การเลือกตัวเข้ารหัสมอเตอร์สำหรับไดรฟ์ BLDC: ความละเอียด อินเทอร์เฟซ และพอดี

รถจักรยานยนต์ไฟฟ้าต้นแบบสองคันมาถึงแท่นทดสอบเดียวกันโดยมีมอเตอร์ฮับขนาด 10 นิ้วชุดเดียวกัน เฟิร์มแวร์ตัวควบคุมชุดเดียวกัน และชุดแบตเตอรี่ชุดเดียวกัน คนหนึ่งพุ่งไปข้างหน้าตามจังหวะการเดินด้วยแรงดึงที่นุ่มนวลและควบคุมได้ อีกอันหนึ่งกระตุกด้วยความเร็วต่ำกว่า 3 กม./ชม. และทำเฟสที่คดเคี้ยวหลังจากออกสตาร์ทเนินยี่สิบนาที ชิ้นส่วนเครื่องจักรกลเหมือนกัน เส้นทางตอบรับไม่ได้ มอเตอร์ตัวหนึ่งมีตัวเข้ารหัสแบบเพิ่มหน่วย 1,024 PPR ส่วนอีกตัวหนึ่งมีชุดเซ็นเซอร์ฮอลล์ 3 ตัวและตารางเฟิร์มแวร์ที่ประมาณตำแหน่งโรเตอร์ระหว่างขั้นตอนการสับเปลี่ยน

บทเรียนนี้อธิบายได้ง่ายและลืมได้ง่ายในระหว่างการจัดซื้อ: บนไดรฟ์ DC แบบไร้แปรงถ่านหรือซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร ตัวเข้ารหัสมอเตอร์จะตัดสินว่าตัวควบคุมสามารถรู้ตำแหน่งของโรเตอร์ได้ละเอียดและเชื่อถือได้เพียงใด ความละเอียด อินเทอร์เฟซเอาต์พุต การติดตั้งเชิงกล และสภาพแวดล้อมการทำงาน ล้วนป้อนหมายเลขเดียว นั่นคือคุณภาพของข้อมูลตำแหน่งที่ไปถึงลูปควบคุม ถือว่าเอ็นโค้ดเดอร์เป็นอุปกรณ์เสริม และคุณจะต้องจ่ายเป็นระลอกแรงบิด บทความแรกที่ถูกปฏิเสธ หรือการส่งคืนฟิลด์

สิ่งที่ตัวเข้ารหัสมอเตอร์ทำภายในไดรฟ์แบบวงปิด

ตัวเข้ารหัสจะแปลงการเคลื่อนไหวทางกลให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่ไดรฟ์สามารถนับ นาฬิกา หรือถอดรหัสได้ ในไดรฟ์แบบไร้แปรงถ่านสามเฟส ตัวควบคุมจำเป็นต้องใช้มุมไฟฟ้าของโรเตอร์เพื่อตัดสินใจว่าเมื่อใดควรสลับ MOSFET แต่ละตัว เซ็นเซอร์ฮอลล์ให้สถานะแยกหกสถานะต่อการปฏิวัติทางไฟฟ้า: เพียงพอสำหรับการเปลี่ยนหกขั้นตอน แต่หยาบเกินไปสำหรับแรงบิดที่ความเร็วต่ำอย่างราบรื่น ตัวเข้ารหัสจะเพิ่มตำแหน่งที่ต่อเนื่อง โดยประเภทที่เพิ่มขึ้นจะปล่อยพัลส์การสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส A/B พร้อมด้วยพัลส์ดัชนีเสริม ในขณะที่ประเภทสัมบูรณ์จะรายงานค่าตำแหน่งที่เข้ารหัสเมื่อมีการใช้กำลังโมเมนต์

ความแตกต่างดังกล่าวส่งผลต่อเครื่องจักรทั้งหมด ไม่ใช่แค่เซนเซอร์เท่านั้น ด้วยการป้อนกลับที่เพิ่มขึ้น ตัวควบคุมจะต้องดำเนินการย้ายกลับบ้านหลังจากทุกรอบพลังงานเพื่อสร้างการอ้างอิงเป็นศูนย์ ด้วยการป้อนกลับที่สมบูรณ์ เครื่องจักรจะรู้ว่าอยู่ที่ไหนทันที ซึ่งสำคัญสำหรับโครงหุ่นยนต์ที่ต้องเดินทางต่อในเส้นทางโดยไม่มีการวิ่งอ้างอิง และสำหรับแกนบังคับเลี้ยวหรือแกนแอคทูเอเตอร์ที่การเคลื่อนไหวที่ไม่คาดคิดเมื่อสตาร์ทเครื่องเป็นปัญหาด้านความปลอดภัย การแก้ไข การกรอง และการตรวจจับข้อผิดพลาดส่วนใหญ่ที่เคยใช้ในฮาร์ดแวร์เฉพาะ ตอนนี้อยู่ในเฟิร์มแวร์ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมบทบาทของซอฟต์แวร์ในการควบคุมมอเตอร์สมัยใหม่จึงมีการขยายตัวมากขึ้น

A6 2422 ตัวควบคุมมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านที่เงียบเป็นพิเศษ สำหรับระบบที่มีน้ำหนักป้อนกลับแบบส่วนเพิ่มหรือแบบสัมบูรณ์ ตัวควบคุมนี้รองรับอินพุตตัวเข้ารหัสฮอลล์หรือแม่เหล็ก และการควบคุมเวกเตอร์ FOC ดูผลิตภัณฑ์ →

ส่วนเพิ่มหรือสัมบูรณ์: จับคู่ตัวเข้ารหัสกับพฤติกรรมการเริ่มต้นระบบ

เริ่มต้นด้วยคำถามเดียว: จะเกิดอะไรขึ้นใน 200 มิลลิวินาทีแรกหลังจากบิดกุญแจ? หากเครื่องจักรสามารถทนต่อการเคลื่อนที่อ้างอิงที่ช้าได้ ตัวเข้ารหัสส่วนเพิ่มจะมีราคาถูกกว่าและง่ายต่อการรวมเข้าด้วยกัน หากไม่สามารถทำได้ ผลตอบรับที่สมบูรณ์คือคำตอบที่ตรงไปตรงมา และค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมจะอยู่ในงบประมาณตั้งแต่เริ่มต้น แทนที่จะเป็นการออกแบบใหม่ในอีกหกเดือนต่อมา

ความละเอียด ความแม่นยำ และตัวเลขที่น่าเปรียบเทียบ

ความละเอียดที่เพิ่มขึ้นจะแสดงเป็นพัลส์ต่อการปฏิวัติ ตัวเข้ารหัส PPR 1,024 ที่อ่านในพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสสี่เท่าให้ผล 4,096 จำนวนนับต่อการปฏิวัติ บนล้อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 250 มม. ที่มีเส้นรอบวง 785 มม. จำนวนหนึ่งจะเท่ากับระยะเคลื่อนที่ประมาณ 0.19 มม. ซึ่งยอมรับได้สำหรับการวัดระยะทาง แต่เป็นส่วนขอบสำหรับการวางตำแหน่งที่แม่นยำ ตัวเข้ารหัสสัมบูรณ์ 17 บิตให้การนับ 131,072 ครั้งต่อรอบ ประมาณ 0.006 มม. บนล้อเดียวกัน และความละเอียดจะไม่ลดลงเมื่อเครื่องจักรเคลื่อนที่ช้าๆ

ความละเอียดไม่แม่นยำ ข้อผิดพลาดในการแก้ไขภายในตัวเข้ารหัส ความเยื้องศูนย์ของเพลา การเยื้องศูนย์ของคัปปลิ้ง และการเบี่ยงเบนของอุณหภูมิ ล้วนเพิ่มให้กับข้อผิดพลาดตำแหน่งที่คอนโทรลเลอร์มองเห็นได้จริง สอบถามซัพพลายเออร์เกี่ยวกับข้อผิดพลาดทั้งหมดแทนตัวเลข PPR หัวข้อข่าว และทดสอบตัวอย่างบนเพลาจริงแทนอุปกรณ์ติดตั้งในห้องปฏิบัติการ ตัวเข้ารหัส 4,096 จำนวนนับที่ติดตั้งด้วยความเยื้องศูนย์กลาง 0.1 มม. อาจทำงานได้แย่กว่าหน่วยจำนวน 2,048 จำนวนที่ติดตั้งเรียบร้อย

อินเทอร์เฟซ สายเคเบิล และเสียงที่รบกวนการตอบรับ

ความเข้ากันได้ของอินเทอร์เฟซเป็นจุดที่การตัดสินใจซื้อแตกหัก ตัวควบคุมที่มีอินพุต 3.3 V จะไม่สามารถอ่านตัวเข้ารหัส TTL 5 V ได้อย่างน่าเชื่อถือหากไม่มีการเลื่อนระดับ และตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลสามารถดึงกระแส 150 ถึง 250 mA จากแหล่งจ่ายที่มีขนาดสำหรับเซ็นเซอร์ฮอลล์ ตรวจสอบความถี่เอาต์พุตสูงสุดเทียบกับความยาวของสายเคเบิล ยืนยันว่าไดรฟ์รองรับโปรโตคอลสัมบูรณ์ที่คุณต้องการซื้อ และโปรดจำไว้ว่าสายเคเบิลยาวที่มีความจุสูงจะปัดเศษขอบที่รวดเร็วจนกว่าจำนวนจะหายไป สายเคเบิลหุ้มฉนวน Twisted-Pair เข้าปลายที่ปลายตัวควบคุมและเดินสายห่างจากสายเคเบิลเฟสมอเตอร์อย่างน้อย 50 มม. ช่วยป้องกันปัญหาเหล่านี้ส่วนใหญ่

ฝ่ายควบคุมสมควรได้รับการตรวจสอบอย่างเท่าเทียมกัน ลูปปัจจุบันที่ทำงานที่ 10 ถึง 20 kHz ไม่สามารถใช้ความละเอียดที่ละเอียดกว่าระยะเวลาสุ่มตัวอย่างที่รองรับ และไดรฟ์ที่จัดการการควบคุมแบบภาคสนามได้ดีจะแปลงการตอบรับที่ดีให้เป็นระลอกคลื่นแรงบิดต่ำและประสิทธิภาพที่สูงขึ้นตลอดช่วงความเร็วทั้งหมด

A4 2313 คอนโทรลเลอร์มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านประสิทธิภาพสูง สำหรับรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าหรือไดรฟ์ EV ตัวควบคุมนี้จะจับคู่การควบคุมเวกเตอร์ FOC กับ CANBUS, Bluetooth และ Hall หรือการตอบสนองของตัวเข้ารหัสแม่เหล็ก ดูผลิตภัณฑ์ →

ความพอดีทางกลและสภาพแวดล้อม: จุดเริ่มต้นของความล้มเหลวในสนาม

ตัวเข้ารหัสล้มเหลวในสนามด้วยเหตุผลทางกลบ่อยกว่าตัวเข้ารหัสทางไฟฟ้า ประเภทแม่เหล็กและอุปนัยทนต่อช่องว่างอากาศที่กำหนดไว้ — โดยทั่วไป 0.5 ถึง 1.5 มม. ระหว่างเซ็นเซอร์และแม่เหล็ก — แต่ช่องว่างนั้นจะต้องรอดพ้นจากการขยายตัวเนื่องจากความร้อน การเล่นของตลับลูกปืน และการกระแทก การหนีศูนย์ของเพลา การลอยตามแนวแกน และความเยื้องศูนย์ของดุมจะปรับสัญญาณ และการตอบรับตำแหน่งแบบมอดูเลตจะแสดงบนยานพาหนะในรูปของแรงบิดกระเพื่อมหรือการแกว่งของความเร็ว ระบุขีดจำกัดความหนีศูนย์บนภาพวาดก่อนเลือกเซ็นเซอร์ จากนั้นวัดในบทความแรกแทนที่จะเชื่อถือโบรชัวร์ของซัพพลายเออร์

สภาพแวดล้อมเป็นตัวขับเคลื่อนทางเลือกเทคโนโลยี ตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลให้ความละเอียดที่ดีที่สุดและทนทานต่อฝุ่น ละอองน้ำมัน และการควบแน่นน้อยที่สุด ตัวเรือนระดับ IP67 ช่วยได้ แต่ไม่สามารถแก้ไขซีลเพลาที่สึกหรอได้ ตัวเข้ารหัสแบบแม่เหล็กสามารถทนต่อฝุ่นและน้ำได้ แต่จะลดลงเมื่ออยู่ใกล้สายเคเบิลที่มีกระแสไฟสูงหรือโครงสร้างเหล็กขนาดใหญ่ สำหรับมอเตอร์ติดท้ายเรือและอุปกรณ์ชายฝั่ง สเปรย์เกลือและการกัดกร่อนของกัลวานิกทำให้ IP67 ที่มีเคเบิลแกลนด์สำหรับงานทางทะเลถือเป็นระดับขั้นต่ำ แทนที่จะเป็นจุดขาย

การใช้งานและสิ่งที่แต่ละคนต้องการ

ข้อมูลจำเพาะของเอ็นโค้ดเดอร์เดียวกันนี้ให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันมาก ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของมอเตอร์:

• รถจักรยานยนต์ไฟฟ้าและสกู๊ตเตอร์: ความนุ่มนวลที่ความเร็วต่ำและการออกตัวบนทางลาดชันครองความประทับใจแรกของลูกค้า ดังนั้นความละเอียดของพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสและการปรับเทียบมุมทางไฟฟ้าจึงมีความสำคัญมากกว่าความแม่นยำที่ความเร็วสูงสุด
• โครงหุ่นยนต์และยานพาหนะนำทางแบบอัตโนมัติ: ข้อผิดพลาดของการวัดระยะทางสะสมตลอดกะ ดังนั้นจำนวนต่อรอบคูณด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางล้อจึงถือเป็นงบประมาณในการนำทางในทางปฏิบัติ
• ระบบขับเคลื่อนของ ATV และ UTV: โคลน น้ำที่ไหลผ่าน และแรงสั่นสะเทือนผลักดันทางเลือกไปสู่การตอบสนองด้วยแม่เหล็กแบบปิดผนึกพร้อมความทนทานต่อช่องว่างอากาศที่กว้างขวาง
• มอเตอร์ติดท้ายแบบไฟฟ้า: ความต้านทานการกัดกร่อนและความสมบูรณ์ของสายเคเบิลเป็นตัวกำหนดอายุการใช้งาน ไม่ใช่การแก้ปัญหาเพียงอย่างเดียว

เรื่องบรรจุภัณฑ์ก็มีความสำคัญเช่นกัน หน่วยกลางไดรฟ์แบบรวมจะวางเซ็นเซอร์ไว้ภายในกล่องเกียร์ โดยมีละอองน้ำมันและความร้อนอยู่ใกล้เคียงกัน และตำแหน่งที่ไม่สามารถเปลี่ยนเซ็นเซอร์ได้โดยไม่ต้องเปิดมอเตอร์ การจัดการดังกล่าวให้รางวัลแก่การตรวจสอบกลไกตั้งแต่เนิ่นๆ และซัพพลายเออร์ที่เข้าใจระบบขับเคลื่อนทั้งหมด แทนที่จะเป็นเซ็นเซอร์ที่ขายตามข้อกำหนดเพียงอย่างเดียว

มอเตอร์ขับเคลื่อนกลาง B2B สำหรับระบบขับเคลื่อน E-Bike ตรวจสอบหมวดหมู่มอเตอร์ไดรฟ์กลาง B2B นี้เพื่อดูตัวเลือกของโรงงาน/ซัพพลายเออร์ การจับคู่ตัวควบคุม และการสนับสนุนหลังการขายที่เกี่ยวข้องกับระบบขับเคลื่อนจักรยานไฟฟ้าในตัว ดูผลิตภัณฑ์ →

รายการตรวจสอบความถูกต้องก่อนที่คุณจะเผยแพร่การออกแบบ

ปัญหาเกี่ยวกับตัวเข้ารหัสส่วนใหญ่ถูกค้นพบล่าช้าเนื่องจากการทดสอบมุ่งเน้นไปที่แผ่นข้อมูลมากกว่าการประกอบ ทำตามขั้นตอนเหล่านี้ก่อนลงนามในรุ่นที่ใช้งานจริง:

1. ยืนยันว่าเครื่องจะต้องทำอะไรในช่วง 200 มิลลิวินาทีแรกหลังจากเปิดเครื่อง และปล่อยให้คำตอบนั้นตัดสินแบบส่วนเพิ่มและแบบสัมบูรณ์
2. จับคู่ระดับแรงดันไฟฟ้า โปรโตคอล กระแสไฟที่จ่าย และความถี่สูงสุดกับระยะอินพุตของตัวควบคุมจริง
3. วัดความเบี่ยงเบนของเพลา ความเยื้องศูนย์ และช่องว่างอากาศของเซ็นเซอร์ในบทความแรก ไม่ใช่บนอุปกรณ์จับยึดแบบตั้งโต๊ะ
4. เดินชุดประกอบตลอดช่วงอุณหภูมิเต็มและบันทึกข้อผิดพลาดของตำแหน่งที่สุดขั้ว
5. ปรับเทียบออฟเซ็ตมุมไฟฟ้าและจัดเก็บไว้ต่อชุดมอเตอร์ เนื่องจากชุดหนึ่งที่ไม่ตรงแนวจะทำให้เกิดแรงบิดกระเพื่อมในทุกที่
6. ตรวจสอบการเดินสายเคเบิลและการหุ้มฉนวนภายใต้สัญญาณรบกวนที่ดำเนินการและแผ่ออกมา โดยที่มอเตอร์มีโหลดอยู่ ไม่ใช่ทำงานที่รอบเดินเบา
7. ขอข้อมูลความสอดคล้องกันในแต่ละชุดและกระบวนการแจ้งเตือนการเปลี่ยนแปลงที่บันทึกไว้ เนื่องจากการแก้ไขแม่เหล็กหรือดิสก์ที่ไม่ได้แจ้งให้ทราบล่วงหน้าจะทำให้การปรับเทียบเฟิร์มแวร์ของคุณเป็นโมฆะ

ตัวเข้ารหัสมอเตอร์ไม่ใช่ส่วนประกอบที่จะซื้อเมื่อสิ้นสุดโครงการและจะยึดติดในภายหลัง ตัดสินใจเกี่ยวกับพฤติกรรมการเริ่มต้นระบบก่อน จากนั้นจึงตัดสินใจเลือกความละเอียดที่แอปพลิเคชันต้องการอย่างแท้จริง จากนั้นจึงพิจารณาอินเทอร์เฟซและขอบเขตกลไกที่สามารถเก็บความละเอียดนั้นไว้ในสภาพแวดล้อมจริง ตรวจสอบไดรฟ์แบบรวมบนม้านั่งที่รับน้ำหนัก และเก็บบันทึกการสอบเทียบไว้กับชุดมอเตอร์

Shanghai APT Power Technology สร้างตัวควบคุมมอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่าน มอเตอร์ไดรฟ์กลาง และมอเตอร์ฮับตามลำดับดังกล่าว โดยจับคู่เฟิร์มแวร์ตัวควบคุมกับคุณลักษณะของมอเตอร์ แทนที่จะขายฮาร์ดแวร์แยกกัน ไม่ว่าการใช้งานจะเป็นรถจักรยานยนต์ไฟฟ้า แชสซีหุ่นยนต์ รถเอทีวี หรือเครื่องยนต์ติดท้ายไฟฟ้า ความคิดเห็นเกี่ยวกับตำแหน่งจะอยู่ในการสนทนาทางวิศวกรรมครั้งแรก — ไม่ใช่ในการเรียกร้องการรับประกันครั้งแรก