BLDC 电机 – 霍尔传感器

什么是霍尔传感器

霍尔传感器 基于霍尔效应原理工作，能够检测 在场， 方向 和 强度 磁场。霍尔传感器是 无刷直流电机在无刷电机的驱动中起着重要作用，本文将详细介绍霍尔传感器的工作原理和作用，并分析无刷电机是否应该搭载霍尔传感器。

霍尔传感器工作原理

霍尔传感器的工作原理是基于 霍尔效应当通过霍尔元件的电流受到垂直方向磁场的影响时，会受到洛伦兹力的影响，使电荷向侧面偏移，造成电荷分布不平衡。这种不平衡会在霍尔元件的两侧产生电位差，称为“霍尔电压”。

图 1 显示了基本 3极 无刷直流电机。三相 BLDC 电机通常配备三个霍尔传感器，以 120 度的物理角度间隔排列，以连续监测转子的位置。

在电机转动过程中，每个霍尔传感器都会产生2个高电平和2个低电平的变化，也就是说在完整的360度旋转过程中， 氢1,氢2,氢3 将产生六个信号。这些信号的组合提供了 BLDC 控制器 提供有关转子位置的精确信息。

霍尔信号的作用

• 转子位置： 霍尔传感器产生的信号直接指示转子磁极的位置，控制器利用这些信号决定何时、如何改变定子绕组中的电流方向，推动转子继续旋转。

• 反转点： 霍尔信号的每次变化都标记着一个反转点，即需要改变电流方向的时刻。

• 速度信息： 通过测量霍尔传感器信号的频率，可以推导出电机的转速。

信号输出示例

假设三个霍尔传感器标记为 H1, 氢气 和 H3 电机每转一圈，会输出6种不同的状态。

状态	H1	氢气	H3
状态 1	高的	低的	低的
状态 2	高的	高的	低的
状态 3	低的	高的	低的
状态 4	低的	高的	高的
状态 5	低的	低的	高的
状态 6	高的	低的	高的

这六种状态循环往复，为电机控制器提供连续的位置反馈，使其能够执行精确的换向操作。

BLDC 电机中的霍尔传感器类型

1.线性霍尔传感器

特征：线性霍尔传感器输出与检测到的磁场强度成比例的连续电压信号。
应用： 用于精确测量磁场强度，例如位置感测、角度感测、电流测量等。

2. 数字霍尔传感器

特征： 数字霍尔传感器在磁场达到预定阈值时输出高电平（或低电平），在磁场低于另一阈值时输出低电平（或高电平），该类传感器用于检测磁场的存在与否。

应用： 广泛应用于位置检测、速度检测和旋转编码器，如无刷直流电机（BLDC）的电子换向、汽车中的曲轴和凸轮轴位置检测等。

霍尔传感器的优点

无刷直流电机（BLDC）可根据是否集成霍尔传感器进行分类。工程师可以根据应用需求选择是否使用霍尔传感器。

特征	带霍尔传感器	不带霍尔传感器（无传感器）
位置传感	直接转子位置反馈，实现精确换向。	通过反电动势估计位置，无直接反馈。
启动和低速控制	启动可靠，低速运行平稳。	需要复杂的控制来实现稳定的启动和低速。
控制简单	简单的算法保证顺利运行。	需要更复杂的算法，特别是在低速时。
成本和复杂性	由于传感器而导致的成本和复杂性更高。	成本更低、重量更轻、设计更简单。