霍尔传感器工作原理及在电机中的应用

霍尔传感器是全球排名第三的传感器产品，它被广泛应用到工业、汽车业、电脑、手机以及新兴消费电子领域。

未来几年，随着越来越多的汽车电子和工业设计企业转移到中国，霍尔传感器在中国市场的年销售额将保持20%到30%的高速增长。

与此同时，霍尔传感器的相关技术仍在不断完善中，可编程霍尔传感器、智能化霍尔传感器以及微型霍尔传感器将有更好的市场前景。

霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。

后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应使用左手定则判断。

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。

那么，霍尔传感器对电机有什么作用?下面我们来了解一下。

霍尔器件用于检测电机的电枢电流，特点是非接触式电流采样，对原电路影响小，功耗较小，可测量直流或交流信号，精度和线性度较好。

霍尔元件只是一个磁场传感器，作用是检测磁极的位置，由于霍尔测出的结果只是脉冲，起到控制无刷电机速度的作用。

无刷直流电机的工作原理本质上与有刷电机类似，有刷直流电机采用机械的电刷和换向器对绕组中的电流进行换向。而无刷电机采用电子方式对绕组电流换向。

直流电机中转矩是通过永磁体磁场和绕组中的电流相互作用产生的，在有刷电机中，换向器通过切换电枢绕组实现电枢电流的换向与合适的磁场。而无刷直流电机中，霍尔位置传感器探测转子旋转磁场的位置，通过逻辑与驱动电路，给相应的绕组激励。总的说来，绕组根据电机永磁体的磁场作出反应，从而产生需要的转矩。

目前在无刷直流电机中应用较多的是锁存型霍尔传感器，市面上常见的通用双极锁存型霍尔传感器型号有矽睿半导体的SWH477HF/SWU477H/SWU475A/SWU463A/SWU453等。

锁存型霍尔效应传感器是一种能锁定输出状态的数字输出霍尔效应开关。锁存器与双极开关类似，它有正极 BOP和负极 BRP，但却能精确控制开关动作。锁存器要求正负极磁场同时工作。单独的磁体位于强度（磁通量密度）足够的南极（正极）磁场，会使器件切换至开启状态。当器件开启时，它会锁定状态并保持开启，即时将磁场移开也是如此，直到出现一个强度足够的北极（负极）磁场。当出现负极磁场时，器件会关闭。它会锁定更改的状态并保持关闭，即便将磁场移开也是如此，直到出现一个强度足够的南极（正极）磁场。

如图是一种三相8极(四对磁极)无刷直流电机基本组成：旋转的永磁体转过双极型数字霍尔传感器时，会使双极型数字霍尔传感器状态发生改变。如上图中8极磁体无刷直流电机中，每两个南极之间相隔90度，霍尔传感器相隔120度放置，此时霍尔传感器之间电角度相隔30度。

南极靠近时，双极型数字霍尔传感器转换工作状态，当第一个数字霍尔传感器在0度电角度转为工作状态时，第二个数字霍尔传感器在30度电角度时工作，第三个数字霍尔传感器在60度电解时工作。

当北极经过双极数字型霍尔传感器时，数字霍尔传感器会转为释放状态，旋转的8极磁体的每个北极与相邻的南极之间为45度，因此，数字霍尔传感器在磁体转过45度后，会由工作状态转为释放状态。

上述三个双极型霍尔传感器的输出作为转子位置的编码器使用，将磁体的位置和极性信息作为信号发送给逻辑电路，用于开断H形桥式功率管。这样，根据旋转磁体的位置，每对功率管会相应地开通或判断，从而以正确的顺序、在正确的时间为电机绕组提供电流。

审核编辑 黄宇