Motor BLDC – Sensor Hall

O que é um sensor Hall

Sensor de Hall funciona com base no princípio do efeito Hall e é capaz de detectar presença, direção e intensidade de um campo magnético. O sensor Hall é um componente importante do Motor DC sem escovas. Ele desempenha um papel importante na condução de motores sem escovas. Este artigo apresentará em detalhes o princípio de funcionamento e o papel dos sensores Hall, e analisará se os motores sem escovas devem ter sensores Hall.

Princípio de funcionamento do sensor Hall

O princípio de funcionamento do sensor Hall é baseado no Efeito Hall. Quando a corrente que passa pelo elemento Hall é afetada por um campo magnético na direção vertical, ela será afetada pela força de Lorentz, fazendo com que as cargas se desloquem para os lados, resultando em um desequilíbrio na distribuição de cargas. Esse desequilíbrio cria uma diferença de potencial em ambos os lados do Hall, chamada de “Tensão Hall”.

A Figura 1 mostra a estrutura interna de um sistema básico 3 pólos motor DC sem escovas. Motores BLDC trifásicos são tipicamente equipados com três sensores Hall dispostos em intervalos angulares físicos de 120 graus para monitorar continuamente a posição do rotor.

Durante a rotação do motor, cada sensor Hall produzirá 2 mudanças de nível alto e 2 de nível baixo, o que significa que em uma rotação completa de 360 graus, H1, H2, H3 produzirá seis sinais. A combinação desses sinais fornece a Controlador BLDC com informações precisas sobre a posição do rotor.

Função do sinal Hall

• Posição do rotor: O sinal gerado pelo sensor Hall indica diretamente a posição dos polos magnéticos do rotor. O controlador usa esses sinais para determinar quando e como mudar a direção da corrente nos enrolamentos do estator para empurrar o rotor para continuar girando.

• Ponto de reversão: Cada mudança no sinal de Hall marca um ponto de reversão, o momento em que a direção da corrente precisa ser alterada.

• Informações de velocidade: Medindo a frequência do sinal do sensor Hall, a velocidade do motor pode ser derivada.

Exemplo de saída de sinal

Suponha que os três sensores Hall estejam rotulados H1, H2 e H3 respectivamente. Eles produzirão 6 estados diferentes quando o motor executar 1 círculo.

Estado	H1	H2	H3
Estado 1	ALTO	BAIXO	BAIXO
Estado 2	ALTO	ALTO	BAIXO
Estado 3	BAIXO	ALTO	BAIXO
Estado 4	BAIXO	ALTO	ALTO
Estado 5	BAIXO	BAIXO	ALTO
Estado 6	ALTO	BAIXO	ALTO

Esses seis estados circulam e fornecem feedback de posição contínuo ao controlador do motor, permitindo que ele execute operações de comutação precisas.

Tipos de sensor Hall em motor BLDC

1. Sensor Hall Linear

Características: Os sensores Hall lineares emitem um sinal de tensão contínuo proporcional à intensidade do campo magnético detectado.
Aplicativo: Usado para medir com precisão a intensidade do campo magnético, como em detecção de posição, detecção de ângulo, medição de corrente, etc.

2. Sensor de Hall Digital

Características: O sensor Hall digital emite um nível alto (ou nível baixo) quando o campo magnético atinge um limite predeterminado, e emite um nível baixo (ou nível alto) quando o campo magnético é menor que outro limite. Este tipo de sensor é usado para detectar a presença ou ausência de um campo magnético.

Aplicações: Amplamente utilizado em detecção de posição, detecção de velocidade e codificadores rotativos, como comutação eletrônica de motores CC sem escovas (BLDC), detecção de posição de virabrequim e eixo de comando em automóveis, etc.

Vantagem do sensor Hall

Motores DC sem escovas (BLDC) podem ser classificados de acordo com se eles têm sensores Hall integrados. Engenheiros podem escolher se querem usar sensores Hall com base em suas necessidades de aplicação.

Recurso	Com sensores Hall	Sem sensores Hall (Sensorless)
Detecção de posição	Feedback direto da posição do rotor para comutação precisa.	Estima a posição via Back EMF, sem feedback direto.
Controle de inicialização e baixa velocidade	Inicialização confiável e operação suave em baixa velocidade.	Requer controle complexo para inicialização estável e baixas velocidades.
Simplicidade de controle	Algoritmos simples garantem uma operação suave.	Algoritmos mais complexos são necessários, especialmente em baixas velocidades.
Custo e complexidade	Maior custo e complexidade devido aos sensores.	Menor custo, peso e design mais simples.