一种新型霍尔角度传感器的设计与分析.pdf

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1、2012矩仪表技术与传感器2012第8期InstrumentTechniqueandSensorNo.8一种新型霍尔角度传感器的设计与分析季汉川,杨文焕(上海理工大学光电信息工程学院,上海200093)摘要:节气门用角度传感器研究逐渐趋于小型化、智能化以及非接触测量。运用图解法对一种基于霍尔的新型角度传感器结构进行了磁路分析,得到磁体的工作点。运用Maxwell工程电磁场软件对该结构进行了有限元磁场分析,并且作了验证比较。最后通过试验,检验了传感器输入角度与输出电压的线性关系。结果表明:这种结构能较好反映角度变化,适于进一步的应用研究。关键词:角

2、度传感器;霍尔元件;有限元仿真;粘结永磁中图分类号:TP212文献标识码:A文章编号:1002—1841(2012)08—0007—02DesignandAnalysisofHall—efectAngularPositionSensor’SStructureJIHan—chuan.YANGWen.huan(UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)Abstract:Today,throttleangularpositionsensorsaretendtobem

3、iniaturized,intellectualizedandnon-contact.Thispaperusedgraphicmethodtoanalyzethesensor’Smagneticcircuit,foundouttheworkingpointofthepermanentmagnet.ItusedtheFEMtosimulatethestructure’Smagneticfield.Afterexperiments,thelinearrelationshipbetweentheoutputandtheanglealsoin-clude

4、theadvantageforthefurtherresearchhavebeenproved.Keywords:angularpositionsensor;hall—effectelement;FEMsimulate;bondedpermanentmagnet0引言2磁路计算汽车节气门角度传感器,已经从原有的电位计式发展到应气隙磁密随转子旋转角0线性变化或者正弦变化的原理用霍尔线性元件测量磁体位置。非接触式测量比电位计式可在一些论文中提到过J。文中对最近应用越来越广的粘结钕靠性高,精确度高,耐久性好,比光电式测量成本低,也更能适铁硼在此结构中应

5、用时的工作点用图解法进行确定分析。具应车体恶劣的工作环境,所以得到大量的推广与应用。现有的体过程如下:基于霍尔元件的角度传感器,输出的都是正弦信号,需要通过以外转子式为例,0=0时,气隙中磁感应强度最大,并需要信号调理电路及分析电路的线性化才能达到测量目的,如以此调整结构参数使其满足霍尔传感器量程要求。此时此路MLX90316。文中分析了一种测量结构,不但实现了非接触式可以分为左右2个对称磁路,计算其中一路即可。测量,也使输出电压信号能够在一定的角度范围内线性地反映对于非测量部分弧形气隙,可以作如下推导J:磁钢(转子)的旋转位置,无需复杂的信号调

6、理电路。此类新型A旬=8l咖6l咖m0hret传感器有较好的发展前景。f~4ttrrr44'81drln詈1传感器结构传感器结构如图1所示。式中:以.为非测量部分气隙。的磁导;咖为通过8。的磁通量;.为磁动势;为离圆心r处的磁场强度;h为结构的厚度;r3为磁钢外半径;r4为定子内径;m。为真空磁导率;为磁钢和转子之间气隙弧度值(对应结构应为180。)。:(2)式中:A。为磁体本身磁导;A磁体截面积;r为永磁体内径;m,为永磁体相对磁导率(对于粘结汝铁硼一般为1.15)。图1传感器结构示意图(内转子式)A恕=moA82该传感器由转子、2片径向充磁的

7、粘结钕铁硼磁钢、外部导(3)磁定子等构成,用线性霍尔测量定子气隙上的磁密。这种结构式中:A为测量气隙的磁导;A测量气隙的截面积;6:为测量随着转子旋转角度线性变化,测量气隙磁密也是线性变化。用气隙长度;为饱和系数,K=1.25;,为气隙系数,,=I。线性霍尔元件测量,得到的电压值也是线性。。忽略未饱和的导磁材料磁阻,等效成磁阻串联,可以得到负载曲线=_厂(F),即:基金项目:上海市研究生创新基金项目(JWCXSL1102)收稿日期:2011一o9—14收修改稿日期:2012—03—298InstrumentTechniqueandSensorAu

8、g.2012意味着每旋转0.6。就会记录一次计算结果。咖=F■kFm(4)最后得到的数据导出到Excel数据表格,对数据加以处理,A6以

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