ROHM丨为什么可以通过感应电压知道转子的位置?

发布时间:2026-09-02 11:01
作者:AMEYA360
来源:ROHM
阅读量:148

  本文探讨的问题是“为什么可以通过感应电压知道转子的位置?”具体而言,就是为什么通过观察无刷电机绕组中产生的感应电压,可以估测出转子的位置?感应电压和转子位置之间的关系是驱动无刷电机时涉及到的重要知识,下面将就此进行说明。

  ●问题的内容

  本次的问题源于类似下面的经历。

  这是我们在为无刷电机选择电机驱动器时遇到的困惑:有些电机驱动器的规格书上写有“无传感器控制”,也就是说不需要用传感器来确定转子的位置。我们一直以为驱动无刷电机需要转子位置传感器,但这类电机驱动器检测的是感应电压,而不是位置传感器的信息。

  感应电压是指手动旋转无刷电机的曲轴时,绕组端子上产生的电压。但为什么仅通过检测(?)该感应电压就能知道转子的位置呢?

ROHM丨为什么可以通过感应电压知道转子的位置?

  实际上,有些无刷电机的电机驱动器配备了无传感器控制功能,无需使用霍尔元件等位置传感器即可使电机旋转。这种无传感器控制有多种方式,其中如本次问题所示,通过感应电压的波形,特别是检测出过零点来估测转子位置的方式被广泛使用。

  那么,感应电压与转子位置之间有什么关系呢?这里我们将从感应电压的产生原理入手,解释两者之间的关系。

ROHM丨为什么可以通过感应电压知道转子的位置?

  无刷电机的感应电压

  首先,感应电压是由于电磁感应现象而在线圈(绕组)两端产生的电势差。这里的电磁感应是指当通过线圈中的磁通量发生变化时,会在线圈中产生排斥这种变化(保持原磁通量)的磁场方向上,产生电压的现象。例如,如下图(中)所示,当磁体(N极)靠近线圈时,线圈内向右的磁通量会增加。于是,线圈试图产生一个向左的磁场来抑制这种增加。产生左向磁场的电流方向遵循右手定则(如图所示),并在线圈两端产生与该方向对应极性的电压。相反,当磁体远离线圈时,磁通量减少,所以会产生增加磁通量的电流和电压(下图中的右图)。

ROHM丨为什么可以通过感应电压知道转子的位置?

  该线圈两端产生的电压大小与磁通量变化的大小成正比。感应电压(Vbemf)可以用磁通量的微分来表示(如下式)。公式中线圈匝数n表示感应电压的大小与匝数成正比。如果N极为正极,且电压的参照物为图中线圈的左侧端子,则公式中的磁通量Φ为负值。

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  如果将这种感应电压的产生现象转化为电机的工作,就会如下图所示。下图是由永磁体组成的转子在定子内部旋转时,穿过定子的磁通量变化示意图。

  图中标出了来自永磁体N极的磁通量进入S极的路径。在下图中“1”的转子位置处,线圈A的齿槽(见下图中缠有导线的磁性体部分)与S极相对,磁通沿S极方向穿过。当转子从那里继续左转时(图中的“2”),齿槽A的前端部分开始与N极相对,与S极相对的面积减少,所以穿过线圈的磁通量减少。随着转子进一步旋转,如图中的“3”所示,穿过线圈的磁通量变为零(尽管图中未显示,但随着转子进一步旋转,从N极出来的磁通量会不断增加)。

ROHM丨为什么可以通过感应电压知道转子的位置?

  可见,对于电机来说,与其说是永磁体靠近或远离,不如说是与线圈(齿槽)相对的磁体的磁极和磁通密度随着转子旋转而不断变化,从而产生感应电压。

  以上即为无刷电机感应电压产生原理的说明。

  转子位置和感应电压波形

  根据上述感应电压的产生原理,我们来探讨转子位置与感应电压波形之间的关系。首先,让我们解释一下什么是转子位置。

  我们说要知道转子的位置,表示位置需要一个参照物。例如地球上的经度或纬度位置是以北极点或天文台为参照物,或者距离100米是以说这句话的人或写有这句话的标志为参照物。那么,转子位置的参照物是什么呢?要理解这一点,我们需要知道为什么要知道转子的位置。

  在驱动无刷电机时,之所以要知道转子的位置,简单来说是为了利用该信息来决定在何处产生绕组磁场。无刷电机利用转子的永磁体和绕组磁场之间的引力/斥力来旋转,为了获得这种力,必须知道应该在永磁体的哪个位置产生绕组磁场。因此,转子位置的参照物是绕组。具体来说,转子位置表示的是转子的永磁体与定子绕组之间的相对位置(角度)。

  例如,如下图所示,通过将转子的位置理解为“N极相对于U相绕组呈〇〇度的位置”,可以决定在哪个位置产生绕组磁场使转子朝所需方向转动。

  (这里的N极指的是N极部分的中心位置。转子位置的表示方式有两种:一种是以磁极的中心位置为参照物,另一种是以磁极切换点(磁极之间)为参照物。后一种情况下,表达为“从S极变为N极的位置相对于U相绕组呈〇〇度”。另外,“相对于U相绕组”是指缠有U相绕组的齿槽的中心位置。)

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  既然我们已经知道转子位置的参照物是绕组,接下来就要考虑转子位置和感应电压波形之间的关系。

  首先在考虑感应电压波形之前要先确定磁通量(Φ),因此我们假设转子的励磁波形(永磁体的磁通分布)是下图所示的波形。这种波形通常被称为正弦波励磁波形,励磁后的磁通密度呈正弦波分布。

ROHM丨为什么可以通过感应电压知道转子的位置?

  下图为当转子相对于绕组旋转一周时,穿过绕组(齿槽)的磁通量变化情况,以及感应电压的变化情况(再次强调,转子位置的参照物是绕组(这里是与定子的位置关系))。为了更直观地看到穿过齿槽的磁通量,图中还给出了转子处于位置1到5时穿过齿槽的磁通量。

ROHM丨为什么可以通过感应电压知道转子的位置?

  当转子处于位置“1”时,齿槽同时面向磁体的N极和S极,因此几乎没有磁通量穿过齿槽,齿槽的磁通量为零。当转子左转到位置“2”时,面向齿槽的磁体N极面积逐渐增大。由于磁体的励磁波形是正弦波,此时齿槽中的磁通量呈正弦波增长,并在位置“2”达到最大,到位置“3”时又变为零。接着,转子继续左转到位置“4”,磁通量(朝向S极)达到最大,到位置“5”时又变为零(回到位置“1”)。

  通过转子的这种运动,产生了如图所示的感应电压(感应电压是齿槽中的磁通量变化量(微分)的负值)。

  从以上说明可以看出,转子的位置、齿槽中的磁通量、转子旋转时磁通量的变化以及由此产生的感应电压之间的关系是固定不变的。这就是为什么可以通过感应电压知道转子位置(相对于绕组的位置)的原因。

  基于这种关系,例如,如果检测到感应电压在由负变正的过零点,就可以知道此时转子相对于绕组(齿槽)的位置是处于位置“2”。同样,在由正转负的过零点时,处于位置“4”。通过这种方式确定转子位置后,可以决定在哪个方向产生绕组磁场。

  理论上,也可以推测出其他转子位置。但是,需要克服一些问题,例如感应电压的大小会随着电机转速而变化、永磁体的磁通分布变化会导致感应电压波形变化、以及检测感应电压大小的方法等。另外,使用比较器电路可以比较容易地检测到过零点。

  作为转子位置的参考,下图展示了三相星形连接时U相、V相、W相的感应电压及在过零点时的转子位置(转子左转时)。

ROHM丨为什么可以通过感应电压知道转子的位置?

  以上就是对本次疑问“为什么可以通过感应电压知道转子的位置?”的解答。

  本文的关键要点

  ・无刷电机的感应电压是由穿过绕组(齿槽)的磁通量的变化产生的。

  ・转子位置的参照物是绕组(齿槽)。

  ・穿过绕组(齿槽)的磁通量由转子的位置决定。

  ・通过观察感应电压波形,可以知道转子相对于绕组的位置。

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2026-08-25 14:59 阅读量:242
ROHM丨高可靠性电流检测电路设计的关键要点
  准确的电流检测对于实现控制、确保保护功能以及提高电源效率至关重要。这是电动汽车(EV)、能源系统、工业设备等各种应用领域共同面临的课题。ROHM解决方案具备高可靠性电流检测所需的高精度、高稳定性及强抗噪性。  电力、安全、控制始于电流检测  在对能源效率、安全性和高可靠性控制的需求日益高涨的背景下,电流检测在现代电子设备中的重要性正快速提高。从电动汽车、电池管理系统、可再生能源到工业自动化领域,准确的电流检测在电力管理、故障检测和系统保护中均发挥着核心作用。随着工作电压和电流的上升,热应力、电气噪声以及材料老化等问题也随之凸显,这使得高精度和长期可靠性成为设计中的重要目标。  本文将阐述构建高精度电流检测电路的关键要点。其中将介绍典型的电流检测方式,探讨电阻和放大器选型对精度的影响以及抗噪性能对稳定性的重要作用。最后介绍如何将这些设计原则运用在实际应用产品中的实用组件解决方案。  电流检测方式的种类  检测电流的方法有多种,但在电路设计中主要有电阻式和磁式两种。  在电阻式电流检测中,电流流经分流电阻会产生与电流成正比的微小电压。将该电压用运算放大器或专用电流检测放大器(CSA)进行放大并测量。该方法成本效益高,设计灵活性优异,在中等级电流范围内能获得良好的精度。然而,由于分流电阻会产生热耗,在大电流应用场景中其热管理是需要解决的课题。  图1:分流电阻可产生与电流成正比的电压降,并将该电压放大后反馈至微控制器,从而被用来实现控制和保护功能。  另一方面,在磁式检测中,可使用霍尔元件或xMR传感器来检测电流产生的磁场。这种方式无功率损耗,可实现非接触式测量,但易受外部磁噪声干扰,且电路规模较大。  图2:带磁芯的传感器是利用磁芯检测导体周围的磁场,而无芯型则采用内置传感器通过电路板布线直接测量电流。  在此之外,还有电流传感器IC等一体化传感器。这些都采用了将检测元件和信号处理电路一体化封装的方式,具有体积小巧、便于安装的特点,但主要被用于空间受限或特殊应用场景。  仅仅1个电阻即可直接影响电路的可靠性  在电阻式电流检测中,分流电阻是精度的基准。其细微的误差也可能直接影响系统整体的性能,如果选型不当可能导致误检或漏检问题。  选型时需考虑的因素:  材料:金属板型电阻器相较于厚膜型,具有更优异的热循环耐受能力及更低的温度系数,因而能在严苛环境下展现出出色的可靠性。  安装和尺寸:小型封装对机械应力较为敏感,其电阻长度在吸收热膨胀和减轻焊点疲劳方面发挥着重要作用。  长期劣化:在车载和工业应用中,对电阻器的耐硫化性能、端子坚固性以及机械耐久性有着严格要求,这些特性对长期保持精度至关重要。  “若将分流电阻视为‘只不过是一般的无源元件而已’,则可能使优秀的设计毁于一旦。”  放大器的选型直接影响设计成果  分流电阻可决定检测精度,而放大器则可决定电压处理的精确度与解析能力。运算放大器(Op Amp)的灵活性很高,支持设定增益、外接滤波器及添加保护电路。适用于需要微调的场景或运行条件多变的环境。  “噪声干扰不仅会使信号失真,还会扰乱判断本身。”  而电流检测放大器(CSA)则内置了匹配的增益电阻,波动很小,可显著提升测量的一致性。另外,具有高输入阻抗,即使外接滤波器,对增益精度的影响也很小。尤其适用于需要精确放大微小分流电压的低电流检测应用。  抗扰性:支撑系统稳定性的隐形要素  在逆变器、转换器以及车载ECU等频繁进行开关的环境中,外部噪声干扰可能导致信号失真,进而引发错误的过电流检测。这种误检不仅会导致运行中断和效率下降,严重时甚至可能损害系统的安全性。  要实现高度可靠的控制与保护,必须确保信号的纯净和稳定。要提高抗扰度,需要选用具有出色EMI耐受性的元器件,并实现可在不影响精度的前提下进行滤波的电路设计。通过重视抗扰度,可简化后续处理,同时确保微控制器输入的稳定性及故障安全(Fail-safe)功能的可靠运行。  ROHM高可靠性、高稳健性的电流检测电路解决方案  ROHM为电流检测领域的设计课题提供各种元器件解决方案。针对电阻、放大器及抗扰度(抗噪性)等各项要素,均拥有丰富的产品群,可提供出色的解决方案。  PSR系列 分流电阻  ROHM’s PSR Series是针对传统电阻器存在的可靠性问题而研发的产品。采用金属板结构,以出色的热循环耐受能力和优异的抗硫化性能而著称。  图3:ROHM PSR系列金属板分流电阻同时实现了高精度和高耐用性,具有出色的热稳定性、抗硫化特性,并通过了车载及工业应用领域的AEC-Q200认证。  因此,即使在振动、尾气和高温等严苛环境的车载应用中,也可长期使用。凭借其稳定的特性,可在产品整个生命周期内保持电流检测“基石”部分的精度。  EMARMOUR™ 运算放大器  EMARMOUR™ series是ROHM推出的具有超高抗干扰性能的专用运算放大器产品系列。该系列产品融入了ROHM自有的布局设计、工艺技术和电路技术优势,在很宽的频段范围实现了出色的抗扰能力。  无需外置滤波器即可保持信号精度,而且符合ISO 11452-2和IEC 62132-4等国际EMI标准。即使直接施加高频噪声(RF),输出波动也非常小,可大大减少外围元器件数量。  增益和滤波器的设置均可灵活应对,即使在车载设备、工业设备等对噪声敏感的应用场景中,也能确保稳定运行。  图4:在该比较图中,传统运算放大器容易因噪声干扰而误动作,ROHM的EMARMOUR™运算放大器可保持稳定且高精度的信号放大功能。  ROHM的电流检测放大器(CSA)  在要求小型化和高精度的应用场景中,ROHM的CSA(电流检测放大器)通过内置高精度增益电阻及采用斩波放大器结构,可简化电路设计。从而可减少外置元器件数量,更大程度地减少布局误差,即使使用输入滤波器也可保持高精度。该产品还具备宽输入电压范围和优异的线性特性,非常适用于电池管理系统、电机驱动、电源电路等对节省空间和高精度要求高的应用场景。  高精度源于精妙设计  要实现高精度的电流检测,电路设计每个环节的精准把控至关重要。检测方式、分流电阻、放大器、噪声对策——其中任何一项有缺陷,都可能导致系统整体的性能和安全性下降。  “可靠性并非源于规格参数,而是源于所有‘精妙的设计选择’的累积。”
2026-08-24 11:41 阅读量:257
ROHM丨以1005尺寸实现0.33W!ROHM开发出高抗浪涌贴片电阻器
  中国上海,2026年8月20日——全球知名半导体制造商ROHM(总部位于日本京都市)今日宣布,面向车载设备、工业设备、消费电子设备以及安装密度日益提高的AI服务器等电子设备,开发出“SDR01系列”产品,在1005公制尺寸的抗浪涌贴片电阻器中实现了0.33W业界超高额定功率。  近年来,随着电子设备的功能增加、性能提升及功率增大,无论是车载设备、工业设备还是消费电子设备,对小型且支持大功率的电子元器件的需求都日益高涨。在贴片电阻器领域,抗浪涌产品等高可靠性电阻器的小型化需求也在不断扩大。在这种背景下,电源电路和接口周边不仅要具备对浪涌和静电(ESD)的耐受能力,还要能够支持大功率。为了满足这些多样化的需求,ROHM开发出集小型、大功率、耐高温、高精度等优势于一身的高抗浪涌贴片电阻器“SDR01系列”。  新产品通过优化电阻体和电极部的设计,在确保抗浪涌贴片电阻器所需可靠性的同时,以1005尺寸实现了高额定功率保证。因此,可替代尺寸大一号的产品,提高电阻器的集成度,从而能够进一步节省空间并减少元件数量。  在额定引脚温度*1(即Tk=125℃)范围内保证额定功率达0.33W。即使在高密度安装和发热元器件周边等温度条件严苛的环境中也非常易用,可大大减轻热设计的负担。  此外,由于TCR*2实现了±100ppm/℃(10≦R≦2.2MΩ),因此通过抑制因温度变化而导致的阻值波动,可支持稳定的电路工作,并有助于电源电路和接口周边的小型化和可靠性提升。  新产品已投入量产(样品价格:6日元/个,不含税),并已开始线上销售,可由电商平台购买。  今后,ROHM将继续扩充高可靠性贴片电阻器的产品阵容,为电子设备的小型化、支持更大功率、实现更高可靠性贡献力量。  <应用示例>车载、工业及消费电子设备等领域中,内置要求实现小型化、更大功率和更高可靠性的电源电路和控制电路的电子设备  <术语解说>*1) 额定引脚温度  表示可100%施加产品额定功率时产品的最高引脚温度。额定引脚温度因产品系列和尺寸而异,在某些情况下还会随电阻值的变化而变化。  *2) TCR(Temperature Coefficient of Resistance:电阻温度系数)  表示电阻器的阻值随温度变化而变化多少的指标。数值越低,相对环境温度变化的电阻值变化越小,性能越稳定。本文所记载的TCR为阻值容差F级(±1%)产品的保证值。
2026-08-21 10:37 阅读量:261
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型号 品牌 询价
TL431ACLPR Texas Instruments
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CDZVT2R20B ROHM Semiconductor
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