Что такое датчик холла в электровелосипедах
Перейти к содержимому

Что такое датчик холла в электровелосипедах

  • автор:

Как проверить датчики Холла в мотор-колесе?

Как проверить датчики Холла в мотор-колесе?

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. Эффект Холла используется при создании датчиков положения, устанавливаемых в редукторных и прямоприводных мотор-колесах электровелосипедов и других видов транспорта.

Кроме мотор-колес, такие элементы (но только другого типа) устанавливаются в ручках газа. Они создают управляющий сигнал для контроллера. Принцип их работы заключается в создании в проводнике с током, находящемся в магнитном поле, поперечной разности потенциалов. Внешне такие датчики представляют собой компактные устройства с 3 выводами – аналоговым или цифровым и 2 выводами питания. От индуктивных датчиков они выгодно отличаются пропорциональностью выходного сигнала магнитному полю, а не скорости его изменения.

SS41 Датчик Холла двухполярный цифровой 150G TO92

Причины и диагностика поломки датчиков положения

Причиной поломки датчиков Холла могут стать:

  • значительный перегрев электромотора – выше 150–180 °С;
  • механические повреждения;
  • скачки напряжения;
  • попадание воды внутрь корпуса электродвигателя или ручки газа.

Явным признаком поломки датчиков Холла считается подергивание МК при старте во время поворота ручки газа. Для диагностики такой неисправности достаточно вольтметра. Также для проверки работоспособности мотор-колеса, контроллера или ручки газа удобно воспользоваться диагностирующим тестером. Он позволяет продиагностировать датчики положения и обмотки, выявить имеющиеся дефекты, проверить фазовый угол и корректность переключения фаз.

Мониторинг работы ручки газа

На ручку газа от контроллера идет 3 провода:

  1. «ноль» – черный;
  2. питание 5 В – красный;
  3. управляющий сигнал, подающийся с ручки газа на контроллер (напряжение меняется в диапазоне 0–4,2 В, в зависимости от угла поворота ручки) – зеленый.

Для проверки работоспособности датчиков Холла в ручке акселератора необходимо измерить вольтметром напряжение на красном проводе. К нему нужно подключить «+» клемму прибора, а к черному проводу – минусовую. Если в исследуемой цепи нет напряжения 5 В, причина неполадок кроется не в ручке газа. Возможно, неисправен контроллер, или на него не поступает питание, или произошел обрыв проводки, идущей от контроллера к ручке акселератора.

SS49, Датчик Холла аналог 400G биполярный TO92

Если же вольтметр показывает подачу напряжения на ручку акселератора, но при ее плавном повороте напряжение на зеленом проводе отсутствует, причина неполадок кроется в неисправности, как минимум, одного из датчиков Холла или подходящих к нему проводов. Неисправные элементы подлежат замене.

Проверка датчиков Холла в мотор-колесе

Перед ремонтом мотор-колеса нужно при помощи тестера или вольтметра проверить состояние датчиков Холла. Алгоритм действий таков: подключить тестер или подать напряжение +5 В и, вращая ось мотора, понаблюдать за изменением напряжения на сигнальной ноге. Проще поддаются ремонту моторы с винтами в боковой крышке. Если же крышка имеет резьбу, открутить ее сложнее – понадобятся специальные съемники.

Если при разборке мотора окажется, что обмотки потемнели (сгорели), восстановлению он не подлежит. Если же с обмотками все в порядке, обратите внимание на провода, идущие через ось к 3 миниатюрным датчикам. Обычно они посажены на силиконовый клей в нише, совпадающей по форме с геометрий корпуса датчика.

Замена датчиков Холла

Суть ремонта сводится к замене неисправных датчиков и восстановлению провода (при необходимости). Неисправные датчики нужно заменить – извлечь из паза в статоре, удалить остатки электронного устройства и следы клея, зачистить место монтажа и установить новые элементы. Контакты нужно припаять и изолировать. Для фиксации новых датчиков можно воспользоваться эпоксидной смолой или подходящим клеем. После ремонтных работ остается проверить исправность МК.

На видео наглядно демонстрируется, как работает мотор-колесо с неисправным датчиком Холла, поясняется, как выявить нерабочий датчик и правильно заменить его.

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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

Разбираемся с датчиками холла в электротранспорте

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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.

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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.

Зачем нужен датчик Холла в электросамокате

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

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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.

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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:

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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.

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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.

Ручка газа

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

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

Работает система по следующему принципу:

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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:

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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

Двигатель

Электромотор электрического самоката также оснащен контроллерами Холла. Они установлены в колесе самоката. Всего их три. Электрические велосипеды и самокаты оснащаются датчиками «SS41» или их точными аналогами.

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

Работают элементы следующим образом:

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

Работа и вращение колеса осуществляется по правильной комбинации. Всего их 6. Происходит это так:

Именно за эту последовательность чередований и отвечает каждый датчик Холла, открываясь в момент появления магнитного поля на определенной фазе.

Датчики очень чувствительны к воздействию влаги, нагрузки и повышению температуры. В мотор-колесе, могут выйти из строя сразу все элементы или один из трех. Проверить датчики на работоспособность можно ранее описанным способом.

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. Чем больше таких сигналов, тем выше скорость поступления импульсов от контроллера на колесо. Таким образом сохраняется интенсивность поступления сигналов, сохраняется скорость вращения.

Электрические велосипеды оснащаются дополнительной системой «PAS».

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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

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

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:

Эти элементы стоят непосредственно на статоре двигателя.

Модель «SS49Е» для ручки газа. Характеристики:

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.

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.

Видео по теме

На Токе заряженный портал

Датчики Холла: причины выхода из строя, диагностика, замена, видео Электровелосипеды — На токе

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

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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:

Кратко о Датчиках Холла (ДХ) на велогибридах

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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.

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

Причины сбоя ДХ

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

Датчик положения могут подпортить такие факторы:

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

Проверка исправности ДХ акселератора

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

От контроллера, на орган управления скоростью идёт 3 проводка:

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. Может быть сломался контроллер, может до него не доходит ток, а может оборвалась проводка, соединяющая контроллер и рукоять газа.

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.

Проверка ДХ мотор-колеса

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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. На черный провод ДХ ставим красный щуп, а черным щупом снимаем сопротивление у сигнальных проводов ДХ, значение должно быть где-то 640 и одинаково на всех 3-х ДХ. Стоит заметить что датчик в ручке газа так не проверишь).

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.

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.

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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.

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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. Далее выпаиваем. Очищаем место посадки от остатков клея. Устанавливая новые детальки, проклейте их лаком для обеспечения надёжной фиксации.

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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.

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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.

Для чего нужны датчики холла в мотор колесе

Почти все современные контроллеры, а тем более покупные, умеют заставить работать мотор колесо без датчиков холла, которые, как многие утверждают, весьма ненадежные. Хотя лично у меня ни разу в жизни подобного инцидента не было. Дело все в том, что датчики холла ставятся на почти всех шаговых моторах, и лишь за редким исключением они могут отсутствовать. Так перелопатив кучу аппаратуры, я лично проблемы такой не встречал, чтобы они резко или без причинно выгорали, или замыкали. В связи с тем, что данная затея, а именно работа мотор колеса без ДХ, пришлась по вкусу многим потребителям электротранспорта, ну и появилась востребованность. Китай по началу производил всего лишь часть контроллеров для мотор колеса, снабжённых данным режимом, и чем дальше это пользовалось спросом, тем процент был выше.

И вот, на сегодняшний момент, к сожалению, данной функцией обладают наверно около 90% современных контроллеров, а без этой функции найти контроллер уже, к сожалению, проблема.

Почему, к сожалению, все дело в том, что функция работы без датчиков холла приоритетная, а не адаптивная, как это может показаться в видео ролике. Что это значит, все очень просто, если при езде произойдет проблема с датчиками холла, микроконтроллер запомнит последние данные работы мотора и просто отключит на ходу их, и будет ехать как и раньше, причем о выходе их из строя вы даже не узнаете.

Многие скажут, это же хорошо, от части это так, но когда данный режим приоритетный, к сожалению, существует задержка при движении, которая приводит к тупизне отклика акселератора на включение мотора. Для тех кто в теме, тот поймет. В общем, контроллер отдает команды дольше из-за их анализа и принимает решения так же дольше. Хоть это всего лишь доли секунды, но при переходе с одного контроллера на другой складывается впечатление, что чего-то не хватает, а мощность мотора уже не та. Вот такие реалии нового контроллера.

А если добавить тупизну и рывки на старте, которые толком не лечатся, особого плюса для обычного потребителя данная функция не принесет.

Да и еще применяя разные контроллеры одной и той же мощности, я сделал вывод, что максимальная скорость зачастую зависит от прошивки, и может сильно варьироваться при одной и той же мощности контроллера на 36/48В от 10 до 35 км/ч в зависимости от мощности мотор колеса.

А повышение мощности контроллера для электротранспорта и при условии, что мотор будет тем — же самым зачастую незаметен для пилота, что уже доказано ни в одном из предыдущих обзоров.

Ну и как происходит жесткий переход на работу без датчиков холла на универсальном контроллере можно наблюдать в данном видео :

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.

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:

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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:

Угол поворота ротора U V W
n.c. +

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:

Угол поворота ротора U V W
8.57° + n.c.

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

Угол поворота ротора U V W
17.14° + n.c.

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:

Угол поворота ротора U V W
25.71° n.c. +

C оставшимися двумя конфигурациями всё ровно так же:

Угол поворота ротора U V W
34.29° n.c. +
Угол поворота ротора U V W
42.85° + n.c.

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. Если подавать напряжение не хаотично, а в строгом порядке, который зависит от положения ротора, то двигатель будет вращаться.

Запишем ещё раз всю последовательность для нашего двигателя:

Угол поворота ротора U V W
n.c. +
8.57° + n.c.
17.14° + n.c.
25.71° n.c. +
34.29° n.c. +
42.86° + n.c.

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

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. Всего возможных состояний 8, но в силу расстояния между датчиками они не могут все втроём быть в логическом нуле или в логической единице:

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.

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? Мы получим возможность определять положение вала с точностью до четырёх отсчётов на одну седьмую оборота, или 28 отсчётов на оборот. Если вы не поняли, о чём я, прочтите принцип работы квадратурного декодера в первой статье.

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:

для чего нужны датчики 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.

Подводим итог

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

для чего нужны датчики холла в мотор колесе

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. Но в итоге обычный бесколлекторник можно использовать в шаговом режиме, а шаговик в постоянном вращении, управление у них будет одинаковым.

Зачем нужен датчик Холла в электросамокате

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

Датчик Холла

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.

Электросамокат

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.

Эффект Холла

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.

Принцип работы датчика Холла

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.

Ручка газа

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

Ручка газа

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.

Схема ручки газа

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

  1. Контакт «1» — «+».
  2. Контакт «2» — «-».
  3. Контакт «3» — «выход».

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.

Схема проверки

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

Двигатель

Электромотор электрического самоката также оснащен контроллерами Холла. Они установлены в колесе самоката. Всего их три. Электрические велосипеды и самокаты оснащаются датчиками «SS41» или их точными аналогами.

Мотор колесо

Работают элементы следующим образом:

  1. В колесо установлен электрический трехфазный двигатель синхронного типа.
  2. На поверхности статора установлена печатная плата с вмонтированными датчиками Холла.
  3. Каждый датчик отвечает за одну фазу двигателя.
  4. При подаче напряжения на обмотки двигателя, создается ЭДС при взаимодействии с постоянным магнитом.
  5. Колесо начинает вращаться.
  6. Для удерживания постоянных оборотов, контроллер посылает сигналы определенной частоты именно в момент прохождения ротора через магнитное поле.
  7. Положение ротора в момент оборота определяется датчиками Холла.
  8. Каждая обмотка в момент воздействия ротора, становится электрическим магнитом и открывает прохождение тока через датчик Холла.
  9. Этот сигнал поступает на контроллер, и процесс повторяется.

Принцип работы

Работа и вращение колеса осуществляется по правильной комбинации. Всего их 6. Происходит это так:

  1. Контроллер подает «+» на одну фазу двигателя.
  2. Минус подается на фазу «2».
  3. Третья фаза остается без напряжения.
  4. Вращение создает чередование подачи напряжения. Теперь на фазу «-» поступает «+», а на пустую фазу подается «-».

Именно за эту последовательность чередований и отвечает каждый датчик Холла, открываясь в момент появления магнитного поля на определенной фазе.

Датчики очень чувствительны к воздействию влаги, нагрузки и повышению температуры. В мотор-колесе, могут выйти из строя сразу все элементы или один из трех. Проверить датчики на работоспособность можно ранее описанным способом.

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. Чем больше таких сигналов, тем выше скорость поступления импульсов от контроллера на колесо. Таким образом сохраняется интенсивность поступления сигналов, сохраняется скорость вращения.

Электрические велосипеды оснащаются дополнительной системой «PAS».

Система 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.

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.

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.

Когда датчик Холла уже не датчик

Выход из строя датчика Холла – наиболее распространенная поломка, приводящая к неисправности hub-мотора электровелосипеда. Датчик магнитного поля, работа которого основана на эффекте Холла, позволяет организовать слежение за положением ротора двигателя и контроль частоты вращения электромотора велогибрида, передавая информацию на контроллер электровелосипеда. Располагая данными о положении ротора, управляющее устройство выдает импульсы напряжения в обмотки статора электродвигателя, тем самым обеспечивая правильное чередование фаз и вращение мотор-колеса.

Причинами выхода из строя сенсоров Холла hub-мотора могут быть повреждения механического характера, превышение номинальных рабочих параметров напряжения и тока, короткое замыкание вследствие попадания влаги, а также перегрев электродвигателя. Внешние признаки неисправности – отсутствие вращения колеса, подергивание или вибрация.

Как проверить работоспособность датчиков Холла, не разбирая мотор-колесо? Точно локализовать поломку можно при помощи вольтметра. Сначала следует убедиться в наличии питающего напряжения (

5V). После чего можно проверить работоспособность датчиков, подключая вольтметр поочередно к одному из контактов соответствующего разъема – при медленном вращении колеса рукой, напряжение будет изменяться в пределах от 0 до 5 Вольт (если элемент исправен).

Если повышения напряжения не наблюдается – вам придется разбирать hub-мотор для замены вышедших из строя деталей на заведомо исправные. Сенсоры жестко фиксируются в пазах статора мотор-колеса и при демонтаже просто выламываются из гнезд. Новые элементы также фиксируют на клей, припаивают и изолируют контакты. В современных hub-моторах чаще всего находят применение цифровые элементы типа SS41. Данные датчики обеспечивают высокую точность измерений и отличаются широким диапазоном напряжения питания (4,5-24V) и рабочих температур (от -40 до +150°С).

Существует простой способ обойтись без хлопот ремонта и замены неисправных датчиков Холла. Но такой способ устранения поломки будет стоить несколько дороже. Можно оставить в покое мотор-колесо (при том условии, что работа обмоток статора не вызывает нареканий) и просто заменить штатное устройство управления универсальным контроллером, способным полноценно работать без датчиков Холла. Существенное преимущество этого варианта в том, что замена контроллера займет гораздо меньше времени и усилий, нежели восстановление полной работоспособности мотор-колеса – ваш велогибрид снова на ходу и готов к покорению новых дорог!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *