無刷直流電動機轉速控制用磁變阻傳感器
夏 云 (重慶微電機廠 630043)
1引言
隨著高精度、高穩定的電機轉速控制系統的發展，作為系統速度反饋元件的檢測元件也在不斷更新。在電機轉速控制系統中，轉速反饋的脈沖數愈多，系統f/v變換器的分辨率也愈高，電機轉速的控制精度也越高。目前，檢測電機轉速的檢測元件有三種，一種是常用的頻率發生器(fg)，但由于制造其矩形波繞組，間距太小，受到限制，它提供的正比于電機轉速的反饋信號頻率也會有一定限制。另一種是光電編碼器，它檢測的輸出量是數字量，并能提供較多的脈沖數，因而分辨率高，但由于結構復雜，光碼盤制造精度高，且對使用環境條件的要求及長期運行時的維護，都使它的應用受到了限制。第三種是磁變阻傳感器，簡稱mr傳感器。mr傳感器采用了磁變阻元件，簡稱mr元件，這種元件的電阻值隨磁場的變化而變化，故稱磁變阻mr元件。它的****特點是結構簡單，制造方便，適于小型輕量化，不受環境條件的影響，耐振耐沖擊，工作可靠，無需維修，壽命長，價格低廉。mr傳感器的輸出波形與磁場波形相同．且其頻率為磁場波形的2倍，即頻率倍增，同時，其結構與電機易于結合，有利于簡化電機結構，減小電機昀體積。本文介紹mr傳感器的特點、結構及其基本工作原理。
2 mr傳感器的結構和基本原理
圖1表示mr傳感器由磁轉子和mr元件兩個主要部分組成。
磁轉子是由永磁材料制成的扁平圓環體。在圓環體的外表面有ns多對極，極對數一般在120對以上。
永磁圓環體多采用塑磁注射成形，并成形在電工鋼板制成的轉子架上，成形方便，造價低廉。
2.2 mr元件
根據使用材質的不同分為兩種形式．一種是由銻化銦(lnsb)或砷化鎵(gaas)等半導體材料制成．稱為半導體mr元件。另一種是由鎳鐵(nife)或鎳鈷(nico)系等強磁性材料制成，稱為強磁性mr元件。前者磁敏度低，后者磁敏度高，其中尤以nife系強磁性mr元件的磁敏度****，可在場強4ka/m以下場合使用，應用****泛。
2.3基本原理
圖2為mr元件的磁場與磁化示意圖。mr元件的磁分子電流在外磁場h下磁化方向當mr元件中流過電流i與磁化的方向夾角為咿，則mr元件的電阻值由下式表示：
很明顯，當飽和磁化方向與電流方向平行時，θ=0度，電阻****。當飽和磁化方向與電流方向垂直時，θ=90度，電阻最小。
有
由式(3)作曲線，得圖3，即mr元件中電阻變化率隨磁場變化的關系曲線。該曲線是近似一條倒過未的正態分布曲線。無論磁場增加或減少，其電阻變化率隨磁場變化是一致的。圖3所示是nife系mr元件的電阻變化率隨磁場變化的曲線，其變化率****為百分之3。
2.4輸出特性
圖4所示為mr元件在頻率為ω∞、的正弦波磁場作用下而得到的輸出特性。由圖可知，其輸出也為正弦波信號，且其頻率倍增，即2ω。
由于電阻變化率隨磁場變化曲線并馬}線性，因此即使在正弦波輸入磁場作用下，其輸出實際上并非正弦波，而含有高次諧波。
2.5 mr元件的等值電路
通常mr元件由兩個mr元素反接串聯組成三端子線路（參見圖5a、b）。這種結構稱為單組三端子接線。這時有：
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