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Länger bei der Arbeit

Kapazitive Kodierer in Multi-Motor-Systemen

2. Mai 2017, 14:30 Uhr | Von Jeff Smoot

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Energieeinsparung und Effizienzgewinn

Die AMT-Kodierer zeichnen sich durch einen sehr geringen Strombedarf aus, wobei einige Varianten bei der höchsten Auflösung weniger als 10 mA Strom ziehen. Das entspricht 0,2 W in einem mit 5 V arbeitenden Vier-Motor-System.

Man erinnere sich: Optische und magnetische Kodierer benötigen zum Teil einen wesentlich höheren Strom und können auf diese Weise den Gesamt-Leistungsbedarf in einem Multi-Motor-System signifikant erhöhen. Die Tabelle zeigt die ausschließlich von Kodierern eines Vier-Motor-Systems wie einer Drohne oder einem mobilen Roboter aufgenommene Leistung. Die kapazitiven Kodierer der Bezeichnung AMT werden hier mit optischen und magnetischen Alternativen verglichen.

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Kodierer-Modell	Typ	Betriebsspannung	Strombedarf bei höchster Auflösung	Leistungsaufnahme in einem 4-Motor-System
AMT10	Kapazitiv	5 V	6 mA	0,12 W
Wettbewerb 1	Optisch	5 V	85 mA	1,7 W
Wettbewerb 2	Magnetisch	5 V	160 mA	3,2 W

Vergleich der Verlustleistung von Kodierern

Kapazitive Kodierer bieten aufgrund ihrer Energieeffizienz den Entwicklern mehr Freiheit dabei, das begrenzte Leistungs-Budget in mobilen und batteriebetriebenen Anwendungen zu verwalten. Darüber hinaus ist der Betriebsstrom des kapazitiven Kodierers unabhängig von der Auflösungseinstellung, sodass die Kodierer-Einstellungen optimiert werden können, ohne die Leistungsaufnahme zu beeinträchtigen.

Werden sie mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor gepaart, dann ermöglichen kapazitive Kodierer außerdem ein schnelleres und einfacheres digitales Nullsetzen zum Abgleich der Kodierersignale U, V und W an die Rotorwicklungen. Zum Abgleich eines optischen Kodierers wird der Rotor üblicherweise in einer bekannten Position verriegelt und die Code-Scheibe wird physikalisch abgeglichen. Anschließend läuft der Motor rückwärts, und unter Verwendung eines Oszilloskops werden der korrekte Abgleich der Gegen-EMK sowie die Nulldurchgänge des Kodierers verifiziert. Dabei handelt es sich um einen iterativen Prozess, der 15 bis 20 Minuten dauern kann, wobei allerdings kleine Fehler bestehen bleiben können. Solche Fehler verhindern, dass der Motor mit höchster Effizienz läuft, und man vergeudet dadurch wertvolle Batterieenergie. Es kann sogar sein, dass die Unmöglichkeit, den Abgleich zu optimieren, den Ingenieur zu einer Überspezifizierung des Motors zwingt, um das gewünschte Drehmoment sicherzustellen.

Im Gegensatz dazu gewährleistet eine digitale Nullstellung durch Programmierung des Kodierers unter Verwendung einer Software-Applikation in jedem Fall einen perfekten Abgleich. Der Prozess ist innerhalb von Sekunden abgeschlossen und vermeidet Schwankungen von Einheit zu Einheit. Der Motor wird eingeschaltet, um den Rotor in der gewünschten Position zu verriegeln, und der Kodierer wird mittels eines einzigen Befehls auf dieser Position auf Null eingestellt. Es sind keinerlei zusätzliche Messgeräte erforderlich. Diese Technik erlaubt also eine genaue, wiederholbare Abstimmung und stellt somit sicher, dass der Motor sanft bei optimalem Wirkungsgrad laufen kann. Dadurch arbeitet der Motor so effizient wie möglich und steigert die Batterielebensdauer in mobilen Anwendungen auf ein Höchstmaß.