BLDC-Motor – Hallsensor

Was ist ein Hallsensor

Hallsensor arbeitet nach dem Hall-Effekt-Prinzip und ist in der Lage, die Gegenwart, Richtung Und Intensität eines Magnetfeldes. Der Hall-Sensor ist ein wichtiger Bestandteil der Bürstenloser Gleichstrommotor. Es spielt eine wichtige Rolle beim Antrieb von bürstenlosen Motoren. Dieser Artikel stellt das Funktionsprinzip und die Rolle von Hall-Sensoren im Detail vor und analysiert, ob bürstenlose Motoren mit Hall-Sensoren ausgestattet werden sollten.

Funktionsprinzip des Hall-Sensors

Das Funktionsprinzip des Hall-Sensors basiert auf der Hall-EffektWenn der durch das Hall-Element fließende Strom durch ein Magnetfeld in vertikaler Richtung beeinflusst wird, wirkt die Lorentzkraft auf ihn ein. Dadurch verschieben sich die Ladungen seitlich, was zu einem Ungleichgewicht in der Ladungsverteilung führt. Dieses Ungleichgewicht erzeugt eine Potentialdifferenz auf beiden Seiten des Hall-Elements, genannt „Hall-Spannung“.

Abbildung 1 zeigt die interne Struktur eines Basissystems 3-polig bürstenloser Gleichstrommotor. Dreiphasige BLDC-Motoren sind typischerweise mit drei Hall-Sensoren ausgestattet, die in physikalischen Winkelabständen von 120 Grad angeordnet sind, um die Position des Rotors kontinuierlich zu überwachen.

Während der Drehung des Motors erzeugt jeder Hall-Sensor 2 hohe und 2 niedrige Pegeländerungen, was bedeutet, dass bei einer vollständigen 360-Grad-Drehung H1, H2, H3 erzeugt sechs Signale. Die Kombination dieser Signale ergibt die BLDC-Controller mit präziser Information über die Rotorposition.

Funktion des Hallsignals

• Rotorposition: Das vom Hall-Sensor erzeugte Signal gibt direkt die Position der Magnetpole des Rotors an. Der Controller verwendet diese Signale, um zu bestimmen, wann und wie die Stromrichtung in den Statorwicklungen geändert werden muss, um den Rotor zur Weiterdrehung anzutreiben.

• Umkehrpunkt: Jede Änderung des Hall-Signals markiert einen Umkehrpunkt, also den Moment, in dem die Stromrichtung geändert werden muss.

• Geschwindigkeitsinformationen: Durch Messen der Frequenz des Hallsensorsignals kann auf die Drehzahl des Motors geschlossen werden.

Beispiel für eine Signalausgabe

Angenommen, die drei Hall-Sensoren sind beschriftet H1, H2 Und H3 Sie geben 6 verschiedene Zustände aus, wenn der Motor eine Runde dreht.

Zustand	H1	H2	H3
Zustand 1	HOCH	NIEDRIG	NIEDRIG
Zustand 2	HOCH	HOCH	NIEDRIG
Zustand 3	NIEDRIG	HOCH	NIEDRIG
Zustand 4	NIEDRIG	HOCH	HOCH
Staat 5	NIEDRIG	NIEDRIG	HOCH
Staat 6	HOCH	NIEDRIG	HOCH

Diese sechs Zustände werden zyklisch durchlaufen und liefern dem Motorcontroller eine kontinuierliche Positionsrückmeldung, sodass dieser präzise Kommutierungsvorgänge durchführen kann.

Arten von Hallsensoren im BLDC-Motor

1. Linearer Hall-Sensor

Merkmale: Lineare Hall-Sensoren geben ein kontinuierliches Spannungssignal proportional zur erkannten magnetischen Feldstärke aus.
Anwendung: Wird zur genauen Messung der magnetischen Feldstärke verwendet, beispielsweise bei der Positionserfassung, Winkelerfassung, Strommessung usw.

2. Digitaler Hallsensor

Merkmale: Der digitale Hall-Sensor gibt einen hohen (oder niedrigen) Pegel aus, wenn das Magnetfeld einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht, und einen niedrigen (oder hohen) Pegel, wenn das Magnetfeld unter einen anderen Schwellenwert fällt. Dieser Sensortyp dient zur Erkennung des Vorhandenseins oder Fehlens eines Magnetfelds.

Anwendungen: Wird häufig in der Positionserkennung, Geschwindigkeitserkennung und bei Drehgebern verwendet, beispielsweise bei der elektronischen Kommutierung von bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC), der Kurbelwellen- und Nockenwellenpositionserkennung in Kraftfahrzeugen usw.

Vorteile des Hallsensors

Bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) lassen sich anhand integrierter Hall-Sensoren klassifizieren. Ingenieure können je nach Anwendungsbedarf entscheiden, ob Hall-Sensoren eingesetzt werden sollen.

Besonderheit	Mit Hall-Sensoren	Ohne Hallsensoren (sensorlos)
Positionserfassung	Direkte Rückmeldung der Rotorposition für präzise Kommutierung.	Schätzt die Position über die Gegen-EMK, kein direktes Feedback.
Anlauf- und Niedriggeschwindigkeitsregelung	Zuverlässiger Start und reibungsloser Betrieb bei niedriger Geschwindigkeit.	Erfordert eine komplexe Steuerung für einen stabilen Start und niedrige Geschwindigkeiten.
Einfache Steuerung	Einfache Algorithmen sorgen für einen reibungslosen Betrieb.	Insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten sind komplexere Algorithmen erforderlich.
Kosten und Komplexität	Höhere Kosten und Komplexität durch Sensoren.	Geringere Kosten, Gewicht und einfacheres Design.