三相全波無(wú)刷電機(jī)的位置檢測(cè)

在上一篇“三相全波無(wú)刷電機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理”中，介紹了三相全波無(wú)刷電機(jī)通過(guò)三個(gè)線圈中的驅(qū)動(dòng)電流切換實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的原理。接下來(lái)將介紹三相全波無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法，但在此之前會(huì)先介紹三相全波無(wú)刷電機(jī)的位置檢測(cè)方法，因?yàn)樵趯?shí)際的三相全波無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，需要檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的永磁體的位置。

位置檢測(cè)的方法主要有兩種。一種是使用傳感器的方法，這種方法需要使用霍爾元件的電壓。雖然在上一篇文章中用來(lái)說(shuō)明旋轉(zhuǎn)原理的圖中沒(méi)有直接解釋?zhuān)菢?biāo)出了H1、H2和H3霍爾元件(傳感器)。另一種是檢測(cè)各線圈的感應(yīng)電壓的方法，由于這種方法不使用傳感器而被稱(chēng)為“無(wú)傳感器方法”。

使用霍爾元件的位置檢測(cè)(有傳感器)

使用霍爾元件(傳感器)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的永磁體位置時(shí)，將霍爾元件的安裝位置設(shè)置在線圈和線圈之間的中點(diǎn)，即1/2角度對(duì)應(yīng)的點(diǎn)(參見(jiàn)右圖)

假設(shè)線圈3與線圈1之間的霍爾元件為H1，線圈1與線圈2之間的霍爾元件為H2，線圈2與線圈3之間的霍爾元件為H3，則順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的電流波形與霍爾元件的信號(hào)波形對(duì)比如下(中段波形)。

在這個(gè)示例中，當(dāng)對(duì)霍爾元件施加N極磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生正(+)電壓，當(dāng)施加S極磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生負(fù)(-)電壓，并且磁場(chǎng)的強(qiáng)度根據(jù)永磁體的旋轉(zhuǎn)位置以正弦波變化(波形圖下半部分“霍爾元件電壓波形”)。各相的輸出電流波形為梯形波(波形圖上半部分“電流波形”)。波形圖時(shí)間軸上的①～⑥的點(diǎn)與上一篇中用來(lái)說(shuō)明“旋轉(zhuǎn)原理”的圖中的①～⑥相對(duì)應(yīng)。該圖也會(huì)在下一節(jié)“使用感應(yīng)電壓進(jìn)行位置檢測(cè)(無(wú)傳感器)”中使用。

驅(qū)動(dòng)時(shí)，由根據(jù)轉(zhuǎn)子位置而變化的霍爾元件輸出信號(hào)波形合成輸出電流波形。合成是由H1電壓波形減去H2電壓波形，H2電壓波形減去H3電壓波形，H3電壓波形減去H1電壓波形。通過(guò)這些運(yùn)算，可以獲得相位比H1、H2和H3提前30°的正弦波形(M1、M2、M3)。只要基于這些信號(hào)生成輸出電流，即可創(chuàng)建用于驅(qū)動(dòng)具有所需相位的電機(jī)的電流波形。

要合成用于反轉(zhuǎn)的輸出電流信號(hào)時(shí)，需要從H2中減去H1，從H3中減去H2，從H1中減去H3。也就是說(shuō)，基于M1=H2-H1、M2=H3-H2、M3=H1-H3，根據(jù)M1、M2和M3的組合波形的相位提供輸出電流，即可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。

使用感應(yīng)電壓進(jìn)行位置檢測(cè)(無(wú)傳感器)

這是不需要傳感器(霍爾元件)的方法，使用的是線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。在三相全波無(wú)刷電機(jī)中，永磁體相對(duì)于線圈旋轉(zhuǎn)，N極和S極交替變化，所以線圈的磁通密度發(fā)生變化，線圈自身發(fā)電并產(chǎn)生感應(yīng)電壓。當(dāng)磁極N在線圈端時(shí)，進(jìn)入線圈方向的磁通密度最高;當(dāng)磁極S在線圈端時(shí)，從線圈出來(lái)的方向的磁通密度最高。然而，當(dāng)永磁體的磁化波形為正弦波狀時(shí)，磁通密度的變化在N極和S極之間的中點(diǎn)處最大。

上圖與上一篇“旋轉(zhuǎn)原理”中使用的圖片相同，三相全波無(wú)刷電機(jī)①～⑥的狀態(tài)對(duì)應(yīng)于下面波形圖中的時(shí)間軸①～⑥。

下面對(duì)三相全波無(wú)刷電機(jī)①～⑥的狀態(tài)與感應(yīng)電壓波形之間的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。

①：線圈1位于S極和N極之間的中點(diǎn)，由于S極產(chǎn)生的磁通從線圈外側(cè)出來(lái)的工作變?yōu)镹極產(chǎn)生的磁通進(jìn)入線圈的工作，因此磁通密度的變化最大。所以線圈1的感應(yīng)電壓相對(duì)于線圈中點(diǎn)是正電壓，且最大。

②：由于磁通密度的變化比之前略小，因此線圈1的感應(yīng)電壓降低。

③：由于通往線圈1的磁通密度的變化進(jìn)一步變小，因此感應(yīng)電壓也進(jìn)一步降低。

④：由于N極在線圈端，磁通密度的變化變?yōu)榱?，所以線圈1的感應(yīng)電壓變?yōu)榱恪?/p>

⑤：由于N極逐漸遠(yuǎn)離線圈1，進(jìn)入線圈的磁通量逐漸減少，因此感應(yīng)電壓變?yōu)樨?fù)值，磁通量變化小，故感應(yīng)電壓略有下降。

⑥：由于通往線圈1的磁通密度的變化進(jìn)一步變小，因此感應(yīng)電壓也進(jìn)一步降低。

同樣，線圈2和線圈3在從S極切換到N極的中點(diǎn)產(chǎn)生最高的正感應(yīng)電壓，在從N極切換到S極的中點(diǎn)產(chǎn)生最高的負(fù)感應(yīng)電壓，當(dāng)N極和S極位于線圈端時(shí)，感應(yīng)電壓變?yōu)榱恪?/p>

另外，如波形圖所示，各線圈的感應(yīng)電壓波形與其驅(qū)動(dòng)電流波形的相位相同。

通過(guò)檢測(cè)感應(yīng)電壓的零點(diǎn)并合成輸出電流波形，可以將感應(yīng)電壓用作轉(zhuǎn)子的位置檢測(cè)信號(hào)，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)，因此無(wú)需使用位置檢測(cè)用的霍爾元件即可進(jìn)行控制。

從下一篇開(kāi)始，將會(huì)介紹實(shí)際的驅(qū)動(dòng)方法。

關(guān)鍵要點(diǎn):

?三相全波無(wú)刷電機(jī)的位置檢測(cè)方法有兩種：三相全波無(wú)刷電機(jī)使用霍爾元件的方法和三相全波無(wú)刷電機(jī)不使用霍爾元件而使用電機(jī)線圈的感應(yīng)電壓的方法。

審核編輯：湯梓紅