初露峥嵘，无传感器马达设计降低系统成本与故障率

　　无传感器马达应用将大受欢迎。为感应无刷直流马达（BLDC）及永磁同步马达（PMSM）转子位置，马达系统须置入磁性传感器，以将转子位置资讯回授给控制器并输出相应讯号，从而驱动马达运转。这种设计方式虽然简易，但故障率高，因此为降低传感器及相关线材成本，并延长马达使用寿命，无传感器马达设计已日益受到重视。

　　新唐科技马达行销处处长李新洲表示，马达开发商为了降低制造成本和维护成本，对无传感器BLDC/PMSM方案的需求日益提升。

新唐科技马达行销处处长李新洲

 

　　李新洲表示，目前BLDC及PMSM的运作方式可分为霍尔效应传感器（Hall Effect Sensor）或无传感器（Sensor-less）方案；无传感器方案对于微控制器（MCU）规格要求较高，过去不广为所用；不过近年来，马达开发商为了降低制造和维护成本，对无传感器BLDC/PMSM方案的需求已逐渐攀升。

　　事实上，霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数，其广泛应用于工业自动化技术、检测技术等方面。在BLDC及PMSM马达中，霍尔传感器的任务则是为了感应隶属于磁性元件的转子位置，并将位置参数回报到MCU，再由MCU依据转子位置输出相对应的控制讯号，驱动马达运转。

　　李新洲指出，透过霍尔传感器感应转子位置，进而驱动马达运转，虽然系统设计较为简易，但缺点是返修率较高。他进一步解释，由于霍尔传感器紧临不断移动、旋转的转子旁，长期以往元件本身难免受损，当霍尔传感器故障时，将牵一发而动全身，马达也就无法正常运转。另一方面，某些马达的机构设计，本就不适合放置霍尔传感器，如空调系统、洗衣机或冰箱都必须将马达密闭安装于压缩机内，将限制霍尔传感器的应用。

　　相反地，无传感器方案则能省去额外的机械元件及传感器线路，不仅降低物料成本并提升可靠性，更能减低因霍尔传感器磨损而导致马达故障的机率。

　　李新洲表示，无传感器方案的塬理是透过侦测反电动势（Back-Electromotive Force， Back-EMF）电压差，来获取转子位置资讯。反电动势取决于转子角速度、转子磁体产生的磁场和定子绕组的匝数，因此无传感器设计方案的MCU，须含有数位类比转换器（ADC）、比较器等元件，如此MCU的演算法才能分析转子反电动势波形，进而输出控制讯号。

　　依照产品应用需求，马达可选择以方波、弦波控制，以及有传感器及无传感器设计，因此MCU可粗分为四种类型，分别为方波霍尔传感器方案、方波无传感器方案、弦波霍尔传感器方案、弦波无传感器方案。

　　值得注意的是，为了同时符合有传感器及无传感方案的应用需求，MCU厂商也开始推出双模方案。李新洲表示，如此一来，即使位处前锋的霍尔传感器故障，MCU也能立即启动演算法分析反电动势电压差，取得转子位置参数，让马达照常运转。