Zu den einfachsten und kostengünstigsten Feedbacksystemen gehören Hall-Effekt-Sensoren. Hierbei handelt es sich um digitale Geräte, die das Vorhandensein von Magnetfeldern erkennen und den Zustand Ein oder Aus haben können. Die robusten, aus Halbleitermaterial gefertigten Sensoren können sehr hohen Frequenzen (entsprechend Motordrehzahlen bis zu mehreren Zehntausend U/min) standhalten und werden in der Regel für die Sechsschritt-Kommutierung bürstenloser Motoren verwendet. Sie eignen sich gut für die Drehmomentsteuerung oder eine grobe Drehzahlregelung und vereinfachen die Antriebselektronik durch direktes Umschalten der Motorphasen-Netzteile. Für die historisch Interessierten unter uns: Der Hall-Effekt wurde 1879 an der John Hopkins University von Edwin Herbert Hall (daher der Name!) entdeckt. Dies geschah übrigens 18 Jahre vor der Entdeckung des Elektrons.
Diese digitalen Ein-/Aus-Sensoren erkennen das Vorhandensein von Magnetfeldern durch die Messung der Stärke eines von einem Elektro- oder Permanentmagneten erzeugen Feldes. Sobald sie ein Magnetfeld passieren, erzeugen sie einen Impuls. Hall-Effekt-Sensoren werden als separate Geräte geliefert und innerhalb des Gehäuses von Servomotoren angebracht. In bürstenlosen Servomotoren werden diese Sensoren manchmal in die Statorwicklungen eingebettet und durch die Rotormagneten geschaltet. Die Geräte melden die Wellenposition, eine Information, die sich auch in Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsdaten umwandeln lässt.
Die häufigste Anwendung von Hall-Geräten bei Servomotoren ist die Sechsschritt-Kommutierung, eine Form der elektronischen Kommutierung, die nur eine relativ simple Antriebselektronik benötigt. Für einige industrielle Servo-Anwendungen ist die Sechsschritt-Kommutierung jedoch nicht immer geeignet, da sie nicht sehr effizient bei der Drehmomenterzeugung ist und, schlimmer noch, zu einer hohen Drehmomentwelligkeit führen kann. Die Drehmomentwelligkeit resultiert in diesem Fall aus den abrupten Wechseln der Stromstärke, welche zu Schwankungen des Drehmoments führen, die in der Regel geringfügige, jedoch spürbare Drehzahlvariationen zur Folge haben. In einigen Fällen kann die Drehmomentwelligkeit die Gesamtleistung eines Antriebssystems erheblich verschlechtern.
Bei Sinusstromantrieben können Hall-Sensoren in Verbindung mit einer Inkrementalgeber-Feedback für eine präzise sinusförmige Kommutierung verwendet werden. Bei Servoantrieben haben Hall-Sensoren auch die Funktion von Stromsensoren, die den Stromregelkreis schließen. In anderen Industrieanwendungen messen sie die Position von Kurbelwellen, Nocken oder anderen mechanischen Komponenten.
Ein sehr praktisches Gerät – einfach, kostengünstig und doch ausgesprochen brauchbar für ein Feedbacksystem. Mehr erfahren Sie in einem unserer Videos der Reihe „Two Minutes of Motion“ mit Gordon Ritchie, in dem Sie weitere Informationen zum Hall-Gerät erhalten. Schauen Sie es sich einmal an!