無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)位置傳感器安裝位置
周灝，毛佳珍，李楠，潘龍飛
(天津航海儀器研究所，天津300131)
摘要：針對(duì)現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的基于霍爾效應(yīng)原理的磁敏式開(kāi)關(guān)位置傳感器，以兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)橋式控制電動(dòng)機(jī)為例，推導(dǎo)了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)電流、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，在此基礎(chǔ)上說(shuō)明了繞組****換相角度，確定了位置傳感器的理論安裝位置，特別指出了位置傳感器位置安裝差異對(duì)電動(dòng)機(jī)效率的影響；然后分析了不同繞組下霍爾元件的****安裝位置；最后提出了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾元件安裝位置的確定方法。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；位置傳感器；霍爾元件；安裝位置
中圖分類號(hào)：tp36+l 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)06-0090-03
o引 言
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(bldc)各相繞組導(dǎo)通的順序和時(shí)間取決于位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置信息。位置傳感器必須準(zhǔn)確地測(cè)量轉(zhuǎn)子磁極位置，并將轉(zhuǎn)子磁極位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制驅(qū)動(dòng)電路所需的電信號(hào)，其信號(hào)直接影響著定子繞組的換相位置，也對(duì)電流、轉(zhuǎn)矩和效率產(chǎn)生直接影響。目前bldc使用的主流位置傳感器是基于霍爾效應(yīng)的磁敏式開(kāi)關(guān)位置傳感器。本文以兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)橋式控制bldc為例，推導(dǎo)了****換相角度，分析說(shuō)明了霍爾元件的****安裝位置和確定方法。
1 bldc的電磁轉(zhuǎn)矩
為簡(jiǎn)化分析和計(jì)算，在不影晌問(wèn)題分析和結(jié)論的前提下，首先做如下假設(shè)：
①假定氣隙磁場(chǎng)沿氣隙按正弦分布。
②繞組通電時(shí)所產(chǎn)生的定子磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響忽略不計(jì)；
③電動(dòng)機(jī)采用電流反饋型pwm控制方式，繞組電流波形近似于矩形波，在繞組導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)電流，近似為恒定值，因此假定，不隨氣隙磁場(chǎng)的變化而變化；
④假定各相繞組完全對(duì)稱，繞組互感和電氣時(shí)間常數(shù)忽略不計(jì)。
對(duì)于兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)控制方式，每個(gè)狀態(tài)均為兩相繞組同時(shí)反向通電，兩相合成電磁轉(zhuǎn)矩為：
式中，l為導(dǎo)體有效長(zhǎng)度；d為電框直徑，n為相繞組匝數(shù)。
若以a相繞組導(dǎo)通狀態(tài)為基準(zhǔn)，設(shè)其開(kāi)通角為β。當(dāng)a相開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)，b相處于反向?qū)顟B(tài)，兩相繞組共同導(dǎo)通π/3電角度，即a、b兩相在電角度范同內(nèi)同時(shí)通電，根據(jù)式(1)可求出，此過(guò)程電機(jī)平均電磁轉(zhuǎn)矩為：
2霍爾元件的理論位置
2.1開(kāi)通角β的確定
由式(2)可知，繞組開(kāi)通角序的變化將影響電機(jī)平均電磁轉(zhuǎn)矩的大小。圖l給出了口在π／2之間變化時(shí)，電機(jī)合成電磁轉(zhuǎn)矩mp的變化情況�？梢�(jiàn)當(dāng)開(kāi)通角口為π/6電角度時(shí)電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩n，****。所以，電機(jī)繞組應(yīng)在該相繞組反電勢(shì)過(guò)零后π/6電角度的位置開(kāi)始導(dǎo)通，并持續(xù)導(dǎo)通2π/3，其所產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩****。
2.2霍爾元件的理論安裝位置
根據(jù)上面的推導(dǎo)結(jié)果，當(dāng)開(kāi)通角β為π/6電角度時(shí)平均電磁轉(zhuǎn)矩****，所以每相繞組的霍爾元件必須在該相繞組反電勢(shì)正負(fù)兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)后π/6電角度的位置，給出令繞組正、反向?qū)ǖ目刂菩盘?hào)。
圖2為霍爾元件與氣隙磁場(chǎng)的角度關(guān)系。以a相繞組為例，圖2(a)表明了a相繞組軸線與轉(zhuǎn)子直軸重合時(shí)，繞組反電勢(shì)為零，繞組軸線與轉(zhuǎn)子交軸相距π/2電角度：當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)π/6電角度后，a相繞組應(yīng)開(kāi)始導(dǎo)通，此時(shí)霍爾元件必須位子轉(zhuǎn)子交軸上，霍爾元件輸出信號(hào)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，才能給出正確的繞組導(dǎo)通信號(hào)。若霍爾位置傳感器與繞組軸線之間電角度為日，則如圖2(b)所示口應(yīng)等于：
3霍爾元件的實(shí)際安裝位置
前面推導(dǎo)出了霍爾元件應(yīng)在定子繞組上的理論位置。但在不 |
