Elektronik brushless-Motoren
16.05.2021
ich habe meinen Ardumower gleich mit brushless Motoren bestellt. Die sind etwas effektiver und haben kaum Verschleiß.
Wahrscheinlich würde ein ganz normaler Bürstenmotor in so einem Mäher auch ewig halten, gerade, wenn er auf kleinen Grundstücken eingesetzt werden soll, aber ich bin ein Fan von brushless Motoren und wollte die trotzdem einfach haben.
Außerdem wir der Mäher ja, wenn er mal mit einem Mähplan in der Software ausgestattet ist, selbstständig mähen. Und da wird er relativ oft unterwegs sein.
Brushless Motoren (BLDCs) funktionieren ja etwas anders als ihre gebürsteten Kollegen.
Sie brauchen eine elektronische Schaltung, die die Kommutierung des eletromagnetischen Feldes sorgt, so dass der Motor sich auch drehen kann. Bei einfachen Versionen wird über diese Elektronik ein Drehfeld erzeugt, welches sich mit einer bestimmten Drehzahl dreht und der Rotor folgt dem nur. Wenn der Motor anlaufen soll, hat er dabei aber oft Schwierigkeiten dem Feld zu folgen. Wegen der Massenträgheit des Rotors kann er gar nicht so schnell beschleunigen, dass der dem immer wieder vorbeieilenden Drehfeld folgen kann. Er zuckt dann oft einfach nur herum, bis er es irgendwann dann doch schafft. Das ist bei Propellerantrieben bei Modellflugzeugen meistens aber kein Problem.
Manchmal kann die Motorregelung aber auch bei solchen einfachen Motoren etwas optimier arbeiten: wenn sich der Motor mal dreht, kann über die Selbstinduktion des Motors gemessen werden, wie schnell er sich dreht und wo der Rotor gerade steht.
Es werden im Prinzip eine oder zwei Wicklungen gerade bestromt, die für den Vortrieb sorgen und die dritte wird gemessen, welche Spannung sie gerade erzeugt.
Wenn BLDCs aber immer sauber anfahren müssen und auch mal recht langsam drehen müssen, braucht es andere Lösungen.
Dazu wird in die Motoren ein Rotor-Lage-Sensor eingebaut. Der erkennt wo sich der Rotor innerhalb seiner Umdrehung gerade befindet und meldet das der Steuerelektronik. Das hat mehrere Vorteile:
- Wenn der Motor steht, kann das Magnetfeld genau so erzeugt werden, dass der Rotor mitgenommen werden muss.
- Die Steuerung "merkt" ob der Rotor dem Feld überhaupt folgt.
- der Motor kann sehr langsam drehen, im Prinzip sogar als STEP-Motor funktionieren.
- der Kommutierungspunkt, also wann genau die bestromten Spulen gewechselt werden, kann perfekt eingestellt werden.
Marotronics hat gleich auf Motoren mit Hallsensoren gesetzt. Das wäre z.B. für den Mähmotor nicht nötig, hat aber z.B. den Vorteil, dass ein Blockieren des Messers so schnell erkannt und der Motor abgeschaltet werden kann.
Die Zusatzbeschaltungen für die BL-Motoren (Treiber-Platinen) liegen der Brushless Version des Mowers bei.
Der Aufbau ist nicht schwer und auch ohne Anleitung machbar.
Ich habe erst beim Aufbau gemerkt, dass der Inhalt der drei Päckchen sich leicht unterscheidet.
Und hab da natürlich schon wieder einen kleinen Fehler eingebaut.
die Version für die beiden Fahrmotoren
Achtung: Elkos müssen polrichtig gelötet werden!
Die können bei genügender, verpolter "Ladeleistung" explodieren. Dafür haben sie übrigens auch die drei Einkerbungen auf der Oberseite. Hier soll im Notfall der Becher aufplatzen.
Eine Verpolung ist also wirklich gefährlich. Schaut mal auf YT.
Die Version für den Mähmotor.
Die ist bereits auf den beiliegenden Motor abgestimmt. Der Motor hat keine Stecker an den Kabeln. Die müssen also in Klemmblöcke geschraubt werden.
Hier hab ich wieder mal zwei Stecker vertauscht (roter Pfeil), die ich definitiv nicht mehr ablöte.
Die Litzen, die vom Motor vom Hallsensor kommen, werden vermutlich an der Position HAL an der Platine angeschlossen. Also hätte dort der grüne Klemmblock gelötet werden müssen.
Für den richtigen Aufbau muss also der grüne Klemmblock im Bild oben positioniert werden und der XH-Stecker rechts unten.
Ich bin schon lange auf der Suche (leider kann ich mir die nicht selbst bauen) nach einer Schaltung, die aus dem PWM-Signal für einen Bürstenmotor ein Eingangssignal für eine Brushless-Steuerung macht. Wenn diese beiden Platinen nur dazu da sind, aus dem PWM-Signal, das von dem Mainboard kommt und normalerweise die Bürstenmotoren antreibt, ein BL-Signal zu erzeugen, dann hätte ich schon eine Lösung. Das werde ich in dem Forum mal erfragen.
hier noch die Adapterplatine für den Anschluss der BL-Platinen ans Mainboard.
05.06.2021
ein paar Infos zum Thema Brushless findet man im Wiki unter Brushless-Driver-Board und unter Brushless-Drive
Dort ist aber nicht alles beschrieben, was man zum Einbau braucht. Man muss das Forum durchstöbern. Alles was ich bisher gefunden und geklärt habe, habe ich hier zusammengefasst.
Odometrie-Kabelbaum von der BL-Adapterplatine zurück zum Mainboard.
Die rot eingeschrumpften Kabelreste am XH-Stecker werden nicht gebraucht.
Das schwarze Kabel ist die Masseanbindung und wird von allen Steckern zusammengefasst.
Die beiden weißen und das rote Kabel sind die Odometriesignale Mower, Left und Right. Ich habs versucht so aufzubauen und zu fotografieren, dass man genau sieht, wo welches Kabel hingeht.
Achtung: für die BL-Motoren müssen auf der Mainboard-Rückseite an den Odometrieanschlüssen noch 220nF-Kondensatoren eingelötet werden. Siehe Bugfix hier. Diese Kondensatoren werden nicht mitgeliefert und müssen extra bestellt werden.
die BL-Adapterplatine versorgt die BL-Treiberplatinen mit Spannung.
Dazu wird dort, wo bei "normalen" Motoren die PWM-Ansteuerung anliegt, die Betriebsspannung der brushless-Motoren angelegt.
Die weicht allerdings von den Beschreibungen im Wiki für die Platinen 1.3 und 1.4 ab.
Die Belegung ist von mir gemessen und von anderen im Forum bestätigt, so wie auf dem linken Bild. rot = Plus, blau = Minus
Auf dem Mainboard steht auch noch die Beschriftung welcher Anschluss für welchen Motor ist.
Das ist für die "normalen" Motoren schon wichtig, weil die ja darüber angesteuert werden.
Für die BL-Motoren ist das meiner Meinung nach nicht wichtig, weil da ja nur die Spannungsversorgung drauf liegt. Man kann also bestimmt die Motoren hier vertauscht anschließen. Das kläre ich aber noch.
hier mal ein Bild nur mit der Verkabelung der BL-Motoren.
Die grünen Spannungsversorgungsstecker habe ich jetzt mal noch nicht gemäß der Beschriftung auf der Leiterplatte angesteckt, in der Annahme, dass die vertauscht werden können. (siehe oben)
Bei den Fahrmotoren kann man nicht so viel verkehrt machen.
Hier sind bereits XH-Stecker angebracht, so dass eine Verpolung nicht möglich ist.
Aufpassen muss man bei der Belegung des Mähmotors.
Hier ist kein Stecker angebracht, so dass man die Kabel selbst richtig an der Treiber-Platine anschließen muss.
Hier wird der Anschluss des Mähmotors an die Treiber-Platine gezeigt.
Ich habe oben schon auf meinen Fehler beim Löten der Stecker auf die Platine hingewiesen. Das ist der Grund, weshalb ich auch an den Hallsensorkabeln des Motors einen Stecker anbringen musste.
Wären die beiden Stecker HAL und SPI auf der Platine richtig angebracht, könnte man die HAL-Kabel direkt an die Platine anschließen.
Die Belegung gilt sowohl für die Spulenkabel (dick) des Motors, als auch für die Hallsensorkabel (dünn).
Rot = Plus
Schwarz = Minus
Gelb = U
Grün = V
Blau = W
Für die Spannungsversorgung der Treiberplatine hatte ich leider keine rot/schwarzen Kabel mehr, also habe ich grau/blau gewählt.
Kabel sollte man auch gleich ein paar mehr bestellen.