ako funguje hall efektový senzor na bldc motore: praktické aplikácie, výber

Ak ste niekedy otvorili bezkomutátorový jednosmerný (BLDC) motor alebo študovali jeho elektroniku pohonu, pravdepodobne ste si všimli tri malé snímače Hallovho efektu sediace blízko rotora. Sú ľahko prehliadnuteľné, no napriek tomu patria medzi najdôležitejšie komponenty pri ovládaní motora. V tejto príručke vysvetlíme, ako funguje snímač Hallovho efektu v motore BLDC, prečo to motor potrebuje a čo sa stane, keď signál snímača dosiahne ovládač.

V Hongyang Motor sme výrobe venovali viac ako tri desaťročia bezkomutátorové jednosmerné motory a ďalšie riešenia mikromotorov. Hallov senzor je síce malinkou súčasťou, ale jeho vplyv na efektivitu a plynulú prevádzku je značný.

Čo je to snímač Hallovho efektu?

Hallov jav je fyzikálny jav objavený v roku 1879. Keď prúd preteká tenkým vodičom alebo polovodičom a magnetické pole pôsobí v pravom uhle k prúdu, pohybujúce sa náboje sú vychýlené. To vytvára malé napätie naprieč materiálom, kolmé na prúd aj magnetické pole. Hallov senzor je jednoducho zariadenie, ktoré meria toto napätie a prevádza ho na logický signál.

V motore BLDC je snímač umiestnený blízko rotora. Keď permanentné magnety na rotore prechádzajú okolo snímača, meniace sa magnetické pole spína výstup snímača. Ovládač potom môže zistiť, či je v blízkosti severný alebo južný pól.

Prečo BLDC motor potrebuje snímanie polohy rotora

Na rozdiel od kartáčovaného motora s mechanickým komutátorom sa BLDC motor spolieha na elektronickú komutáciu. Vinutia statora musia byť napájané v presnom poradí a načasovanie tohto poradia závisí od polohy rotora. Ak regulátor napája nesprávne vinutie, motor nebude generovať užitočný krútiaci moment. Namiesto toho sa môže zastaviť, vibrovať alebo prehriať.

Hallove senzory riešia tento problém tým, že regulátoru poskytujú spätnú väzbu v reálnom čase o tom, kde sa rotor nachádza. Tri senzory stačia na definovanie šiestich komutačných stavov, čo zodpovedá štandardnému šesťkrokovému komutačnému vzoru používanému vo väčšine trojfázových BLDC motorov.

Ako sú Hallove senzory usporiadané a ako spolupracujú

V typickom trojfázovom BLDC motore sú tri Hallove senzory rozmiestnené o 60 elektrických stupňov. Niektoré návrhy používajú 120-stupňové rozstupy, ale koncept zostáva rovnaký. Snímače sú zvyčajne namontované na malej doske snímačov na konci motora za magnetickým krúžkom rotora. Každý senzor sníma magnetické pole ako vysoké alebo nízke v závislosti od toho, či je pól, ktorý je k nemu otočený, na sever alebo na juh.

Tieto tri signály spolu tvoria 3-bitový kód. Pretože každý elektrický cyklus má šesť 60-stupňových segmentov, používa sa iba šesť z ôsmich možných stavov. Nasledujúca tabuľka zobrazuje jedno bežné mapovanie; presný vzor sa môže meniť umiestnením snímača a konfiguráciou vinutia motora.

Keď ovládač zaznamená zmenu stavu, vie, že rotor sa posunul o 60 elektrických stupňov. Potom prepne invertorové tranzistory na ďalší krok, pričom drží pole statora pred rotorom. Preto sa toto usporiadanie niekedy nazýva šesťstupňová alebo lichobežníková komutácia.

Krok za krokom: Ako Hallov senzor ovláda motor

1. Póly magnetu rotora prechádzajú pred tromi Hallovými snímačmi.
2. Každý snímač vydáva vysoký alebo nízky signál v závislosti od polarity pod ním.
3. Tieto tri výstupy sa spoja do 3-bitového stavu.
4. Regulátor vyhľadá tento stav vo svojej komutačnej tabuľke.
5. Spína trojfázový menič, aby napájal správny pár statorových vinutí.
6. Pole statora sa posúva dopredu a ťahá rotor do ďalšej polohy.
7. Proces sa opakuje, čím sa vytvára nepretržitá rotácia.

Hallov signál musí byť čistý a správne načasovaný. Dokonca aj malá odchýlka v polohe snímača môže spôsobiť skoré alebo neskoré prepnutie regulátora, čo znižuje účinnosť a zvyšuje hluk.

Hallove senzory vs. Bezsenzorové ovládanie: Čo si vybrať

Bezsenzorové riadenie BLDC odhaduje polohu rotora zo zadnej elektromotorickej sily generovanej v nenapájanom vinutí. Eliminuje Hallove senzory, čo znižuje náklady a zjednodušuje montáž. Spätné EMF však nie je dostupné, keď je motor zastavený, takže spúšťanie bez snímača je zvyčajne zložitejšie a menej odolné pri veľkom zaťažení.

• Hallove senzory: presná poloha pri nulovej rýchlosti, hladší štart, jednoduchšie ladenie.
• Bezsenzorové: menej komponentov, nižšia cena, dobré pre vysokorýchlostné a čisté prostredie.

Aplikácie ako napr priemyselné roboty , lekárske vybavenie a drony často uprednostňujú dizajn Hallových senzorov, pretože potrebujú predvídateľný krútiaci moment z pokoja. Na druhej strane ventilátory a čerpadlá môžu bežať bez snímača, aby sa znížili náklady na systém.

Čo sme sa naučili pri výrobe BLDC motorov s Hallovým snímačom

Za viac ako 30 rokov výroby mikromotorov sme zistili, že umiestnenie Hallovho senzora je jedným z krokov vo výrobe, ktoré sú najcitlivejšie na detaily. Snímače musia byť zarovnané v súlade s drážkami statora a magnetmi rotora. Posun snímača, kvalita spájky a dokonca aj hrúbka lepidla môžu ovplyvniť načasovanie. Dobrý dizajn a riadenie procesu robia rozdiel medzi tichým a efektívnym motorom a motorom, ktorý bzučí alebo stráca krútiaci moment.

Dobrým príkladom je dronový pohon. Motor dronu potrebuje okamžitú odozvu, keď pilot zmení plyn, a musí sa bez váhania spustiť. Preto navrhujeme náš bezkomutátorový jednosmerný motor pre drony s dobre umiestnenými Hallovými senzormi a zladenou doskou ovládača. Ak si vyberáte BLDC motor pre kompaktný, vysokovýkonný produkt, schéma Hallovho senzora by mala byť súčasťou vášho hodnotenia, nie dodatočným nápadom.

Záverečné myšlienky

Senzory s Hallovým efektom sú praktickým mostom medzi fyzickou polohou rotora a elektronickým ovládačom v motore BLDC. Vďaka nim je šesťstupňová komutácia spoľahlivá, najmä pri nízkej rýchlosti a pri zaťažení. Či už navrhujete motor pre dron, robota alebo inteligentné zariadenie, pochopenie toho, ako tieto senzory fungujú, vám pomôže dôkladnejšie vyhodnotiť návrh motora a položiť si správne otázky pred výberom dodávateľa.