CN101594029A - 双霍尔传感器电机 - Google Patents

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杜林新
李峰
张帅涛
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本发明公开了一种双霍尔传感器电机，包括电机(1)、磁环(2)、霍尔元件(3)。本发明采用在电机转子轴上设置半边环为N极，半边环为S极的环形永磁磁环，在贴近磁环的圆周方向上，设置二只互呈90°圆心角的霍尔元件，磁环随电机转子轴旋转时，通过对二只霍尔元件输出的方波高低电平及上升沿与下降沿的采集、判读、计数、记录，获得电机转子的转向与转数的技术方案，所提供的具备输出转向、转数方波信号功能的一种双霍尔传感器电机，应用于汽车座椅位置的调整，使汽车座椅位置调整电机的转向、转数的测定，达到了转向明确、计数准确、运行寿命长的目的。

Description

双霍尔传感器电机
技术领域
本发明涉及一种电机，具体是指设有两个在空间位置上呈90°夹角的霍尔传感器并用于调整汽车座椅位置的具备输出转向、转数方波信号功能的一种双霍尔传感器电机。
背景技术
豪华汽车座椅的空间形态与位置，简称座椅形位，如座垫的水平位置、前抬高、后抬高，椅背的仰立等，可依据乘员体形和舒适感觉的不同，通过设置在座椅各部位的若干个各自独立的电机驱动调整，并设有记忆装置和复位键；设定调整后，将最满意的座椅形位数据存储起来，其间，若因更换驾员而再次调整了座椅形位，复位时，只需通过复位键，由记忆装置控制，由各部位电机驱动，“一键”恢复上一次设定的座椅形位。同样，乘员座椅在乘员上下车时座椅退后让出上下位置，上车后自动恢复到规定位置，车内后视镜和左、右后视镜的角度，因变换驾员调整后，也需要具备记忆、复位的功能；这就提出了一个驱动电机的动态位置记忆与控制方案的问题。
汽车座椅驱动电机的动态位置记忆与控制装置在国内还是空白，国外近年提出了两种控制方案。一种是电位器方案，用计算机记忆座椅电位器触点所处各点位置的输出电压数据，当需要恢复上一次设定时，由电机将座椅驱动到座椅电位器输出电压与记忆中的电压数据相同的位置即可。这种方式需要极长工作寿命的电位器，而寿命的增长带来器件成本的大幅增加，同时，电位器毕竟是有触点器件，随着触点和电阻图形的磨损会导致控制失灵，因此存在检测精度低、制造成本高与工作寿命短的不足。另一种是单霍尔元件计数方案，由单霍尔器件配合电机转子上的永磁磁环检测计数电机转子的转数，由计数值确定座椅的所在位置。此方案是无触点测定，解决了寿命问题，但由于霍尔器件不能测定转子的转向，当座椅调整过程中碰到某种阻碍，导致电机旋转受阻甚至倒转，或者汽车行驶中的剧烈颠簸震动，都会使座椅电机转子发生抖动，造成多计数、误计数现象，使计数数据与座椅实际位置发生偏差，由于误计数的不可预测性，电脑程序不易校正，这种偏差积累的后果是，座椅位置严重偏离设定位置，乘员可能会感到极不舒服，特别是椅背，一旦失控，将可能导致危险发生。因此，目前即使使用单霍尔传感器计数方案的汽车制造公司，也仅仅应用于座椅的水平与抬高控制上，不敢用于对椅背的控制，椅背的控制仍沿用电位器方案。
综上，现有技术电位器方案存在精度低、成本高、寿命短，单霍尔传感器计数方案存在转向不明确、计数变异大、不安全的问题与不足。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题与不足，本发明采用在座椅电机转子轴上设置半边环为N极，半边环为S极的环形永磁磁环，在贴近磁环的圆周方向上，设置二只互夹90°圆心角的霍尔元件。磁环随电机转子轴旋转时，通过对二只霍尔元件输出的方波高低电平及上升沿与下降沿的采集、判读、计数、记录，获得电机转子的转向与转数的技术方案，提供具备输出转向、转数方波信号功能的一种双霍尔传感器电机，旨在应用于汽车座椅位置的调整，使汽车座椅位置调整电机的转向、转数的测定，达到转向明确、计数准确、运行寿命长的目的。
本发明的目的是这样实现的：双霍尔传感器电机，包括电机、磁环、霍尔元件，其中：所述的电机为由外壳、永磁定子、电枢转子、转子轴、换向器、电刷构成的永磁直流电动机；所述的磁环为薄圆柱环形永磁体，其半边环为N极，半边环为S极；所述的霍尔元件为双极性霍尔传感器。
各构件相互位置及关系
磁环的环孔固定套在电机电枢转子的换向器与轴套之间的转子轴上，在同一平面上互夹90°圆心角的二只霍尔元件，各自的感应面非接触贴近磁环的柱面，各自的管脚通过绝缘板固定在电机外壳上，经接头引出电机外壳。
工作原理
面对电机转子轴输出端，设，位于转子轴上方的霍尔元件为H2，位于转子轴右边的霍尔元件为H1，电机旋转时，磁环随转子轴同步旋转：
当电机转子轴逆时针旋转时，H1输出的方波波形的上升沿，对应H2输出的方波波形的高电平，H1输出的方波波形的下降沿，对应H2输出的方波波形的低电平，H2输出方波的上升沿对应H1输出方波的低电平，H2输出方波的下降沿对应H1输出方波的高电平，对上述的每个波形的边沿作一次减法计数；
当电机转子轴顺时针旋转时，H1输出的方波波形的下降沿，对应H2输出的方波波形的高电平，H1输出的方波波形的上升沿，对应H2输出的方波波形的低电平，H2输出方波的上升沿对应H1输出方波的高电平，H2输出方波的下降沿对应H1输出方波的低电平，对上述的每个波形的边沿作一次加法计数；
当电机转子轴停转时，H1、H2维持原电平无边沿输出，不计数；
当电机遇阻碍或大幅度震动，转子轴产生转向抖动时，H1、H2输出无数方波，虽然会在每个方波的边沿上进行一次计数，但加减相抵，代数和为零，最终结果为无计数。
电机转子轴每旋转90°产生一个计数，旋转一周产生四个计数，使座椅位置计数精度得到提高，因此，通过对一只霍尔元件采用方波边沿触发方式计数，同时对另一只霍尔元件所输出对应方波电平的判读，可获得电机转向与转数的明确数据；霍尔测定为无触点传感，故运行寿命长。
上述，本发明采用在电机转子轴上设置半边环为N极，半边环为S极的环形永磁磁环，在贴近磁环的圆周方向上，设置二只互呈90°圆心角的霍尔元件，磁环随电机转子轴旋转时，通过对二只霍尔元件输出的方波高低电平及上升沿与下降沿的采集、判读、计数、记录，获得电机转子的转向与转数的技术方案，所提供的具备输出转向、转数方波信号功能的一种双霍尔传感器电机，应用于汽车座椅位置的调整，使汽车座椅位置调整电机的转向、转数的测定，达到转向明确、计数准确、运行寿命长的目的。
附图说明
图1是本发明的双霍尔传感器电机的内部结构示意图；
图2是本发明的双霍尔传感器电机的电枢转子、磁环、霍尔元件相互位置关系的轴测示意图；
图3是本发明的双霍尔传感器电机的工作原理中的电机逆时针旋转时，磁环、霍尔元件相互位置关系的示意图；
图4是图3中的霍尔元件输出方波的坐标图；
图5是本发明的双霍尔传感器电机的工作原理中的电机顺时针旋转时，磁环、霍尔元件相互位置关系的示意图；
图6是图5中的霍尔元件输出方波的坐标图。
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步详细说明，但不应理解为对本发明的任何限制。
图中：电机1、外壳11、永磁定子12、电枢转子13、转子轴131、换向器132、电刷14、轴套15、磁环2、霍尔元件3、上方霍尔管H2、右边霍尔管H1。
具体实施方式
参阅图1～图6，本发明的一种双霍尔传感器电机，包括电机1、磁环2、霍尔元件3，其中：所述的电机1为由外壳11、永磁定子12、电枢转子13、转子轴131、换向器132、电刷14构成的永磁直流电动机；所述的磁环2为薄圆柱环形永磁体，其半边环为N极，半边环为S极；所述的霍尔元件3为双极性霍尔传感器。
各构件相互位置及关系
磁环2的环孔固定套在电机1电枢转子13的换向器132与轴套15之间的转子轴131上，在同一平面上互夹90°圆心角的二只霍尔元件3，各自的感应面非接触贴近磁环2的柱面，各自的管脚通过绝缘板固定在电机1外壳11上，经接头引出电机1外壳11。
工作原理
面对电机1转子轴131输出端，设，位于转子轴131上方的霍尔元件3为H2，位于转子轴131右边的霍尔元件3为H1，电机1旋转时，磁环2随转子轴131同步旋转：
当电机1转子轴131逆时针旋转时，H1输出的方波波形的上升沿，对应H2输出的方波波形的高电平，H1输出的方波波形的下降沿，对应H2输出的方波波形的低电平，H2输出方波的上升沿对应H1输出方波的低电平，H2输出方波的下降沿对应H1输出方波的高电平，对上述的每个波形的边沿作一次减法计数；
当电机1转子轴131顺时针旋转时，H1输出的方波波形的下降沿，对应H2输出的方波波形的高电平，H1输出的方波波形的上升沿，对应H2输出的方波波形的低电平，H2输出方波的上升沿对应H1输出方波的高电平，H2输出方波的下降沿对应H1输出方波的低电平，对上述的每个波形的边沿作一次加法计数；
当电机1转子轴131停转时，H1、H2维持原电平无边沿输出，不计数；
当电机1遇阻碍或大幅度震动，转子轴131产生转向抖动时，H1、H2输出无数方波，虽然会在每个方波的边沿上进行一次计数，但加减相抵，代数和为零，最终结果为无计数。
电机1转子轴131每旋转90°产生一个计数，旋转一周产生四个计数，使座椅位置计数精度得到提高，因此，通过对一只霍尔元件3采用方波边沿触发方式计数，同时对另一只霍尔元件3所输出对应方波电平的判读，可获得电机1转向与转数的明确数据；霍尔测定为无触点传感，故运行寿命长。

Claims (2)

1、双霍尔传感器电机，包括电机(1)、磁环(2)、霍尔元件(3)，其特征在于：所述的电机(1)为由外壳(11)、永磁定子(12)、电枢转子(13)、转子轴(131)、换向器(132)、电刷(14)构成的永磁直流电动机；所述的磁环(2)为薄圆柱环形永磁体，其半边环为N极，半边环为S极；所述的霍尔元件(3)为双极性霍尔传感器。
2、根据权利要求1所述的双霍尔传感器电机，其特征在于：所述的各构件相互位置及关系为，磁环(2)的环孔固定套在电机(1)电枢转子(13)的换向器(132)与轴套(15)之间的转子轴(131)上，在同一平面上互夹90°圆心角的二只霍尔元件(3)，各自的感应面非接触贴近磁环(2)的柱面，各自的管脚通过绝缘板固定在电机(1)外壳(11)上，经接头引出电机(1)外壳(11)。
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