BL-Motor kommutieren, Hallsensoren nicht erforderlich ?

@Gustav K. (hauwech)

>Netz viele Beiträge lesen, wo User berichten, das das Anfahren unter
>Last auch ohne Hallsensoren problemlos gehen soll.

Hmmm. Eigentlich bestrommt man so einen Motor erstmal auf "gut" Glück 
und er dreht "zufällig" los, ggf. auch ein Stück zurück. Erst dann kann 
man per Induktionsspannung die Position messen.

>Nach meiner Einschätzung braucht ein BL-Motor zum Anlaufen unter Last
>die Hallsensoren,

Das würde ich auch meinen. Zumal wenn man Drehmoment ohne Bewegung 
machen will.

>Wie sehen das die Fachleute unter euch, Hallsensoren wegen Anlauf unter
>Last: ja oder nein ?

Ich sag mal ja, bin aber kein BLDC Experte. Es gibt 
Spezialsoftware/Prozessoren von TI, die mit sensorloser Ansteuerung 
werben. Ob das auch Anfahren/Stillstand bedeutet, weiß ich nicht.

http://www.ti.com/ww/en/mcu/instaspin/index.shtml

>Youtube-Video "The inside of an e-bike hub motor, with planetary gears."

Dort sieht man aber nix ob das Ding mit oder ohne Hallsensoren läuft.

Falk B. schrieb:
> Dort sieht man aber nix ob das Ding mit oder ohne Hallsensoren läuft.

Na ja, aber man sieht über den Wicklungen die montierte Platine mit den 
rückwärtigen Lötpunkten der Beine der 3 Hallsensoren (0:19)

Gustav

@ Gustav K. (hauwech)

>Na ja, aber man sieht über den Wicklungen die montierte Platine mit den
>rückwärtigen Lötpunkten der Beine der 3 Hallsensoren (0:19)

Könnte sein. Hat mich aber ein bisschen irritiert, weil ich kenn die nur 
120° versetzt. Aber wahrscheinlich hat der BLDC mehr als 3 Phasen und 
deshalb kann man die so nah beieinander platzieren.

Falk B. schrieb:
> Aber wahrscheinlich hat der BLDC mehr als 3 Phasen ...

Spricht man nicht von Polen, wenn der Stator ein Vielfaches als 3 
Wicklungen hat? Ich zähle in dem Video 18 Wicklungen, bei 3 Phasen hätte 
der Stator also 6 Pole. Sehe ich das richtig?

@ Gustav K. (hauwech)

>> Aber wahrscheinlich hat der BLDC mehr als 3 Phasen ...

>Spricht man nicht von Polen, wenn der Stator ein Vielfaches als 3
>Wicklungen hat?
> Ich zähle in dem Video 18 Wicklungen, bei 3 Phasen hätte
>der Stator also 6 Pole. Sehe ich das richtig?

Keine Ahnung.

genauer gesagt  Poolpaaren wobei die bei dreiphasen system wieder 
verkettet sein können,
bei 18 Wicklungen ist aber von der Polpaarzahl 3 auszugehen,da 
mutmaßlich die gegenüber liegenden Wicklungen so geschaltet sind das 
jedem Pol sein Gegenpol gegenüberliegt. Das macht die Schaltung 
einfacher.  allerdings ließe sich mit einzeln herausgeführten 
Wicklungsenden  auch eine andere Polpaarzahl einstellen und so. z.B. 
eine Leistungsanpassung vornehmen. Durch parallel schalten von 
Wicklungen ließe sich eine Höhere Durchflutung erreichen bei gleicher 
Spannung. Da kann man sich schon austoben.
https://de.wikipedia.org/wiki/Polpaarzahl
Namaste

Winfried J. schrieb:
> Da kann man sich schon austoben.

Das stimmt allerdings, je mehr man sich einliest, umso unklarer wird das 
Ganze. Wobei bei einem Aussenläufer mit den Polen wohl die Anzahl der 
Magneten gemeint ist. Beim Stator spricht man dann von Nuten (da sitzen 
die Wicklungen drin), wobei Pole und Nuten nicht die gleiche Anzahl 
haben dürfen. Ferner müssen die Nuten durch 3 teilbar sein (wegen der 3 
Phasen) und die Pole müssen durch 2 teilbar sein (wegen den Polpaaren).

Pole und Nuten bilden nun einen fortlaufenden Versatz (wie beim Nonius 
eines Messchiebers). Der Aussenläufer im Video von Beitrag 1 müsste 
somit 18 Nuten und 20 Pole haben. Wenn ich nun im Bewicklungsrechner 18 
Nuten und 20 Pole eingebe, dann sind dort immer 3 Spulen nebeneinander 
mit dem gleichen Draht bewickelt. Damit ist die Verwirrung komplett.

Kann man die 3 Hallsensoren deshalb über 3 nebeneinander liegenden 
Spulen positionieren?

Bewicklungsrechner: 
http://www.slope-combat.de/?bewicklungsrechner-fur-wicklungsschema-version-2,67

Gustav K. schrieb:
> Nach meiner Einschätzung braucht ein BL-Motor zum Anlaufen unter Last
> die Hallsensoren,

Richtig.

Es gibt auch komplizierte elektronische Methoden durch aufmodulierte 
Testsignale auf den Spulen die Stellung im Stand zu ermitteln, aber 
Hallsensoren sind dramatisch einfacher.

Beim Pedelec e-Bike bist DU derjenige, der anfährt.

Bei Propellern gibt es kein relevantes Anlaufdrehmoment, da kann man es 
mit einem Impuls anschubsen und sehen, in welche Richtung es dreht.

Der im Video gezeigte Motor hat 20 Pole, und 18 Nuten, eine noch eher 
übersichtliche Anordnung. Auch Anordnungen bei denen die Anzahl der 
Nuten höher ist, als die Anzahl der Pole, sind möglich. Es gibt auch 
Anordnungen, bei denen die Anzahl der Spulen deutlich kleiner ist, als 
die Anzahl der Pole. Es liegt dann eventuell auch nicht in jeder Nut 
eine Wicklung. Schau mal nach Hybridschrittmotor, z.B. hier:

https://de.wikipedia.org/wiki/Schrittmotor

Was die Position der Hallsensoren anbelangt, hat man bei einem 
hochpoligen Motor Auswahl: Bei dem 20 Poler hat man, bei einer 
mechanischen Umdrehung, 10 'elektrische' Umdrehungen. So gibt es, für 
jeden der drei Hallsensoren, 10 mögliche Positionen, bei denen der 
Phasenwinkel stimmt.

Was den sensorlosen Anlauf unter Last anbelangt, da gibt es zwar 
Möglichkeiten, aber das ist eher problematisch. Es gibt ein Verfahren, 
das nutzt geringe Änderungen der Induktivität der Statorwicklungen, in 
Abhängigkeit von der Rotorposition. Die Größe der Änderung ist vom 
Motoraufbau abhängig, und bei manchen Motoren quasi nicht vorhanden.

Was soll eigentlich schlecht sein, an der Verwendung der Hallsensoren. 
Ein Problem können natürlich schlecht ausgerichtete Sensoren sein. Wenn 
Du den Controller selbst baust, könntest Du ja den Anlauf mit 
Hallsensoren machen, und bei ausreichender Drehzahl auf sensorlosen 
Betrieb umschalten.

Mit freundlichen Grüßen - Martin

Das Anlaufen ohne Hallelemente ist machbar. Durch Bestromen jeweils 
einer Wicklung und messen der induzierten Spannung in den anderen zwei 
Wicklungen kann man die Position errechnen. Etwas ueberlegen..

Michael B. schrieb:
> Beim Pedelec e-Bike bist DU derjenige, der anfährt.
Gut, dann baue ich eben ein Nicht-Pedelec, das auf Knopfdruck auch an 
einer Steigung anfahren können muss.

Martin S. schrieb:
> Bei dem 20 Poler hat man, bei einer
> mechanischen Umdrehung, 10 'elektrische' Umdrehungen.
Hmm, da muss ich nun erst mal lange überlegen, wie man von 20 Polen auf 
10 'elektrische' Umdrehungen kommt ...

Martin S. schrieb:
> Was soll eigentlich schlecht sein, an der Verwendung der Hallsensoren.
Gar nichts, ausser dass eine Menge Nabenmotoren keine Hallsensoren haben 
und Händler und Kunden geschlossen der Ansicht sind, dass man die auch 
nicht braucht.

Martin S. schrieb:
> Ein Problem können natürlich schlecht ausgerichtete Sensoren sein.
Gut, dass das angesprochen wird: Wie genau müssen die Hallsensoren 
eigentlich verbaut sein? Um bei dem Nabenmotor im Video aus Beitrag 1 zu 
bleiben: Bei angenommenen 80mm Durchmesser der Aussenläufer-Glocke, wie 
genau müssen die Hallsensoren positioniert werden: reichen +/- 1mm oder 
weniger?

Oder D. schrieb:
> Das Anlaufen ohne Hallelemente ist machbar. Durch Bestromen jeweils
> einer Wicklung und messen der induzierten Spannung in den anderen zwei
> Wicklungen kann man die Position errechnen. Etwas ueberlegen..
M.W. funktioniert das zuverlässig erst ab einer bestimmten Drehzahl.
Selbige wäre beim Anlaufen leider Null ...

Gustav K. schrieb:
> Gut, dass das angesprochen wird: Wie genau müssen die Hallsensoren
> eigentlich verbaut sein? Um bei dem Nabenmotor im Video aus Beitrag 1 zu
> bleiben: Bei angenommenen 80mm Durchmesser der Aussenläufer-Glocke, wie
> genau müssen die Hallsensoren positioniert werden: reichen +/- 1mm oder
> weniger?

Ich denke, so genau muss das nicht sein, jeder Hall Sensor für sich 
sieht ja für 180° an und 180° aus. Durch die Phasenverschiebung 
resultiert daraus bei 3 Phasen eine mögliche Auflösung von ca. 60°. Ich 
denke, ob das nun 55° oder 65° sind spielt hier keine große Rolle. Vor 
allem, da die eh nur im Langsamen Anfahrbetrieb unter Last und mit 
unzulässigem Zucken benötigt werden.

Weggelassen werden Sie zumeisst, weil man a 5 Kabel weniger hat und mit 
den 3 Motorphasen auskommt und B sie bei sich sowieso bewegendem Motor 
eben nicht gebraucht werden. Außerdem ist das Problem ja auch nur beim 
ersten Anfahren. Alle weiteren Starts während einer zusammenhängenden 
Fahrt ist der Controller ja an und weiß daher die Position des Motors.
Somit ist der Aufwand vermutlich einfach zu hoch im Verhältnis zum 
Nutzen.

Vieles richtige (einiges weniger richtiges auch) wurde ja schon 
geschrieben.
Aus der Praxis ist zu sagen, Anfahren aus dem Stand unter Last, noch 
dazu beim Lastfahrrad, ist nur mit mir sensorgesteuerten Motoren 
möglich. Eine irgendwie gestaltete Positionsmessung zur Feldsteuerung 
ist immer nötig beim BLDC-Motor, gleichgültig ob mit Hallsensoren, Emk 
oder anderen Mitteln.
Es ist bei der ´"Zwangsfeld"-Ansteuerung einfach keine Kraftentfaltung 
möglich, der Motor zieht seinem maximalen Strom aber man kann ihn fast 
mit dem Fingern festhalten.

Da bis 6 km/h das Fahren auch ohne eigene Kraftzuführung durch Treten 
erlaubt ist läst sich das Anfahren (manchmal auch Schiebehilfe 
genannt)auch einfach per "Starttaster" oder einem Drehgriff ermöglichen. 
Die Steuerung muß dann nur so gebaut sein das ab den 6km/h der Motor nur 
läuft wenn auch mitgetreten wird.

>>Oder D. schrieb:
>> Das Anlaufen ohne Hallelemente ist machbar. Durch Bestromen jeweils
>> einer Wicklung und messen der induzierten Spannung in den anderen zwei
>> Wicklungen kann man die Position errechnen. Etwas ueberlegen..

>M.W. funktioniert das zuverlässig erst ab einer bestimmten Drehzahl.
>Selbige wäre beim Anlaufen leider Null ...

Ah, nee ... unter Bestromen einer Wicklung zur Winkelbestimmung dachte 
ich eher an AC, ich kann da ja zB 50Hz anlegen mit sehr kleiner 
Amplitude und die Phasen und Amplituden der induzierten Spannungen 
messen.

Eigentlich sollte ein einzelner Puls auf einer (oder zwei) Wicklung zur 
Winkelbestimmung genuegen.

Der Einfachheit halber. Klemmt die Achse fest und last mal ein Feld 
umlaufen, dieses messt dann zurueck per Strom und spannung.

Christian B. schrieb:
> Außerdem ist das Problem ja auch nur beim
> ersten Anfahren. Alle weiteren Starts während einer zusammenhängenden
> Fahrt ist der Controller ja an und weiß daher die Position des Motors.
Interessant, das würde aber vorraussetzen, dass der Regler den Motor 
mittels Rampe stoppt. Der Motor müsste dann immer zumindest leicht 
bestromt bleiben, was beim längerem Fahren ohne Unterstützung (Gefälle) 
nur die Batterie leeren würde.

Zur sog. Schiebhilfe: Wäre interessant zu wissen, ob das bei den Bikes 
mit Nabenmotoren ohne Hallsensoren überhaupt funktioniert. Leider habe 
ich hier niemand, der ein Bike mit Nabenmotor besitzt.

Ein Gedanke noch: Ein Nachbar hat eine Drehe mit Drehstrommotor und 
Frequenzumrichter (FU). Wenn man das Backenfutter mit Handschuh festhält 
und am FU langsam von Null mittels Poti hochdreht, dann merkt man, wie 
der Motor immer stärker loslaufen will. Wäre das nicht der ideale 
Antrieb (keine Hallsensoren) für ein Lastenrad? Ein Poti als Gaspedal 
wäre doch die Lösung schlechthin. Warum eigentlich einen bürstenlosen 
Motor mit seiner aufwändigen Kommutierung?

Gustav K. schrieb:
> Interessant, das würde aber vorraussetzen, dass der Regler den Motor
> mittels Rampe stoppt. Der Motor müsste dann immer zumindest leicht
> bestromt bleiben, was beim längerem Fahren ohne Unterstützung (Gefälle)
> nur die Batterie leeren würde.

Bist du dir da Sicher? Meines Wissens erzeugt ein Draht, wenn er durch 
ein Magnetfeld bewegt wird einen Stromfluss. Da bei einem bestromten 
Motor auch nur der induzierte Strom der gerade nicht durchströmten Spule 
gemessen wird frage ich mich, wieso der Controller Nicht einfach die 
Rotordrehung und die damit verbundene Induzierte Spannung verwenden 
sollte.

Etwas weiter gedacht: Der Controller könnte vielleicht sogar durch solch 
einen Stromimpuls geweckt werden und sich somit schon auf dem Weg vom 
Ständer zur Startposition die aktuelle Rotorposition detektieren.

> Warum eigentlich einen bürstenlosen Motor mit seiner aufwändigen
> Kommutierung?

Weil diese Motoren mehr Drehmoment haben als vergleichbare 
Bürstenmotoren, weniger Verschleiß und Energieefizienter sind. Der 
einzige Nachteil ist: Sie sind teurer.

>Zur sog. Schiebhilfe: Wäre interessant zu wissen, ob das bei den Bikes
>mit Nabenmotoren ohne Hallsensoren überhaupt funktioniert.

Das geht nur mit sensorgesteuerten Motoren. Zumindestens wenn man den 
Motor nicht 'anschubst'. Da aber beim landläufigen Sensorlosen eine 
Mindestdrehzahl erreicht werden muß um die gegen EMK auswerten zu können 
würde der dann ohnehin wegen des 'Zwangsdrehfeldes' das bis dahin 
erzeugt wird in einem grottenschlechten Wirkungsgrad laufen. Kenne kein 
Rad mit wirklicher 'Schiebehilfe' das Sensorlose Motoren hat.

Kurz gesagt, der geringe elektronische Mehraufwand für die 
Sensorauswertung (eigentlich ja nur die Hallsensoren, da ja die EMK auch 
aufbereitet werden muß um daraus verwertbare Positionssignale zu 
generieren) der eingespart wird ergibt einen erheblichen Mehraufwand in 
der Software damit die Sache rund läuft.

>Ein Poti als Gaspedal wäre doch die Lösung schlechthin.

Gibt ja eine Menge Räder die mit einen Gas-Drehgriff arbeiten.
NUr ein normales Poti einzusetzen macht schon lange keiner mehr, die 
diversen angebotenen Drehgriffe und Daumenhebel machen das alle mit 
einem analogen Hallsensor. Daher sind die Controller die eine solchen 
Anschluß haben auch dafür ausgelegt, also auf eine Steuerspannung von 
0,8 -4V ausgelegt.

Gustav K. schrieb:
> Ein Gedanke noch: Ein Nachbar hat eine Drehe mit Drehstrommotor und
> Frequenzumrichter (FU). ...

Solche Asynchronmotoren sind sehr gut als Fahrzeugantrieb geeignet, und 
sind bei größeren Leistungen (Straßenbahn, ICE, ...) üblich. Diese 
Motoren sind auch bürstenlos. Bei kleineren Fahrzeugen findet man sie 
eher selten, das Twike 
http://www.twike.com/de_DE/fahrzeuge/twike-3/ausstattung/ fährt mit 
einem Asynchronmotor. Ein Vorteil der Synchronmotoren ist das geringere 
Gewicht bei gleicher Leistung. Asynchronmotoren sind billiger 
herzustellen, und man benötigt keine Magnete (Neodym könnte mal knapp 
werden). Vielleicht kommt die Zeit der Asynchronmotoren in 
Kleinfahrzeugen ja noch?

Mit freundlichen Grüßen - Martin

Martin S. schrieb:
> Vielleicht kommt die Zeit der Asynchronmotoren in
> Kleinfahrzeugen ja noch?
eher nicht, da sie keine Rekupierung ermöglichen.

Du meinst wahrscheinlich "Rekuperation".

Die Entwickler des von Martin verlinkten Twike haben das Unmögliche
möglich gemacht und einen Asynchronmotor mit Rekuperation in ein
Fahrzeug eingebaut ;-)

Warum soll das nicht gehen? Man nennt die Dinger ja nicht umsonst auch
Asynchron"maschine", weil man sie eben auch andersherum, also zur
Stromerzeugung einsetzen kann.

@ Yalu

Das Unmögliche weckt mein Interesse, der Einbau dürfte dann banal sein.

O.k. das würde ich gern mal genauer betrachten wo nehmen die das 
Erregerfeld her, ok. Da fällt mir ein, man könnte eine Wicklung 
bestromen und die anderen beiden als Generator nutzen  oder eine 
zusätzliche Erregerwicklung einbringen. Sie werden ja wohl nicht auf 
Schleifringe setzen. Aber sind das noch die preiswerten 
Kurzschlußßläufer? Mist da hab ich wohl eine Entwicklung verpasst. 
Obwohl ich Twike kenne und schon vor über zehn Jahren in meiner 
Münchener Zeit habe ich bei denen in der Lindwurmstraße im Nachbarhaus 
Lifte gewartet.

Namaste

Winfried J. schrieb:
> Das Unmögliche weckt mein Interesse

Hier ist das "Zauberbuch", aber bitte keinem weitererzählen ;-)

  https://de.wikipedia.org/wiki/Asynchrongenerator#Magnetische_Erregung

Martin S. schrieb:
>> Ein Gedanke noch: Ein Nachbar hat eine Drehe mit Drehstrommotor und
>> Frequenzumrichter (FU). ...
>
> Solche Asynchronmotoren sind sehr gut als Fahrzeugantrieb geeignet, und
> sind bei größeren Leistungen (Straßenbahn, ICE, ...) üblich. Diese
> Motoren sind auch bürstenlos. Bei kleineren Fahrzeugen findet man sie
> eher selten ...

Ok, dann wäre das der optimale Motor, nur die Dinger wären zu gross und 
zu schwer.

Mittlerweile habe ich zwei kleinere Anbieter von E-Bike Komponenten 
gefunden, die ebenfalls der Ansicht sind, dass es Hallsensoren braucht, 
wenn man unter Last anfahren will. Habe mich wohl von den grossen und 
bunten E-Bike Shops blenden lassen, die Leut dort ham wohl eher keine 
Ahnung.

Steffen W. schrieb:
> Zumindestens wenn man den Motor nicht 'anschubst'.

Wobei man den Motor nicht mal anschubst, wenn man antreten würde. Denn 
solch ein Getriebe-Nabenmotor hat einen Freilauf bei Vorwärtsfahrt. Der 
Motor wird nur angetrieben, wenn man das Bike rückwärts schiebt.

Steffen W. schrieb:
> Kenne kein Rad mit wirklicher 'Schiebehilfe' das Sensorlose Motoren hat.

Gut, das ist eine klare Aussage. Dank der fachkundigen Aussagen hier im 
Forum weiss ich nun, auf was ich bei der Auswahl meiner Komponenten 
achten muss.

Vielen Dank an euch alle für eure Mühe

Gustav