無刷電機(jī)的主要部件

在第 4 部分中，我們將解釋無刷電機(jī)的主要組件：反饋、磁場和永磁體。

無刷電機(jī)的主要部件

2.3.1 磁極檢測部件

霍爾元件

霍爾元件是利用霍爾效應(yīng)檢測轉(zhuǎn)子磁鐵的磁場并輸出信號的磁性檢測元件。

受北極磁場影響的霍爾元件狀態(tài)如圖 2.12 所示。

如果電流從元件的上部流向下部，并受到來自北極的磁場沿箭頭所示方向的影響，則元件內(nèi)部的電荷分布會因電磁力而變得不平衡。結(jié)果，產(chǎn)生了以直角穿過電流和磁場的電動勢。

霍爾元件輸出信號是數(shù)百毫伏的微弱模擬電壓。如果像電機(jī)一樣南北兩極不斷交替，那么如圖2.14所示，在磁場穩(wěn)定的區(qū)域輸出恒定，在磁極切換的區(qū)域變化平緩.

由于信號較弱，在信號線較長的地方和電子噪聲較多的環(huán)境中，很容易受到噪聲的影響?；魻栃?yīng) IC 通過集成一個電路來解決噪聲問題，該電路在輸出信號之前對霍爾元件輸出信號進(jìn)行整形和放大。

提示：霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)

霍爾效應(yīng)是美國物理學(xué)家埃德溫·赫伯特·霍爾于 1879 年發(fā)現(xiàn)的。

對流過電流的物體垂直施加磁場會產(chǎn)生垂直于電流和磁場的電動勢。霍爾元件是利用此原理的半導(dǎo)體。電動勢根據(jù)磁場強(qiáng)度不斷變化。

霍爾效應(yīng)集成電路

霍爾效應(yīng)IC是一種將霍爾元件和放大及整形電路集成到單個封裝(IC)中的磁傳感器。圖 2.13 顯示了霍爾效應(yīng) IC 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖 2.14 顯示了霍爾效應(yīng) IC 輸出信號和與轉(zhuǎn)子磁體磁場相關(guān)的霍爾元件輸出信號之間的關(guān)系。

放大器用于放大霍爾元件檢測磁場產(chǎn)生的微弱輸出信號，并使用施密特觸發(fā)器整形并輸出。如果轉(zhuǎn)子磁鐵的磁場強(qiáng)度超過霍爾效應(yīng) IC 閾值，則輸出信號，如果低于閾值，則信號停止。與霍爾元件輸出電壓相比，霍爾效應(yīng) IC 具有抗噪聲性，并且使用簡單。

編碼器

霍爾效應(yīng)IC檢測轉(zhuǎn)子磁鐵的磁極并進(jìn)行輸出，而編碼器則是將通過編碼器圓盤狹縫的光通過受光元件轉(zhuǎn)換成電信號，再放大整形后輸出。

如圖 2.15 所示，編碼器帶有用于位置和速度檢測(A 相、B 相)的小狹縫，以及用于檢測磁極位置的狹縫。用于檢測位置和速度的光接收元件被布置成使得作為電角的信號相位差相對于編碼器盤狹縫為90°。因此，它不僅可以準(zhǔn)確檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，還可以準(zhǔn)確檢測旋轉(zhuǎn)量和旋轉(zhuǎn)方向。

另外，磁極位置檢測用的3個狹縫和受光元件排列成電角信號相位差為120°，編碼器和轉(zhuǎn)子是分開的部件，因此切換時序?yàn)檗D(zhuǎn)子磁極位置與磁極檢測信號不匹配。為了使這個時間匹配，需要在安裝編碼器時調(diào)整用于檢測磁極位置的狹縫的位置。

Oriental Motor的產(chǎn)品配備了帶磁極檢測信號的編碼器。由于可以通過 A 相和 B 相信號準(zhǔn)確地檢測轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)量，因此可以進(jìn)行低速時的穩(wěn)定速度控制和位置控制。

2.3.2 產(chǎn)生磁場的元件

感應(yīng)電動機(jī)是通過轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電流和定子中的旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，而對于無刷電動機(jī)等同步電動機(jī)，轉(zhuǎn)矩是通過永磁體的磁場和定子中的旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的。在這里，我們將解釋主要組件中的永磁體，這些永磁體對于支持緊湊尺寸、高輸出功率和高效率無刷電機(jī)而聞名。

鐵氧體燒結(jié)磁鐵

鐵氧體燒結(jié)磁鐵是日本人在1930年發(fā)明的，由于主要成分是氧化鐵，所以性價比高。此外，由于不需要進(jìn)行表面處理，具有良好的性價比，至今仍是世界上生產(chǎn)和使用最普遍的磁鐵。

最大能量積 (BH) max 8.0 至 43.8 kJ/m3 [1.0 至 5.5 MGOe]

稀土燒結(jié)磁鐵

有釤鈷(SmCo)品種和釹(NdFeB)品種，其中釹磁鐵性能最高，是緊湊型節(jié)能電機(jī)必不可少的材料。然而，由于很少有國家生產(chǎn)用于制造它們的稀土元素，因此產(chǎn)量很少，而且價格昂貴。

最大能量積 (BH) max 199 至 414 kJ/m3 [25 至 52 MGOe]

保稅磁鐵

這些磁體是通過將來自鐵氧體和稀土磁體的細(xì)磁粉與樹脂和其他粘合劑混合成型和制造的。由于可以自由地采用多種形狀，因此組裝和接合作業(yè)時的加工性優(yōu)異，但由于含有非磁性成分，因此磁特性只有燒結(jié)磁鐵的一半以下。

最大能量積 (BH) max

釹型：63 至 159 kJ/m3 [89 至 20 MGOe]

鐵素體 5.6 至 17.5 kJ/m3 [0.7 至 2.2 MGOe]

審核編輯：湯梓紅