霍爾傳感器 測量位置：霍爾傳感器在無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測中的應(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、無觸點(diǎn)、壽命長、功耗小、耐振動、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，無刷直流電機(jī)，簡稱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)自動化等裝置和儀表中。今天，傳感器專家網(wǎng)小編便來為您簡單介紹一下霍爾傳感器在無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子檢測中的應(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，無刷直流電機(jī)使用電子方式換向。要使BLDC轉(zhuǎn)起來，必須要按照一定的順序給定子通電。這時，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。
無刷直流電機(jī)中的霍爾傳感器
通常，在無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)路徑周圍，會安裝3個霍爾傳感器。無論何時，只要轉(zhuǎn)子的磁極掠過霍爾元件時，根據(jù)轉(zhuǎn)子當(dāng)前磁極的極性霍爾元件會輸出對應(yīng)的高或低電平，這樣只要根據(jù)3個霍爾元件產(chǎn)生的電平的時序就可以判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)子的位置，并相應(yīng)的對定子繞組進(jìn)行通電。
霍爾傳感器測量原理，資料圖
霍爾效應(yīng)
當(dāng)通電導(dǎo)體處于磁場中，由于磁場的作用力使得導(dǎo)體內(nèi)的電荷會向?qū)w的一側(cè)聚集，當(dāng)薄平板通電導(dǎo)體處于磁場中時這種效應(yīng)更為明顯，這樣一側(cè)聚集了電荷的導(dǎo)體會抵消磁場的這種影響，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位置沒有和轉(zhuǎn)子的磁場相切那么就可能導(dǎo)致霍爾元件的測量值不能準(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，這個磁體專門用來感應(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，霍爾元件一般按照圓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)在無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子檢測中的應(yīng)用，未來，傳感器專家網(wǎng)還將繼續(xù)為您帶來更多的此類應(yīng)用，敬請期待。
霍爾傳感器 測量位置：霍爾傳感器是怎么檢測無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置的？
霍爾傳感器也稱霍爾傳感器，是一個換能器，將變化的磁場轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化。霍爾傳感器被用于接近開關(guān)、霍爾、位置測量、轉(zhuǎn)速測量和電流測量設(shè)備。
其最簡單的形式是，傳感器作為一個模擬換能器，直接返回一個電壓。在已知磁場下，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。通過導(dǎo)體的電流會產(chǎn)生一個隨電流變化的磁場，并且霍爾效應(yīng)傳感器可以在不干擾電流情況下而測量電流，典型的構(gòu)造為將其和繞組磁芯或在被測導(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／關(guān)）模式操作，在這種情況下可以被稱為開關(guān)。工業(yè)中常見的設(shè)備，例如氣缸，也被用于日常設(shè)備中，如一些打印機(jī)使用他們來監(jiān)測缺紙和敞蓋的情況。當(dāng)鍵盤被要求高可靠性時，便也設(shè)計霍爾傳感器在其按鍵內(nèi)。
一個輪上的兩個磁鐵經(jīng)過霍爾效應(yīng)傳感器
霍爾效應(yīng)傳感器通常被用于計量車輪和軸的速度，例如在內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火定時（正時）或轉(zhuǎn)速表上。其在無刷直流電動機(jī)的使用，用來檢測永磁鐵的位置。圖示中的輪子，帶有兩個等距的磁鐵，傳感器上的電壓在一個周期內(nèi)將兩次達(dá)到峰值，此設(shè)置通常被用來校準(zhǔn)磁盤驅(qū)動的速率。
霍爾傳感器 測量位置：霍爾傳感器檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置
無刷直流電機(jī)控制中關(guān)鍵的一個環(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。我們經(jīng)常聽到的有120°和60°的安裝方式，但是霍爾信號的波形是什么樣的？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表示三個霍爾位置傳感器，兩對磁極。假設(shè)N→S或者S→N切換的邊緣，霍爾位置傳感器進(jìn)行信號更新（下降沿或者上升沿）。
由圖中可以看出轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)旋轉(zhuǎn)60°時（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，H1前前30°為0，后30°為1；H2為0；H3為1；再經(jīng)過60°，H1為1；H2前30°為0，后30°為1；H3為0；此時N→N完成一次更替，圖形為：
在機(jī)械角度中為180°，因?yàn)閮蓪O，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b，在薄片的橫向兩側(cè)會出現(xiàn)一個電壓，這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，是由科學(xué)家愛德文·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，因而形成一個電場，稱作霍爾電場。霍爾電場產(chǎn)生的電場力和洛侖茲力相反，它阻礙載流子繼續(xù)堆積，直到霍爾電場力和洛侖茲力相等。這時，片子兩側(cè)建立起一個穩(wěn)定的電壓，這就是霍爾電壓，這個半導(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。
