相對於交流電機
，使用BLDC的優點包括：更高的功效和熱效率、體積較小、性能更可靠。此外
，由於BLDCliyongdianzihuanxianglaidaitichuantongdejixiehuanxiang
，shiyingyongsudufanweibiandegengrongyikongzhiniujuhesuducanshu，yekeyishixianyixiegengfuzadekongzhiruweichiniujuhuosudujixian。zhengshiyouyuzhexieyoudian，BLDC正在進入越來越多的現有的和新興的應用。

 

 

為wei了le實shi現xian電dian機ji的de精jing確que控kong製zhi和he高gao效xiao換huan向xiang

，高gao分fen辨bian率lv電dian流liu和he旋xuan轉zhuan位wei置zhi信xin息xi至zhi關guan重zhong要yao。一yi般ban旋xuan轉zhuan器qi的de係xi統tong設she計ji雖sui然ran可ke達da到dao較jiao高gao的de分fen辨bian率lv和he精jing度du，但dan仍reng然ran要yao考kao慮lv實shi體ti占zhan用yong空kong間jian大da及ji成cheng本ben高gao的de問wen題ti。無wu傳chuan感gan器qi方fang案an可ke用yong於yu檢jian測ce反fan電dian動dong勢shi電dian流liu，還hai可ke以yi降jiang低di傳chuan感gan器qi重zhong量liang和he成cheng本ben
，但dan由you於yu無wu法fa得de到dao有you效xiao的de位wei置zhi數shu據ju來lai產chan生sheng反fan電dian動dong勢shi，電dian機ji啟qi動dong性xing能neng可ke能neng存cun在zai問wen題ti。其qi他ta解jie決jue方fang案an
，例li如ru利li用yong三san個ge霍huo爾er效xiao應ying傳chuan感gan器qi來lai檢jian測ce電dian機ji磁ci鐵tie的de位wei置zhi，通tong常chang用yong於yu成cheng本ben敏min感gan的de應ying用yong中zhong。在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia，雖sui然ran實shi現xian了le分fen辨bian率lv，但dan必bi須xu同tong時shi監jian視shi三san組zu信xin號hao。在zai空kong間jian不bu足zu的de情qing況kuang下xia，傳chuan感gan器qi的de安an裝zhuang也ye會hui成cheng為wei技ji術shu上shang的de挑tiao戰zhan
，這zhe也ye是shi另ling一yi種zhong潛qian在zai的de問wen題ti。

 

另一種方案是使用基於異性磁阻 (Anisotropic Magneto-Resistive，或簡稱AMR)技術的角度傳感器 (Angle Sensor)。 AMR技(ji)術(shu)是(shi)磁(ci)感(gan)應(ying)用(yong)的(de)一(yi)種(zhong)，可(ke)實(shi)現(xian)高(gao)角(jiao)度(du)精(jing)度(du)，並(bing)且(qie)可(ke)將(jiang)單(dan)個(ge)傳(chuan)感(gan)元(yuan)件(jian)與(yu)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)集(ji)成(cheng)在(zai)同(tong)一(yi)封(feng)裝(zhuang)中(zhong)。從(cong)而(er)實(shi)現(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)的(de)小(xiao)型(xing)化(hua)，並(bing)且(qie)使(shi)得(de)將(jiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)定(ding)位(wei)在(zai)電(dian)機(ji)組(zu)件(jian)內(nei)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)。

 

 

與傳統光學傳感技術比較，AMR技術可提供較小巧的外觀
、低成本

，並且更適合在惡劣環境下工作，例如肮髒及溫度變化的工作環境中。表1列舉了兩者之間的比較
，從中可以明顯看出在無刷直流電機中使用AMR的優點。

 

表1：光電和AMR傳感技術的比較

 

 

基於AMR原理的傳感器的材料電阻率取決於相對於電流方向的磁化方向。AMR傳感器是在磁飽和狀態下工作，因此外加的磁場的主導了電阻變化。當外磁場和電流方向平行時，電阻最大；而當施加的電場垂直於載流磁感應合金的平麵時，電阻最小。圖1顯示了AMR傳感器工作原理的簡化圖。

 

圖1：AMR傳感器的工作原理

 

 

為了確保電機轉動的高精準度，在選擇角度傳感器時有以下建議 :

能感應360° 旋轉角，可以準確測量絕對角度位置(Absolute Angular Position)；

角度誤差率較低
；

擁有線性穩定的誤差率，方便讓主微控製器     (Microcontroller) 執行偏移校正的計算。

 

以Analog Devices公司的ADA4571 係列為例，圖2顯示了旋轉磁場施加在360° 機械旋轉情形時ADA4571的典型高輸出電平和角度誤差。經微控製器進行偏移校正後，典型誤差小於0.1°。

 

圖2：在360°機械旋轉下的ADA4571誤差（灰色）和輸出波形（橙色/藍色）

 

 

針對大多數BLDC控製係統，根據可用空間大小和電機軸的可接近性，有許多方法來配置和安裝傳感器。以ADA4571作例
，如圖3所示是兩個較普遍的安裝配置。

 

圖3：（a）電機軸端係統配置             (b)電機軸側係統配置

 

圖3ashidianxingdianjizhouduanxitong，zaixuanzhuanzhoushanganzhuangleyigezhijingcihuapanshiciti，rangcititigongchuanguochuanganqipingmiandecichang。zaizhezhongpeizhizhong，kezhijieduquzhuanzijiaodu，ermeiyoujixiehedianqizujianzhijiandejiechu。youyuAMR技術不依賴於磁場強度 (Field Strength) ，因此它對於氣隙變化(air-gap variation) 有較大容忍度
，使得工程師在對材料的選擇，以及對磁體物料的機械公差要求上
，更為靈活。

 

圖3b 是shi軸zhou側ce係xi統tong，此ci配pei置zhi可ke用yong於yu那na些xie待dai檢jian測ce的de軸zhou不bu能neng在zai端duan頭tou安an裝zhuang磁ci體ti的de應ying用yong。在zai這zhe種zhong配pei置zhi中zhong
，磁ci體ti提ti供gong磁ci場chang，傳chuan感gan器qi和he磁ci化hua盤pan可ke以yi安an裝zhuang在zai軸zhou上shang的de任ren何he位wei置zhi，使shi得de有you空kong間jian限xian製zhi的de應ying用yong有you多duo一yi種zhong選xuan擇ze。

 

 

對於工業和汽車BLDC電機控製係統的設計人員來說，磁感的角度傳感器提供了一個小巧、堅固且易於組裝的位置傳感解決方案。在選擇角度傳感器時，需要注意以下三個要點：

 

能感應360° 旋轉角
，可以準確測量絕對角度位置(Absolute Angular Position)；

角度誤差率較低；

擁有線性穩定的誤差率
，以便主微控製器     (Microcontroller) 執行偏移校正的計算。   

 

在安裝上
，角度傳感器也為工程師提供了跟具靈活性的安裝方案
，包括“軸端係統”配置及“軸側係統”配置，以應對空間不足的應用場景。

 

更多有關角度傳感器及BLDC電機控製的技術設計應用內容，可參考:

ADA4571評估板    

Benefits of using Brushless DC Motors (BLDC)

How to Power and Control Brushless DC Motors

Smaller, Smoother, Saving Energy: Power and Sensing Advances for Better Motor Control

 

原創：Kevin Chow 得捷電子DigiKey