1 前言

#驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為電動(dòng)汽車的核心部件之一，在汽車電動(dòng)化變革的浪潮下，其設(shè)計(jì)水平得到了顯著的提高。

在《中國(guó)制造2025重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》中提到了國(guó)內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展目標(biāo)：2020年、2025年和2030年乘用車20秒有效比功率要分別達(dá)到3.5、4和5kW/kg以上，商用車30秒有效比扭矩要分別達(dá)到18、19和20N·m/kg以上。在嚴(yán)苛目標(biāo)的指引下，各種電機(jī)方案在被陸續(xù)嘗試。

在當(dāng)下各主流車企采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)方案中，均采用旋轉(zhuǎn)變壓器（后簡(jiǎn)稱旋變）作為電機(jī)位置傳感器。通過對(duì)比霍爾傳感器與旋變得出下表：

表1.1 霍爾傳感器與旋變參數(shù)對(duì)比

通過對(duì)比可看出，霍爾在成本和體積上有明顯優(yōu)勢(shì)，在合適工況下，霍爾是一種更優(yōu)于旋變的選擇，綜上，本文介紹了一種通用的霍爾設(shè)計(jì)方法。

2 霍爾元器件介紹

霍爾芯片基于霍爾效應(yīng)制作，在元器件中有一塊霍爾效應(yīng)板，元器件功能框圖如下：

圖2.1 霍爾元器件功能框圖

當(dāng)霍爾效應(yīng)板檢測(cè)到不同磁場(chǎng)時(shí)，能夠輸出不同電信號(hào)。通常芯片在輸出信號(hào)時(shí)，輸出電壓信號(hào)與磁場(chǎng)極性有遲滯關(guān)系。如下圖所示：

圖2.2 霍爾元器件輸出特性

同一型號(hào)霍爾元器件一般分為南極款芯片與北極款芯片，兩款芯片分別在識(shí)別對(duì)應(yīng)極性時(shí)輸出高電平，檢測(cè)到另一極性時(shí)輸出低電平。

芯片的輸出電壓取決于芯片的供電電壓，有常用芯片能夠做到3-24V輸出可調(diào)。該選型取決于控制器控制板所給定的電源電壓及檢測(cè)引腳能夠承受的電壓。一般來說電壓越高抗干擾能力越強(qiáng)。

霍爾元器件的外圍電路簡(jiǎn)潔，傳感器電路板上無需布置過多元器件，這對(duì)小體積應(yīng)用非常友好。通常在外圍電路中僅需要上拉電阻及濾波電容即可。其典型外圍電路如下圖所示：

圖2.3 霍爾元器件典型外圍電路

對(duì)于同一款霍爾，在不同工況下需選擇不同耐溫或者不同封裝來匹配具體的應(yīng)用環(huán)境，芯片廠商往往能夠提供多種耐溫規(guī)格及多種封裝形式的芯片供設(shè)計(jì)師選擇。

對(duì)于不同極數(shù)、不同最高轉(zhuǎn)速的電機(jī)，需要計(jì)算出反電勢(shì)最高頻率，并在選型時(shí)選擇大于該頻率的芯片。

霍爾在選型時(shí)還有一項(xiàng)重要參數(shù)---霍爾跳變閾值（單位Gs），即霍爾檢測(cè)到多強(qiáng)的磁場(chǎng)產(chǎn)生跳變，該值的選擇會(huì)直接影響到測(cè)試結(jié)果，主要影響霍爾檢測(cè)精度，選擇過大或者過小的跳變閾值都會(huì)產(chǎn)生霍爾跳變沿與反電勢(shì)換向點(diǎn)不統(tǒng)一的問題。而換相點(diǎn)不統(tǒng)一會(huì)導(dǎo)致控制器換相超前或滯后于反電勢(shì)換相，影響電機(jī)輸出能力。

表2.1 A122X霍爾選型表

3 行業(yè)典型應(yīng)用

霍爾傳感器由于其小體積、低成本的優(yōu)勢(shì)常被應(yīng)用于電動(dòng)兩輪車、電動(dòng)三輪車、老年代步車等機(jī)動(dòng)車的動(dòng)力總成。該類型產(chǎn)品都有價(jià)格低、銷量高的特點(diǎn)，電機(jī)可以通過縮小傳感器所占用的空間，來降低電機(jī)殼體重量，同時(shí)由于其價(jià)格優(yōu)勢(shì)較大，能夠有效降低動(dòng)力總成價(jià)格，所以在上述價(jià)格敏感產(chǎn)品中有著廣泛的應(yīng)用。

3.1 輪轂電機(jī)

在應(yīng)用中僅使用“PCB板+霍爾元器件+線”的形式就完成了完整霍爾傳感器的設(shè)計(jì)。霍爾元器件使用定子鐵芯開槽的方式進(jìn)行安裝固定。從軸向尺寸上觀察，傳感器整體高度在8mm以內(nèi)，若取端部繞組過橋線處最高點(diǎn)到傳感器最高點(diǎn)的距離，該距離可小于5mm，即在端部繞組上增加5mm高度即可完成霍爾傳感器的安裝，充分體現(xiàn)了霍爾傳感器小體積的優(yōu)勢(shì)。

圖3.1 輪轂電機(jī)實(shí)物圖

3.2 兩輪燃油車

在兩輪燃油車領(lǐng)域，隨著法規(guī)對(duì)排放的要求提高，兩輪車自動(dòng)啟停技術(shù)的到了重視，與摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸直連的發(fā)電機(jī)成為了改造對(duì)象，通過增加霍爾傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的控制，能將發(fā)電機(jī)用作啟動(dòng)電機(jī)，是當(dāng)前兩輪車發(fā)展的趨勢(shì)之一。

如下圖所示的電機(jī)即為改裝后的發(fā)電機(jī)，圖示位置為霍爾傳感器，該方案設(shè)計(jì)有外骨架進(jìn)行霍爾安裝，內(nèi)部使用貼片式霍爾，在霍爾組裝完成后進(jìn)行灌封，霍爾總成的穩(wěn)定性得到較大提升。

圖3.2 典型兩輪車點(diǎn)擊實(shí)物圖