питание 5 V;
• зелёный — управляющий сигнал, идущий от ручки скорости к контроллеру (напряжение изменяется в диапазоне 0-4,2 V, на этот показатель влияет угол поворота рукояти акселератора).

Чтобы проверить работоспособность ДХ находящихся в ручке управления скоростью, нужно с помощью вольтметра сделать замеры напряжения проводка красного цвета. Подключаем к нему положительную клемму вольтметра, а отрицательную — к чёрному проводу. Если в диагностируемой цепи не наблюдается напряжение 5 Вольт, значит причина сбоев скрывается не в акселераторе.

Если же измерительный прибор демонстрирует подачу тока на рукоятку управления скоростью, но при её прокручивании, напряжения на зелёном проводке нет, то причиной сбоев является, как минимум один сломанный ДХ либо подведённые к нему провода. Отработавшие своё компоненты меняем на новые изделия.

Разбираемся с датчиками холла в электротранспорте

Итак датчики холла.

Сущность эффекта, открытого в 1879 г. американским физиком Э. Холлом, заключается в появлении разности потенциалов между гранями полупроводниковой пластины, через которую протекает ток и на которую воздействует перпендикулярное магнитное поле. Разность потенциалов прямо пропорциональна силе тока и квадрату магнитной индукции.

Эффект Холла широко применяется в бесконтактных датчиках тока. Другое направление — датчики перемещения, в которых элемент Холла крепится к неподвижному шасси, а собственно магнит находится на движущейся части исследуемого объекта. Поскольку выходной сигнал датчика Холла пропорционален индукции магнитного поля, а не скорости его изменения, это даёт серьёзное преимущество в точности по сравнению с аналогичными по назначению индуктивными датчиками.

Магниточувствительные элементы, использующие эффект Холла, обычно называют «датчиками Холла» (англ. «Hall Sensor»). Различают простые и интегральные датчики Холла. В последних кроме полупроводниковой пластины содержится встроенный усилитель-формирователь.

Типовые параметры интегральных датчиков Холла: напряжение питания 2.5…5 В или 4.5… 18 В, ток потребления 8…20 мА, минимальная регистрируемая магнитная индукция 2… 10 мТл, выходной сигнал — аналоговый (модулированное по амплитуде напряжение) или цифровой (открытый коллектор, КМОП-элемент, импульсы ШИМ).

Датчики Холла – это маленькие электронные устройства, реагирующие на магнитное поле. Именно по ним синхронный двигатель узнает, в каком положении в данный момент времени пребывает ротор, и подает напряжение на определенные фазы. Вот зачем нужны датчики Холла в мотор-колесе – они отвечают за правильное чередование фаз и обеспечивают вращение мотора.

Итак обычно, в мотор-колесах размещено 3 датчика холла модели SS41F меняются все разом либо на такую же модель.

Аналоги которые упоминаются в интернете: TLE4945L.

Совершенно безразлично, какие у Вас моторы и ручки/педали газа — везде используются и/или могут использоваться эти датчики — SS41 в моторах и SS49 в ручках/педалях газа.

Тестируются датчики на МК(мотор-колесе) очень просто: Подавая на ток и вращая колесо на выходе будем снимать до 5В. К сожалению в РФ датчики достаточно дорогие. Поэтому я взял себе сразу небольшую партию вот здесь на Алике.

Будет время сниму видео по диагностике и замене датчиков хола в МК.

Источник

Ручка газа

В ручке газа электросамоката установлен элемент холла модели «SS49Е».

Работает система по следующему принципу:

1. Ручка оснащена постоянным магнитом. Магнит имеет равноименные полюса.
2. Внутри ручки, между постоянным магнитом закреплен аналоговый биполярный датчик Холла.
3. При проворачивании ручки, датчик смещается относительно магнитного поля, а значит меняется частота и напряжение электрического поля. Эти данные передаются на блок управления, который на основе выходного напряжения увеличивает или снижает количество оборотов электромотора устройства.

Датчик Холла в ручке газа достаточно надежен. Он представляет собой биполярный элемент с тремя выходами:

Датчик срабатывает только при воздействии магнитного поля. Проверить его работоспособность можно следующим образом:

1. На контакт « » подать напряжение 5 вольт.
2. Подключить красный щуп вольтметра к контакту «выход».
3. Черный щуп вольтметра подключить к контакту «-».
4. Подвести магнит к датчику.

Исправный элемент должен сработать при воздействии постоянного магнита и показать на выходе напряжение 5 вольт.

Характеристики и схемы подключения

Элементы Холла в конструкции электрических самокатов имеют разные характеристики. Из-за этого они не могут быть взаимозаменяемыми. Например, элемент Холла в ручке газа нельзя устанавливать на колесо.

Модель «SS41» имеет следующие характеристики:

1. Устанавливается только на колесо.
2. Относится к биполярному цифровому типу.
3. Рабочее напряжение 4.5–24 В.
4. Потребляемы ток 15 мА.
5. Выходной контакт имеет направление втекания тока.

Эти элементы стоят непосредственно на статоре двигателя.

Модель «SS49Е» для ручки газа. Характеристики:

1. Тип линейный.
2. 2.Рабочее напряжение 3.0–6.5 В.
3. Максимальный выходной ток 20 мА.
4. Время отклика 3 мс.
5. Аналогичные устройства на рынке — AH49E, SS-49(E), 49E.

Для обоих типов датчиков характерна рабочая температура в пределах 40–110 градусов. При замене неисправных датчиков очень важно обращать внимание, какие элементы используются в качестве аналогов. Они должны полностью совпадать по своим характеристикам с вышедшим из строя элементом.

Электросамокат

Помимо электросамоката, принцип Холла используются в двигателе и ручке газа электровелосипеда. Оба этих транспортных средства конструктивно схожи: имеют синхронный трехфазный электродвигатель, блок контроля и ручку газа.

Эффект холла

Прежде чем разобраться, для чего нужны датчики Холла в самокате, необходимо понимать, на каком эффекте основана его работа. Такой эффект был открыт Эдвином Холлом и получил свое название в честь его первооткрывателя. Именно он провел эксперимент с воздействием магнитного поля на электрический проводник. Суть эксперимента в следующем:

1. Две грани золотой пластины были подключены к электрическому току.
2. Пластину поместили между полюсами магнитов.
3. При воздействии магнитного поля, на 2 других гранях золотой пластины появился слабый электрический ток.

Данный опыт показал, что под воздействием магнитного поля формируется слабая, но постоянная разница потенциалов на поверхности проводника.

Современный элемент Холла отлично подходит для контроля положений вращающихся частей электродвигателя. Нашел он свое применение и в конструкции различных электросамокатов и электровелосипедов.

Заключение

Датчики Холла для электрического транспорта имеют важное значение. Они помогают значительно сократить количество механических деталей и узлов. За счет установки миниатюрных устройств, производители существенно увеличивают рабочие характеристики и постоянную динамику вращения мотор-колеса таких транспортных средств.

Подводим итог

Я провёл детство в обнимку с этой книжкой, но раскурить принципы работы бесколлекторников довелось только сейчас.

Оказывается, что шаговые моторы и вот такое коптерные моторчики — это (концептуально) одно и то же. Разница лишь в количестве фаз: шаговики (обычно, бывают исключения) управляются двумя фазами, сдвинутыми на 90°, а бесколлекторники (опять же, обычно) тремя фазами, сдвинутыми на 120°.

Разумеется, есть и другие, чисто практические отличия: шаговики рассчитаны на увеличение удерживающего момента и повторяемость шагов, в то время как коптерные движки на скорость и плавность вращения, что сказывается на количестве обмоток, подшипниках и т.п.

Update: красивая анимация от Arastas:

Источник