两相、四相永磁直流伺服电动机转子转过多少电角度,发生一次换向？其霍尔传感器如何布置？

问题5：两相、四相永磁直流伺服电动机转子转过多少电角度，发生一次换向？其霍尔传感器如何布置？

通常霍尔传感器有两种安装方法，一种是单独安装在非驱动端，并在轴上有小传感器磁钢，还有一种是直接安装在定子槽（或齿）中。直接安装传感器具有安装简便的优点，但是不能调整提前导通或者延迟导通。因此，电机反电势设计必须很准确，并且应当对电机和控制器进行系统仿真计算，否则有可能达不到额定转速或额定功率。

2.1 整距集中绕组电机

BLDCM 经常采用整距集中绕组。这种情况下，霍尔传感器比较容易安装。对于三相电机来说，每相之间相差120°电角，而每槽之间正好是60°电角。也就是说，霍尔传感器之间应相差2个槽距（或6n＋2个槽距）。出于BLDCM 控制的需要，往往要求A相的霍尔传感器安装在A相反电势波形的30°电角位置上。此时可以将A相传感器安装在与A相槽之后的那个齿的中心线上，其他则依次相隔2 个齿。通常霍尔传感器安装在定子铁心的引出线端（非驱动端）。定子冲片的设计应当考虑这些传感器的安装。值得注意的是为了防止由于端部效应导致端部磁场不足，可以把安装霍尔传感器的那一端转子上的磁钢加长（通常为一个气隙长度）。

2.2 短距绕组、分布绕组或分数槽电机

有时，BLDCM 采用短距绕组、分布绕组或分数槽绕组。这时，霍尔位置传感器的安装就稍微复杂一些。具体步骤如下：首先，根据每相相差120°电角和槽间角来确定三相霍尔之间的间距，即：Ns=（120＋n*360）/α其中：Ns 为两相霍尔之间的槽间距；α 为每槽距所占的电角度。注意，n＝1，2，3……为自然数，选择n应使得Ns 为整数。然后，计

算A 相合成反电势的相位角，以得到30°电角位置，作为A相霍尔安装的位置。

2.3 直接安装霍尔传感器BLDCM 的设计要点

BLDCM 的性能类似于恒定励磁的直流电机，其输入电压、电阻以及转速之间存在严格的关系。众所周知，直流电动机的反电势应当小于外部输入电压，其差值用于克服电阻压降。但是，与一般直流电机不同的是，直流电机每次参与换向的是相邻两个碳刷之间的绕组， 而BLDCM 参与换向的是一相绕组。因此确切地说，三相BLDCM 的性能类似于恒定励磁的三相换向器直流电机。因此在换向时刻，电机的相绕组电感会抑制相电流的上升，导致相电流不能在短时间内上升到额定值，其结果是电机实际上没有导通120°电角。为了解决这个问题，BLDCM 在设计中必须考虑反电势与外部输入电压之差要大于普通直流电机，以克服电感对相电流波形的影响。一般来说，差值越大，电流上升越快，越能接近

120°电角导通，但是电机的电压利用率也越低。由于直接安装霍尔传感器BLDCM 无法通过软件调整导通时间，因此设计中反电势计算需要相当准确。永磁电机的漏磁场分析比较困难，简化磁路计算很难满足精度要求。ANSYS、ANSOFT等磁场分析软件有助于实现反电势的精确计算。比较稳妥的方法是将电机的反电势设计稍大一点，但是保留磁钢轴向长度减少、气隙增大等手段以减少反电势，最后通过试验来进行调整。

3 单独安装霍尔传感器

单独安装霍尔传感器的方法有很多，但是原理相同。其定子（霍尔传感器）按照电角度为120°进行分布，一般做成印制板；转子（磁钢）极数与电机的极数相等。传感器定子印制板可以旋转调整，通过电机盘车测量反电势确定传感器初始角的位置。当电机的反电势比较高时，有可能在额定输入直流电压下电机达不到额定转速，这时可以调整传感器初

始角的位置提前导通，从而达到类似直流电机移碳刷的效果。因此单独安装霍尔传感器虽然比较麻烦，但是其灵活性要高一些。不过，过高的反电势没有带来好处，反而会导致磁钢使用增加（成本增加）、铁耗增加等缺点。因此，不能过分依赖单独安装传感器的便利。