2024-11-26
工业电机中使用的霍尔开关的工作原理基于霍尔效应，这是一种物理现象，当电流通过置于磁场中的导体或半导体时，在垂直于电流方向和磁场方向的两侧会产生电势差（霍尔电压）。霍尔开关利用这一原理来检测磁场的变化，并将其转换为电信号，用于控制和监测电机的运行状态。
一、工作原理
霍尔元件通常由半导体材料（如砷化镓、铟砷化物等）制成的薄片，有四个引脚，两个引脚用于输入电流，另外两个引脚用于输出霍尔电压，当电流通过霍尔元件时，载流子（电子或空穴）沿导体移动，如果霍尔元件置于磁场中，载流子会受到洛伦兹力的作用，导致电荷在霍尔元件的两侧积累，这种电荷积累在霍尔元件的两侧产生一个垂直于电流和磁场方向的电势差，即霍尔电压。霍尔元件产生的霍尔电压通常很微弱，需要通过信号放大电路进行放大，以增强信号的强度，放大后的信号通常需要通过整形电路转换为数字信号（高电平或低电平），以便于控制系统识别和处理。
1. 位置检测
1.1无刷直流电机（BLDC）
l 应用：在无刷直流电机中，霍尔开关用于检测转子磁极的位置。
l 工作原理：霍尔开关安装在定子上，当转子磁极接近霍尔开关时，霍尔开关检测到磁场变化并输出相应的信号。控制器根据这些信号适时地切换定子绕组的电流，确保电机平稳、高效地运行。
无刷直流电机工作原理图（HG为霍尔元件）
1.2永磁同步电机（PMSM）
l 应用：在永磁同步电机中，霍尔开关用于检测转子的位置。
l 工作原理：通过检测转子磁极的位置，控制器可以精确控制定子绕组的电流相序，确保电机同步运行。
1.3伺服电机
l 应用：在伺服电机中，霍尔开关用于检测转子的位置，实现高精度的位置控制。
l 工作原理：霍尔开关检测转子磁极的位置，控制器根据这些信息调整电机的转速和位置，实现精确的运动控制。
2. 速度控制
2.1工业风机
l 应用：在工业风机中，霍尔开关用于检测风扇电机的转速。
l 工作原理：霍尔开关检测转子的旋转周期，通过测量单位时间内输出的脉冲数来计算转速。控制器根据检测到的转速信息调整电机的供电频率和电压，实现对转速的精确控制。
2.2水泵
l 应用：在水泵中，霍尔开关用于检测泵电机的转速。
l 工作原理：霍尔开关检测转子的旋转周期，控制器根据检测到的转速信息调整电机的供电频率和电压，确保水泵的稳定运行。
3. 状态监测
3.1过载保护
l 应用：在工业电机中，霍尔开关用于检测电机的运行状态，防止过载。
l 工作原理：霍尔开关检测转子的转速和位置，如果检测到异常的磁场变化或转速下降，控制器可以及时发出警报或切断电源，保护电机不受损坏。
3.2故障诊断
l 应用：在工业电机中，霍尔开关用于检测电机的运行状态，进行故障诊断。
l 工作原理：通过监测霍尔开关的输出信号，可以判断电机是否存在故障，如转子卡死、绕组断路等。
二、具体应用
1. 工业风机
l 风扇电机：霍尔开关用于检测风扇电机的转速和位置，实现高效、低噪音的空气循环。
l 过载保护：通过检测电机的运行状态，防止过载和损坏。
2. 工业泵
l 泵电机：霍尔开关用于检测泵电机的转速和位置，确保泵的稳定运行。
l 故障诊断：通过监测霍尔开关的输出信号，判断泵是否存在故障。
3. 传送带系统
l 驱动电机：霍尔开关用于检测驱动电机的转速和位置，确保传送带的平稳运行。
l 速度控制：通过控制系统调整电机的转速，实现对传送带速度的精确控制。
4. 数控机床
l 伺服电机：霍尔开关用于检测伺服电机的转子位置，实现高精度的位置控制。
l 速度控制：通过检测转速信息，控制器可以调整电机的转速，确保机器人的精确运动。
三、示例产品
CH463A/AN 系列是高性能霍尔锁存开关，其Bop典型值为45Gs（CH463AN -45 Gs）。具有多保护集成功能，工作电压范围3.5V~30V，其优良的温度补偿能力，使得芯片能在-40~150℃环境中工作，并保持性能高度一致性，可广泛应用于适合电动两轮/三轮车，且芯片已通过AEC-Q100认证。
CH463A/AN：锁存
Ø 工业级
Ø 工作电压：3.5V~30V
Ø 带宽：100KHz
Ø 输出形式：集电极开路输出
Ø ESD：6000V
Ø 静态电流：5mA
Ø 释放点（Brp）、操作点（Bop）：±45G
Ø 特殊功能：反向保护、输出限流
Ø 应用：电动自行车，电动两轮车，工业缝纫机，工业电机
