Was ist FOC-Steuerung? Warum setzen immer mehr Unterwasserantriebe auf FOC-Steuerung?

FOC (Field Oriented Control, feldorientierte Regelung) ist eine fortschrittliche Motorkontrolltechnologie für bürstenlose Motoren. Durch die präzise Steuerung von Drehmoment- und Magnetfeldkomponenten liefert FOC einen geräuscharmen, hocheffizienten Betrieb, reduziert Wärmeentwicklung und sorgt für einen extrem gleichmäßigen Leistungsfluss.

In Unterwasser-Antriebssystemen – insbesondere bei ROVs (ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge), AUVs (autonome Unterwasserfahrzeuge), USVs (unbemannte Oberflächenfahrzeuge) und anderen professionellen Unterwasserplattformen, bei denen Stabilität und Zuverlässigkeit entscheidend sind – wird die FOC-Steuerung schnell zur Standardlösung.

In Kombination mit APISQUEEN Beluga 24V 30A / 24V 50A FOC ESCs und dem APISQUEEN 24V U92 Pro Unterwasserthruster können Anwender in realen Unterwasseranwendungen deutlich verbesserte Niedriggeschwindigkeitskontrolle, akustische Leistung und Energieeffizienz erleben.

1. Funktionsweise der FOC-Steuerung und Hauptvorteile

FOC, auch Vektorregelung genannt, ist für BLDC (bürstenlose Gleichstrommotoren) und PMSM (Permanentmagnet-Synchronmotoren) konzipiert.

Das Kernprinzip von FOC besteht darin, den dreiphasigen Motorstrom mathematisch in zwei unabhängige Komponenten zu zerlegen:

• Drehmomentkomponente (Iq)
  Verantwortlich für die direkte Erzeugung des Motordrehmoments.

• Flux-Komponente (Id)
  Verantwortlich für Aufbau und Aufrechterhaltung des Magnetfeldes.

Durch die dynamische Anpassung von Größe und Phase dieser beiden Komponenten in Echtzeit kann der Motor unter allen Betriebsbedingungen nahezu im idealen elektromagnetischen Zustand arbeiten.

Hauptvorteile von FOC gegenüber herkömmlicher Rechteck-/Trapezsteuerung:

• Sehr gleichmäßiger Betrieb
  Sinusförmiger Strom reduziert Drehmomentwelligkeit, Vibrationen und mechanische Stöße erheblich.

• Hervorragende Präzision bei niedrigen Drehzahlen
  Stabile, lineare Schubkraft auch bei sehr niedriger Drehzahl – ideal für präzise Unterwasser-Manöver und Stationierung.

• Höhere Effizienz
  Bessere Stromausnutzung reduziert elektrische Verluste und verlängert die Batterielaufzeit.

• Geringere Wärmeentwicklung
  Reduzierte Kupfer- und Eisenverluste erhöhen die Zuverlässigkeit von abgedichteten Unterwasserthruster.

• Geringes akustisches Rauschen
  Sinusförmige Ansteuerung minimiert elektromagnetische Geräusche, geeignet für wissenschaftliche Forschung, Inspektion und Unterwasserfilmaufnahmen.

Vergleich der Steuerungsmethoden:

2. APISQUEEN FOC ESC-Lösungen für Unterwasserthruster

Um die anspruchsvollen Anforderungen von Unterwasserantriebssystemen zu erfüllen, bietet APISQUEEN zwei leistungsstarke FOC-ESCs, die speziell für Zuverlässigkeit, Effizienz und sanfte Steuerung entwickelt wurden:

1. APISQUEEN Beluga 24V 30A FOC ESC

• Unterstützt PWM-Steuerung, optional anpassbar über RS485 / CAN-Bus

• Sanfter Anlauf bei niedrigen Drehzahlen, ideal für kleine ROVs, wissenschaftliche Instrumente und leichte Unterwasserplattformen

• Eingebaute Schutzfunktionen: Überstrom, Überspannung, thermischer Schutz

2. APISQUEEN Beluga 24V 50A FOC ESC

• Höhere Leistung für mittelgroße bis große Unterwasserthruster

• Schnelle dynamische Reaktion für präzise Niedriggeschwindigkeitskontrolle und stabilen Hochschubbetrieb

• Entwickelt für langandauernden Dauerbetrieb, verlängert die Lebensdauer des Thrusters

3. Real-World-Performance des APISQUEEN 24V U92 Pro Unterwasserthrusters

In Kombination mit APISQUEEN Beluga FOC ESCs zeigt der U92 Pro in realen Unterwasserumgebungen deutliche Verbesserungen:

• Geringere Betriebsgeräusche
  Nutzer berichten von deutlich reduzierten Geräuschpegeln bei niedrigen und mittleren Geschwindigkeiten.

• Sanfter und linearer Schub
  FOC-Steuerung gewährleistet vorhersehbare Schubantwort über den gesamten Geschwindigkeitsbereich und eliminiert Niedriggeschwindigkeits-Jitter und plötzliche Drehmomentsprünge.

• Höhere Effizienz und geringere Wärmeentwicklung
  Weniger Energieverlust, längere Batterielaufzeit und reduzierte thermische Belastung, was die Lebensdauer des Thrusters verlängert.

• Hohe Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen
  U92 Pro verfügt über ein Außenläufer-Motordesign mit Sand-, Schlamm- und korrosionsbeständigem Gehäuse. In Kombination mit FOC arbeitet er zuverlässig in komplexen Unterwasserbedingungen.

4. Vorteile der FOC-Steuerung in praktischen Unterwasseranwendungen

1. Wissenschaftliche Forschung und Erkundung
   Geringes Geräusch und stabiler Schub minimieren Störungen für Sonarsysteme und empfindliche Unterwasserinstrumente.

2. Präzise Niedriggeschwindigkeits-Manöver
   Multi-Thruster-Systeme benötigen genaue Kontrolle bei niedrigen Geschwindigkeiten für Lageregelung, Kreuzfahrt und Stationierung – FOC liefert sanfte und vorhersehbare Reaktionen.

3. Langzeitbetrieb
   Hohe Effizienz und reduzierte Wärmeentwicklung machen FOC ideal für Langzeitmissionen und ausdauerorientierte Plattformen.

4. Betrieb in rauen Umgebungen
   Abgedichtete Unterwasserthruster haben eingeschränkte Wärmeabfuhr. FOC reduziert Wärmeaufbau und verbessert die Systemzuverlässigkeit erheblich.

5. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Benötigt FOC einen Encoder?
Nicht unbedingt. Viele Unterwasserthruster verwenden sensorloses FOC, bei dem der Controller die Rotorposition algorithmisch schätzt, wodurch die Systemstruktur vereinfacht und die Zuverlässigkeit verbessert wird.

F2: Ist FOC immer besser als Rechtecksteuerung?
In den meisten Hochleistungsanwendungen ja. FOC erfordert jedoch höhere Hardware- und Entwicklungskosten. Für kostengünstige oder Einsteigeranwendungen kann Rechtecksteuerung ausreichend sein.

F3: Kann der APISQUEEN U92 Pro im Salzwasser eingesetzt werden?
Ja. Sein korrosionsbeständiges Design in Kombination mit FOC gewährleistet einen langfristig zuverlässigen Betrieb in Salzwasser, Sand- und Schlammbereichen.

6. Fazit

FOC ist keine neue Technologie, gewinnt aber in Unterwasserantriebssystemen zunehmend an Beliebtheit aufgrund klarer Vorteile:

• Sanfter und präziser Schub, besonders bei niedrigen Drehzahlen

• Geringere Geräuschentwicklung, höhere Effizienz, längere Ausdauer

• Höhere Zuverlässigkeit in Kombination mit hochwertigen Thrustern wie dem APISQUEEN 24V U92 Pro

Durch die Kombination von APISQUEEN Beluga 24V 30A / 50A FOC ESCs mit professionellen Unterwasserthrustern können Anwender leiser, sanfter und effizienter antreiben, ideal für Anwendungen wie ROVs, AUVs, Forschungsplattformen, Inspektionssysteme und Elektroboote – und häufige Probleme wie Niedriggeschwindigkeits-Vibrationen, Geräusche und Wärmeentwicklung effektiv lösen.