CN210136243U - 齿轮的转速检测模块 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电机技术领域，公开了一种齿轮的转速检测模块，包括：设置于所述齿轮外侧的磁性元件；平行设置于所述齿轮与所述磁性元件之间的第一检测单元、第二检测单元，所述第一检测单元和所述第二检测单元分别包括霍尔检测电路，并分别输出脉冲电压。

Description

齿轮的转速检测模块

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，特别涉及一种应用于汽车电机、伺服电机、工业控制的齿轮转速检测模块。

背景技术

目前机械转速的测量传感器以磁电式、霍尔效应式为主的基本原理来实现转速测量。磁电式转速传感器由铁芯、磁钢、感应线圈等部件组成的，被测量物体转动时，转速传感器的线圈会产生磁力线，齿轮转动会切割磁力线，磁路由于磁阻变化，在感应线圈内产生电动势。磁电式转速传感器的感应电势产生的电压大小，与被测对象转速有关，被测物体的转速越快输出的电压也就越大，也就是说输出电压和转速成正比。但是在被测物体的转速超过磁电式转速传感器的测量范围时，磁路损耗会过大，使得输出电势饱和甚至是锐减。转速降低到一定的范围，传感器输出信号降低到不足以提供可靠的检测信号。

现有电磁感应式传感器存在以下不足：输出信号强弱与转速相关，在低速情况下不能探测目标位置；频率响应不高，当速度高时容易产生误信号；抗震动、抗电磁干扰能力差等缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种齿轮的转速检测模块，抗干扰、抗震动、抗电磁干扰。

为了解决上述问题，本申请公开了一种齿轮的转速检测模块，包括：设置于所述齿轮外侧的磁性元件；平行设置于所述齿轮与所述磁性元件之间的第一检测单元、第二检测单元，所述第一检测单元和所述第二检测单元分别包括霍尔检测电路，并分别输出脉冲电压。

在一个优选例中，所述第一、第二检测单元还包括输入滤波电路、电平转换电路、输出滤波电路。

在一个优选例中，所述输入滤波电路包括第一电阻和第一电容，其中所述第一电阻连接于电源端和所述霍尔检测电路之间，所述第一电容连接于所述第一电阻和所述霍尔检测电路之间的节点与地端之间。

在一个优选例中，所述电平转换电路包括第二电阻、第三电阻、第一晶体管、第二晶体管、第四电阻，其中所述第二电阻连接于所述第一电阻与所述第一电容之间的节点与所述第三电阻之间，所述第三电阻的一端连接于所述第二电阻、所述第二晶体管的基极及所述霍尔检测电路，所述第三电阻的另一端连接所述第一晶体管的集电极，所述第四电阻连接于所述第一晶体管的基极和发射极之间，所述第一晶体管的发射极连接地端，所述第二晶体管的集电极连接至输出端，所述第二晶体管的发射极连接所述第一晶体管的基极和所述第四电阻。

在一个优选例中，所述输出滤波电路包括第五电阻和第二电容，所述第五电阻连接于所述第二晶体管的集电极和输出端之间，所述第二电容连接于所述第二晶体管的集电极和地端之间。

在一个优选例中，所述霍尔检测电路包括两个霍尔元件、信号放大电路、增益电路、带通滤波电路、比较器、输出晶体管，其中，所述两个霍尔元件用于检测霍尔电压，并分别依次连接所述信号放大电路、所述增益电路、所述带通滤波电路、所述比较器，并通过所述输出晶体管输出。

在一个优选例中，所述齿轮由导磁材料制成。

在一个优选例中，所述磁性元件为永磁铁。

相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本实用新型中，利用两个霍尔检测电路，检测由齿轮凸起的齿顶和凹入的齿槽引起的磁感应强度的变化，经信号处理输出两列方波脉冲信号。通过对两列方波信号高低电平的差异区分转动方向，通过任意一列方波脉冲信号的频率计算齿轮的转动速率。本实用新型抗干扰性能有益、温度性能好、体积小、耐冲击、可靠性高，可用于不同的齿轮速度检测场合。

本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。

附图说明

图1示出了本实用新型的一实施例中转速检测模块的安装示意图。

图2示出了本实用新型的一实施例中检测单元和磁性单元的安装示意图。

图3示出了本实用新型的一实施例中检测单元的电路示意图。

图4示出了本实用新型的一实施例中霍尔检测电路的示意图。

图5示出了本实用新型的一实施例中输出的脉冲信号的示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。

参考图1、图2所示，本实施例中公开了一种齿轮10的转速检测模块20，所述齿轮10的外侧设置有磁性元件30，所述转速检测模块20设置于所述齿轮10与所述磁性元件30之间，所述转速检测模块20包括平行设置于所述齿轮10与所述磁性元件30之间的第一检测单元21、第二检测单元22。其中，以图1中箭头所示的方向为齿轮转动的顺时针方向。

在一个优选例中，所述齿轮10由导磁材料制成。

在一个优选例中，所述磁性元件30为永磁铁。

本实施例中，第一检测单元21和第二检测单元22的电路结构相同。具体的，所述第一检测单元21、第二检测单元22分别包括霍尔检测电路、输入滤波电路、电平转换电路、输出滤波电路，并分别输出脉冲电压。为了便于说明，第一检测单元21作为通道1输出脉冲电压，第二检测单元22作为通道2输出脉冲电压。

参考图3所示，图3(a)为第一检测单元的电路图，图3(b)为第二检测单元的电路图。所述第一检测单元21分别包括霍尔检测电路211、输入滤波电路212、电平转换电路213、输出滤波电路214。所述输入滤波电路211包括第一电阻R1和第一电容C1，其中所述第一电阻R1连接于电源端VCC和所述霍尔检测电路211之间，所述第一电容C1连接于所述第一电阻R1和所述霍尔检测电路211之间的节点与地端GND之间。

所述电平转换电路213包括第二电阻R2、第三电阻R3、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第四电阻R4，其中所述第二电阻R2连接于所述第一电阻R1与所述第一电容C1之间的节点与所述第三电阻R3之间，所述第三电阻R3的一端连接所述第二电阻R2、所述第二晶体管Q2的基极及所述霍尔检测电路，所述第三电阻R3的另一端连接所述第一晶体管Q1的集电极，所述第四电阻R4连接于所述第一晶体管Q1的基极和发射极之间，所述第一晶体管Q1的发射极连接地端GND，所述第二晶体管Q2的基极连接所述霍尔检测电路211、所述第二电阻R2和所述第三电阻R3之间的节点，所述第二晶体管Q2的集电极连接至输出端OUT1，所述第二晶体管Q2的发射极连接所述第一晶体管Q1的基极和所述第四电阻R4。所述第一晶体管Q1为NPN型晶体管，所述第二晶体管Q2为NPN型晶体管。

所述输出滤波电路214包括第五电阻R5和第二电容C2，所述第五电阻R5连接于所述第二晶体管Q2的集电极和输出端OUT1之间，所述第二电容C2连接于所述第二晶体管Q2的集电极和地端GND之间。

类似的，所述第二检测单元22分别包括霍尔检测电路221、输入滤波电路222、电平转换电路223、输出滤波电路224。所述输入滤波电路221包括第一电阻R1’和第一电容C1’，其中所述第一电阻R1’连接于电源端VCC和所述霍尔检测电路221之间，所述第一电容C1’连接于所述第一电阻R1和所述霍尔检测电路221之间的节点与地端GND之间。

所述电平转换电路223包括第二电阻R2’、第三电阻R3’、第一晶体管Q1’、第二晶体管Q2’、第四电阻R4’，其中所述第二电阻R2’连接于所述第一电阻R1’与所述第一电容C1’之间的节点与所述第三电阻R3’之间，所述第三电阻R3’的一端连接所述第二电阻R2’、所述第二晶体管Q2’的基极及所述霍尔检测电路，所述第三电阻R3’的另一端连接所述第一晶体管Q’1的基极和发射极之间，所述第一晶体管Q1’的发射极连接地端GND，所述第二晶体管Q2’的基极连接所述霍尔检测电路221、所述第二电阻R2’和所述第三电阻R3’之间的节点，所述第二晶体管Q2’的集电极连接至输出端OUT2，所述第二晶体管Q2’的发射极连接所述第一晶体管Q1’的基极和所述第四电阻R4’。

所述输出滤波电路224包括第五电阻R5’和第二电容C2’，所述第五电阻R5’连接于所述第二晶体管Q2’的集电极和输出端OUT2之间，所述第二电容C2’连接于所述第二晶体管Q2’的集电极和地端GND之间。

其中，输入滤波电路212、222分别用于提升通道1、通道2输入信号的EMC性能。电平转换电路213、223分别用于控制通道1、通道2的输出信号。输出滤波电路214、224分别用于改善通道1、通道2的输出信号的EMC性能。

参考图4所示，所述霍尔检测电路211包括两个霍尔元件2111和2112、信号放大电路2113、增益电路2114、带通滤波电路2115、比较器2116、输出晶体管M1，其中，所述两个霍尔元件2111、2112用于检测霍尔电压，并依次分别连接所述信号放大电路2113、所述增益电路2114、所述带通滤波电路2115、所述比较器2116，并通过所述输出晶体管M1输出VOUT。所述霍尔检测电路211还包括诊断电路2117，用于测试霍尔检测电路211。所述霍尔检测电路211还包括稳压器2118，稳压器2118与电源VCC连接，提升电源的稳定性。本实施例中，霍尔检测电路221与霍尔检测电路211的电路结构相同，在此不做赘述。

霍尔检测电路是利用霍尔效应原理工作的：一个金属或半导体薄片置于磁场中，磁场垂直于薄片，当薄片通以电流时，在薄片的两侧面上就会产生一个微弱的霍尔电压，如果改变磁场的强度，霍尔电压的大小亦随之改变，当磁场消失时，霍尔电压变为零。

本实用新型中，当齿轮转动时，齿轮凸起的齿顶与凹入的齿槽周期性变化，使得齿轮与磁性元件之间的磁场发生变化产生霍尔电压，利用两个霍尔检测电路211、221，检测由齿轮凸起的齿顶和凹入的齿槽引起的磁感应强度的变化，经信号处理通道1、通道2输出两列方波脉冲信号。通过对两列方波信号高低电平的差异区分转动方向，例如，参考图5(a)所示，当通道1的波形超前通道2的波形90°时，齿轮的转动方向为顺时针方向。参考图5(b)所示，当通道2的波形超前通道1的波形90°时，齿轮的转动方向为逆时针方向。并且，方波脉冲信号的频率即为齿轮的齿顶和齿槽的变化频率，因此本实施例中可以通过任意一列方波脉冲信号的频率计算齿轮的转动速率。

通过信号处理，转速检测模块的输出电压信号稳定，且输出信号电压大小与所检测齿轮转速无关。输出的矩形脉冲信号，适合于数字控制系统，抗干扰能力强。能在不同工况下获得较高的检测准确度。

需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。

在本说明书提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本申请的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并非用于限定本说明书的保护范围。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的保护范围之内。

在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

Claims (8)

1.一种齿轮的转速检测模块，其特征在于，包括：设置于所述齿轮外侧的磁性元件；平行设置于所述齿轮与所述磁性元件之间的第一检测单元、第二检测单元，所述第一检测单元和所述第二检测单元分别包括霍尔检测电路，并分别输出脉冲电压。

2.如权利要求1所述的转速检测模块，其特征在于，所述第一、第二检测单元还包括输入滤波电路、电平转换电路、输出滤波电路。

3.如权利要求2所述的转速检测模块，其特征在于，所述输入滤波电路包括第一电阻和第一电容，其中所述第一电阻连接于电源端和所述霍尔检测电路之间，所述第一电容连接于所述第一电阻和所述霍尔检测电路之间的节点与地端之间。

4.如权利要求3所述的转速检测模块，其特征在于，所述电平转换电路包括第二电阻、第三电阻、第一晶体管、第二晶体管、第四电阻，其中所述第二电阻连接于所述第一电阻与所述第一电容之间的节点与所述第三电阻之间，所述第三电阻的一端连接于所述第二电阻、所述第二晶体管的基极及所述霍尔检测电路，所述第三电阻的另一端连接所述第一晶体管的集电极，所述第四电阻连接于所述第一晶体管的基极和发射极之间，所述第一晶体管的发射极连接地端，所述第二晶体管的集电极连接至输出端，所述第二晶体管的发射极连接所述第一晶体管的基极和所述第四电阻。

5.如权利要求4所述的转速检测模块，其特征在于，所述输出滤波电路包括第五电阻和第二电容，所述第五电阻连接于所述第二晶体管的集电极和输出端之间，所述第二电容连接于所述第二晶体管的集电极和地端之间。

6.如权利要求1所述的转速检测模块，其特征在于，所述霍尔检测电路包括两个霍尔元件、信号放大电路、增益电路、带通滤波电路、比较器、输出晶体管，其中，所述两个霍尔元件用于检测霍尔电压，并分别依次连接所述信号放大电路、所述增益电路、所述带通滤波电路、所述比较器，并通过所述输出晶体管输出。

7.如权利要求1所述的转速检测模块，其特征在于，所述齿轮由导磁材料制成。

8.如权利要求1所述的转速检测模块，其特征在于，所述磁性元件为永磁铁。

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