無刷直流電動機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：針對現在廣泛應用的基于霍爾效應原理的磁敏式開關位置傳感器，以兩相導通星形三相六狀態橋式控制電動機為例，推導了無刷直流電動機電流、轉矩等參數，在此基礎上說明了繞組****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電動機效率的影響；然后分析了不同繞組下霍爾元件的****安裝位置；最后提出了無刷直流電動機霍爾元件安裝位置的確定方法。
關鍵詞：無刷直流電動機；位置傳感器；霍爾元件；安裝位置
中圖分類號：tp36+l 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)06-0090-03
o引 言
無刷直流電動機(bldc)各相繞組導通的順序和時間取決于位置傳感器的轉子位置信息。位置傳感器必須準確地測量轉子磁極位置，并將轉子磁極位置信號轉換成控制驅動電路所需的電信號，其信號直接影響著定子繞組的換相位置，也對電流、轉矩和效率產生直接影響。目前bldc使用的主流位置傳感器是基于霍爾效應的磁敏式開關位置傳感器。本文以兩相導通星形三相六狀態橋式控制bldc為例，推導了****換相角度，分析說明了霍爾元件的****安裝位置和確定方法。
1 bldc的電磁轉矩
為簡化分析和計算，在不影晌問題分析和結論的前提下，首先做如下假設：
①假定氣隙磁場沿氣隙按正弦分布。
②繞組通電時所產生的定子磁場對氣隙磁場的影響忽略不計；
③電動機采用電流反饋型pwm控制方式，繞組電流波形近似于矩形波，在繞組導通時間內電流，近似為恒定值，因此假定，不隨氣隙磁場的變化而變化；
④假定各相繞組完全對稱，繞組互感和電氣時間常數忽略不計。
對于兩相導通三相六狀態控制方式，每個狀態均為兩相繞組同時反向通電，兩相合成電磁轉矩為：
式中，l為導體有效長度；d為電框直徑，n為相繞組匝數。
若以a相繞組導通狀態為基準，設其開通角為β。當a相開始導通時，b相處于反向導通狀態，兩相繞組共同導通π/3電角度，即a、b兩相在電角度范同內同時通電，根據式(1)可求出，此過程電機平均電磁轉矩為：
2霍爾元件的理論位置
2.1開通角β的確定
由式(2)可知，繞組開通角序的變化將影響電機平均電磁轉矩的大小。圖l給出了口在π／2之間變化時，電機合成電磁轉矩mp的變化情況。可見當開通角口為π/6電角度時電機輸出的電磁轉矩n，****。所以，電機繞組應在該相繞組反電勢過零后π/6電角度的位置開始導通，并持續導通2π/3，其所產生的平均電磁轉矩****。
2.2霍爾元件的理論安裝位置
根據上面的推導結果，當開通角β為π/6電角度時平均電磁轉矩****，所以每相繞組的霍爾元件必須在該相繞組反電勢正負兩個過零點后π/6電角度的位置，給出令繞組正、反向導通的控制信號。
圖2為霍爾元件與氣隙磁場的角度關系。以a相繞組為例，圖2(a)表明了a相繞組軸線與轉子直軸重合時，繞組反電勢為零，繞組軸線與轉子交軸相距π/2電角度：當轉子轉過π/6電角度后，a相繞組應開始導通，此時霍爾元件必須位子轉子交軸上，霍爾元件輸出信號發生翻轉，才能給出正確的繞組導通信號。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)所示口應等于：
3霍爾元件的實際安裝位置
前面推導出了霍爾元件應在定子繞組上的理論位置。但在不 |
