无刷直流电动机中霍尔位置传感器的设计与应用.pdf

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1、无刷直流电动机中霍尔位置传感器的设计与应用杨培双(威海职业学院，山东威海264210)摘要：主要介绍直流无刷电动机位置转换中所使用的霍尔位置传感器的结构、分类和工作原理，给出-r霍尔位置传感器的构成原则，提出了霍尔位置传感器在尤刷直流电动机中的设计应用方法．关键词：无刷直流电动机；霍尔效应；霍尔位置传感器中图分类号：TM33文献标识码：A文章编号：1005-8354(2010)03-0029434DesignandApplicationofBrushlessDCMotorintheHallPositionSensorYANGPei—shuang(WeihaiVo

2、cationalCollege，ShandongWeihai264210，China)Abstract：ThisarticleintroducesbrushlessDCmotorwithpositionconversionoftheHallpositionsen,$orsusedinthestructure，classificationandworkingprinciple，giventhecompositionoftheprincipleofHallpositionsensorisproposedHallpositionsensorinthebrushless

3、DCmotorinthe如signshouldbeapplied．Keywords：brushlessDCmotor；hall-effect；positionsensorofhall0引言无刷直流电动机由电机本体、位置传感器和驱动电路三部分组成，其中位置传感器足区别于有刷直流电机的主要标志．它的作用是检测主转子在运动过程中的位置，将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，以控制它们的导通与截止，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向，形成气隙中步进式的旋转磁场，驱动永磁转子连续小断地旋转，位置传感器的种类很多，其中典型

4、应用的就是霍尔位置传感器．2霍尔传感器2．1霍尔效应1879年美国霍普金斯大学的霍尔(E．H．Hall)发现，当磁场中的导体有电流通过时，其横向既受力的作用又产生电动势，这种现象称为霍尔效应．在半导体中也存在霍尔效应，且电动势更明显．收稿日期：2009．12．18作者简介：杨培双(1966·)，女，硕士，研究方向为电气工程教学与科研．根据霍尔效应的原理，可制成如图1所示结构的四端子半导体元件——霍尔元件．图1霍尔效应原理在半导体薄片上产生的霍尔电动势E。可用下式表示：EHR。竽R“=和式中，R。为霍尔系数(m3／C)；，。为控制电流技术篇2010年第三期29(A

5、)；口为磁感应强度(T)；D为薄片的厚度(m)；p为材料电阻率(Q·m)；肛为材料迁移率[m2／(V·8)]．由于上述霍尔元件所产生的霍尔电动势很低，在应用时须外接放大器．现已将霍尔元件与半集成放大电路一起制作在同一块N型硅外延片上而构成了霍尔集成电路．图2为其外形和内部电路图．丽矿(a)外形(b)内部电路图2霍尔集成电路UccUo出GND2．2霍尔传感器的分类霍尔传感器按功能和应用可分为线性型、开关型和锁定型三种．1)线性型．线性型传感器由电压调整器、霍尔元件、差分放大器、输出级等部分组成．输入为线性变化的磁感应强度，得到与磁感应强度成线性关系的输出电压，可用

6、于磁场等多种场合的测量．2)开关型．开关型传感器由电压调整器、霍尔元件、差分放大器、施密特触发器和输出级五部分组成．输人为磁感应强度，输出为数字信号．它的导通和截止只与外界磁感应强度的大小有关，与磁场极性无关．3)锁定型．它与开关型传感器一样也是由五部分组成的．其工作过程是：当外界磁场方向为正时，霍尔元件的输出电压为正，该电压经过放大器放大后作为触发器的触发信号．当信号电压随外界磁感应强度的增强而增加，达到触发器导通电压阀值时，电路的输出由高电平变为低电平，此后，如果外界磁感应强度继续增加，触发器维持导通状态不变．由于触发器的导通和截止电压阀值的设计是对称的，所

7、以当外界磁感应强度减弱时，触发器仍维持导通状态．只有当外界磁场极性改变并达到一定强度时，霍尔元件输出的负触发信号达到触发器的截止阀值电压，触发器才由导通跃变为截止，因而磁场的极性每变换一次，电路的输出就完成一次开关转换．2．3霍尔传感器的作用1)当控制电流不变，使传感器处于非均匀磁场时，传感器的输出正比于磁感应强度．在这方面的应用有磁场、微位移、力、速度、加速度、表面粗糙度等物30第三期2010年技术篇理量的测量，还可以构成三角函数发生器、同步传递装置、无接触装置等．2)当控制电流与磁感应强度皆为变量时，传感器的输出与两者乘积成正比．用在乘法器、功率计以及除法、

8、倒数、开方等运算器中．3