直流無刷電機轉子位置傳感器特點

　　直流無刷電機控制系統中，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，即有限個數的換相點時刻，例如常用的三相六狀態工作方式，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。

　　直流無刷電機轉子位置傳感器工作原理

　　位置傳感器是直流無刷電機系統組件部分之一，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，驅動永磁轉子連續不斷地旋轉。

　　直流無刷電機轉子位置傳感器的分類

　　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境等優點。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，且縫隙的數目等于直流無刷電機轉子磁極的極對數。當縫隙對著光敏晶體管時，光敏晶體管接收到光源發射的光，產生“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，其橫向產生電壓（霍爾電動勢），這個現象后來被稱為霍爾效應。霍爾元件利用它所產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應用環境可靠工作的要求。霍爾集成電路具有無觸點、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。