홀 효과 센서는 bldc 모터에서 어떻게 작동합니까?: 실제 응용, 선택

BLDC(브러시리스 DC) 모터를 열거나 구동 전자 장치를 연구한 적이 있다면 회전자 근처에 세 개의 작은 홀 효과 센서가 있는 것을 보았을 것입니다. 간과하기 쉽지만 모터 제어에서 가장 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 이 가이드에서는 BLDC 모터에서 홀 효과 센서가 작동하는 방식, 모터에 홀 효과 센서가 필요한 이유, 센서 신호가 컨트롤러에 도달하면 어떤 일이 발생하는지 설명합니다.

Hongyang Motor에서는 30년 이상을 생산해 왔습니다. 브러시리스 DC 모터 및 기타 마이크로 모터 솔루션. 홀 센서는 작은 부분일 수 있지만 효율성과 원활한 작동에 미치는 영향은 상당합니다.

홀 효과 센서란 무엇입니까?

홀 효과는 1879년에 발견된 물리적 현상입니다. 얇은 도체나 반도체에 전류가 흐르고 전류에 직각으로 자기장이 가해지면 이동하는 전하가 편향됩니다. 이는 전류와 자기장 모두에 수직인 물질 전체에 작은 전압을 생성합니다. 홀 효과 센서는 단순히 이 전압을 측정하여 논리 신호로 변환하는 장치입니다.

BLDC 모터에서 센서는 회전자 근처에 배치됩니다. 회전자의 영구 자석이 센서를 통과함에 따라 변화하는 자기장이 센서의 출력을 전환합니다. 그러면 컨트롤러는 북극이나 남극이 근처에 있는지 여부를 알 수 있습니다.

BLDC 모터에 로터 위치 감지가 필요한 이유

기계식 정류자가 있는 브러시 모터와 달리 BLDC 모터는 전자 정류에 의존합니다. 고정자 권선은 정확한 순서로 전원을 공급해야 하며 해당 순서의 타이밍은 회전자의 위치에 따라 달라집니다. 컨트롤러가 잘못된 권선에 전원을 공급하면 모터는 유용한 토크를 생성하지 않습니다. 대신, 정지, 진동 또는 과열이 발생할 수 있습니다.

홀 센서는 로터의 위치에 대한 실시간 피드백을 컨트롤러에 제공함으로써 이 문제를 해결합니다. 3개의 센서로 6개의 정류 상태를 정의할 수 있으며, 이는 대부분의 3상 BLDC 모터에 사용되는 표준 6단계 정류 패턴에 해당합니다.

홀 센서의 배열 방식과 함께 작동하는 방식

일반적인 3상 BLDC 모터에서는 3개의 홀 센서가 전기적으로 60도 간격으로 배치되어 있습니다. 일부 디자인에서는 120도 간격을 사용하지만 개념은 동일하게 유지됩니다. 센서는 일반적으로 모터 끝, 회전자 자석 링 뒤의 작은 센서 보드에 장착됩니다. 각 센서는 자신을 향하고 있는 극이 북쪽인지 남쪽인지에 따라 자기장을 높거나 낮은 것으로 읽습니다.

세 개의 신호가 함께 3비트 코드를 형성합니다. 각 전기 사이클에는 6개의 60도 세그먼트가 있으므로 8개의 가능한 상태 중 6개만 사용됩니다. 아래 표는 하나의 일반적인 매핑을 보여줍니다. 정확한 패턴은 센서 배치 및 모터 권선 구성에 따라 변경될 수 있습니다.

6단계 정류를 위한 단순화된 홀 센서 상태 패턴입니다.
H1	H2	H3	로터 위치(대략)	권선에 전원이 공급됨
0	0	1	0°~60°	A → B
0	1	1	60°~120°	가 → 다
0	1	0	120°~180°	비 → 다
1	1	0	180°~240°	B → A
1	0	0	240°~300°	ㄷ → ㄱ
1	0	1	300°~360°	ㄷ → ㄴ

컨트롤러가 상태 변화를 확인하면 로터가 전기적으로 60도 이동했음을 알 수 있습니다. 그런 다음 인버터 트랜지스터를 다음 단계로 전환하여 고정자 자기장을 회전자보다 앞서 유지합니다. 이것이 바로 이 배열을 6단계 또는 사다리꼴 정류라고 부르는 이유입니다.

단계별: 홀 센서가 모터를 제어하는 방법

회전자 자석 극은 3개의 홀 센서 앞을 통과합니다.
각 센서는 그 아래의 극성에 따라 높거나 낮은 신호를 출력합니다.
3개의 출력이 3비트 상태로 결합됩니다.
컨트롤러는 정류 테이블에서 이 상태를 조회합니다.
이는 3상 인버터를 전환하여 올바른 고정자 권선 쌍에 전원을 공급합니다.
고정자 자기장은 전진하여 회전자를 다음 위치로 당깁니다.
프로세스가 반복되어 지속적인 회전이 생성됩니다.

홀 신호는 깨끗하고 타이밍이 정확해야 합니다. 센서 위치의 작은 오프셋이라도 컨트롤러가 일찍 또는 늦게 전환되어 효율성이 낮아지고 소음이 증가할 수 있습니다.

홀 센서와 센서리스 제어: 무엇을 선택해야 할까요?

센서리스 BLDC 제어는 무동력 권선에서 생성된 역기전력으로부터 회전자 위치를 추정합니다. 홀 센서가 없어 비용이 절감되고 조립이 단순화됩니다. 그러나 모터가 정지하면 역기전력을 사용할 수 없으므로 센서 없는 시동은 일반적으로 부하가 높을 때 더 까다롭고 견고성이 떨어집니다.

홀 센서: 0 속도에서 정확한 위치, 더 부드러운 시동, 더 간단한 튜닝.
센서리스: 구성 요소 수가 적고 비용이 저렴하며 고속 및 깨끗한 환경에 적합합니다.

다음과 같은 애플리케이션 산업용 로봇 , 의료 장비 및 드론은 정지 상태에서 예측 가능한 토크가 필요하기 때문에 홀 센서 설계를 선호하는 경우가 많습니다. 반면 팬과 펌프는 시스템 비용을 줄이기 위해 센서 없이 작동할 수 있습니다.

홀 센서 BLDC 모터 제조 과정에서 배운 내용

30년 넘게 마이크로 모터를 제작하면서 우리는 홀 센서 배치가 생산 과정에서 가장 세부적인 부분에 민감한 단계 중 하나라는 사실을 깨달았습니다. 센서는 고정자 슬롯 및 회전자 자석과 일관되게 정렬되어야 합니다. 센서 드리프트, 납땜 품질, 심지어 접착제의 두께도 타이밍에 영향을 미칠 수 있습니다. 좋은 설계와 프로세스 제어는 조용하고 효율적인 모터와 토크가 윙윙거리거나 손실되는 모터 사이의 차이를 만듭니다.

드론 추진이 좋은 예이다. 드론 모터는 조종사가 스로틀을 변경할 때 즉각적인 반응이 필요하며, 주저 없이 시동을 걸어야 합니다. 이것이 바로 우리가 잘 배치된 홀 센서와 일치하는 드라이버 보드를 갖춘 드론용 브러시리스 DC 모터를 설계하는 이유입니다. 소형 고성능 제품을 위해 BLDC 모터를 선택하는 경우 홀 센서 구성은 나중에 고려하는 것이 아니라 평가의 일부여야 합니다.

마무리 생각

홀 효과 센서는 물리적인 회전자 위치와 BLDC 모터의 전자 컨트롤러 사이를 연결하는 실용적인 브리지입니다. 특히 저속 및 부하가 있는 경우 6단계 정류를 안정적으로 수행합니다. 드론, 로봇 또는 스마트 기기용 모터를 설계하는 경우 이러한 센서의 작동 방식을 이해하면 모터 설계를 보다 신중하게 평가하고 공급업체를 선택하기 전에 올바른 질문을 하는 데 도움이 됩니다.