一種霍爾傳感開關的控制方法及其裝置的製作方法

2023-09-22 03:12:05 1

專利名稱：一種霍爾傳感開關的控制方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於傳感控制技術領域，特別是涉及到一種霍爾傳感開關的控制方法及其裝置。
背景技術：
目前，隨著現代控制技術的廣泛應用，傳感開關在現代工業控制領域的需求量越來越大。現有的傳感開關主要有以下幾種:磁電式、渦流式(電感式)、電容式、光電式、霍爾式。上述傳感開關存在著傳感距離短或傳感精度低的缺點且易受周圍環境幹擾。就以同類霍爾開關為例，如專利201010517815.9所述無觸點開關，由於霍爾元件的正向閥值場強與負向閥值場強存在差值，這樣就直接導致開關的導通點與關斷點存在著距離差，使開關精度無法保證。並且其採取的機械傳 導式的控制方式不可避免的增加了機械磨損，難以持續保持控制精度。這樣無疑就阻礙了對傳感開關性能具有較高要求的各種現代控制技術的實施與實現。現有技術當中缺乏一種有效的方法來解決霍爾傳感開關的控制問題。汽車產業是現代工業的代表，與其配套的相關行業也就顯得蔚為壯觀。特別是汽車電氣類的技術集成較高。目前汽車所使用的電氣開關，大多為傳統的機械式觸點開關，通過機械傳動使觸點閉合與斷開，實現電流的斷開和閉合功能。在車用大電流的情況下，機械開關的觸點在閉合與斷開的瞬間會形成直流電弧，造成觸點的燒蝕，這樣就極大地影響開關的使用壽命。特別是機械開關的機械傳動方式，不可避免的會產生機械磨損，這樣就無法持續的保證開關的精度，一旦當汽車的固有部件產生磨損無法正常工作時就需要更換新的配件，但是所更換的新開關存在著難以與磨損了的汽車部件相匹配的問題。如何延長汽車用開關的使用壽命又不會降低開關的精度，成為長期困擾本領域的一個難點問題。綜上所述，保證開關精度、避免機械磨損是本領域亟待解決的問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是:本發明公開了一種新型霍爾傳感開關控制方法以達到精確傳感的目的。本發明還提供了應用該方法的控制裝置，解決了車用開關的觸點燒蝕以及機械磨損的問題，極大地延長了車用開關的使用壽命。—種霍爾傳感開關的控制方法，其特徵是:步驟一、霍爾元件處於初始狀態，霍爾元件通過穩壓二極體Wl與限流電阻Rl獲得初始狀態電壓Ul ；步驟二、外部磁導體通過永磁體時霍爾元件處於工作狀態，霍爾元件通過穩壓二極體W2與限流電阻Rl獲得工作狀態電壓U2，霍爾元件將檢測到的永磁體磁場強度變化信號轉變為電信號傳輸於電路板；步驟三、電路板將霍爾元件傳輸來的電信號轉換成開關信號並通過連接插座輸出。
一種霍爾傳感開關，其特徵是:主要包括永磁體、霍爾元件、電路板，所述的永磁體固定安裝於外殼的內部；所述的霍爾元件與電路板連接，且霍爾元件固定安裝於外殼的內部。所述的電路板與連接插座連接，且電路板固定安裝於外殼的內部。所述的電路板與散熱體的一端連接，且散熱體的另一端接地。所述的電路板上安裝有穩壓二極體。所述的連接插座與場效應管連接。所述的連接插座和外殼之間設置有密封圈。所述的外殼的內部安裝有固定套，且固定套為耐溫塑料。所述的外殼為銅材料。所述的散熱體為鋁材料。通過上述設計方案，本發明可以帶來如下有益效果:通過外部磁導體(如汽車的軸、齒輪等)與永磁體相對位置的變化來改變永磁體周圍磁場強度的分布，用霍爾元件檢測永磁體周圍磁場強度的變化並將之轉化為電信號的變化，再用霍爾元件自身的動作來控制對供電電源的切換，改變霍爾元件的正向閥值場強與負向閥值場強，使霍爾元件的正向閥值場強與負向閥值場強相近或相等，消除霍爾元件的「施密特特性」，來解決霍爾元件導通點與關斷點存在差值的問題，以達到 控制傳感精度和感應距離的目的。採用本控制方法，能夠大大的增加霍爾元件的傳感距離、提高傳感精度，完全避免機械開關的觸點燒蝕和機械磨損問題，極大地延長了車用開關的使用壽命，為現代控制技術的實施與實現提供更多的應用空間。
以下結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的說明:

圖1為本發明的電路原理圖。圖2為本發明的第一個實施例的縱剖面圖。圖中1-永磁體、2-霍爾元件、3-電路板、4-連接插座、5-固定套、6-散熱體、7-夕卜殼、8-密封圈。
具體實施例方式一種霍爾傳感開關的控制方法:通過外部磁導體(如汽車的軸、齒輪等)與永磁體相對位置的變化來改變永磁體周圍磁場強度的分布，用霍爾元件檢測永磁體周圍磁場強度的變化並將之轉化為電信號的變化；而經過試驗表明，霍爾元件的導通與關斷同樣存在著「施密特特性」，即存在正向閥值場強和負向閥值場強，並且霍爾元件的供電電壓越低，其感應距離越大，同時正向閥值場強與負向閥值場強的場強差也越大，這就意味著霍爾元件的導通點與關斷點並不在同一點上，而是有一個差值，這樣就會影響霍爾元件的開關精度。本發明通過切換霍爾元件供電電源的方式來解決霍爾元件的「施密特特性」進而解決霍爾元件導通點與關斷點存在差值的問題。具體實施方法如下:當霍爾元件處於初始狀態時，霍爾元件的供電電壓為U1，此時霍爾元件的正向閥值場強與負向閥值場強分別為Tl+和Tl_;當霍爾元件處於工作狀態時，霍爾元件的供電電壓為U2，此時霍爾元件的正向閥值場強與負向閥值場強分別為Τ2+和Τ2_，調整Ul與U2的參數使Τ2+ > Tl+彡Τ2_ > Tl_，這樣霍爾元件的正向閥值場強與負向閥值場強差值為Λ Τ=Τ1+-Τ2_，而當Τ1+=Τ2_時為最理想狀態，這樣霍爾元件的導通點與關斷點的精度就可控了。通過調整Ul和U2的數值控制霍爾元件的傳感精度進而控制霍爾元件的感應距離。如圖1所示:通過穩壓二極體Wl與限流電阻Rl實現Ul為霍爾元件供電，當霍爾元件檢測到磁場變化時，霍爾元件動作的同時通過穩壓二極體W2與限流電阻Rl實現U2為霍爾元件供電，這樣通過霍爾元件自身的動作來實現對切換供電電源的控制以達到控制感應距離和傳感精度的目的，最後由信號處理線路將霍爾元件發出的信號處理為邏輯電平信號通過放大輸出。如圖1所示通過外部磁導體的接近來改永磁體I的磁場強度分布，霍爾元件2將檢測點的磁場強度變化信號轉變為電信號，電路板3將霍爾元件2檢測的電信號轉換成開關信號並通過連接插座4輸出。當霍爾元件2處於初始狀態時，開關通過穩壓二極體Wl與限流電阻Rl為霍爾元件提供電壓U1，當外部磁導體靠近永磁體I時，永磁體I的磁場強度分布發生改變，穿過霍爾元件2的磁場強度發生變化，使得霍爾元件2輸出發生翻轉，此時霍爾元件處於工作狀態。霍爾元件動作的同時，開關通過穩壓二極體W2與限流電阻Rl為霍爾元件提供電壓U2。通過這種切換供電電壓的方式既可以控制開關的傳感距離又可以消除霍爾元件的「施密特特性」，避免本發明裝置的閉合點與關斷點的不一致，提高傳感精度。最後通過三極體Ql、三極體Q2、電容Cl、電容C2以及電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4的處理，同穩壓管W3 —起驅動大功率三極體Q3通過連接插座4輸出開關信號。由上述方案可知，通過外部磁導體的接近改變永磁體I的磁場強度分布來而實現驅動電路板3，進而通過連接插座4輸出開關信號，實現開關功能。本發明採用控制供電電壓的方式，改變霍爾元件2的正向閥值場強與負向閥值場強，使霍爾元件2的正向閥值場強與負向閥值場強相近或相等，實現開關精密控制，並且完全避免機械開關的觸點燒蝕和機械磨損問題，極大地延長了車用開關的使用壽命。本發明裝置提供了一種車用傳感開關。如圖2所示，主要包括:固定於開關前端的永磁體I ;與所屬永磁體I位置靠近，用於檢測永磁體的磁場強度的霍爾元件2 ;與所述霍爾元件2連接，用於接收所述霍爾元件2信號的電路板3 ;與所述電路板3連接，用於輸出所述電路板3的開關信號的連接插座4 ;與所述永磁體I和霍爾元件2相連接用於固定所述永磁體I和霍爾元件2的固定套5 ;與所述電路板3連接用於電路板3散熱和接地的散熱體6 ;用於保護和固定開關內零件的外殼7 ;在連接插座4和外殼7之間設置有用於密封連接插座4和外殼7的密封圈8。本實施例中用於輸出所述電路板3開關信號的連接插座4，可以根據不同汽車的連接要求進行更改。本實施例中固定套5為耐高溫塑料，由於塑料是不會磁化且不導電的材料，所以不會影響永磁體的磁場和檢測元件2的電路。也可採用其他的非磁導體且非電導體材料，以達到同樣的效果。本實施例中散熱體6為鋁材料，因為鋁導熱較好且成本低，也可採用其他導熱材料以達到同樣效果。本實施例中外殼7為銅材料，因為銅是不會磁化的材料，也可採用鋁合金或其他非導磁材料以達到同樣效果，外殼7可以根據不同汽車的連接要求進行更改。本發明所描述的實施例僅僅是本專利的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本專利中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下做獲得的所有其他實施例，都屬於本專利的保護範圍。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本專利。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本專利的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本專利將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬範圍。
權利要求
1.一種霍爾傳感開關的控制方法，其特徵是: 步驟一、霍爾元件(2)處於初始狀態，霍爾元件(2)通過穩壓二極體Wl與限流電阻Rl獲得初始狀態電壓Ul ； 步驟二、外部磁導體通過永磁體(I)時霍爾元件(2)處於工作狀態,霍爾元件(2)通過穩壓二極體W2與限流電阻Rl獲得工作狀態電壓U2，霍爾元件(2)將檢測到的永磁體(I)磁場強度變化信號轉變為電信號傳輸於電路板(3)； 步驟三、電路板(3)將霍爾元件(2)傳輸來的電信號轉換成開關信號並通過連接插座(4)輸出。
2.一種霍爾傳感開關，其特徵是:主要包括永磁體(I)、霍爾元件(2)、電路板(3)，所述的永磁體(I)固定安裝於外殼(7)的內部；所述的霍爾元件(2)與電路板(3)連接，且霍爾元件(2 )固定安裝於外殼(7 )的內部。所述的電路板(3 )與連接插座(4)連接，且電路板(3 )固定安裝於外殼(7)的內部。
3.根據權利要求2所述的一種霍爾傳感開關，其特徵是:所述的電路板(3)與散熱體(6)的一端連接，且散熱體(6)的另一端接地。
4.根據權利要求2所述的一種霍爾傳感開關，其特徵是:所述的電路板(3)上安裝有穩壓二極體。
5.根據權利要求2所述的一種霍爾傳感開關，其特徵是:所述的連接插座(4)與場效應管連接。
6.根據權利要求2所述的一種霍爾傳感開關，其特徵是:所述的連接插座(4)和外殼(7)之間設置有密封圈(8)。
7.根據權利要求2所述的一種霍爾傳感開關，其特徵是:所述的外殼(7)的內部安裝有固定套(5)，且固定套(5)為耐溫塑料。
8.根據權利要求2所述的一種霍爾傳感開關，其特徵是:所述的外殼(7)為銅材料。
9.根據權利要求3所述的一種霍爾傳感開關，其特徵是:所述的散熱體(6)為鋁材料。
全文摘要
一種霍爾傳感開關的控制方法及其裝置，屬於傳感控制技術領域。霍爾元件於初始狀態通過二極體W1與電阻R1獲得電壓U1；磁導體通過永磁體時霍爾元件處於工作狀態，通過二極體W2與電阻R1獲得電壓U2，霍爾元件將測到的永磁體磁場強度變化信號轉為電信號傳於電路板；電路板將霍爾元件傳來的信號轉換開關信號通過連接插座輸出。包括永磁體等，永磁體、霍爾元件、電路板安裝於外殼的內部；霍爾元件與電路板連接；電路板與連接插座連接；散熱體一端與電路板連接另一端接地；密封圈設置於連接插座和外殼之間。本發明公開了霍爾傳感開關控制方法以達到精確傳感的目的。解決了車用開關的觸點燒蝕和機械磨損問題，延長了車用開關的使用壽命。
文檔編號H03K17/90GK103152024SQ20131009221
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月21日 優先權日2013年3月21日
發明者韓立東, 胡文亮, 黃仁廣 申請人:韓立東