CN103075957B - 一种结构稳定的霍尔式角度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构稳定的霍尔式角度传感器，包括磁体和设置有霍尔元件的PCB板，其特征在于：所述的角度传感器还包括在上端面中央设有凸台的转轴；所述凸台开有与所述转轴轴线重合的盲孔，所述磁体固定在所述盲孔底部，所述凸台可转动式抵触在PCB板上，所述霍尔元件容置在盲孔内并与盲孔侧壁之间留有间隙。本发明能在受测转轴发生轴向移动时，使磁体与霍尔元件保持有效的工作距离，确保磁体施加在霍尔元件上的磁场强度稳定，使得传感器的输出线性度高，因此，本发明具有结构稳定紧凑、对工作环境的抗干扰性强、工作稳定性和可靠性高、转角测量精确的特点。

Description

一种结构稳定的霍尔式角度传感器

技术领域

本发明涉及一种霍尔式角度传感器，具体地说是一种结构稳定的霍尔式角度传感器。

背景技术

霍尔式角度传感器广泛应用于汽车制造、工业机械手弯度控制、航天航海装备制造等行业中，用以感应油门踏板、刹车踏板、离合器踏板等的角度变化。霍尔式角度传感器对转动角度感应的可靠程度和稳定程度，主要由受测转体转角θ与霍尔式角度传感器输出电压U的特性曲线线性度，以下简称输出线性度来评定。

如图1所示，现有技术中的霍尔式角度传感器包括磁铁、霍尔元件、A/D转换电路和用于修正传感器输出信号线性度的DSP放大及补偿电路；其中，磁铁固定安装在受测转轴的端部以使它们同步转动，霍尔元件安装在磁铁的正下方位置，并且磁铁转动时与霍尔元件始终保持无接触状态，当受测转轴与磁铁同步转过一个角度θ时，霍尔元件感应磁铁磁场的转动变化输出相应的电信号，该电信号经过A/D转换电路和DSP放大及补偿电路作温度漂移补偿等处理后，输出一个反映受测转轴转角θ的线性度较高的模拟电压信号U。

上述霍尔式角度传感器存在以下缺点：

第一，由于磁铁与霍尔元件分离，需要在安装霍尔元件时与磁铁进行位置配对，确保磁铁施加在霍尔元件上的磁场强度适度，以使霍尔元件正常工作，因此，现有的霍尔式角度传感器安装难度大；

第二，由于受测转轴易因复杂的工况而产生轴向移动，固定在受测转轴上的磁铁的位置也相应变化，而霍尔元件与磁铁之间的间隔一般比较小，受测转轴较轻微的移动即能导致磁铁施加在霍尔元件上的磁场强度产生较大的变化，使得磁铁反复旋转时，施加在霍尔元件上的磁场强度的分布重复性不一致，使得每次转动时霍尔式角度传感器的特性曲线不一致，使霍尔式角度传感器的可靠性降低，更甚者，当磁铁施加于霍尔元件上的磁场强度过强或过弱，而超出DSP放大及补偿电路的上下限值时，使得DSP放大及补偿电路进入饱和或截止状态，令霍 尔式角度传感器停止工作，因此，现有的霍尔式角度传感器的输出线性度较差，稳定性和可靠性低。

发明内容

本发明的目的是提供一种输出信号线性度高、工作稳定可靠、结构稳定的霍尔式角度传感器。

本发明的目的是通过以下的技术措施来实现的：

一种结构稳定的霍尔式角度传感器，包括磁体和设置有霍尔元件的PCB板，其特征在于所述的角度传感器还包括在上端面中央设有凸台的转轴；所述凸台开有与所述转轴轴线重合的盲孔，所述磁体固定在所述盲孔底部，所述凸台可转动式抵触在PCB板上，所述霍尔元件容置在盲孔内并与磁体之间留有间隙。在转轴向PCB板方向发生轴向移动时，抵触在PCB板上的凸台阻止转轴进一步移动，只需合理设计盲孔的深度，即能确保在此种情况下磁体施加于霍尔元件上的磁场强度不超过传感器的设计上限值，防止霍尔元件进入饱和状态，磁场强度稳定性得以获得保障，提高了传感器的输出线性度。

作为本发明的一种改进，所述的角度传感器还包括保护盖；所述保护盖包覆在所述磁体上。

作为本发明的一种改进，所述保护盖的顶面设有用于确保磁体与霍尔元件最小有效工作距离的凸起。在角度传感器经过长期使用后，转轴上的凸台出现转动磨损，磁铁逐渐靠近霍尔元件，保护盖上的凸起抵触在霍尔元件上，磁铁与霍尔元件保持最小的有效工作距离，以确保磁体施加于霍尔元件上的磁场强度不超过传感器的设计上限值，使得角度传感器的使用寿命得以获得延长。

为了分担转轴凸台的受力，减小转轴转动时对凸台的磨损，延长传感器的使用寿命，作为本发明的一种改进，所述转轴与PCB板之间设有垫圈。

为了使传感器的结构更紧凑，作为本发明的优选实施方式，所述盲孔为具有一级台阶的阶梯孔，该阶梯孔由两个同心异径孔组成，所述磁体为圆柱形磁铁，该圆柱形磁铁嵌装在所述阶梯孔的下孔中。

为了使磁体能嵌装到盲孔底部，避免磁体为盲孔中被压缩的空气所排挤而使磁体安装产生定位工差，作为本发明的一种改进，所述盲孔的下孔底部设有用于容纳空气的开槽。

作为本发明的一种实施方式，所述凸台开有环绕所述盲孔之下孔的安装槽，所述保护盖嵌装在该安装槽中。

为了辅助转轴转动后更可靠的复位，并且保持角度传感器结构紧凑，作为本发明的一种改进，所述的角度传感器还包括复位弹簧；所述凸台开有环形槽，所述复位弹簧安装在该环形槽中。

为了进一步提高传感器的性能，作为本发明的改进，所述的角度传感器还包括开有通孔的外壳；所述的PCB板、垫圈和转轴适配安装在外壳内，所述PCB板和垫圈固定安装在外壳中，所述转轴转动安装在外壳中，所述转轴的侧壁上设有凸环并且该凸环抵触在外壳的下壁面，所述转轴的下端部从所述通孔穿出。在转轴向远离PCB板方向发生轴向移动时，抵触在外壳上的凸环阻止转轴进一步移动，确保在此种情况下磁体施加于霍尔元件上的磁场强度不低于传感器的设计下限值，防止霍尔元件进入截止状态，磁场强度稳定性得以获得保障，进一步提高了传感器的输出线性度。

作为本发明的一种实施方式，所述转轴的下端面开有用于联接待测试机构的安装孔。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的霍尔式角度传感器能在受测转轴发生轴向移动时，由于抵触在PCB板上的凸台、抵触在霍尔元件上的保护盖凸起阻止转轴向PCB板方向移动，抵触在外壳上的凸环阻止转轴向远离PCB板方向移动，使磁体与霍尔元件能保持有效的工作距离，确保磁体施加在霍尔元件上的磁场强度稳定，使得传感器的输出线性度高，因此，本发明具有结构稳定紧凑、对工作环境的抗干扰性强、工作稳定性和可靠性高、转角测量精确的特点。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为霍尔式角度传感器的原理框图；

图2为本发明霍尔式角度传感器的半剖结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明的霍尔式角度传感器包括PCB板1、霍尔元件2、磁体 3、垫圈4、转轴5、保护盖7、复位弹簧8和外壳6。其中，PCB板1为霍尔元件2的接线线路板，其引出端子与A/D转换电路和DSP放大及补偿电路电连接，霍尔元件2贴装在PCB板1上，垫圈4、转轴5、外壳6和保护盖7均采用无滞磁材料注塑成型。

本发明的外壳6开有通孔6a，PCB板1、垫圈4和转轴5适配安装在外壳6内，PCB板1与外壳6相固定；转轴5的侧壁上设有凸环5h并且该凸环5h抵触在外壳6的下壁面，转轴5的上端面5d中央设有凸台5a，该凸台5a开有与转轴5轴线重合的盲孔5b，盲孔5b为具有一级台阶的阶梯孔，该阶梯孔由两个同心异径孔组成，并且盲孔5b的下孔底部设有用于容纳空气的开槽5e，磁体3为圆柱形磁铁，该圆柱形磁铁嵌装在阶梯孔的下孔中，凸台5a可转动式抵触在PCB板1上，PCB板1与凸台5a的抵触部分应注意避免布线，霍尔元件2容置在盲孔5b内并与磁体3之间留有间隙5c，转轴5与外壳6相铰接，其下端部从通孔6a穿出，并且转轴5的下端面开有用于联接待测试机构的安装孔5i。垫圈4设置在转轴5与PCB板1之间。

另外，本发明的凸台5a开有环绕盲孔5b之下孔的安装槽5f，保护盖7的顶面设有用于确保磁体3与霍尔元件2最小有效工作距离凸起7a，保护盖7嵌装在该安装槽5f中并包覆在磁体3上，在保护盖7和磁体3之间添加少量粘合剂，以防止产品因长时间使用后磁体3发生脱落；本发明的凸台5a开有环形槽5g，复位弹簧8安装在该环形槽5g中。

在使用本发明的霍尔式角度传感器测量汽车上的受测转轴的转动角度时，霍尔式角度传感器安装在车体上，传感器转轴5的安装孔5i直接与受测转轴联接，或者通过连杆机构/齿轮机构与受测转轴联接，使传感器转轴5与受测转轴同步或者按正比的转角转动，在受测转轴发生轴向移动时，本发明的传感器仍能使磁体3与霍尔元件2保持有效的工作距离，防止出现霍尔元件2出现饱和或截止现象，确保磁体3施加在霍尔元件2上的磁场强度稳定，达到提高霍尔式角度传感器输出线性度和提高其工作稳定性、可靠性的目的。

本发明不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种结构稳定的霍尔式角度传感器，包括磁体(3)和设置有霍尔元件(2)的PCB板(1)，其特征在于：所述的角度传感器还包括在上端面(5d)中央设有凸台(5a)的转轴(5)；所述凸台(5a)开有与所述转轴(5)轴线重合的盲孔(5b)，所述磁体(3)固定在所述盲孔(5b)底部，所述凸台(5a)可转动式抵触在PCB板(1)上，所述霍尔元件(2)容置在盲孔(5b)内并与所述磁体(3)之间留有间隙(5c)；

所述的角度传感器还包括保护盖(7)；所述保护盖(7)包覆在所述磁体(3)上，所述转轴(5)和保护盖(7)均采用无滞磁材料注塑成型；

所述凸台(5a)开有环绕所述盲孔(5b)之下孔的安装槽(5f)，所述保护盖(7)嵌装在该安装槽(5f)中。

2.根据权利要求1所述的结构稳定的霍尔式角度传感器，其特征在于：所述保护盖(7)的顶面设有用于确保磁体(3)与霍尔元件(2)最小有效工作距离的凸起(7a)。

3.根据权利要求2所述的结构稳定的霍尔式角度传感器，其特征在于：所述转轴(5)与PCB板(1)之间设有垫圈(4)。

4.根据权利要求3所述的结构稳定的霍尔式角度传感器，其特征在于：所述盲孔(5b)为具有一级台阶的阶梯孔，该阶梯孔由两个同心异径孔组成，所述磁体(3)为圆柱形磁铁，该圆柱形磁铁嵌装在所述阶梯孔的下孔中。

5.根据权利要求4所述的结构稳定的霍尔式角度传感器，其特征在于：所述盲孔(5b)的下孔底部设有用于容纳空气的开槽(5e)。

6.根据权利要求5所述的结构稳定的霍尔式角度传感器，其特征在于：所述的角度传感器还包括复位弹簧(8)；所述凸台(5a)开有环形槽(5g)，所述复位弹簧(8)安装在该环形槽(5g)中。

7.根据权利要求1至6任一项所述的结构稳定的霍尔式角度传感器，其特征在于：所述的角度传感器还包括开有通孔(6a)的外壳(6)；所述的PCB板(1)、垫圈(4)和转轴(5)适配安装在外壳(6)内，所述PCB板(1)和垫圈(4)固定安装在外壳(6)中，所述转轴(5)转动安装在外壳(6)中，所述转轴(5)的侧壁上设有凸环(5h)并且该凸环(5h)抵触在外壳(6)的下壁面，所述转轴(5)的下端部从所述通孔(6a)穿出。

8.根据权利要求7所述的结构稳定的霍尔式角度传感器，其特征在于：所述转轴(5)的下端面开有用于联接待测试机构的安装孔(5i)。