霍爾傳感器 測(cè)量位置：霍爾傳感器在無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)中的應(yīng)用
為了彌補(bǔ)接觸式傳感器的不足，霍爾傳感器得到大力發(fā)展，其因?yàn)榫哂薪Y(jié)構(gòu)牢固、無(wú)觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、功耗小、耐振動(dòng)、防污染、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在各類電子控制系統(tǒng)中。其中，無(wú)刷直流電機(jī)，簡(jiǎn)稱BLDC，是一種發(fā)展快速且應(yīng)用廣泛的電機(jī)設(shè)備，目前被廣泛應(yīng)用于日常生活用具、汽車工業(yè)、航空、消費(fèi)電子、醫(yī)學(xué)電子、工業(yè)自動(dòng)化等裝置和儀表中。今天，傳感器專家網(wǎng)小編便來(lái)為您簡(jiǎn)單介紹一下霍爾傳感器在無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子檢測(cè)中的應(yīng)用。
BLDC內(nèi)部結(jié)構(gòu)，資料圖
結(jié)構(gòu)和工作原理
與有刷直流電機(jī)不同，目前，在應(yīng)用最為廣泛的3相BLDC中，無(wú)刷直流電機(jī)使用電子方式換向。要使BLDC轉(zhuǎn)起來(lái)，必須要按照一定的順序給定子通電。這時(shí)，我們就需要知道轉(zhuǎn)子的位置，以便按照通電次序給相應(yīng)的定子線圈通電。定子的位置，是由嵌入到定子的霍爾傳感器感知的。
無(wú)刷直流電機(jī)中的霍爾傳感器
通常，在無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)路徑周圍，會(huì)安裝3個(gè)霍爾傳感器。無(wú)論何時(shí)，只要轉(zhuǎn)子的磁極掠過(guò)霍爾元件時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)子當(dāng)前磁極的極性霍爾元件會(huì)輸出對(duì)應(yīng)的高或低電平，這樣只要根據(jù)3個(gè)霍爾元件產(chǎn)生的電平的時(shí)序就可以判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)子的位置，并相應(yīng)的對(duì)定子繞組進(jìn)行通電。
霍爾傳感器測(cè)量原理，資料圖
霍爾效應(yīng)
當(dāng)通電導(dǎo)體處于磁場(chǎng)中，由于磁場(chǎng)的作用力使得導(dǎo)體內(nèi)的電荷會(huì)向?qū)w的一側(cè)聚集，當(dāng)薄平板通電導(dǎo)體處于磁場(chǎng)中時(shí)這種效應(yīng)更為明顯，這樣一側(cè)聚集了電荷的導(dǎo)體會(huì)抵消磁場(chǎng)的這種影響，由于電荷在導(dǎo)體一側(cè)的聚集，從而使得導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電壓，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)，E.H霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，故以此命名。
霍爾傳感器測(cè)量原理
上圖顯示了NS磁極交替排列的轉(zhuǎn)子的橫截面，霍爾元件安放在電機(jī)的固定位置，將霍爾元件安放到電機(jī)的定子是比較復(fù)雜的，因?yàn)槿绻卜艜r(shí)位置沒(méi)有和轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)相切那么就可能導(dǎo)致霍爾元件的測(cè)量值不能準(zhǔn)確的反應(yīng)轉(zhuǎn)子當(dāng)前的位置，鑒于以上原因，為了簡(jiǎn)化霍爾元件的安裝，通常在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上安裝一顆冗余的磁體，這個(gè)磁體專門用來(lái)感應(yīng)霍爾元件，這樣就能起到和轉(zhuǎn)子磁體感應(yīng)的相同效果，霍爾元件一般按照?qǐng)A周安放在印刷電路板上并配備了調(diào)節(jié)蓋，這樣用戶就可以根據(jù)磁場(chǎng)的方向非常方便的調(diào)節(jié)霍爾元件的位置以便使它工作在最佳狀態(tài)。
以上便是傳感器專家網(wǎng)在無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子檢測(cè)中的應(yīng)用，未來(lái)，傳感器專家網(wǎng)還將繼續(xù)為您帶來(lái)更多的此類應(yīng)用，敬請(qǐng)期待。
霍爾傳感器 測(cè)量位置：霍爾傳感器是怎么檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置的？
霍爾傳感器也稱霍爾傳感器，是一個(gè)換能器，將變化的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化。霍爾傳感器被用于接近開(kāi)關(guān)、霍爾、位置測(cè)量、轉(zhuǎn)速測(cè)量和電流測(cè)量設(shè)備。
其最簡(jiǎn)單的形式是，傳感器作為一個(gè)模擬換能器，直接返回一個(gè)電壓。在已知磁場(chǎng)下，其距霍爾盤的距離可被設(shè)定。使用多組傳感器，磁鐵的相關(guān)位置可被推斷出。通過(guò)導(dǎo)體的電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)隨電流變化的磁場(chǎng)，并且霍爾效應(yīng)傳感器可以在不干擾電流情況下而測(cè)量電流，典型的構(gòu)造為將其和繞組磁芯或在被測(cè)導(dǎo)體旁的永磁體合成一體。
通常，霍爾效應(yīng)傳感器和電路相連，從而允許設(shè)備以數(shù)字（開(kāi)／關(guān)）模式操作，在這種情況下可以被稱為開(kāi)關(guān)。工業(yè)中常見(jiàn)的設(shè)備，例如氣缸，也被用于日常設(shè)備中，如一些打印機(jī)使用他們來(lái)監(jiān)測(cè)缺紙和敞蓋的情況。當(dāng)鍵盤被要求高可靠性時(shí)，便也設(shè)計(jì)霍爾傳感器在其按鍵內(nèi)。
一個(gè)輪上的兩個(gè)磁鐵經(jīng)過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器
霍爾效應(yīng)傳感器通常被用于計(jì)量車輪和軸的速度，例如在內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火定時(shí)（正時(shí)）或轉(zhuǎn)速表上。其在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的使用，用來(lái)檢測(cè)永磁鐵的位置。圖示中的輪子，帶有兩個(gè)等距的磁鐵，傳感器上的電壓在一個(gè)周期內(nèi)將兩次達(dá)到峰值，此設(shè)置通常被用來(lái)校準(zhǔn)磁盤驅(qū)動(dòng)的速率。
霍爾傳感器 測(cè)量位置：霍爾傳感器檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置
無(wú)刷直流電機(jī)控制中關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)就是知道電機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)前的位置，霍爾傳感器可以進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)。我們經(jīng)常聽(tīng)到的有120°和60°的安裝方式，但是霍爾信號(hào)的波形是什么樣的？下面就以120°的安裝方式進(jìn)行推導(dǎo)。
假設(shè)霍爾傳感器和轉(zhuǎn)子位置如下圖所示：
注釋：H1、H2、H3表示三個(gè)霍爾位置傳感器，兩對(duì)磁極。假設(shè)N→S或者S→N切換的邊緣，霍爾位置傳感器進(jìn)行信號(hào)更新（下降沿或者上升沿）。
由圖中可以看出轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)60°時(shí)（機(jī)械角度），H1將為0；H2為1;H3前30°為0，后30°為1;當(dāng)再旋轉(zhuǎn)60°時(shí)，H1前前30°為0，后30°為1；H2為0；H3為1；再經(jīng)過(guò)60°，H1為1；H2前30°為0，后30°為1；H3為0；此時(shí)N→N完成一次更替，圖形為：
在機(jī)械角度中為180°，因?yàn)閮蓪?duì)極，電氣角度為機(jī)械角度的2倍，擴(kuò)充上圖，形成電氣角度圖形：
該圖為相差120°電氣角度的圖形。
霍爾傳感器 測(cè)量位置：霍爾位置傳感器
在一塊通電的半導(dǎo)體薄片上，加上和片子表面垂直的磁場(chǎng)b，在薄片的橫向兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電壓，這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，是由科學(xué)家愛(ài)德文·霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的。vh稱為霍爾電壓。 這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，是因?yàn)橥姲雽?dǎo)體片中的載流子在磁場(chǎng)產(chǎn)生的洛侖茲力的作用下，分別向片子橫向兩側(cè)偏轉(zhuǎn)和積聚，因而形成一個(gè)電場(chǎng)，稱作霍爾電場(chǎng)。霍爾電場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)力和洛侖茲力相反，它阻礙載流子繼續(xù)堆積，直到霍爾電場(chǎng)力和洛侖茲力相等。這時(shí)，片子兩側(cè)建立起一個(gè)穩(wěn)定的電壓，這就是霍爾電壓，這個(gè)半導(dǎo)體薄片稱為霍爾元件。 霍爾元件可用多種半導(dǎo)體材料制作，如ge、si、insb、gaas、inas、inasp等等。
