当导体放置在磁场内，且导体内有电流通过时，导体内的载流子（自由电子）受洛伦兹 力的作用而偏转向一边，使导体两侧面之间产生电压（称为霍尔电压）的现像，叫做霍尔效 应。霍尔元件是利用半导体（因为半导体的霍尔效应更显著）的霍尔效应制成的传感器，具 有可靠稳定、频率响应宽、结构紧凑等优良特性。

霍尔位置传感器通常由传感器转子和定子组成。传感器转子通常安装在电机转子轴上， 随电机同步转动，有时也可直接将电机的永磁转子作为传感器转子。传感器定子则由一定数量的霍尔元件组成，霍尔元件的数量取决于电机一个电周期内转子的位置状态数，n  个霍尔

元件可在一个电周期内产生2n种不同状态，所用数量的霍尔元件产生的状态数应该大于等于 一个电周期内电机转子的位置状态数[5]。图 2。2 展示了一种传感器转子独立的霍尔位置传感器

的结构：

图 2。2 霍尔位置传感器的结构

2。2。3 控制器

控制器就像无刷直流电机的“大脑”，一方面接受外部输入的控制命令，一方面还要采集 来自转子位置传感器的转子位置数据，然后根据外部指令和电机实时工况，依据事先规定的 算法，输出相应的 PWM 信号给逆变器输出三相电压，使电机正常转动。另外，控制器在无 刷直流电机发生过流、欠压、短路等意外时还能实现故障保护功能[6]。

2。2。4 逆变器

逆变器实际上可以理解为一系列的功率半导体开关，是实现无刷直流电机电子换向的关 键部分。常见的逆变器有全桥式、半桥式、C-Dump 式等几种，图 2。1 给出的逆变器是全桥式 逆变器。逆变器的主要作用是按照控制器给出的 PWM 信号，按照一定的规律给无刷直流电 机的定子电枢绕组通电，从而在定子与转子之间的气隙内产生旋转的磁场，驱动电机转子连 续转动。

在图 2。1 中，电机运转的每一时刻都将有一个上桥臂和下桥臂导通，也就是说每时每刻 都有两相电枢绕组得电而第三相悬空，这样就能产生一定方向的磁场，作用于转子磁体后就 形成合成转矩。值得注意的是，同一路驱动桥的上下两桥臂不可以同时导通，否则会使电源 短路。

2。3 无刷直流电机的工作原理

无刷直流电机的工作原理在电磁环节与普通电机无异，都是基于电磁感应原理形成旋转 的磁场，通过磁极间同性相吸、异性相斥的作用驱动转子转动，区别仅在于换向方式的不同。 下面以图 2。1 给出的结构、并结合一种常见的三相无刷直流电机为例，简述一个换向周期内 无刷直流电机的换向原理：

（1）根据控制器输出的 PWM 信号，逆变器中的功率半导体器件按一定次序导通，从而使电 机的定子电枢绕组按一定次序通电，形成步进的旋转磁场，按图 2。3 所示的通电方式，将使 定子逆时针旋转。从图中看出，定子每转过 60°就要换向一次：来:自[优.尔]论,文-网www.youerw.com +QQ752018766-

图 2。3 绕组电流方向与步进磁场示意图

（2）通过转子位置传感器确定转子当前时刻的位置，并形成位置信号状态数发送至控制器部 分。由本文 2。2。2 小节所述，图 2。3 所示的三相无刷直流电机至少需要 3 个霍尔元件，记为H1、H2、

H3，以圆周间隔 120°的形式安装。如图 2。4 所示，每个霍尔元件都会产生 180°脉宽的输出 信号，H1、H2、H3的输出信号互相之间有 120°的相位差，转子旋转一周生 6 个上升沿