摩托车用霍尔效应转速传感器的设计

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1、万方数据第38卷第5期2009年10月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDMOTORCYCLEV01．38No．5Oct．2009摩托车用霍尔效应转速传感器的设计邱鹏旭高国锐(天津大学天津内燃机研究所天津300072)摘要：对摩托车用霍尔效应转速传感器进行了开发设计。介绍了传感器的设计方案，使用FEMM二维有限元软件对方案进行模拟仿真，得到了各种参数对结果的影响规律。关键词：霍尔效应转速传感器有限元法中图分类号：TK417．4文献标识码：A文章编号：1671-0630(2009

2、)05—0051—05DesignofHallEffectSpeedSensorsonEngineQiuPengxu，GaoGuoruiTianjinInternalCombustionEngineResearchInstitute，TianjinUniversity(Tianjin，300072，China)Abstract：ThispaperintroducesthedesignofHalleffectspeedsensorsthatareusedonmotorbikes．Itintro-ducesthedesigns

3、cheme，makesrelevantsimulationbasedOilFEMM，andfinallygetssomerulesaboutthein·fluenceofallparameters．Keywords：Halleffect，Speedsensor，Finiteelementmethod引言传统的摩托车转速传感器一般与曲轴位置传感器连接在一起，且使用磁电式传感器。磁电式转速传感器结构简单、成本低，但存在下述缺点：一是其输出信号的幅值随转速的变化而变化。若车速过慢，其输出信号低于lV，电控单元就无法检测；二是响应

4、频率不高。当转速过高时，传感器的频率响应跟不上；三是抗电磁波干扰能力差。采用霍尔器件制作的转速传感器，在整个车速范围内信号幅值恒定，即使速度为0，信号幅值仍保持不变。而且，还可用这些输出信号去做许多需做的其它工作，如速度表、里程表等。众所周知，摩托车发动机工作环境较为恶劣，震动大，油污多，而霍尔传感器具有无触点、长寿命、高可靠性、无火花、无自激振荡、温度性能好、抗污染能力强、构造简单、坚固、体积小、耐冲击等诸多优点，这些特点决定了摩托车上使用霍尔效应式传感器是个很好的选择。本文主要介绍了霍尔效应式传感器的设计过程。1转速传

5、感器组件1．1磁路的确定通常开关型霍尔传感器有两种触发方式，滑动式和中断式。滑动方式下磁铁在传感器正面滑动，典型的滑动方式如直流无刷电机，永磁转子在传感器的正面转动，传感器接通或断开。中断方式中，磁铁和传感器分别刚性的固定在相距固定气隙的组件上，当磁铁和传感器之间的空间未被隔开时，传感器接通。当叶片经过气隙前面时，磁场偏离，霍尔元件断开。本文的方案选择背磁式，它由永磁铁、霍尔开关集成电路和一高导磁率的齿轮组成，如图1所示。方案中使用的磁铁为圆环磁铁，轴向充磁，圆环磁铁的重要特点是在其轴线靠近端部的地方有一点的磁感应强度值为

6、零，此点称为零高斯点。齿轮的动作会改变磁力线的分布，当齿轮靠近磁铁时，芯片处的磁感应强度达到8。。时，霍尔开关芯片被导通，输出低电平，当齿轮远离磁铁时，芯片处的磁感应强度低于B。。时，输出高电平。当齿轮旋转时，随着齿靠近和作者简介：邱鹏旭(1981一)，男，助理工程师，主要从事摩托车排放检测及相关电子技术的研究。万方数据52小型内燃机与摩托车第38卷离开磁铁端面，零高斯点会沿轴线上下移动，从而可以找出一个范围，此范围内所有点的日值符合吸合点和释放点即B。。和曰。。的值。图1转速传感器的方案图1．2芯片的选择选择的芯片为上海

7、Micronas公司提供的HalS04。图2为它的内部电路框图。表1是HalS04在不同温度下工作点的磁感应强度。图2HalS04的内部电路框图表1不同温度下Hal504工作点的磁感应强度T参数温吸合点磁感，立强度／mT释放点磁感应强度／mT度PC最小值最大值最小值最大值一4010．3135．39．6259．512591408．710．64．48．61708．510．24．28．5研制霍尔转速传感器组件时，对于给定的霍尔开关集成电路，其触发点和释放点的磁感应强度日。。与日。。己确定。则应当通过合理的设计，恰当的选择永磁体的

8、材料，确定永磁体和齿轮的尺寸和位置，使得齿轮运动到确定的位置时，芯片能够“开”和“关”。1．3永磁材料的选择常用的永磁材料主要有以下几类：钕铁硼(Nd．FeB)、钐钴(SmCo)、铝镍钴(AlNiCo)和铁素体(Fer-rite)。表2是这四种材料的比较。永磁材料的主要性能要求是：高的磁能积(HB．ma