一種結構穩定的霍爾式角度傳感器的製作方法

2023-06-23 23:30:01 2

專利名稱：一種結構穩定的霍爾式角度傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種霍爾式角度傳感器，具體地說是一種結構穩定的霍爾式角度傳感器。
背景技術：
霍爾式角度傳感器廣泛應用於汽車製造、工業機械手彎度控制、航天航海裝備製造等行業中，用以感應油門踏板、剎車踏板、離合器踏板等的角度變化。霍爾式角度傳感器對轉動角度感應的可靠程度和穩定程度，主要由受測轉體轉角Θ與霍爾式角度傳感器輸出電壓U的特性曲線線性度，以下簡稱輸出線性度來評定。如圖1所示，現有技術中的霍爾式角度傳感器包括磁鐵、霍爾元件、A/D轉換電路和用於修正傳感器輸出信號線性度的DSP放大及補償電路；其中，磁鐵固定安裝在受測轉軸的端部以使它們同步轉動，霍爾元件安裝在磁鐵的正下方位置，並且磁鐵轉動時與霍爾元件始終保持無接觸狀態，當受測轉軸與磁鐵同步轉過一個角度Θ時，霍爾元件感應磁鐵磁場的轉動變化輸出相應的電信號，該電信號經過A/D轉換電路和DSP放大及補償電路作溫度漂移補償等處理後，輸出一個反映受測轉軸轉角Θ的線性度較高的模擬電壓信號U。上述霍爾式角度傳感器存在以下缺點:第一，由於磁鐵與霍爾元件分離，需要在安裝霍爾元件時與磁鐵進行位置配對，確保磁鐵施加在霍爾元件上的磁場強度適度，以使霍爾元件正常工作，因此，現有的霍爾式角度傳感器安裝難度大；第二，由於受測轉軸易因複雜的工況而產生軸向移動，固定在受測轉軸上的磁鐵的位置也相應變化，而霍爾元件與磁鐵之間的間隔一般比較小，受測轉軸較輕微的移動即能導致磁鐵施加在霍爾元件上的磁場強度產生較大的變化，使得磁鐵反覆旋轉時，施加在霍爾元件上的磁場強度的分布重複性不一致，使得每次轉動時霍爾式角度傳感器的特性曲線不一致，使霍爾式角度傳感器的可靠性降低，更甚者，當磁鐵施加於霍爾元件上的磁場強度過強或過弱，而超出DSP放大及補償電路的上下限值時，使得DSP放大及補償電路進入飽和或截止狀態，令霍爾式角度傳感器停止工作，因此，現有的霍爾式角度傳感器的輸出線性度較差，穩定性和可靠性低。

發明內容
本發明的目的是提供一種輸出信號線性度高、工作穩定可靠、結構穩定的霍爾式角度傳感器。本發明的目的是通過以下的技術措施來實現的:一種結構穩定的霍爾式角度傳感器，包括磁體和設置有霍爾元件的PCB板，其特徵在於所述的角度傳感器還包括在上端面中央設有凸臺的轉軸；所述凸臺開有與所述轉軸軸線重合的盲孔，所述磁體固定在所述盲孔底部，所述凸臺可轉動式牴觸在PCB板上，所述霍爾元件容置在盲孔內並與磁體之間留有間隙。在轉軸向PCB板方向發生軸向移動時，牴觸在PCB板上的凸臺阻止轉軸進一步移動，只需合理設計盲孔的深度，即能確保在此種情況下磁體施加於霍爾元件上的磁場強度不超過傳感器的設計上限值，防止霍爾元件進入飽和狀態，磁場強度穩定性得以獲得保障，提高了傳感器的輸出線性度。作為本發明的一種改進，所述的角度傳感器還包括保護蓋；所述保護蓋包覆在所述磁體上。作為本發明的一種改進，所述保護蓋的頂面設有用於確保磁體與霍爾元件最小有效工作距離的凸起。在角度傳感器經過長期使用後，轉軸上的凸臺出現轉動磨損，磁鐵逐漸靠近霍爾元件，保護蓋上的凸起牴觸在霍爾元件上，磁鐵與霍爾元件保持最小的有效工作距離，以確保磁體施加於霍爾元件上的磁場強度不超過傳感器的設計上限值，使得角度傳感器的使用壽命得以獲得延長。為了分擔轉軸凸臺的受力，減小轉軸轉動時對凸臺的磨損，延長傳感器的使用壽命，作為本發明的一種改進，所述轉軸與PCB板之間設有墊圈。為了使傳感器的結構更緊湊，作為本發明的優選實施方式，所述盲孔為具有一級臺階的階梯孔，該階梯孔由兩個同心異徑孔組成，所述磁體為圓柱形磁鐵，該圓柱形磁鐵嵌裝在所述階梯孔的下孔中。為了使磁體能嵌裝到盲孔底部，避免磁體為盲孔中被壓縮的空氣所排擠而使磁體安裝產生定位工差，作為本發明的一種改進，所述盲孔的下孔底部設有用於容納空氣的開槽。作為本發明的一種實施方式，所述凸臺開有環繞所述盲孔之下孔的安裝槽，所述保護蓋嵌裝在該安裝槽中。為了輔助轉軸轉動後更可靠的復位，並且保持角度傳感器結構緊湊，作為本發明的一種改進，所述的角度傳感器還包括復位彈簧；所述凸臺開有環形槽，所述復位彈簧安裝在該環形槽中。為了進一步提高傳感器的性能，作為本發明的改進，所述的角度傳感器還包括開有通孔的外殼；所述的PCB板、墊圈和轉軸適配安裝在外殼內，所述PCB板和墊圈固定安裝在外殼中，所述轉軸轉動安裝在外殼中，所述轉軸的側壁上設有凸環並且該凸環牴觸在外殼的下壁面，所述轉軸的下端部從所述通孔穿出。在轉軸向遠離PCB板方向發生軸向移動時，牴觸在外殼上的凸環阻止轉軸進一步移動，確保在此種情況下磁體施加於霍爾元件上的磁場強度不低於傳感器的設計下限值，防止霍爾元件進入截止狀態，磁場強度穩定性得以獲得保障，進一步提高了傳感器的輸出線性度。作為本發明的一種實施方式，所述轉軸的下端面開有用於聯接待測試機構的安裝孔。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果本發明的霍爾式角度傳感器能在受測轉軸發生軸向移動時，由於牴觸在PCB板上的凸臺、牴觸在霍爾元件上的保護蓋凸起阻止轉軸向PCB板方向移動，牴觸在外殼上的凸環阻止轉軸向遠離PCB板方向移動，使磁體與霍爾元件能保持有效的工作距離，確保磁體施加在霍爾元件上的磁場強度穩定，使得傳感器的輸出線性度高，因此，本發明具有結構穩定緊湊、對工作環境的抗幹擾性強、工作穩定性和可靠性高、轉角測量精確的特點。


下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明圖1為霍爾式角度傳感器的原理框圖；圖2為本發明霍爾式角度傳感器的半剖結構示意圖。
具體實施例方式如圖2所示，本發明的霍爾式角度傳感器包括PCB板1、霍爾元件2、磁體3、墊圈
4、轉軸5、保護蓋7、復位彈簧8和外殼6。其中，PCB板I為霍爾元件2的接線線路板，其引出端子與A/D轉換電路和DSP放大及補償電路電連接，霍爾元件2貼裝在PCB板I上，墊圈
4、轉軸5、外殼6和保護蓋7均採用無滯磁材料注塑成型。本發明的外殼6開有通孔6a,PCB板1、墊圈4和轉軸5適配安裝在外殼6內，PCB板I與外殼6相固定；轉軸5的側壁上設有凸環5h並且該凸環5h牴觸在外殼6的下壁面，轉軸5的上端面5d中央設有凸臺5a，該凸臺5a開有與轉軸5軸線重合的盲孔5b，盲孔5b為具有一級臺階的階梯孔，該階梯孔由兩個同心異徑孔組成，並且盲孔5b的下孔底部設有用於容納空氣的開槽5e，磁體3為圓柱形磁鐵，該圓柱形磁鐵嵌裝在階梯孔的下孔中，凸臺5a可轉動式牴觸在PCB板I上，PCB板I與凸臺5a的牴觸部分應注意避免布線，霍爾元件2容置在盲孔5b內並與磁體3之間留有間隙5c，轉軸5與外殼6相鉸接，其下端部從通孔6a穿出，並且轉軸5的下端面開有用於聯接待測試機構的安裝孔5i。墊圈4設置在轉軸5與PCB板I之間。另外，本發明的凸臺5a開有環繞盲孔5b之下孔的安裝槽5f，保護蓋7的頂面設有用於確保磁體3與霍爾元件2最小有效工作距離凸起7a，保護蓋7嵌裝在該安裝槽5f中並包覆在磁體3上，在保護蓋7和磁體3之間添加少量粘合劑，以防止產品因長時間使用後磁體3發生脫落；本發明的凸臺5a開有環形槽5g，復位彈簧8安裝在該環形槽5g中。在使用本發明的霍爾式角度傳感器測量汽車上的受測轉軸的轉動角度時，霍爾式角度傳感器安裝在車體上，傳感器轉軸5的安裝孔5i直接與受測轉軸聯接，或者通過連杆機構/齒輪機構與受測轉軸聯接，使傳感器轉軸5與受測轉軸同步或者按正比的轉角轉動，在受測轉軸發生軸向移動時，本發明的傳感器仍能使磁體3與霍爾元件2保持有效的工作距離，防止出現霍爾元件2出現飽和或截止現象，確保磁體3施加在霍爾元件2上的磁場強度穩定，達到提高霍爾式角度傳感器輸出線性度和提高其工作穩定性、可靠性的目的。本發明不局限與上述具體實施方式
，根據上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本發明上述基本技術思想前提下，本發明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均落在本發明的保護範圍之中。
權利要求
1.一種結構穩定的霍爾式角度傳感器，包括磁體(3)和設置有霍爾兀件(2)的PCB板(1)，其特徵在於:所述的角度傳感器還包括在上端面(5d)中央設有凸臺(5a)的轉軸(5)；所述凸臺(5a)開有與所述轉軸(5)軸線重合的盲孔(5b)，所述磁體(3)固定在所述盲孔(5b)底部，所述凸臺(5a)可轉動式牴觸在PCB板(I)上，所述霍爾元件(2)容置在盲孔(5b)內並與所述磁體(3 )之間留有間隙(5c )。
2.根據權利要求1所述的結構穩定的霍爾式角度傳感器，其特徵在於:所述的角度傳感器還包括保護蓋(7 );所述保護蓋(7 )包覆在所述磁體(3 )上。
3.根據權利要求2所述的結構穩定的霍爾式角度傳感器，其特徵在於:所述保護蓋(7)的頂面設有用於確保磁體(3)與霍爾元件(2)最小有效工作距離的凸起(7a)。
4.根據權利要求3所述的結構穩定的霍爾式角度傳感器，其特徵在於:所述轉軸(5)與PCB板(I)之間設有墊圈(4)。
5.根據權利要求4所述的結構穩定的霍爾式角度傳感器，其特徵在於:所述盲孔(5b)為具有一級臺階的階梯孔，該階梯孔由兩個同心異徑孔組成，所述磁體(3)為圓柱形磁鐵，該圓柱形磁鐵嵌裝在所述階梯孔的下孔中。
6.根據權利要求5所述的結構穩定的霍爾式角度傳感器，其特徵在於:所述盲孔(5b)的下孔底部設有用於容納空氣的開槽(5e )。
7.根據權利要求6所述的結構穩定的霍爾式角度傳感器，其特徵在於:所述凸臺(5a)開有環繞所述盲孔(5b)之下孔的安裝槽(5f )，所述保護蓋(7)嵌裝在該安裝槽(5f )中。
8.根據權利要求7所述的結構穩定的霍爾式角度傳感器，其特徵在於:所述的角度傳感器還包括復位彈簧(8);所述凸臺(5a)開有環形槽(5g)，所述復位彈簧(8)安裝在該環形槽(5g)中。
9.根據權利要求1至8任一項所述的結構穩定的霍爾式角度傳感器，其特徵在於:所述的角度傳感器還包括開有通孔(6a)的外殼(6);所述的PCB板(I)、墊圈(4)和轉軸(5)適配安裝在外殼(6)內，所述PCB板(I)和墊圈(4)固定安裝在外殼(6)中，所述轉軸(5)轉動安裝在外殼(6)中,所述 轉軸(5)的側壁上設有凸環(5h)並且該凸環(5h)牴觸在外殼(6)的下壁面，所述轉軸(5)的下端部從所述通孔(6a)穿出。
10.根據權利要求9所述的結構穩定的霍爾式角度傳感器，其特徵在於:所述轉軸(5)的下端面開有用於聯接待測試機構的安裝孔(5i )。
全文摘要
本發明公開了一種結構穩定的霍爾式角度傳感器，包括磁體和設置有霍爾元件的PCB板，其特徵在於所述的角度傳感器還包括在上端面中央設有凸臺的轉軸；所述凸臺開有與所述轉軸軸線重合的盲孔，所述磁體固定在所述盲孔底部，所述凸臺可轉動式牴觸在PCB板上，所述霍爾元件容置在盲孔內並與盲孔側壁之間留有間隙。本發明能在受測轉軸發生軸向移動時，使磁體與霍爾元件保持有效的工作距離，確保磁體施加在霍爾元件上的磁場強度穩定，使得傳感器的輸出線性度高，因此，本發明具有結構穩定緊湊、對工作環境的抗幹擾性強、工作穩定性和可靠性高、轉角測量精確的特點。
文檔編號G01D11/24GK103075957SQ20131000842
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月9日 優先權日2013年1月9日
發明者伍斯龍 申請人:伍國偉, 伍斯龍