電動(dòng)車用直流無(wú)刷電機(jī)霍耳位置傳感器芯片的正確使用

　　直流無(wú)刷電機(jī)由于節(jié)省原材料，可靠性好，使用壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)，正在替代直流有刷電機(jī)來(lái)用作電動(dòng)自行車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。與有刷電機(jī)不同，直流無(wú)刷電機(jī)需要位置傳感器來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)子的位置。電機(jī)控制器通過(guò)接受位置傳感器信號(hào)來(lái)讓逆變器換相與轉(zhuǎn)子同步來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。盡管直流無(wú)刷電機(jī)也可以通過(guò)定子繞組產(chǎn)生的反感生電動(dòng)勢(shì)來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，而省去位置傳感器，但是電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速太小，反感生電動(dòng)勢(shì)信號(hào)太小而無(wú)法檢測(cè)，對(duì)電動(dòng)自行車的使用者帶來(lái)極大的不便。

　　電動(dòng)自行車用的直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由30到40塊釹鐵硼磁鋼構(gòu)成。由于釹鐵硼磁鋼的表面磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)500 mT，電動(dòng)自行車用的直流無(wú)刷電機(jī)里的位置傳感器特別適合采用硅霍耳傳感器。硅霍耳傳感器的制造工藝可以與集成電路芯片工藝流程完全兼容，這樣，硅霍耳傳感器后續(xù)的信號(hào)處理電路，包括前置放大器，施密特觸發(fā)器和集電極開路輸出級(jí)可以方便地集成在同一個(gè)硅片上，形成霍耳集成電路芯片。

　　可以用作直流無(wú)刷電機(jī)位置傳感器的霍耳傳感器芯片分為開關(guān)型和鎖定型兩種。對(duì)于電動(dòng)自行車電機(jī)，這兩種霍耳傳感器芯片都可以用來(lái)精確測(cè)量轉(zhuǎn)子磁鋼的位置。根據(jù)實(shí)驗(yàn)比較，用這兩種霍耳傳感器芯片制備的直流無(wú)刷電機(jī)的性能，包括電機(jī)的輸出功率、效率和轉(zhuǎn)矩等沒(méi)有任何差別，并可以兼容相同的電機(jī)控制器。

　　但是，這并不表示，電機(jī)生產(chǎn)廠家可以隨便使用市面上的電機(jī)霍耳傳感器芯片。業(yè)內(nèi)人士可能經(jīng)常聽到，電機(jī)生產(chǎn)廠家由于采購(gòu)和使用霍耳傳感器芯片不當(dāng)，導(dǎo)致廠家引起巨額經(jīng)濟(jì)損失，甚至導(dǎo)致企業(yè)破產(chǎn)。下面來(lái)分析廠家使用電機(jī)霍耳傳感器芯片不正確的幾種情況：

　　第一：廠家沒(méi)有考慮電機(jī)霍耳傳感器芯片的高溫特性，電動(dòng)自行車是在野外工作，尤其是在夏天，地面溫度可能超過(guò)60攝氏度，再加上電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的溫度升高也會(huì)超過(guò)60度，電機(jī)內(nèi)部的溫度會(huì)超過(guò)120攝氏度。這樣要求電動(dòng)自行車用的電機(jī)霍耳傳感器芯片在溫度超過(guò)120攝氏度下仍然能夠正常工作，我們稱這種芯片里的電路為高溫集成電路。高溫集成電路的設(shè)計(jì)和加工制造與常規(guī)電路有很大的不同，成本要遠(yuǎn)高于常溫集成電路。市面上流行的許多種電機(jī)霍耳傳感器芯片并不是高溫集成電路，所以，夏天電動(dòng)自行車出故障的幾率大，這一點(diǎn)，從在夏天維修市場(chǎng)(Rialto)的生意特別好就可以看出來(lái)。

　　第二：不同的電機(jī)型號(hào)和不同的電機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，需要采用不同的電機(jī)霍耳傳感器芯片，主要是霍耳傳感器的磁場(chǎng)靈敏度或者稱磁場(chǎng)的開起點(diǎn)要與電機(jī)型號(hào)和結(jié)構(gòu)相匹配。不同的電機(jī)型號(hào)和不同的電機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)有不同的磁場(chǎng)分布和磁場(chǎng)分布漲落。如果霍耳傳感器的磁靈敏度太高或者太低，由于轉(zhuǎn)子磁鋼和磁鋼縫隙磁場(chǎng)分布的不規(guī)則漲落，會(huì)導(dǎo)致位置傳感器給出錯(cuò)誤的信號(hào)，引起控制器發(fā)生邏輯混亂，輕則出現(xiàn)電機(jī)噪音大、振動(dòng)厲害或死機(jī)等現(xiàn)象，重則導(dǎo)致控制器里的逆變器發(fā)生垂直導(dǎo)通而燒毀控制器和電機(jī)。所以，霍耳傳感器芯片生產(chǎn)廠家或銷售商要為電機(jī)用戶提供周到的售后服務(wù)，讓霍耳傳感器與所要裝配的電機(jī)相匹配。

　　第三：廠家沒(méi)有考慮電機(jī)霍耳傳感器芯片的抗靜電能力。市面上流行的電機(jī)霍耳傳感器芯片由兩種制造工藝加工生產(chǎn)：雙極工藝和CMOS工藝。用CMOS工藝生產(chǎn)的電機(jī)霍耳傳感器芯片抗靜電能力很差，如果電機(jī)生產(chǎn)線上沒(méi)有特別的防靜電設(shè)施，霍耳傳感器很容易受到靜電損傷，通常這種損傷在電機(jī)出廠時(shí)無(wú)法檢測(cè)出來(lái)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)受到靜電傷害的霍耳傳感器仍然能夠工作。但是，它的壽命已經(jīng)大大減小，尤其是在高溫或潮濕環(huán)境下，受到靜電傷害的霍耳傳感器特別容易失效，導(dǎo)致電機(jī)出廠后的反修率大大增加，會(huì)給電機(jī)廠家?guī)��?lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失。所以，電機(jī)廠家不要采購(gòu)使用CMOS工藝生產(chǎn)的霍耳傳感器芯片。用雙極工藝生產(chǎn)的電機(jī)霍耳傳感器芯片抗靜電能力較好，能基本滿足無(wú)靜電防護(hù)設(shè)施電機(jī)生產(chǎn)廠家的要求。但是，雙極工藝價(jià)格昂貴，國(guó)外的霍耳傳感器生產(chǎn)廠家都已經(jīng)放棄雙極工藝而采用CMOS工藝（國(guó)外的整機(jī)裝配車間都有防靜電設(shè)施）。電機(jī)廠家在采購(gòu)使用霍耳傳感器芯片一定確定芯片的加工工藝是采用雙極制造工藝。

　　第四：廠家沒(méi)有考慮電機(jī)霍耳傳感器芯片的抗浪涌電壓或抗浪涌電流能力。電動(dòng)自行車用的無(wú)刷電機(jī)通常在較大功率下工作，電機(jī)定子繞組會(huì)流過(guò)較大的電流。盡管霍耳傳感器芯片與定子繞組電學(xué)上完全隔開，但是，當(dāng)繞組里的電流快速換相時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的反沖電壓或稱之為浪涌電壓。如果控制器里逆變器的續(xù)流二極管不能有效抑制浪涌電壓脈沖（這個(gè)浪用電壓對(duì)逆變器的功率場(chǎng)效應(yīng)管危害更甚），就有可能通過(guò)控制器傳給霍耳傳感器的電源輸入端或輸出端，導(dǎo)致霍耳傳感器受到損傷，減小霍耳傳感器的使用壽命。霍耳傳感器芯片里的電源輸入端或輸出端的保護(hù)電路要有足夠的能力來(lái)抵抗浪涌電壓或浪涌電流，這會(huì)增加芯片的成本。

　　第五：挑選好了合適的霍耳傳感器芯片，廠家還要注意讓操作員工正確焊接，焊接溫度不能太高，時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)�；舳鷤鞲衅餍酒�安裝的位置要精確。隨著電機(jī)功率的增加，轉(zhuǎn)子所用磁鋼數(shù)目增加到50以上，槽數(shù)超過(guò)36，特別是對(duì)于電角度為60度的電機(jī)，如果霍耳傳感器芯片位置安裝稍有偏差，會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)到轉(zhuǎn)子位置的電角度發(fā)生錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相邏輯混亂，導(dǎo)致控制器和電機(jī)損壞。

　　以上羅列了五大類由于霍耳傳感器芯片選擇和使用不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致的電機(jī)失效和故障。霍耳傳感器芯片在電動(dòng)自行車用的直流無(wú)刷電機(jī)的成本中顯得微不足道，但是起到極為關(guān)鍵的作用。電機(jī)生產(chǎn)廠家不應(yīng)該為了成本而選購(gòu)市面上來(lái)路不明的低價(jià)產(chǎn)品。為了避免上面提到的可能會(huì)發(fā)生的問(wèn)題，電機(jī)生產(chǎn)廠家應(yīng)選擇那些能夠提供優(yōu)質(zhì)售后服務(wù)的霍耳傳感器芯片供應(yīng)商。能夠提供優(yōu)質(zhì)售后服務(wù)的供應(yīng)商應(yīng)該具備強(qiáng)大的技術(shù)背景，包括微電子技術(shù)，集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)，直流無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造技術(shù)等，這樣才能為電機(jī)生產(chǎn)廠家提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，避免上面提到的可能出現(xiàn)的五大類問(wèn)題。否則，電機(jī)廠家如果采購(gòu)和使用不當(dāng)?shù)幕舳鷤鞲衅餍酒�，可能�?huì)產(chǎn)生潛在的可靠性問(wèn)題，使得電機(jī)的使用壽命遠(yuǎn)低于預(yù)期設(shè)計(jì)。最要命的是，這些問(wèn)題在電機(jī)出廠時(shí)無(wú)法甄別，這會(huì)給電機(jī)廠家?guī)��?lái)巨大的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。