위치 인코더로 BLDC 홀 센서 사용하기 – 1부

다음 정보는 위치, 방향, 속도를 결정하기 위한 목적으로 홀 센서 논리 출력을 해석하는 데 도움을 주려는 것입니다. 이 출력은 모터 정류에 사용될 수 있지만, 여기에서는 BLDC 모터 작동의 측면에서 설명하지 않습니다.

개요

일부 BLDC(브러시리스 DC) 모터에는 고정자의 자기 코일을 정밀하게 제어할 수 있도록 하는 외부 회로에 대한 피드백을 제공하는 세 개의 내부 홀 효과 센서가 장착되어 있습니다. 일부 BLDC 컨트롤러 유형은 홀 효과 센서를 사용하지 않고 모터의 기본 Back EMF를 사용합니다. 어느 경우든 홀 센서는 정확한 위치 감지에 사용될 수 있습니다.

널리 사용되는 BLDC 모터는 전동 스케이트보드, 호버보드, 스쿠터, 콤팩트 자전거와 같은 개인용 운송 수단에 사용되는 유형입니다. 이 예시에서는 자동 평형 호버보드에서 일반적으로 사용되는 10인치 지름의 단일 샤프트 허브 모터가 사용되었습니다(그림 1). 이러한 유형의 모터는 고강도 아웃러너 BLDC입니다. 즉, 모터 하우징이 회전하는 동안 샤프트 실장 고정자가 움직이지 않습니다.

그림 1

BLDC 구조

이 실험에 사용된 BLDC 허브 모터는 27개의 전자기 고정자 코일과 30개의 영구 자석(15개 폴 페어라고도 함)을 사용합니다(그림 2). 여러 구성도에서 홀 효과 센서가 고정자 코일 주위에 U, V, W 등거리 간격(120도)으로 표시되어 있습니다. 센서는 서로 간에 동일한 거리에 배치되어 있지만, 대부분 고정자의 한쪽에 있습니다(그림 3).

그림 2

그림 3

참고: 센서 레이블(U, V, W)은 내부 전선 색상 코드에 따라 할당됩니다. 이 실험의 경우 센서 레이블링은 임의로 지정되었습니다.

BLDC에서의 3의 마법

그림 3에서 볼 수 있듯이 홀 센서는 코일 단면의 중심에 있습니다. 2개 센서 간 중심 사이에는 3개의 코일이 있어 40도 분리를 실현합니다.

2개 전장 코일 + 2개 반장 코일 = 3코일 거리

360도/27개 코일 * 3코일 거리 = 40도

이러한 구성은 센서가 실제로 120도 떨어져 있는 것과 동일한 출력 값을 제공합니다. 자석의 1/3이 센서 각각을 지나치므로 각 센서에서 10개 펄스를 제공합니다. 이와 함께 센서는 120도당 30개 펄스 또는 한 번의 완전한 회전에서 90개 펄스를 제공합니다.

9/27(코일) = 10/30(자석) = 120/360(도) = 30/90(펄스) = 1/3(1회전 중). 간단합니다!

그림 4

참고: 펄스는 High에서 Low 또는 Low에서 High로의 출력 전이입니다. 센서가 회전당 90개 펄스를 제공하지만, 센서당 총 15개 High 및 15개 Low 펄스(15개 폴 페어)는 6개의 고유한 이진 조합을 제공합니다(90개 펄스/15개 페어 = 6). 더 자세한 내용을 파악하려면 그림 4를 참조하십시오.

센서 값은 High에서 Low로, Low에서 High로의 전이에 따라 즉각적으로 결정됩니다. 1회의 센서 주기에서 각 센서는 1회의 High 전이와 1회의 Low 전이를 가지므로 총 6회의 전이와 6회의 이진 조합을 가집니다. 30개 자석에 걸쳐 27개 코일이 배치되어 생성된 오프셋으로 인해 센서 출력은 동시에 모두 High(111)이거나 모두 Low(000)일 수 없습니다.

요약

어떤 단일 센서 출력 방형파가 전이 다음에 검토되는지에 상관없이 남은 센서 중 하나는 후행이고 나머지 센서는 선행입니다(하나는 High, 나머지는 low). 이런 이유로 값을 판독할 때 사용하는 센서 출력의 배치는 중요하지 않습니다. 영향을 받는 유일한 계산은 회전의 방향입니다.

애니메이션 그림(그림 5)은 각 전이에서의 센서 출력을 표시하며 10개의 영구 자석과 3개의 센서 코일 간 관계를 보여줍니다. 비센서형 중간 코일은 시각적 명확성을 위해 생략했습니다.

그림 5

추가 리소스:

위치 인코더로 BLDC 홀 센서 사용하기

2부 – BLDC 홀 센서 출력을 시각화하는 데 Digilent 아날로그 디스커버리 2 분석기 사용하기

3부 – 위치, 방향, 거리를 계산하는 데 Teensy 3.5 마이크로 컨트롤러 사용하기