无刷直流电动机转速控制用磁变阻传感器
夏 云 (重庆微电机厂 630043)
1引言
随着高精度、高稳定的电机转速控制系统的发展，作为系统速度反馈元件的检测元件也在不断更新。在电机转速控制系统中，转速反馈的脉冲数愈多，系统f/v变换器的分辨率也愈高，电机转速的控制精度也越高。目前，检测电机转速的检测元件有三种，一种是常用的频率发生器(fg)，但由于制造其矩形波绕组，间距太小，受到限制，它提供的正比于电机转速的反馈信号频率也会有一定限制。另一种是光电编码器，它检测的输出量是数字量，并能提供较多的脉冲数，因而分辨率高，但由于结构复杂，光码盘制造精度高，且对使用环境条件的要求及长期运行时的维护，都使它的应用受到了限制。第三种是磁变阻传感器，简称mr传感器。mr传感器采用了磁变阻元件，简称mr元件，这种元件的电阻值随磁场的变化而变化，故称磁变阻mr元件。它的****特点是结构简单，制造方便，适于小型轻量化，不受环境条件的影响，耐振耐冲击，工作可靠，无需维修，寿命长，价格低廉。mr传感器的输出波形与磁场波形相同．且其频率为磁场波形的2倍，即频率倍增，同时，其结构与电机易于结合，有利于简化电机结构，减小电机昀体积。本文介绍mr传感器的特点、结构及其基本工作原理。
2 mr传感器的结构和基本原理
图1表示mr传感器由磁转子和mr元件两个主要部分组成。
磁转子是由永磁材料制成的扁平圆环体。在圆环体的外表面有ns多对极，极对数一般在120对以上。
永磁圆环体多采用塑磁注射成形，并成形在电工钢板制成的转子架上，成形方便，造价低廉。
2.2 mr元件
根据使用材质的不同分为两种形式．一种是由锑化铟(lnsb)或砷化镓(gaas)等半导体材料制成．称为半导体mr元件。另一种是由镍铁(nife)或镍钴(nico)系等强磁性材料制成，称为强磁性mr元件。前者磁敏度低，后者磁敏度高，其中尤以nife系强磁性mr元件的磁敏度****，可在场强4ka/m以下场合使用，应用****泛。
2.3基本原理
图2为mr元件的磁场与磁化示意图。mr元件的磁分子电流在外磁场h下磁化方向当mr元件中流过电流i与磁化的方向夹角为咿，则mr元件的电阻值由下式表示：
很明显，当饱和磁化方向与电流方向平行时，θ=0度，电阻****。当饱和磁化方向与电流方向垂直时，θ=90度，电阻最小。
有
由式(3)作曲线，得图3，即mr元件中电阻变化率随磁场变化的关系曲线。该曲线是近似一条倒过未的正态分布曲线。无论磁场增加或减少，其电阻变化率随磁场变化是一致的。图3所示是nife系mr元件的电阻变化率随磁场变化的曲线，其变化率****为百分之3。
2.4输出特性
图4所示为mr元件在频率为ω∞、的正弦波磁场作用下而得到的输出特性。由图可知，其输出也为正弦波信号，且其频率倍增，即2ω。
由于电阻变化率随磁场变化曲线并马}线性，因此即使在正弦波输入磁场作用下，其输出实际上并非正弦波，而含有高次谐波。
2.5 mr元件的等值电路
通常mr元件由两个mr元素反接串联组成三端子线路（参见图5a、b）。这种结构称为单组三端子接线。这时有：
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