直流無刷電機轉子位置傳感器特點/工作原理/分類

　　直流無刷電機控制系統(tǒng)中，電機的換相是由轉子的位置決定的，因此必須有轉子位置傳感器對轉子位置進行實時檢測。實際可用的轉子位置傳感器有多種，正弦波驅動的永磁同步電機一般采用旋轉變壓器、光電脈沖編碼器作為位置檢測器，要求連續(xù)檢測轉子位置，分辨率要求高，成本也較高。而在矩形波驅動的直流無刷電動機中，只需要離散的轉子位置信息，即有限個數(shù)的換相點時刻，例如常用的三相六狀態(tài)工作方式，一對極下僅需要確定6個換相點時刻即可。所以采用簡易型的位置檢測器就可以，檢測轉子位置的分辨率要求低得多，因而成本也較低。

　　位置傳感器是直流無刷電機系統(tǒng)組件部分之一，其作用是檢測主轉子在運動過程中對于定子繞組的相對位置，將永磁轉子磁場的位置信號轉換成電信號，為邏輯開關電路提供正確的換相信息，以控制它們的導通和截止，使電機電樞繞組中的電流隨著轉子位置的變化按次序換相，形成氣隙中步進式的旋轉磁場，驅動永磁轉子連續(xù)不斷地旋轉。

　　直流無刷電機的位置傳感器主要分為電磁式、光電式、磁敏式等幾種，分述如下。

　　1、電磁式位置傳感器

　　電磁式位置傳感器是利用電磁效應來實現(xiàn)其位置測量，主要有開口變壓器式、諧振式接近開關等。

　　開口變壓器位置傳感器由定子和轉子兩部分組成。定子可由硅鋼片的沖片疊成，或用高頻鐵氧體材料壓制而成。在2極三相直流無刷電機中的開口變壓器定子有六個齒，它們之間的間隔分別為60°。其中三個齒繞上一次繞組，并相互串聯(lián)后以高頻振蕩電源（一般的頻率為幾千赫到幾十千赫）供電；另外三個齒上分別繞有二次繞組，它們之間分別相隔120°。轉子是一個用非導磁材料做成的圓盤，并在它上面鑲上一塊約120°的扇形導磁材料。將它與電機同軸安裝。開口變壓器工作原理與一般旋轉變壓器類似，三個二次繞組的輸出是被轉子位置調制的高頻信號，經(jīng)解調后再進行邏輯處理，得到換相控制信號。

　　諧振式接近開關位置傳感器結構與開口變壓器類似，但不需要一次側高頻勵磁。在三相電機，它的定子有三個電感元件構成的振諧電路，轉子是一個約120°的扇形導電金屬盤，當轉子的扇形金屬部分接近電感元件時，使得該電路的品質因數(shù)Q值下降，導致電路正反饋不足而停振，故輸出為零。當扇形金屬轉子離開電感元件時，電路的Q值開始回升，電路又重新起振，輸出高頻調制信號。三個振諧電路的輸出是被轉子位置調制的高頻信號，它經(jīng)檢波解調后再進行邏輯處理，獲得轉子位置信號。

　　電磁式位置傳感器具有工作可靠、可適應較惡劣使用環(huán)境等優(yōu)點。但這種傳感器信噪比較低，位置分辨率較差，體積較大，已經(jīng)很少使用。

　　2、光電式位置傳感器

　　光電式位置傳感器是利用光電效應原理工作，它由安放在定子上的發(fā)光管-光敏接收管組件以及跟隨電機轉子一起旋轉的遮光板等組成。

　　在三相直流無刷電機，遮光板開有120°（電角度）左右的縫隙，且縫隙的數(shù)目等于直流無刷電機轉子磁極的極對數(shù)。當縫隙對著光敏晶體管時，光敏晶體管接收到光源發(fā)射的光，產(chǎn)生“亮電流”輸出。當遮光板擋住光線，光敏晶體管只有“暗電流”輸出。遮光板隨轉子旋轉，光敏晶體管隨轉子的轉動而輪流輸出“亮電流”或“暗電流”的信號，以此來檢測轉子磁極位置，控制電機三相繞組換相。光電式位置傳感器缺點是光電信號容易受到灰塵或潮氣的影響，可靠性較低。

　　3、磁敏式位置傳感器

　　磁敏式位置傳感器是利用對磁場敏感的半導體元件制成的，如霍爾效應或磁阻效應元件。常見的磁敏式位置傳感器有霍爾元件或霍爾集成電路、磁敏電阻以及磁敏二極管等。其中基于霍爾效應原理的霍爾元件、霍爾集成電路統(tǒng)稱為霍爾效應磁敏傳感器，簡稱霍爾傳感器。當磁場中的半導體有電流通過時，其橫向產(chǎn)生電壓（霍爾電動勢），這個現(xiàn)象后來被稱為霍爾效應?；魻栐盟a(chǎn)生的霍爾電動勢與正交的磁場強度成正比原理工作。但霍爾元件薄而脆，它的霍爾電動勢小，需要外圍放大電路，不便使用。

　　霍爾集成電路是在霍爾效應原理的基礎上，利用集成封裝和組裝工藝制作而成，內部集成了霍爾元件和必要的外圍電路，它可方便地把磁場信號轉換成較大幅度的電信號，同時又具備耐受工業(yè)應用環(huán)境可靠工作的要求?；魻柤呻娐肪哂袩o觸點、低功耗、長使用壽命、響應頻率高等特點，采用塑封材料包封成一體化，所以能在各類惡劣環(huán)境下可靠地工作。由于霍爾位置傳感器具有結構簡單、體積小、安裝靈活方便、易于機電一體化、價格低等優(yōu)點，故目前得到廣泛的應用。目前，霍爾集成電路傳感器是直流無刷電機最主要使用的轉子位置傳感器。