Um in einem dreiphasigen Linearmotor eine Bewegung zu erzeugen, muss zwischen den Phasen umgeschaltet werden, um die entsprechenden Wicklungen zu erregen. Der Vorgang des Umschaltens zwischen den Phasen wird Kommutierung genannt.

Um die gewünschte Bewegung zu erzeugen, muss ein Controller bestimmen, welche Phase eingeschaltet werden muss. Die gängigste Methode, um festzustellen, wo sich der Kraftgeber im Magnetfeld befindet, ist ein Hall-Effekt-Sensor.

Kommutierung

Prozess der Kommutierung

Um den Vorgang der Kommutierung zu verstehen, kann ein Kreisdiagramm helfen, ihn zu erklären. Der Strom, der durch eine Spuleneinheit fließt, hat die Form eines Sinus. Die Y-Komponente eines Pfeils in dem untenstehenden Kreisdiagramm bestimmt die Größe dieses Stroms. Wenn der Pfeil eine volle Umdrehung macht, folgt der Betrag einem Sinusmuster. Die Ströme sind um 120 Grad phasenverschoben, was sich darin zeigt, dass die drei Pfeile in gleichem Abstand über 360 Grad verteilt sind.

Process Of Commutation

Methoden der Kommutierung

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Position der (elektromagnetischen) Spulen über die Magnetplatte (oder den Rotor) zu bestimmen. Wenn die Detailgenauigkeit und Präzision eines Encoders (Lineals) nicht benötigt wird, kann einein analoger Hall-Sensor verwendet werden, um die Position der Spuleneinheit zu messen. Digitale Hall-Sensoren werden verwendet, um den Strom zu kommutieren.

3phasecurrent

 

Vorteile und Risiken

Eine einfache Möglichkeit, den Strom durch die Spulen mit den Dauermagneten „abzugleichen“, ist die Verwendung eines Hall-Sensors. Hall-Sensoren können analog oder digital sein. Analoge Hall-Sensoren messen das genaue Magnetfeld. Das Signal ist stärker, wenn es über einem Magnetpol zentriert ist. Das Magnetfeld ist gleich Null, wenn es zwischen zwei gegenüberliegenden Polen gemessen wird. Digitale Hall-Sensoren messen nur einen positiven (Nord) oder negativen (Süd) Magnetpol. Sie zeigen eine digitale Anzeige an, d. h. eine „1“ oder „0“. Wenn sich ein digitaler Hall-Sensor über einem Pol seines Typs (Nord oder Süd) befindet, gibt er ein Signal ab.

Current Graph Movement Pitch

 

Beim Kommutierung in einem Synchronmotor geht es um das Umschalten zwischen den Phasen. Es ist möglich, zwischen den Phasen so zu schalten, dass die Wicklung die Permanentmagnete abwechselnd anzieht und abstößt, um die gewünschte Bewegung durch das Lorentzgesetz zu erzeugen. Tecnotion Eisenkern-, eisenlose und Torquemotoren sind alle 3-Phasen-Synchronmotoren.

Durch den Wechsel des Stroms kehrt sich die Richtung des Magnetfelds in den Spulen um. Die Wechselwirkung dieses Magnetfelds mit der Spur des Permanentmagneten (oder Rotors) erzeugt eine Bewegung.

Analoges Hall-Modul

Linearmotoren können mit Hilfe von optischen Encodern und Linealen extrem genau positioniert werden. Wenn dies nicht erforderlich ist, kann diese teure Einrichtung durch ein Analog-Hall-Modul ersetzt werden. Dieses Modul verwendet die Magnetspur und nicht das Lineal als linearen Maßstab. Es kann einfach auf unsere Eisenkernmotoren montiert werden und kommuniziert mit praktisch allen Standard-Servocontrollern. Das Analog-Hall-Modul benötigt eine Standard-5 Vdc-Stromversorgung.

Analog Hall

Digital Hall Module

For commutation, Tecnotion has an optional Digital Hall Module that can be used with our entire range of linear motors. Its sensors provide 3 digital outputs, each phase shifted 120 degrees, to determine the electrical angle between coils and magnets. If you do not use a controller that allows you to commutate within the servo drive, this module can be a cost-effective alternative. The digital Hall module requires a 4.5 to 28Vdc power supply.

Digital Hall

Phasenkommutierung des Stroms

Zusammenfassend lässt sich sagen, was benötigt wird, um einen Linear- oder Torquemotor effektiv zu bewegen: die Kommutierung der Stromphasen und optional ein Hall-Effekt-Sensor. Die 3 Phasen des Stroms müssen kontinuierlich gesteuert werden, um eine Bewegung zu erzeugen. Hall-Sensoren können verwendet werden, um die Position des Kraftgebers innerhalb des Magnetfelds zu bestimmen, damit ein Controller die Phasen korrekt kommutieren kann. Digitale Hall-Sensoren verwenden 3 Signale, die ebenfalls in einem Abstand von 120 Grad über ihren spezifischen Magnetabstand verteilt sind. Tecnotion Digital Hall-Sensoren benötigen eine Versorgungsspannung zwischen 4,5 V und 28 V Gleichstrom. Der analoge Hall-Sensor benötigt eine 5V-Spannungsversorgung.

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Mike Rolink und Stefan Jansen
Application Engineers

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