- Kommutierungs-

  u. Inkrementalgeber

Wozu ein optionaler Geber ?
Im Modellsport sind Brushless-Motore mittlerweile Standard und werden zum Teil recht günstig im Handel angeboten. In der Regel werden diese Motore über Drehzahlsteller gesteuert die so gut wie keine Funktionalität eingebaut haben. Mehr als Drehen soll sich der Motor ja auch nicht und somit werden Gebersysteme nicht gebraucht. Die Motorkommutierung wird sensorlos über Messung der EMK des Motors realisiert.
Der Nachteil liegt im schlechten Stell- und Regelverhalten des Motors. Bei geringen Drehzahlen wird die Kommutierung aufgrund niedriger EMK unsauber, der Motor läuft unrund oder der Drehzahlsteller schaltet komplett ab. Weiterhin ist eine echte Drehzahlregelung gerade im unteren Drehzahlbereich aufgrund der niedrigen Rückführungswerte (die Kommutierungssignale mit niedriger Pulsfolge) schlecht umsetzbar.

Wer braucht denn eine Drehzahlregelung?
Zum Beispiel mein Sohn und ich. Damit Junior (5) mit unserem 1:6 Modell einigermaßen klar kommt sollte diese höchsten 4-5 km/h schnell sein. Wobei ich mich lieber im Geschwindigkeitsbereich zwischen 45-60 km/h bewege. Mit einem Drehzahlsteller von der Stange ist diese Anforderung nicht abzudecken. Ist das Modell auf die hohe Geschwindigkeit abgestimmt kann zwar der Drehzahlsteller in der Aussteuerung begrenzt werden, nur leider verliert der Motor dadurch auch sein Drehmoment. Bei der kleinsten Steigung bleibt das Auto dann stehen. Alternativ hierzu könnte auch die Getriebeuntersetzung verändert werden, nur wer hat schon Lust ständig die Zahnräder zu wechseln?

 Es geht auch anders, mit Drehzahlreglern die über eine entsprechende Intelligenz verfügen. In der heutigen Zeit der Mikrocontroller ist es keine Schwierigkeit einen Strom- und Drehzahlregelkreis aufzubauen. Die Vorteile liegen klar auf der Hand, über den Stromregelkreis kann das Moment des Motors kontrolliert werden (Getriebeschutz) und über einen Drehzahlregelkreis die Drehzahl des Motors. So ist es zum Beispiel möglich den Motor zwischen 0 min⁻¹ und 12000 min⁻¹ zu regeln, d.h. selbst im Stillstand bringt der Motor das volle Moment an der Welle und kann ein Wegrollen des Autos an einem steilen Hang aktiv verhindern. Ganz ohne Betätigung einer Bremsfunktion die bei Drehzahl Null dann doch nachgibt.
Im Fall "Junior und ich" muss nur die maximale Drehzahl des Motors am Regler entsprechend dem Fahrer eingestellt werden. Motor und Getriebe bleiben unverändert, die Einstellung am Regler dauert nur Sekunden.
Hierzu ergeben sich zwei Anforderungen: Die Motorkommutierung muss auch im Stillstand gewährleistet sein und für eine Drehzahlregelung bis zum Stillstand ist weiterhin ein hohe Auflösung bzw. Impulsanzahl als Rückführgröße für eine Umdrehung erforderlich.

Diese Anforderungen hatte ich bisher über zwei Systeme erfüllt, ein Hallgebersystem im Motor für die Kommutierungssignale und ein am zweiten Wellenende montierter Inkrementalgeber (1000 Impulse pro  Umdrehung) für die Drehzahlregelung.
Der Hallgeber im Motor ist aufwändig zu fertigen, er besteht aus einem kompletten kleinen Rotor mit über den Umfang gleichmäßig verteilt und dicht gesetzten Einzelmagneten, sowie einer Leiterkarte die die Hallsensoren trägt. 

Die Gesamtbaulänge des Motors wird hierdurch deutlich größer oder es bleibt weniger Platz für die Wickelköpfe der Statorwicklung. Der Bau des Motors gestaltet sich somit schwierig. Der Inkrementalgeber ist relativ teuer (ca. 55,-€) und ein nicht staubdichtes optisches System mit Gefahr der Verschmutzung bzw. des Ausfalls bei wilden Fahrten im Gelände. Natürlich gibt es auch staubdichte Ausführungen, nur leider sind diese nicht bezahlbar.
Ein Arbeitskollege zeigte mir einen Flyer von iC-Haus indem ein neuer Geber-Baustein auf magnetischer Basis vorgestellt wurde. Dieses 5 x 5 mm kleine IC, genannt iC-MH8, beinhaltet alles was für ein Gebersystem mit Kommutierungs- und Inkrementalgebersignalen benötigt wird. -> Ganz klar, der Baustein muss ausprobiert werden und so entstand dieses Projekt.   

-> Aufbau des iC-MH8 Gebers