Двигатель BLDC – Датчик Холла

Что такое датчик Холла

Датчик Холла работает на основе принципа эффекта Холла и способен обнаруживать присутствие, направление и интенсивность магнитного поля. Датчик Холла является важным компонентом Бесщеточный двигатель постоянного тока. Он играет важную роль в управлении бесщеточными двигателями. В этой статье подробно описан принцип работы и роль датчиков Холла, а также проанализировано, должны ли бесщеточные двигатели иметь датчики Холла.

Принцип работы датчика Холла

Принцип работы датчика Холла основан на эффект Холла. Когда ток, проходящий через элемент Холла, подвергается воздействию магнитного поля в вертикальном направлении, на него будет действовать сила Лоренца, заставляя заряды смещаться вбок, что приводит к дисбалансу в распределении зарядов. Этот дисбаланс создает разность потенциалов по обе стороны от элемента Холла, называемую «Напряжение Холла”.

На рисунке 1 показана внутренняя структура базового 3-полюсный Бесщеточный двигатель постоянного тока. Трехфазные двигатели BLDC обычно оснащены тремя датчиками Холла, расположенными с физическим угловым интервалом 120 градусов, для постоянного контроля положения ротора.

Во время вращения двигателя каждый датчик Холла будет производить 2 высоких и 2 низких изменения уровня, что означает, что за полный оборот на 360 градусов, Н1, Н2, Н3 будет производить шесть сигналов. Сочетание этих сигналов обеспечивает Контроллер BLDC с точной информацией о положении ротора.

Функция сигнала Холла

• Положение ротора: Сигнал, генерируемый датчиком Холла, напрямую указывает положение магнитных полюсов ротора. Контроллер использует эти сигналы для определения того, когда и как изменить направление тока в обмотках статора, чтобы подтолкнуть ротор к продолжению вращения.

• Точка разворота: Каждое изменение сигнала Холла отмечает точку разворота — момент, когда необходимо изменить направление тока.

• Информация о скорости: Измеряя частоту сигнала датчика Холла, можно определить скорость двигателя.

Пример выходного сигнала

Предположим, что три датчика Холла помечены Н1, Н2 и Н3 соответственно. Они выведут 6 различных состояний, когда мотор пройдет 1 круг.

Состояние	Н1	Н2	Н3
Состояние 1	ВЫСОКИЙ	НИЗКИЙ	НИЗКИЙ
Состояние 2	ВЫСОКИЙ	ВЫСОКИЙ	НИЗКИЙ
Состояние 3	НИЗКИЙ	ВЫСОКИЙ	НИЗКИЙ
Состояние 4	НИЗКИЙ	ВЫСОКИЙ	ВЫСОКИЙ
Состояние 5	НИЗКИЙ	НИЗКИЙ	ВЫСОКИЙ
Состояние 6	ВЫСОКИЙ	НИЗКИЙ	ВЫСОКИЙ

Эти шесть состояний циклически перебираются и обеспечивают непрерывную обратную связь по положению для контроллера двигателя, позволяя ему выполнять точные операции коммутации.

Типы датчиков Холла в BLDC-двигателе

1. Линейный датчик Холла

Функции: Линейные датчики Холла выдают непрерывный сигнал напряжения, пропорциональный обнаруженной напряженности магнитного поля.
Приложение: Используется для точного измерения напряженности магнитного поля, например, при измерении положения, угла, тока и т. д.

2. Цифровой датчик Холла

Функции: Цифровой датчик Холла выдает высокий уровень (или низкий уровень), когда магнитное поле достигает заданного порога, и выдает низкий уровень (или высокий уровень), когда магнитное поле ниже другого порога. Этот тип датчика используется для обнаружения наличия или отсутствия магнитного поля.

Приложения: Широко используется в датчиках положения, определения скорости и вращающихся энкодерах, таких как электронная коммутация бесщеточных двигателей постоянного тока (BLDC), определение положения коленчатого и распределительного валов в автомобилях и т. д.

Преимущество датчика Холла

Бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) можно классифицировать в зависимости от того, имеют ли они встроенные датчики Холла. Инженеры могут выбирать, использовать ли датчики Холла, в зависимости от потребностей своего приложения.

Особенность	С датчиками Холла	Без датчиков Холла (Sensorless)
Определение положения	Прямая обратная связь по положению ротора для точной коммутации.	Оценивает положение с помощью обратной ЭДС, прямой обратной связи нет.
Запуск и управление на низкой скорости	Надежный запуск и плавная работа на низких оборотах.	Требуется сложное управление для стабильного запуска и низких скоростей.
Простота управления	Простые алгоритмы обеспечивают бесперебойную работу.	Необходимы более сложные алгоритмы, особенно на низких скоростях.
Стоимость и сложность	Более высокая стоимость и сложность из-за датчиков.	Меньшая стоимость, вес и более простая конструкция.