霍尔位置传感器在无刷直流电机中的应用

霍尔位置传感器在无刷直流电机中的应用

[摘要]无刷直流电动机是随着半导体技术发展而出现的新型机电一体化电机，它是现代电子技术、控制理论和电机技术相结合的产物。位置传感器是无刷直流电机系统组件部分之一，其作用是检测主转子在运动过程中相对于定子绕组的位置。霍尔位置传感器具有结构简单、体积小、安装灵活方便、易于机电一体化、价格低等优点，得到广泛的应用。目前，霍尔集成电路传感器是无刷直流电机最主要使用的转子位置传感器。

本论文主要研究霍尔位置传感器在无刷直流电机具体安放位置。为了方便研究，在其中讲述了无刷直流电机的工作原理、霍尔效应、霍尔元件在无刷电机中的及其换相过程的实现以及对无刷直流电机进行调速的PWM法原理,论文研究的思路是通过分析霍尔位置传感器与三相磁动势的对应关系，得到霍尔位置传感器的准确安放位置。通过结果验证，准确定位后安装的霍尔位置传感器，可以使无刷电机完成正确的换相次序，确保无刷电机安全稳定的运行，满足工业生产需求。

[关键词]无刷直流电机；霍尔传感器

Hall position sensors in the brushless DC motor application

[Abstract] Brushless DC motor is as semiconductor technology development and the emergence of new Mechatronics Motor, it is a modern electronic technology, control theory and motor technology combined with the product. Position sensor is a brushless DC motor system of the component parts, its role is to detect the main rotor in motion relative to the position of the stator winding. Hall position sensor has a simple structure, small size, flexible installation, easy mechatronics, low price, is widely used. At present, the Hall IC sensor is a brushless DC motor with a rotor position sensor main.

In this thesis, the Hall position sensors in brushless DC motor concrete placement. In order to facilitate research, which tells the story of the brushless DC motor works, Hall effect, the Hall element in the brushless motor commutation process of its implementation and the brushless DC motor speed control PWM method principle, thesis idea is through the analysis phase hall sensor with MMF correspondence between the hall position sensors to obtain the exact placement. By results of verification, accurate positioning of the Hall position sensor after installation, you can make brushless motor commutation can be done right order, to ensure safe and stable operation of the brushless motor to meet industrial production needs.

[Key words] Brushless DC motor ;Hall sensor

前言

随着工业生产对电机性能要求的不断提高，传统的有刷电机越来越不能满足人们的要求，取而代之的是无刷电机，主要原因是传统的有刷电机是依靠换向器实现换向功能的，属于机械换向，存在一些致命的弱点：

（1）机械接触换向产生的换向火花引起换向器和电刷磨损、电磁干扰，导致噪声大，寿命短；

（2）结构复杂，可靠性差，故障多，需要经常维护；

（3）由于换向器存在，限制了转子转动惯量的进一步下降，影响了动态特性[22。

因此，无刷电机应运而生。无刷电机主要的优点是运用电子器件实现电子换向的，由于是电子换向，不存在机械换向间的摩擦，电机的使用寿命、性能和可靠性等都得到了很大程度的提高。

考虑到无刷电机的优越性能，同时为了降低产品生产的成本，我司决定自行研究开发无刷直流电机。按照无刷直流电机工作原理，必须有转子磁极位置信号来决定电子开关的换向。目前，大多数采用安装位置传感器（例如霍尔元件）的方法来得到这些信号。具体的实现过程：位置传感器是无刷直流电机系统组件部分之一，其作用是检测主转子在运动过程对于定子绕组的相对位置，将永磁转子磁场的位置信号转换成电信号，为逻辑开关电路提供正确的换向信息，以控制它们的导通和截止，使电动机电枢绕组中的电流随着转子位置的变化按次序换相，形成气隙中步进式的旋转磁场，驱动永磁转子连续不断的旋转。

本论文主要研究霍尔传感器位置的安放，沿用前人研究的成果，关于霍尔位置传感器与三相磁动势对应关系，并在此基础基础上进行分析的。具体的解决思路是首先了解无刷电机的工作原理，理解霍尔元件的工作原理特性，无刷电机换相的具体要求，然后考虑出霍尔元件与三相磁动势的对应关系，进而得出霍尔元件的正确安放位置。