馬達驅動：Hall Sensor ( III )

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。

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。

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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