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纯电动汽车电机霍尔传感器检测

、新能源电机性能实验台实验目的
1. 正确认识纯电动汽车电机霍尔传感器的作用 
2. 了解纯电动汽车电机霍尔传感器的结构 
3. 对电机霍尔传感器检测,观察其结构,分析其工作原理,熟悉其部件。 
4. 对纯电动汽车电机霍尔传感器有一个初步的认识及掌握其检测方法。
二、新能源电机性能实验台实验原理及说明
1.万用表功能使用介绍。
2.汽车示波器使用介绍。
3.电机霍尔传感器外观图,如图1所示。
图1  电机霍尔传感器
驱动电机端线束端子含义:
    电机u、v、w输入接线(粗黄色线为U /粗绿色线为V / 粗蓝色线为W)
    5线插-霍尔传感器
细红色线为+5V电源
细黑色线为接地线   
    细黄色线为 A          
细绿色线为 B          
细蓝色线为 C
霍尔传感器内部接线电路如图2所示。
霍尔排列顺序为正、正、正为60度电机,如是正、反、正为120度电机。
(a)60度角电机接线
(b)120度角电机接线
图2  霍尔传感器内部接线
6.电机霍尔传感器模拟检测
6.1电机霍尔传感器电压检测(电路图如图3所示,不加速工况),测量电压值;
图3  电路图
6.1电机霍尔传感器电压检测(电路图如图3所示,加速工况),测量电压值;
6.2电机霍尔传感器地线与电源测试,电源电压5V,电路图如图3所示;
6.5电机霍尔传感器波形测试,波形如图4所示;
图4  电机霍尔传感器波形
7.电机霍尔传感器故障模拟
7.1“电机霍尔传感器”故障开关向“0”方向按下时,设置故障。
7.2踏下电子油门,检查故障现象。
7.3万用表检测面板端子,检测线路与信号,如图5所示。
图5  万用检测 面板对应的端子的通断
7.4“电机霍尔传感器”故障开关向“1”方向按下时,设置排除。
8. 纯电动汽车电机霍尔传感器原理
8.1线性霍尔传感器的内部电路如图6所示。
图6  线性霍尔传感器的内部电路
线性霍尔电路由电压调整器,霍尔电压发生器,线性放大器和射极跟随器组成,其输入是磁感应强度,输出是和输入量成正比的电压。静态输出电压(B=0GS)是电源电压的一半左右。S磁极出现在霍尔传感器标记面时,将驱动输出高于零电平;N磁极将驱动输出低于零电平;瞬时和比例输出电压电平决定与器件最敏感面的磁通密度。霍耳转把输出电压的大小,取决于霍耳元件周围的磁场强度。转动时,改变了霍耳元件周围的磁场强度,也就改变了霍尔传感器的输出电压。
8.2电机霍尔传感器
霍尔的信号线传递电机里面磁钢相对于线圈的位置,根据三个霍尔的信号控制器能知道此时应该如何给电机的线圈供电(不同的霍尔信号,给电机线圈供相对应方向的电流),就是说霍尔状态不一样,线圈的电流方向不一样。霍尔信号传递给控制器,控制器通过粗的导线给电机线圈供电,电机旋转,磁钢与线圈(缠在定子上的线圈,其实霍尔一般安装在定子上)发生转动,霍尔感应出新的位置信号,控制器粗的导线又给电机线圈重新改变电流方向供电,电机继续旋转(线圈和磁钢的位置发生变化时,线圈必须对应的改变电流方向,这样电机才能继续向一个方向运动,不然电机就会在某一个位置左右摆动,而不是连续旋转),这就是电机换相。以霍尔传感器取代碳刷换向器,实现电机的运转,如图7所示。
图7  电机霍尔传感器ABC
霍尔在实际电路中的位置,如图8所示。
图8  霍尔在实际电路中的位置
上图在这三个霍尔元件位置放置60度4极转子,极转子和三个霍尔元件,用于检测旋转。霍尔在直流无刷电机中的作用是很大的,而且是关键部件。
在无刷直流电机中是用霍尔传感器对转子的位置进行检测,并将位置信息发送到电机的逻辑电路中已完成绕组换向功能,使转子持续获得恒定动力矩。转子上的相邻磁体极性各不相同,所以相同极性间的角度为90°。 旋转的永磁体转过霍尔传感器时会使集成电路的状态发生改变,每当南极靠近时,电路就会转为工作状态。实际角度为120°由于磁铁极性变化周期为90°,所 以真正间隔角度为30°)放置的三个集成电路输出波形。第一个集成电路会在30°时转为工作状态,第二个和第三个分别在60°与90°时转为工作状态。由 于北极磁铁会通过霍尔传感器使电路转为释放状态,而相邻南北极相隔45°,因此,集成电路在磁铁转过 45°后就转为释放状态。
8.3电机霍尔位置传感器与电机控制:电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall-sensor),做为速度之闭回路控制,同时也做为相序控制的依据。
无刷直流电机的工作原理本质上与有刷电机类似,都是通过电机中的永磁体磁场和绕组中的电流产生驱动力而发生转动。不同的是无刷直流电机采用了位 置集成电路和电子开关替代传统的直流电机中的电刷和换向器。由于不存在集电环或者碳刷用于换向和摩擦,因此就不存在通过碳堆积产生的功率损耗或者电气噪 声。同时,电子换向在数字指令的交互过程中也更具有灵活性。
要让电机转动起来,首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子目前所在位置,然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序,如 图9 inverter中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管),使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场,并与转子的磁铁相互作用,如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到hall-sensor感应出另一组信号的位置时,控制部又再开启下一组功率晶体管,如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管);要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。
图9  上臂功率晶体管/下臂功率晶体管
基本上功率晶体管的开法可举例如下: 
AH、BL一组→AH、CL一组→BH、CL一组→BH、AL一组→CH、AL一组→CH、BL一组,  但绝不能开成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因为电子零件总有开关的响应时间,所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去,否则当上臂(或下臂)尚未完全关闭,下臂(或上臂)就已开启,结果就造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。
当电机转动起来,控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令(Command)与hall-sensor信号变化的速度加以比对(或由软件运算)再来决定由下一组(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)开关导通,以及导通时间长短。速度不够则开长,速度过头则减短,此部份工作就由PWM来完成。PWM是决定电机转速快或慢的方式,如何产生这样的PWM才是要达到较精准速度控制的核心。
三、新能源电机性能实验台实验仪器
实验仪器,包括仪器设备条件、物质条件、相关文献资料等。
序号 名称 数量 主要用途
1 新能源汽车驱动系统结构与性能实验台    
2 汽车电工绝缘工具组    
3 高压万用表    
4 绝缘手套    
5 汽车示波器    
四、 实验内容和步骤
(一)纯电动汽车电机霍尔传感器认识
1.观摩新能源汽车驱动系统结构与性能实验台,识别电机霍尔传感器部件安装位置。
2.观摩新能源汽车驱动系统结构与性能实验台,识别电机霍尔传感器各引线功能。
(二)纯电动汽车电机霍尔传感器检测
2.1电压检测
1)闭合电源总开关,点火开关ON位置。
2)换挡操纵机构手柄置于“前进/或者倒车”档,右脚轻踩电子加速踏板,车辆前轮开始运转;
3)不踩下加速踏板,万用表检测霍尔传感器的信号端子与地线电压值。
4)踩下加速踏板,万用表检测霍尔传感器的信号端子与地线电压值。
5)万用表检测霍尔传感器的电源端子与地线电压值。
6)对照面板检测控制器端子与地线电压值。
2.2波形测试
1)闭合电源总开关,点火开关ON位置。
2)换挡操纵机构手柄置于“前进/或者倒车”档,右脚轻踩电子加速踏板,车辆前轮开始运转;
3)慢慢踩下加速踏板,示波器检测霍尔传感器ABC的信号端子波形且记录。
2.3故障模拟
1)闭合电源总开关,点火开关ON位置。
2)换挡操纵机构手柄置于“前进/或者倒车”档,右脚轻踩电子加速踏板,车辆前轮开始运转;
3)“霍尔传感器”故障开关向“0”方向按下时,设置故障。
4)踏下电子油门,检查故障现象。
5)万用表检测面板端子,检测线路与信号查找原因。
6)“霍尔传感器”故障开关向“1”方向按下时,设置排除。
2.4实训实验完毕后,关闭点火开关,断开电源开关,整理好设备。
五、 实验报告
1.如何测试电机霍尔传感器波形?
2.如何测试电机霍尔传感器电压?正常值是多少?
3.断开电机霍尔传感器A或者B线,会有什么故障现象?为什么?
4.霍尔传感器波形记录且分析实测数据结果。
六、 预习与思考题 
1.纯电动汽车组成结构与工作原理。
2.纯电动汽车电机结构与原理。
3.驱动电机霍尔传感器结构与原理。
七、 参考资料

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