ブラシレスモーターにおけるホールセンサーの役割の詳細な説明

の操作中ブラシレスDCモーター、コントローラーは、現在の方向を切り替え、モーターを駆動して回転を続ける方法を決定するために、ローターのリアルタイム位置を正確に把握する必要があります。ローターの位置のこの認識は、整流制御全体の前提です。ホールセンサーは、この機能を達成するための重要なコンポーネントです。

 

機械的接触に依存して位相変化を完了するブラシ付きモーターと比較して、ブラシレスモーターは電子制御に完全に依存しています。したがって、位置検出の精度は、モーターの起動、動作安定性、および応答効率に直接影響します。信頼できる位置フィードバックがなければ、コントローラーはステーターの巻線を正しくエネルギーすることはできません。モーターが適切に開始されたり、振動、効率が低く、その他の問題が操作中に発生します。

 

ホールセンサーの仕事は、ローターの磁場の変化をリアルタイムで「観察」し、それをデジタル信号に変換し、制御システムに送り返すことです。これらの信号は、ドライバーに位相スイッチング用の「クロック」を提供し、各位相電流が適切なタイミングで正しい巻線に作用して、スムーズで効率的な動作を実現することを保証します。

 

ホールエフェクトセンサーは補助コンポーネントにすぎませんが、ブラシレスモーターの位置は「脳への目」のようなものであると言えます。コンポーネントを駆動しませんが、制御システム全体が「方向を明確に見ることができる」かどうかを判断します。次に、ホール効果の実用的な原則をさらに詳しく見て、この小さなセンサーが制御システム全体の動作基盤をどのようにサポートしているかを確認します。

 

ホールセンサーがどのように機能するかをよりよく理解するには、基本的な物理的現象 - ホール効果から始めなければなりません。

 

ホール効果とは、電流が導体または半導体材料を通過し、材料が垂直磁場にある場合、電流と磁場に垂直な電圧が材料内に現れるという事実を指します。この横電圧は「ホール電圧」と呼ばれます。

 

このようなプロセスとして想像できます。

1.パイプに流れる水があると想像してください（電流を表しています）。

2。この水道管の横に磁石を置くと、磁力の影響下で水の流れが片側に「偏向」されます。

3.この偏差は、水道管の片側に圧力差を引き起こします。

4。電子システムでは、この「圧力差」は電圧として現れます。

 

ホールセンサーはこの原則を使用します。小さなホールの要素が含まれています。磁場（モーターローターの磁石など）に近い場合、ホール要素は磁場の変化を感知し、対応する電圧信号を出力します。次に、この信号をドライブコントローラーに送信して、ローターの電流位置を決定します。

 

異なる出力信号によると、ホールセンサーは2つのカテゴリに分けることができます。

• アナログホールセンサー：継続的に変化する電圧値を出力します。これは、磁場強度を正確に反映でき、位置測定や磁場分析などの高解像度要件に適しています。
• デジタルホールセンサー：出力には、高レベルと低レベルの2つの状態しかありません。磁場が特定のしきい値に達すると、切り替えがトリガーされます。磁極の変化を判断し、ブラシレスモーターの位相変化を制御するのに適しています。

ブラシレスモーターでは、最も一般的に使用されるのはデジタルホールセンサーで、シンプルな構造、高速応答、強力な適応性があります。ローター極の変化をリアルタイムで検出するのに非常に適しているため、正確な電子化整流制御を実現します。

 

ホール効果の原理を理解したので、ブラシレスモーターでホールセンサーがどのように使用されているかを見ることができます。

 

1。ホールセンサーとローター間の調整

ブラシレスDCモーターの内部では、ローターは通常、NとS極が交互にある磁石を備えたシリンダーです。モーターが回転すると、ローターの磁性極がステーターのホールセンサーに向かって移動します。

 

磁性極がホール要素を通過するたびに、磁場の変化を感知し、高または低いデジタル信号を生成します。この信号は、ドライバーに「今はn極です」または「今ではSポールです」と伝えます。このようにして、ドライバーは、ローターが回転した位置を決定し、モーターをスムーズに走らせているために現在の方向を切り替えるかどうかを決定できます。

 

2。3つのホール要素の120度配置

ローターの位置を正確に感知するために、通常、3つのホールセンサーが使用され、ステーターに均等に設置され、電気角度は120度です。なぜ3つ？ 3相巻線には、連続的な整流（つまり、6段階の整流制御）を実現するために6つの異なる伝導の組み合わせが必要なためです。

 

各ホールセンサーは、高レベルまたは低レベルを出力します。 3つのセンサーを結合すると、6つの異なる状態が形成されます。

A: 1 1 0 0 0 1

B: 0 1 1 1 0 0

C: 0 0 0 1 1 1

これらの6セットの信号は周期的に変化し、ドライバーに現在の方向を順番に切り替えるように指示し、モーターを連続的に回転させます。

 

ホールセンサーのサイズは小さいですが、ブラシレスモーターの性能に重要な影響を及ぼします。誤った設置方法または精度の逸脱は、整流エラー、開始不良、さらにはモーターの老化が加速される可能性があります。このセクションでは、設置角度、アライメント精度、干渉防止、温度ドリフトの観点から、実際のアプリケーションで重要な考慮事項を紹介します。

 

1.インストール角の概要

ブラシレスモーターでは、ホールセンサーの設置角度がローター磁極の誘導のタイミングを決定し、整流リズムとモーター動作効率に直接影響します。以下は、いくつかの一般的な配置角度です。

 

• 120度の電気角配置

これは最も一般的な配置であり、3つのホール要素が120度の電気角で均等に分布しています。ほとんどの3相ブラシレスDCモーターに適しており、6段階の整流制御ロジックに自然に一致しています。対称的な構造と単純な制御を備えており、産業用モーターおよびコンシューマーモーターの標準構成です。

 

• 60度の電気角配置

60度の配置は、一部の特定のモーター構造でも使用されています。この配置には密度の高い信号があり、高い応答頻度または微細な制御を必要とする状況での使用に適していますが、ドライバーの設計と互換性が低いことにはより高い要件があります。それを使用する場合、ドライバーが60度の整流ロジックをサポートしていることを確認する必要があります。

 

• 機械的（物理）レイアウト

実際の設置では、ホールセンサーは、120度の機械的角度などの物理的角度に従って取り付けられます。ただし、電気角度と機械的角度の間には変換関係があるため（極のペアの数に応じて）、機械角を電気角に正しく変換するには、設置中にモーターの極ペア数を考慮する必要があります。たとえば、4-極モーターでは、360度の機械的角度が720度の電気角に相当します。

 

• マルチホールアレイ（360度センシング）

高度なアプリケーションは、アレイ内の複数のホール要素を使用して、ブラシレスサーボシステムまたは精密位置決めシステムのための密度の高い磁場サンプリングを実現する場合があります。このタイプの配置は角度分解能を改善できますが、構造は複雑でコストが高くなります。

 

どの配置が選択されているかに関係なく、ホール信号がローターのモーションサイクルの完全な円を完全にカバーし、巻線のパワーオンシーケンスを一致させることができることを確認する必要があります。

2。ホール効果の重要性アライメント精度

ホール要素の設置角度は、巻線の整流ロジックと厳密に同期する必要があります。設置角度偏差が大きすぎると、整流が進行または遅延し、次の問題が発生します。

• モータートルクが減少し、効率が低下します。
• 電流は激しく変動し、熱は増加します。
• スタートアップ中にst音や不安定性が発生します。

したがって、実際の設置では、通常、特別なアライメントフィクスチャまたはオシロスコープを介して信号波形を観察し、3つのホール信号が標準の120度の電気角位相差を示すことを確認するために角度微調整を実行する必要があります。

 

3。干渉防止および温度ドリフトの問題

ホールセンサーは、周囲の環境によって簡単に影響を受ける低レベルの信号を出力します。モーターシステムでは、信頼性を向上させるために、次のポイントにも注意する必要があります。

• EMIシールド：送電線とホールラインは、シールドケーブルを使用して接地して、電力線とホールラインを個別に配線する必要があります。
• フィルタリングとバッファリング：フィルター回路または干渉防止チップを信号線に追加して、誤ったトリガーを減らすことができます。
• 温度補償設計：低温ドリフト係数のあるホール要素を選択するか、高温および低温下での安定性を改善するためにソフトウェアを介した温度変化を補正します。

 

ホールセンサーの以前の紹介を通して、ブラシレスDCモーターでホールセンサーが非常に重要な役割を果たすことがわかります。その精度と安定性は、モーターの整流効率に直接影響し、安定性と全体的な制御性能に影響します。したがって、成熟した技術と信頼性の高い品質を備えたブラシレスモーターメーカーを選択することが特に重要です。

 

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