Entwurf eines Motorkommutierungssensors für Weltraumrobotikapplikationen auf Basis eines magnetoresistiven Wirkprinzips

Abstract

Die vorliegende Arbeit beinhaltet den Konzeptentwurf eines Motorkommutierungssensors für die Integration in Antriebssystemen, welche auf kleinen dreiphasigen, permanentmagneterregten Motoren (BLDC) basieren. Durch die Wahl eines an die Polpaarzahl des Motors angepassten Maßkörpers ist die Bestimmung eines absoluten Winkels über den gesamten Feldwinkelbereich möglich. Der einfache Aufbau in Verbindung mit einem robusten Sensorelement auf Basis eines magnetoresistiven Wirkprinzips ermöglicht den Einsatz in Weltraumumgebungen. Ein wesentlicher Teil dieser Arbeit ist es, ein grundlegendes Verständnis für das Winkelsensorkonzept zu schaffen. Das umfasst die genaue Analyse der Messsignalrohwerte im Zeit- und Frequenzbereich, um so die beobachteten Störeinflüsse auf systematische Ursachen zurückzuführen. Auch die Auswirkungen der Störeinflüsse auf den über die Sensorsignale berechneten Drehwinkel sind Gegenstand dieser Untersuchung. Die Eignung des Winkelsensorkonzeptes für die Anwendung als Motorkommutierungssensor wird anhand des Vergleichs mit einer etablierten Lösung zur Feldwinkelmessung bewertet. Das zu diesem Zweck erstellte Simulationsmodell wird, ebenso wie die Bewertungskriterien und das für den Vergleich angewandte Verfahren, detailliert beschrieben. Im abschließenden Teil werden auf Basis der erarbeiteten Grundlagen Vorschläge für die Weiterentwicklung und die Umsetzung des Konzeptes in eine reale Winkelsensorlösung abgeleitet.