馬達驅動:Hall Sensor ( II )

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上篇提到Hall Sensor的基本擺放位置,本篇就來討論其對應馬達驅動的邏輯脈絡,以及擺放角度變化的可能性。

首先得要核對馬達驅動時的變化種類,了解使用需求後,才能定位Hall Sensor所扮演的角色及功用。以目前主流的三相馬達而言,送電模式共有下述六種;這就代表Hall Sensor只要能提供六種以上的訊號形式,就能達到馬達驅動時的判斷需求。此外若仔細核對馬達驅動供電順序會發現,其實單次變換時,僅會改單相線圈的狀態,不會兩相線圈同時變化。如順序1到2時,U相維持不動;而順序2到3時,W相的狀態亦沒改變;這代表馬達運轉其實有著明確的順序規則。

三相馬達送電模式

三相馬達送電模式

由於Hall Sensor為二進制的模式,若僅使用1顆Hall Sensor,則可以提供2種不同的訊號;使用到2顆Hall Sensor時,則有4種訊號變化;當採用了3顆Hall Sensor,代表訊號數量可以達到2的3次方,也就是8種訊號輸出。由於三相馬達在驅動時會有6種送電模式,因此需要使用3顆Hall Sensor才能滿足;而上篇提到均勻分布的Hall Sensor擺放方式,並搭配馬達供電的對照,如下圖所示。由此可知,雖然Hall Sensor有8種訊號的變化,但由於馬達驅動僅需要6種狀態,故均勻分布的Hall Sensor模式當中,111及000這兩種訊號狀態並不使用。

Hall訊號與馬達供電模式對照

Hall訊號與馬達供電模式對照

上述有提到馬達驅動運轉時的供電,是有明確的順序規則;同樣觀察Hall Sensor的訊號變化,也可以發現固定的規則,單次僅會有1組訊號的變化。如從順序I到II時,僅有Hall-C進行變化;順序II到III時,則是Hall-B改變;同樣也有著明確的順序規則。

假若馬達受到空間限制,無法均勻擺放Hall Sensor時,是否有其他的放置可能? 當然有,僅需要確定是否符合馬達驅動的需求,同時須配合訊號變化重新修改驅動邏輯,就能讓馬達順利運轉。以下圖為例,改變了Hall-B的擺放位置,可以觀察到Hall Sensor的訊號與均勻分布時產生很大的變化,訊號111及000出現了,而是101及010不使用;但是單次僅會有1組訊號變化的規則,仍然存在。

Hall擺放角度變化對照

Hall擺放角度變化對照

由此可知,Hall Sensor的擺放重點,僅需要確認對應馬達供電狀態時,能對應轉子位置輸出6種不同的訊號模式,就可以滿足Hall Sensor的使用定位。

另外可以觀察到,無論是馬達運轉的順序及Hall Sensor的訊號變換,其實都有明確的規律性,這代表著跳脫順序規則,肯定代表異常。由於馬達或是Hall Sensor都是硬體零件,具有故障的可能性,因此可以藉由這些已知的馬達規律,來偵測是否有不合理的情況產生,可用來判斷硬體故障,也避免事故意外的產生。

重點整理:

觀察,之後思考,就可以活用。

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