Explication détaillée du rôle des capteurs de hall dans les moteurs sans balais

Pendant le fonctionnement dumoteur à courant continu sans pinceau, le contrôleur doit connaître avec précision la position en temps réel du rotor afin de décider comment changer la direction actuelle et conduire le moteur pour continuer à tourner. Cette perception de la position du rotor est la prémisse de l'ensemble du contrôle de commutation. Le capteur Hall est le composant clé pour atteindre cette fonction.

 

Par rapport aux moteurs brossés qui reposent sur des contacts mécaniques pour terminer le changement de phase, les moteurs sans balais reposent entièrement sur le contrôle électronique. Par conséquent, la précision de la détection de position affecte directement le démarrage du moteur, la stabilité du fonctionnement et l'efficacité de la réponse. Sans rétroaction de position fiable, le contrôleur ne peut pas dynamiser correctement l'enroulement du stator, le moteur ne démarre pas correctement ou les vibrations, la faible efficacité et d'autres problèmes se produiront pendant le fonctionnement.

 

Le travail du capteur Hall consiste à "observer" les changements dans le champ magnétique du rotor en temps réel, à le convertir en signaux numériques et à le renvoyer au système de contrôle. Ces signaux fournissent au conducteur une "horloge" pour la commutation de phase, garantissant que chaque courant de phase agit sur l'enroulement correct au bon moment pour obtenir un fonctionnement fluide et efficace.

 

On peut dire que bien que le capteur d'effet Hall ne soit qu'un composant auxiliaire, sa position dans le moteur sans balais est comme "les yeux du cerveau": il ne conduit aucun composant, mais détermine si l'ensemble du système de contrôle peut "voir clairement la direction". Ensuite, nous allons examiner de plus près le principe de travail de l'effet de la salle et voir comment ce petit capteur soutient la fondation de l'opération de l'ensemble du système de contrôle.

 

Pour mieux comprendre le fonctionnement des capteurs Hall, nous devons commencer par un phénomène physique de base - l'effet Hall.

 

L'effet Hall fait référence au fait que lorsque le courant passe par un conducteur ou un matériau semi-conducteur et que le matériau est dans un champ magnétique vertical, une tension perpendiculaire au courant et au champ magnétique apparaîtra à l'intérieur du matériau. Cette tension transversale est appelée "tension du hall".

 

Nous pouvons l'imaginer comme un processus comme ceci:

1. Imaginez qu'il y a de l'eau qui coule dans un tuyau (représentant le courant électrique);

2. Si vous mettez un aimant à côté de ce tuyau d'eau, le débit d'eau sera "dévié" d'un côté sous l'influence de la force magnétique;

3. Cette déviation entraînera une différence de pression d'un côté du tuyau d'eau;

4. Dans les systèmes électroniques, cette «différence de pression» se manifeste comme une tension.

 

Le capteur Hall utilise ce principe. Il contient un petit élément de salle. Lorsqu'il est proche d'un champ magnétique (comme l'aimant sur le rotor de moteur), l'élément Hall détectera le changement du champ magnétique et sortira un signal de tension correspondant. Ce signal est ensuite transmis au contrôleur d'entraînement pour déterminer la position de courant du rotor.

 

Selon les différents signaux de sortie, les capteurs de hall peuvent être divisés en deux catégories:

• Capteur de la salle analogique: il produit une valeur de tension en constante évolution, qui peut refléter avec précision la résistance du champ magnétique et convient aux exigences à haute résolution telles que la mesure de position et l'analyse du champ magnétique.
• Capteur de salle numérique: la sortie n'a que deux états: un niveau élevé et un niveau bas. Lorsque le champ magnétique atteint un certain seuil, il déclenche la commutation. Il convient pour juger le changement de pôles magnétiques et le changement de phase de contrôle dans les moteurs sans balais.

Dans les moteurs sans balais, le plus souvent utilisé est le capteur de salle numérique, qui a une structure simple, une réponse rapide et une forte adaptabilité. Il est très adapté à la détection en temps réel des changements de pôles de rotor, atteignant ainsi un contrôle de commutation électronique précis.

 

Maintenant que nous comprenons le principe de l'effet de la salle, nous pouvons voir comment le capteur Hall est utilisé dans les moteurs sans balais.

 

1. Coordination entre le capteur de hall et le rotor

À l'intérieur d'un moteur CC sans balais, le rotor est généralement un cylindre avec un aimant qui a des poteaux N et S alternés. Au fur et à mesure que le moteur tourne, les poteaux magnétiques sur le rotor se déplacent vers et loin des capteurs du hall sur le stator.

 

Chaque fois qu'un poteau magnétique passe à travers l'élément Hall, il détecte le changement dans le champ magnétique et génère un signal numérique élevé ou faible. Ce signal indique au conducteur: "Maintenant, c'est le pole N ou" Maintenant, c'est le pôle S ". De cette façon, le conducteur peut déterminer à quelle position le rotor a tourné et décider de changer la direction actuelle pour permettre au moteur de continuer à fonctionner en douceur.

 

2. Arrangement de 120 degrés de trois éléments de la salle

Afin de détecter avec précision la position du rotor, trois capteurs de hall sont généralement utilisés, uniformément installés sur le stator, avec un angle électrique de 120 degrés. Pourquoi trois? Parce que l'enroulement triphasé nécessite six combinaisons de conduction différentes pour atteindre une commutation continue (c'est-à-dire un contrôle de commutation en six étapes).

 

Chaque capteur de hall offre un niveau élevé ou bas. Lorsque les trois capteurs sont combinés ensemble, six états différents se forment.

A: 1 1 0 0 0 1

B: 0 1 1 1 0 0

C: 0 0 0 1 1 1

Ces six ensembles de signaux changent de manière cyclique, demandant au conducteur de changer la direction actuelle en séquence, ce qui pousse le moteur à tourner en continu.

 

Bien que le capteur de hall soit de petite taille, il a un impact crucial sur les performances du moteur sans balais. Des méthodes d'installation incorrectes ou des écarts de précision peuvent entraîner des erreurs de commutation, un mauvais démarrage et même un vieillissement moteur accéléré. Dans cette section, nous introduirons des considérations clés dans les applications pratiques du point de vue de l'angle d'installation, de la précision d'alignement, de l'anti-ingérence et de la dérive de température.

 

1. Introduction à l'angle d'installation

Dans les moteurs sans balais, l'angle d'installation du capteur de hall détermine le moment de son induction des pôles magnétiques du rotor, ce qui affecte directement le rythme de commutation et l'efficacité de fonctionnement du moteur. Voici plusieurs angles d'arrangement commun:

 

• Disposition des angles électriques à 120 degrés

Il s'agit de l'arrangement le plus courant, avec trois éléments de la salle uniformément répartis à un angle électrique de 120 degrés. Il convient à la plupart des moteurs CC sans balais en trois phases et est un match naturel pour la logique de contrôle de commutation en six étapes. Il a une structure symétrique et un contrôle simple, et est la configuration standard pour les moteurs industriels et grand public.

 

• Disposition d'angle électrique à 60 degrés

La disposition de 60 degrés est également utilisée dans certaines structures motrices spécifiques. Cet arrangement a des signaux plus denses et convient à une utilisation dans des situations qui nécessitent une fréquence de réponse élevée ou un contrôle fin, mais il a des exigences plus élevées sur la conception du conducteur et une mauvaise compatibilité. Lorsque vous l'utilisez, vous devez confirmer que le conducteur prend en charge la logique de commutation à 60 degrés.

 

• Disposition mécanique (physique)

Dans l'installation réelle, le capteur de hall est installé en fonction de l'angle physique, comme l'angle mécanique à 120 degrés. Cependant, comme il existe une relation de conversion entre l'angle électrique et l'angle mécanique (selon le nombre de paires de poteau), le nombre de paires de poteau du moteur doit être pris en compte lors de l'installation pour convertir correctement l'angle mécanique en angle électrique. Par exemple: dans un moteur de poteau 4-, l'angle mécanique à 360 degrés équivaut à un angle électrique à 720 degrés.

 

• Array multi-hall (détection à 360 degrés)

Les applications avancées peuvent utiliser plusieurs éléments de la salle dans un tableau pour obtenir un échantillonnage de champ magnétique plus dense pour les systèmes de servomotes sans balais ou les systèmes de positionnement de précision. Ce type d'arrangement peut améliorer la résolution angulaire, mais la structure est complexe et le coût est élevé.

 

Quelle que soit la disposition choisie, il est nécessaire de s'assurer que le signal du hall peut couvrir complètement un cercle complet du cycle de mouvement du rotor et correspondre à la séquence de mise sous tension des enroulements pour assurer un fonctionnement efficace du moteur.

2. Importance de la précision de l'alignement des effets du hall

L'angle d'installation de l'élément Hall doit être strictement synchronisé avec la logique de commutation de l'enroulement. Si la déviation de l'angle d'installation est trop grande, elle entraînera avancé ou retardé la commutation, provoquant les problèmes suivants:

• Le couple moteur diminue et l'efficacité devient plus faible;
• Le courant fluctue violemment et la chaleur augmente;
• Le bégaiement ou l'instabilité se produit pendant le démarrage.

Par conséquent, dans l'installation réelle, il est généralement nécessaire d'observer la forme d'onde du signal grâce à un fixation d'alignement spécial ou à un oscilloscope et à effectuer un réglage d'angle pour garantir que les trois signaux de la salle présentent une différence de phase d'angle électrique standard à 120 degrés.

 

3. Problèmes d'anti-interférence et de dérive de la température

Le capteur Hall offre un signal de bas niveau, qui est facilement affecté par l'environnement environnant. Dans le système moteur, les points suivants doivent également être notés pour améliorer la fiabilité:

• Boulding EMI: la ligne électrique et la ligne de la salle doivent être câblées séparément, en utilisant des câbles blindés et mis à la terre;
• Filtrage et tampon: les circuits de filtre ou les puces anti-interférence peuvent être ajoutés à la ligne de signal pour réduire le faux déclenchement;
• Conception de compensation de température: sélectionnez les éléments de la salle avec un coefficient de dérive à basse température, ou compensez les changements de température grâce à des logiciels pour améliorer la stabilité à des températures élevées et basse.

 

Grâce à l'introduction précédente aux capteurs Hall, nous pouvons voir que les capteurs Hall jouent un rôle extrêmement critique dans les moteurs DC sans balais. Sa précision et sa stabilité affectent directement l'efficacité de commutation du moteur, la stabilité de l'exécution et les performances globales de contrôle. Par conséquent, il est particulièrement important de choisir un fabricant de moteurs sans balais avec une technologie mature et une qualité fiable.

 

VSD est une usine axée sur la recherche et le développement et la fabrication de moteurs DC de haute précision, et s'est longtemps engagé dans l'optimisation du contrôle des hall et de la technologie de commutation électronique.Les produits moteurs à courant continu sans balais que nous fournissons sont largement utilisés dans les équipements d'automatisation, les robots, les serrures de portes intelligentes, les outils électriques, l'équipement médical et d'autres champs.

 

Pourquoi choisir le moteur sans balais VSD

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Chaque moteur VSD sans balais qui quitte l'usine passera par un processus de test complet, y compris l'étalonnage du signal du hall, la détection des formes d'onde de commutation, l'évaluation de la stabilité de l'opération et les tests de vieillissement à haute et basse température. Nous croyons fermement que les bons produits sont la base d'une coopération continue entre les deux parties.

 

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