Зачем нужен датчик Холла в электросамокате

С развитием электроники и мощных емкостных аккумуляторов самокаты и велосипеды стали оснащаться электродвигателями.

За их работу отвечает умная электроника. Статья даст подробное описание, что такое датчик Холла в электровелосипеде и электросамокате. Будет описано назначение этих устройств, принцип работы и способы устранения неисправностей.

Эффект Холла

Прежде чем разобраться, для чего нужны датчики Холла в самокате, необходимо понимать, на каком эффекте основана его работа. Такой эффект был открыт Эдвином Холлом и получил свое название в честь его первооткрывателя. Именно он провел эксперимент с воздействием магнитного поля на электрический проводник. Суть эксперимента в следующем:

1. Две грани золотой пластины были подключены к электрическому току.
2. Пластину поместили между полюсами магнитов.
3. При воздействии магнитного поля, на 2 других гранях золотой пластины появился слабый электрический ток.

Данный опыт показал, что под воздействием магнитного поля формируется слабая, но постоянная разница потенциалов на поверхности проводника.

Современный элемент Холла отлично подходит для контроля положений вращающихся частей электродвигателя. Нашел он свое применение и в конструкции различных электросамокатов и электровелосипедов.

Электросамокат

Помимо электросамоката, принцип Холла используются в двигателе и ручке газа электровелосипеда. Оба этих транспортных средства конструктивно схожи: имеют синхронный трехфазный электродвигатель, блок контроля и ручку газа.

Ручка газа

В ручке газа электросамоката установлен элемент холла модели «SS49Е».

Работает система по следующему принципу:

1. Ручка оснащена постоянным магнитом. Магнит имеет равноименные полюса.
2. Внутри ручки, между постоянным магнитом закреплен аналоговый биполярный датчик Холла.
3. При проворачивании ручки, датчик смещается относительно магнитного поля, а значит меняется частота и напряжение электрического поля. Эти данные передаются на блок управления, который на основе выходного напряжения увеличивает или снижает количество оборотов электромотора устройства.

Датчик Холла в ручке газа достаточно надежен. Он представляет собой биполярный элемент с тремя выходами:

1. Контакт «1» — «+».
2. Контакт «2» — «-».
3. Контакт «3» — «выход».

Датчик срабатывает только при воздействии магнитного поля. Проверить его работоспособность можно следующим образом:

1. На контакт «+» подать напряжение 5 вольт.
2. Подключить красный щуп вольтметра к контакту «выход».
3. Черный щуп вольтметра подключить к контакту «-».
4.  Подвести магнит к датчику.

Исправный элемент должен сработать при воздействии постоянного магнита и показать на выходе напряжение 5 вольт.

Двигатель

Электромотор электрического самоката также оснащен контроллерами Холла. Они установлены в колесе самоката. Всего их три. Электрические велосипеды и самокаты оснащаются датчиками «SS41» или их точными аналогами.

Работают элементы следующим образом:

1. В колесо установлен электрический трехфазный двигатель синхронного типа.
2. На поверхности статора установлена печатная плата с вмонтированными датчиками Холла.
3. Каждый датчик отвечает за одну фазу двигателя.
4. При подаче напряжения на обмотки двигателя, создается ЭДС при взаимодействии с постоянным магнитом.
5. Колесо начинает вращаться.
6. Для удерживания постоянных оборотов, контроллер посылает сигналы определенной частоты именно в момент прохождения ротора через магнитное поле.
7. Положение ротора в момент оборота определяется датчиками Холла.
8. Каждая обмотка в момент воздействия ротора, становится электрическим магнитом и открывает прохождение тока через датчик Холла.
9. Этот сигнал поступает на контроллер, и процесс повторяется.

Работа и вращение колеса осуществляется по правильной комбинации. Всего их 6. Происходит это так:

1. Контроллер подает «+» на одну фазу двигателя.
2. Минус подается на фазу «2».
3. Третья фаза остается без напряжения.
4. Вращение создает чередование подачи напряжения. Теперь на фазу «-» поступает «+», а на пустую фазу подается «-».

Именно за эту последовательность чередований и отвечает каждый датчик Холла, открываясь в момент появления магнитного поля на определенной фазе.

Датчики очень чувствительны к воздействию влаги, нагрузки и повышению температуры. В мотор-колесе, могут выйти из строя сразу все элементы или один из трех. Проверить датчики на работоспособность можно ранее описанным способом.

Дополнительное оборудование

По причине высокой скорости, электрические самокаты и велосипеды оснащаются дополнительным элементом Холла. Этот датчик отвечает за контроль скорости вращения колеса. Работает устройство по принципу считывания количества сигналов, поступающих от колеса самоката. Чем больше таких сигналов, тем выше скорость поступления импульсов от контроллера на колесо. Таким образом сохраняется интенсивность поступления сигналов, сохраняется скорость вращения.

Электрические велосипеды оснащаются дополнительной системой «PAS».

Система позволяет взаимодействовать педалям велосипеда с его электродвигателем. Работает механизм следующим образом:

1. Датчик Холла цифрового типа устанавливается на «каретку» велосипеда.
2. Ось этой «каретки» оснащена постоянными магнитами.
3. Вращая педали, владелец приводит в движение постоянные магниты.
4. Магниты вращаются вокруг датчика Холла.
5. Импульсный сигнал от датчика передается на блок контроля.
6. Блок, получив электрический импульс, передает на колесо напряжение заданной величины для запуска электрического двигателя.
7. Двигатель запускается и приводит в движение мотор-колесо.

Такая система способна работать без ручек газа, но является не безопасной. Мотор-колесо без дополнительного контроля может самопроизвольно увеличить скорость.

Характеристики и схемы подключения

Элементы Холла в конструкции электрических самокатов имеют разные характеристики. Из-за этого они не могут быть взаимозаменяемыми. Например, элемент Холла в ручке газа нельзя устанавливать на колесо.

Модель «SS41» имеет следующие характеристики:

1. Устанавливается только на колесо.
2. Относится к биполярному цифровому типу.
3. Рабочее напряжение 4.5–24 В.
4. Потребляемы ток 15 мА.
5. Выходной контакт имеет направление втекания тока.

Эти элементы стоят непосредственно на статоре двигателя.

Модель «SS49Е» для ручки газа. Характеристики:

1. Тип линейный.
2. 2.Рабочее напряжение 3.0–6.5 В.
3. Максимальный выходной ток 20 мА.
4. Время отклика 3 мс.
5. Аналогичные устройства на рынке — AH49E, SS-49(E), 49E.

Для обоих типов датчиков характерна рабочая температура в пределах 40–110 градусов. При замене неисправных датчиков очень важно обращать внимание, какие элементы используются в качестве аналогов. Они должны полностью совпадать по своим характеристикам с вышедшим из строя элементом.

Заключение

Датчики Холла для электрического транспорта имеют важное значение. Они помогают значительно сократить количество механических деталей и узлов. За счет установки миниатюрных устройств, производители существенно увеличивают рабочие характеристики и постоянную динамику вращения мотор-колеса таких транспортных средств.

Видео по теме