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BLDC霍尔安装角度你知道多少?

赵云 发布于 2021-10-28 13:27
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大家好,我是张飞实战电子的赵云老师,今天给大家讲解BLDC霍尔安装角度。


一、前言

对于BLDC的两相导通三相星型连接六状态控制来说,常常使用3个霍尔传感器,而它们在电机内的布置方式常见的有两种方案,其一是相互间隔60度电角度排列,其二是相互间隔120度电角度排列。而对于控制人员来说,我们需要知道拿到的电机,霍尔传感器的安装方式如何,这样才能决定相应的控制策略。

那么关于霍尔的位置摆放,一般是由电机本体设计相关的人员需要考虑的,而有的时候,又需要电机控制人员对电机本体设计有一定的了解,这样才能加深理解电机原理,对电机控制起到相辅相成的作用。

二、霍尔安装角度辨别

当我们拿到一个新的三相直流无刷电机时,可以通过测量三个霍尔信号,然后分析它们之间的关系即可知道霍尔的安装角度间隔是60度电角度还是120度电角度。那么,60度电角度跟120度电角度在三路霍尔波形上怎么来辨别呢?下面以波形图来说明一下:

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从上图左边波形关系可以知道,H1的上升沿跟H2的上升沿之间相差120度电角度,而H2的上升沿跟H3的上升沿相差120度电角度,H3上升沿跟H1的上升沿之间也是相差120度电角度,同理可以看出下降沿也是相差120度电角度,所以可以根据上图左边的波形推导出三个霍尔是以120度电角度安装的。

从上图右边波形关系可以知道,H3上升沿跟H1上升沿相差60度电角度,H1上升沿跟H2上升沿相差60度电角度。H1的下降沿跟H2的下降沿之差也是60度电角度,H3H2下降沿只差也是60度电角度,所以可以根据上图右边的波形推导出三个霍尔是以60度电角度安装的。

所以,如果拿到一个电机,没有说明霍尔的安装形式,则完全可以根据自己实测波形得出安装角度方式。

三、霍尔安装角度分析

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图:两对极内转子电机结构示意图

对于三相直流无刷电机来说,霍尔的安装角度一般都是120度电角度安装及60度电角度安装,而且以120度电角度安装居多,但是有的时候,从一些资料上看到的霍尔安装角度并不是我们说的两种形式,这又是为什么呢?

对上图来说,我们很容易知道,三个霍尔H1H2H3在结构上是120度机械角度安装的,跟我们认识的完全不一样了,而且即使根据机械角度与电角度的关系,转换为电角度也是240度电角度安装的,那么,是不是确实存在240度电角度安装的方式呢?

我们来分析一下这幅图,就可以找出最终的答案,从上图中,我们知道定子绕组有6个,则两个相邻绕组之间的夹角是60度机械角度,而转子有2对磁极,共4个磁极,则每个磁极所占的夹角就是360/4=90度机械角度。

图中,转子将会以顺时针方向转动,在图中的位置时,H1感应到N极到S极的磁极变化,为了分析方便,我们假设霍尔状态切换在磁极切换处发生,再假定,霍尔传感器感应到N极输出高电平(1),感应到S极输出低电平(0),则图中位置时,H1输出将发生一个由高电平到低电平的变化(下降沿)

而我们说的霍尔的安装角度间隔,都是指每个霍尔相同沿跳变之间的间隔,所以我们要知道H2H3发生下降沿时,转子要转过的电角度是多少?由上图我们可以知道,下一个最近感应到磁极N到磁极S变化的霍尔将会是H2,所以我们需要从图中求解出H2位置到磁极边界点的角度。

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也就是我们要求解上图中的角1是多少,经过分析,很容知道这个角160度机械角度,也就是知道,当转子再顺时针旋转60度机械角度时,H2将感应到磁极N到磁极S的变化,H2输出将发生一个下降沿跳变。而根据机械角度与电角度之间的关系,很容易知道60度对应的机械角度是120度电角度。

同理我们可以推出H3在上图的位置,再转过120度机械角度,H3将感应到磁极N到磁极S的变化,H3输出将发生一个下降沿跳变。而在H2感应到磁极N到磁极S的变化之后,H3只需要转子再转动60度机械角度(120度电角度),则将感应到磁极N到磁极S的变化,所以我们可以推出,三个霍尔输出下降沿的角度间隔是120度电角度。

按照同样的思路,可以推出三个霍尔输出上升沿的角度间隔也是120度电角度,所以我们可以知道,其实对于上图中霍尔的放置,还是遵循120度电角度安装变化的规律。有的时候,因为电机体积的影响,安装形式稍微有些变化,会把其中一个霍尔安装到对面的位置,但是波形的变化规律还是一致的。

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上图波形就是我们根据电机结构示意图推导出来的霍尔输出波形。


四、总结

本篇文章给大家分析了霍尔的角度安装问题,三相直流无刷电机的霍尔安装角度一般是60度电角度或者120度电角度,但是有的时候拆开电机,却不能直观看出是两种形式的哪一种,所以知道分析方法,就可以很容易推导出霍尔安装形式,万变不离其宗,相信知道了方法之后,大家就不会再对具体是哪种安装形式有疑问了,本次文章,就给大家分析这么多,希望大家多多讨论、交流。

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