馬達驅動:Hall Sensor ( III )

更新 發佈閱讀 3 分鐘

本期將針對霍爾感測器(Hall Sensor)於馬達中的運作規律,進行說明及解析。係因在我們存在的物理世界當中,事物往往具有各自的脈絡與法則,若能用心體會了解之後妥善運用,皆可進一步的推動科技發展。

由上一期中,理解了霍爾感測器的安裝規則後,再將其對應到馬達旋轉狀態,可以察覺到霍爾訊號變化具備了固定的順序規則。先以正向運轉時的霍爾數據整理如下,觀察由I進入到II時,僅有Hall C的訊號進行了切換;而由II進入III時,也僅有Hall B的訊號有了異動;最後則是III轉IV時,輪到Hall A變動;之後就依照相同的順序重複變換。若以整組的霍爾訊號來看,則從I轉II時,訊號是由101轉為100,此時三碼數字中僅有一碼有變換;再來從100轉為110,同樣也只有中間碼改動;而110到010,也同樣只有一碼的值變化。代表無論從霍爾感測器的ABC或是整組霍爾碼觀察,都明確的表達一次的轉換僅會有一碼的改變。

正向運轉

正向運轉

同樣的切換法則,也會展現於反轉當中。反向運轉代表順序由VI向V的遞降,如下表所示。對比觀察後可以發現,無論是正向的V到VI抑或是反向的VI到V,其實都只有Hall B產生了變化;且從整組霍爾序號來看,每次的轉換時,如VI的001到V的011,同樣都僅有一碼數值有改變。在將正轉與反轉進行比對後,可以發現唯一的差異僅有霍爾切換的順序不同,正向時的轉換變化是由C>B>A,而反向則是A>B>C。

反向運轉

反向運轉

說來有趣,筆者會花時間研究這些變化邏輯是因學習無感測(Sensorless)驅動時,老師告知一定要裝實體感測器,安全性才有保障;但因在實務上有遇過感測器損壞的經驗,搭配在英國學習過的馬達容錯設計觀念,就覺得應該不僅要質疑無感測器,也要對實體感測器打上問號,才能大幅提升整體安全性。

有鑑於強化馬達運轉的安全性,筆者透過以上的觀察要點,執行了下列多重保障措施:

  1. 無感測訊號與霍爾感測器皆提出進行比對,兩兩相符合就確認運行狀態正常
  2. 當比對異常時,則核對訊號運行規則,找出錯誤的訊號源
    a. 確認訊號是否僅變換一碼
    b. 確認訊號切換順序是否與當前轉向順序是否一致
    c. 確認訊號轉換時間的間距是否與前一組時間相當
  3. 僅使用正確的訊號源運行馬達,待馬達停止運轉後,請工程人員進行維修

其中用來判斷訊號源異常的三個辦法,a點就是結由上述的列表觀察所得,而b及c點其實是基於真實使用情況來加以判斷的條件式。由於馬達的轉向不可能瞬間反轉,就如同車子不可能在高速公路瞬間倒車一般,往往需要先經過減速至停止,才能反向運轉,當b點的順序忽然反向,那肯定是訊號異常了。c點則是加減速時間的判斷,如同時速已達到100公里的車,儀表瞬間跳至0公里,那要不是撞車,就只能是儀表損壞了;馬達的運轉也是如此,前後訊號切換的時間不可能有太大的落差,一旦太快或是太慢變化就代表速度變化太大,顯然是不正常的表現。

將訊號的表現與真實應用情境結合,其實很容易判斷訊號是否正確,就能準確地抓出老鼠屎,而不用壞了一鍋粥,提供更安全的技術服務。


重點整理:

科學來自於觀察。


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