精密輪速傳感器的製作方法
2023-05-27 11:54:06 2
專利名稱：精密輪速傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量車輛速度的儀器，特別是轎車用精密輪速傳感器。
背景技術：
傳統磁阻式ABS傳感器由電磁鋼、線圈等分立元件構成。這種無源傳感器在中速範圍內 提供廉價的轉速感應技術，廣泛應用於汽車輪速的檢測。存在如下不足1、測量輪速的靈敏 度低。傳感器與齒輪的最大工作間隙只有0.3 0.5mm,其輸出信號的幅值是變化的，當車速 較慢,輸出信號幅值小於IV時，就無法檢測；同時其頻率響應也不高，當轉速達到較高速度時, 傳感器頻率響應不過來,易產生錯誤信號，並且它的抗電磁幹擾能力也較差；2、輸出信號穩定 性較差，易受外界因素幹擾；3、在汽車高速行駛時，因安裝不牢固或受機械振動，傳感器容 易與齒輪發生碰撞，安全性較差；4、這種傳感器產生的是幅值很低且變化緩慢的模擬電壓信 號，需要經過放大、整形後變成陡直的數字頻率信號，才能傳輸給數字轉速儀或數字頻率計 來測量車輪轉速，而且外圍電路比較複雜；5、無法測量非常低(接近於零)的轉速，因為這 時傳感器可能檢測不到車輪輪速信號；6、電磁感應式輪速傳感器的結構性能不夠完善，而且 工作環境又差，很容易引發間歇性故障，易導致汽車防抱死制動系統(ABS)中的琥珀色警告燈 在汽車行駛中偶爾點亮。
發明內容
本實用新型的發明目的就是針對電磁式輪速傳感器的上述不足，而提供一種結構牢固、 頻率響應高、抗幹擾能力強、且防汙染的精密輪速傳感器。
為達到上述目的，本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是傳感器包括傳感頭、 電纜線、插座及電子電路，電纜線將傳感頭、插座連接為一體，其特徵在於傳感頭頂部封 裝有霍爾晶片及永磁體，永磁體的磁鋼材料為稀土鈷永磁材料。
本實用新型所說的霍爾晶片由直線排列的三組霍爾單元構成，每組霍爾單元都由4個獨 立的、排列成空間十字形的霍爾片並聯構成，在十字形兩對平面霍爾片的中心位置處放置一 個MC (集成磁場集中器)。
使用時，傳感器傳感頭安裝在車輪輪轂軸承總成中的齒輪頂上，插座接口與汽車ABS電 控單元連接，當車輪運動時，霍爾晶片通過安裝在輪轂內的齒輪的旋轉可精確檢測到齒輪旋 轉的頻率信號，信號通過電纜線傳輸給汽車ABS電控單元，這樣汽車ABS系統就可以根據汽 車輪轂內齒輪的電信號精確檢測到車輪的轉速。本實用新型由於採用了霍爾晶片，與電磁感應式輪速傳感器相比，具有以下優點
1、 可實現轎車傳感器的多功能集成化、智能化、單元化、小型輕量化；
2、 頻率響應高。其響應頻率高達20KHz,相當於車速為1000kra/h時所檢測信號頻率；
3、 輸出信號電壓幅值不受轉速影響。即使在車輪轉速為零的情況下也能夠提供精確的轉 速信號；
4、 輸出信號穩定可靠，不受外界因素幹擾；
5、 抗電磁幹擾能力強；
6、 本實用新型輸出信號為數字頻率信號，可直接將測得的輪速信號傳輸給數字輪速儀測 量車輪轉速，簡化了ABS外圍電路；
7、 精度高，線性度好，工作溫度寬，壽命長，安裝方便，功耗小，耐震動，不怕灰塵、 油汙、水汽及鹽霧等的汙染或腐蝕；
8、 體積小、工作間隙大，可測試間隙及方向；
9、 靈敏度高，工作間隙大，即使在汽車高速行駛時也不會與齒輪發生碰撞，提高了傳感 器工作的安全性；
10、 由於傳感頭與齒輪間隙的提高，有效地解決了傳感器與輪轂軸承總成的安裝配合問 題，極大提高了傳感器的安裝效率。
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述
圖l是本實用新型結構示意圖；圖2、圖3是本實用新型磁路簡圖；圖4是本實用新型 電器結構框圖。
具體實施方式
如
圖1所示，本實用新型由傳感頭l、永磁體2、霍爾晶片3、電纜線4、插座5及電子 電路組成。永磁體2、霍爾晶片3封裝在傳感器傳感頭1頂部，晶片封裝是超薄雙列塑封， 塑封表面和晶片表面間距僅有0.2 0.3mm，且雙列引線要儘可能地寬，以允許連接線直接焊 接，技術核心是採用裸晶片安裝，該技術在各種相同尺寸的晶片封裝中可容納的引腳數量最 多，內部布線長度最短，僅右0.8 1.0mm,寄生引線電容引線電阻及引線電感均很小，從而 使信號傳輸延遲大為縮短，其優點是無內部晶片封裝延遲及大幅度提高了組件封裝密度，且 封裝中凸點和熱塑性粘合劑的彈性很好，不會因晶片與基底熱膨脹係數不同而產生應力，因 此也就不必在底部填料，省去了填料時間和填料費用。永磁體2的磁鋼材科是影響傳感器輸 出信號穩定性的重要因素，本實用新型選用高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料，此材料具有較強的磁性能，又兼有良好的韌性，磁體可進行車削、鑽孔，可用內圓切割機切成厚 度僅為0.2mm的薄片，而且還可以製作出柔性很高的軟磁體，不但有效提高了傳感器輸出信 號的穩定性，而且因其良好的韌性大大降低傳感器生產及安裝過程中的廢品率。
如圖2、圖3所示，永磁體2的磁力線穿過霍爾晶片3,通向齒輪，這時齒輪作用相當於一 個集磁器,當齒輪處於圖2狀態時,磁力線分散，穿過霍爾元件的磁場相對較弱；當齒輪處於圖 3狀態時,磁力線密集,穿過霍爾元件的磁場較強,這樣就引起霍爾電壓變化。霍爾輪速傳感器 核心為霍爾晶片，霍爾晶片通過齒輪的運動輸出毫伏級的準正弦波電壓,用汽車ABS系統外圍 電路的UGN3019開關型集成霍爾元件，可實現將準正弦波電壓轉換為標準脈衝電壓，信號通過 電纜線4傳輸給汽車ABS電控單元，汽車ABS系統就可以根據汽車輪轂內齒輪的電信號精確 檢測到車輪的轉速。
如圖4所示，霍爾晶片3由直線排列的三組霍爾單元構成，每組霍爾單元都由4個獨立 的、排列成空間十字形的霍爾片並聯構成，並有相應的電路來減小霍爾器件參數的溫漂，在 與S m C o磁鐵搭配使用時，該器件的補償效果最佳。該結構充分發揮了 CMOS電路線性 度高和DMOS電路電壓高的優點，因而能夠使傳感器在要求的環境下準確工作。霍爾單元 採用三軸霍爾技術，能夠在單點感應到磁通量的所有三個分量，其實現方法是在十字形兩對 平面霍爾片的中心位置處放置一個直徑2(KHim 、厚25pm的IMC (集成磁場集中器)， 起到傳感作用的是霍爾片。
本實用新型是一種混合信號磁場轉換器。它具有大的測速範圍(0""2500HZ)和較寬的 操作溫度範圍(401C 150C)，同時具有二線制電流操作、氣隙診斷和反向電壓保護(-30V) 等一系列特性，它可在較大的車速範圍對汽車目標輪進行車速與轉動方向的測量。其操作方 式採用二線制電流迴路操作方式，適於在一4 0~1 5 0r的溫度範圍、+2 0V直流供電 情況下持續工作，且在瞬時電壓高達+2 7V時仍能維持正常工作。霍爾式晶片輪速傳感器 輪速傳感器的輸出電流脈衝為7 m A或1 4 m A (靜止偏置值為7 m A) 該傳感器的輸出 電流脈衝的上升沿可準確定位於目標輪的輪轂。輸出脈衝寬度則可由目標輪的運動方向和磁 場強度來決定，並可按照主流系統製造商所推薦的現行工業標準編碼為一組根據目標輪的運 動方向和磁場強度預先定義的時間間隔；它的脈衝寬度可根據所測量的差模磁場強度的不同 而有所不同AB>4mT (正常磁場)、2mT<AB<4mT (低磁範圍)、AB<2mT (極低磁範圍)三種不同磁場中具有不同的寬度輸出。另外，在正常和低磁情況下，它還可 提供車輪轉動方向的測量；在初始上電、目標輪停止或其它原因造成檢測不到動態信號時， 一個安全停止的失敗信號就會以大約1.5Hz的頻率重複產生。
權利要求1、一種精密輪速傳感器，包括傳感頭(1)、電纜線(4)、插座(5)及電子電路，電纜線(4)將傳感頭(1)、插座(5)連接為一體，其特徵在於傳感頭(1)頂部封裝有霍爾晶片(3)及永磁體(2)。
2、 根據權利要求1所述的精密輪速傳感器，其特徵在於永磁體(2)的磁鋼材料為稀 土鈷永磁材料。
3、 根據權利要求1所述的精密輪速傳感器，其特徵在於霍爾晶片(3)由直線排列的 三組霍爾單元構成，每組霍爾單元都由4個獨立的、排列成空間十字形的霍爾片並聯構成， 在十字形兩對平面霍爾片的中心位置處放置一個集成磁場集中器。
專利摘要本實用新型提供一種精密輪速傳感器，克服了現有技術測量輪速的靈敏度低、輸出信號穩定性、安全性較差等不足。由傳感頭、電纜線、插座及電子電路組成，傳感頭頂部封裝有霍爾晶片及永磁體，電纜線將傳感頭、插座連接為一體。傳感頭安裝在車輪輪轂軸承總成中的齒輪頂上，插座接口與汽車ABS電控單元相連接，當車輪運動時，霍爾晶片通過安裝在輪轂內的齒輪的旋轉可精確檢測到齒輪旋轉的頻率信號，信號通過電纜線傳輸給汽車ABS系統，汽車ABS系統根據汽車輪轂內齒輪的電信號精確檢測到車輪的轉速。具有體積小、安裝方便、外圍電路設計簡單、輸出信號電壓幅值不受轉速影響、頻率響應高、抗電磁幹擾及抗汙染能力強、輸出信號穩定可靠等優點。
文檔編號G01P3/487GK201259505SQ200820191039
公開日2009年6月17日 申請日期2008年9月23日 優先權日2008年9月23日
發明者吳少偉, 葛海岸, 許小敏, 金冠陽, 黃朝兵 申請人:湖北新火炬科技股份有限公司