ホール センサー付きブラシレス モーター: 機能とプロジェクトで必要な場合

ブラシレス DC モーターのデータシートに「ホール センサー付き」と記載されている場合、そのラインは価格以上に変わります。これにより、モーターが停止状態からどのように始動するか、低速トルクをどのように伝達するか、どのコントローラーでモーターを駆動できるかが変わります。電動スクーター、ロボット プラットフォーム、ATV、船舶用ドライブのモーターを選択する人にとって、ホール センサーの決定は最初に行うべきシステム レベルの呼び出しの 1 つです。

簡単に言うと、ホール センサーを備えたブラシレス モーターは、ゼロ速度からローターの正確な位置をコントローラーに提供するため、モーターは正しい方向に最大トルクで始動し、低速でもスムーズに動作します。トレードオフは、余分な配線と、ホール信号を読み取るように設計されたコントローラーです。モーターとコントローラーが一緒に定義されている場合、通常はセンサーによる操作が優先されます。

ブラシレスモーターにおけるホールセンサーの役割

ブラシレス DC モーターの内部には、巻線を切り替える整流子がありません。コントローラーはローターに続くシーケンスで 3 相に通電する必要があり、そのタイミングはローターの位置を常に把握していることに依存します。ホール効果センサーはその情報を提供します。

一般的なセンサー付きモーターには、電気角 120 度離れて取り付けられた 3 つのホール IC が含まれています。ローターの磁石が通過すると、各センサーが N 極と S 極の間の変化を検出し、出力を切り替えます。 3 つの出力は 6 つの有効な状態を含む 3 ビット パターンを形成し、それぞれが 1 つの 60 度整流ステップに対応します。コントローラーが回転中に 000 または 111 の状態を読み取った場合、これらの状態は正しいホール パターンで表示されるはずがないため、通常は配線障害です。

ホール センサーは信号デバイスであり、パワー デバイスではありません。相電流は流れません。ローターの位置をコントローラーに報告するだけです。そのため、モーター コントローラーは実際の意思決定が行われる場所です。同じモーターでも、コントローラーがホール パターンをどのように処理するかに応じて、緩やかに起動したり突然起動したり、効率的に起動したり無駄に起動したりすることがあります。

停止時や低速時にホールセンサーが重要な理由

センサーレス ブラシレス コントローラーは、逆起電力 (BEMF) からローターの位置を読み取ります。 BEMF はモーター速度とともに増加します。停止時はゼロであり、定格速度の約 5 ～ 10% 未満では小さすぎて確実に測定できません。したがって、センサーレス始動では、開ループ シーケンスが使用されます。つまり、ローターの位置を調整し、BEMF が読み取り可能になるまで回転速度を上げます。

そのシーケンスが弱いリンクです。負荷がかかると、アライメント アンド ランプ スタートによって電流スパイク、短い後方ジャーク、または失速が発生する可能性があります。典型的な症状は、モーターが動く前にカチッという音を立てたり、ためらったりすることです。坂道で発進する電動自転車、積載物を持ち上げるロボット、または緩い地面で電動 ATV を発進させる場合、そのためらいは不快であり、ドライブトレインに負担がかかります。

ホールセンサーモーターによりブラインドフェーズが排除されます。コントローラーは停止時のローターの位置を認識し、正しい方向にトルクを即座に適用します。配送ロボット、ペダルアシスト自転車、モビリティスクーター、電動バイクなど、頻繁に起動と停止を繰り返すアプリケーションが最も効果を発揮します。コントローラーは起動を静かに保つこともできます。超静音 PWM 戦略により、低速動作に伴うスイッチング ノイズが抑制されるため、高級製品ではセンサーによる起動がスムーズで静かに感じられます。

A6 頻繁なストップアンドゴー使用向けの超静音ブラシレス DC モーター コントローラー このセンサー付きコントローラーは、停止時のスムーズで静かな始動を可能にし、ローター位置のフィードバックが不可欠な都市部の通勤、貨物輸送、および低速操縦に最適です。 製品を見る→

これが、都市車両のハブ モーター ドライブでセンサー付きバージョンが一般的である理由です。停止、負荷をかけた始動、および低速操縦は、まさに BEMF が不十分な状況です。実際の走行条件からのハブ モーターのパフォーマンス データは、ストップアンドゴーの通勤から長時間の荷物の移動に至るまで、同じパターンに従います。

ハブモーターのパフォーマンスガイド センサー付きバージョンは、センサーなしのものよりも都市部での任務をより予測可能に処理できることを一貫して示しています。

ホール出力のタイプ、電圧レベル、および整流パターン

ホール センサーには 2 つの出力形式があります。オープンコレクタ出力は信号を Low にプルするため、High に戻すためにコントローラ側にプルアップ抵抗が必要です。プッシュプル出力はラインを直接 High および Low に駆動します。コントローラ ボードにプルアップがない場合、オープンコレクタ モータは有効な High レベルを生成せず、コントローラは整流テーブルを完了しません。

電圧の互換性も重要です。古いモーターは 5V ホール IC を使用することが多く、電流コントローラー入力の多くは 3.3V ロジックで動作します。 5V 信号を 3.3V 専用ピンに入力すると、入力が損傷したり、散発的な障害が発生したりする可能性があります。モーターの仕様には、ホール供給電圧と出力レベルが記載されている必要があります。そうでない場合は、注文する前にお問い合わせください。

ホール センサー間の間隔は、2 つの標準 (電気角 60 度または電気角 120 度) のいずれかに従います。コントローラの変換テーブルはこの間隔と一致する必要があります。 60° 用に構築されたモーターは 120° モーターとは異なるホール パターンを生成し、間違ったテーブルを適用すると、粗い運転、トルク損失、または同期の損失が発生します。

電気の学位は機械の学位ではないことにも注意してください。 4 つの極対を持つモーターは、機械の回転ごとにホール パターンを 4 回繰り返します。極対の数によって、コントローラーが処理する必要がある電気周波数が変化するため、整流角度とともに正しく構成する必要があります。

ホールセンサーモーターとコントローラーのマッチング

センサー付きモーターは、コントローラーがホール信号を読み取るように構築されている場合にのみ利点を発揮します。 3 つのチェックで互換性のほとんどの部分がカバーされます。まず、ホール電源電圧とロジック レベルをコントローラの入力定格と比較して確認します。次に、コントローラーがモーターの転流角度 (60° または 120°) をサポートしていることを確認します。第三に、高速で何が起こるかを決定します。多くのコントローラーは低速でホール信号を使用し、しきい値を超えると BEMF モードにブレンドされます。その移行はトルクの低下を避けるために十分にスムーズでなければなりません。

e モビリティ パワートレインの場合、低速動作範囲での効率が実際の走行距離に最も大きく影響することがよくあります。センサー付き整流により、ステーター電流がローターと一致するように維持され、銅損と発熱が軽減されます。 A4-2313 高効率ブラシレス DC モーター コントローラーなど、ホール入力を正しく読み取るコントローラーを使用すると、整流曲線がソフトウェアに組み込まれているため、同じモーターを市内通勤、貨物輸送、またはオフロード トルクに合わせて調整できます。

A4 ホール入力付き高効率ブラシレス DC モーター コントローラー 低速時にステーター電流をローターと一致させるように設計されたこのコントローラーは、実際の航続距離を向上させ、街乗りから貨物やオフロードまでのさまざまなデューティサイクルに合わせて調整できます。 製品を見る→

モーターとコントローラーが異なるサプライヤーから提供されている場合、ホール パラメーターが不一致の最初の原因となります。 120°に設定されたコントローラーに 60° モーターが接続されている場合、動作が不安定になるか、まったく動作しません。構造化されたペアリング スキームにより、ハードウェアが到着する前にこの問題が解決されます。電圧クラス、電流定格、ホール出力形式、供給電圧、整流角、極ペア数がすべて 1 ページに文書化されています。

6 つの主要パラメータを含むコントローラーとモーターのペアリング スキーム 構造化されたペアリング ページには、ハードウェアが到着する前に不一致を防ぐために、電圧クラス、電流定格、ホール出力形式、供給電圧、整流角、極ペア数が文書化されています。 製品を見る→

センサー付きモーターを仕様する前に確認すべきこと

注文する前に、次の 6 つの項目を 1 ページにまとめてください。

• ホール供給電圧とロジック レベル: モーターのホール IC をコントローラーの入力定格に一致させます。
• 出力形式: オープンコレクタはコントローラ側にプルアップが必要です。プッシュプルはできません。
• 転流間隔: 60° または 120°、コントローラーの構成が一致していることを確認してください。
• 極対数: 電気周波数を設定するため、確認して正しく入力します。
• コネクタのピン配置: 標準のセンサー配線は 3 相リード線と 5 つのホール リード線 (5V、GND、A、B、C) です。 1 つのピンが交換されることは、最も一般的なベンチテストの失敗です。
• ホール障害戦略: コントローラーがホール信号のスタックまたは欠落を検出し、センサーレス モードにフォールバックできるかどうかを確認します。

ホール センサーを備えたブラシレス モーターは、低速トルクを決定的なものにする実証済みの方法です。コストは、追加のワイヤとホール入力をサポートするコントローラーです。負荷がかかった状態で発進したり、低速で走行したり、頻繁に後進したりする車両や機械の場合、そのコストによりスムーズな動作とより短い開発サイクルが得られます。ホール パラメーターを書き留めてコントローラーと照合すると、センサー付きモーターはデータシートに記載されているとおりに動作します。