CN210638641U - 抗干扰磁场的位移传感器、马达组件以及变速箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种抗干扰磁场的位移传感器、马达组件以及变速箱，抗干扰磁场的位移传感器包括磁性装置、传感器组件和运算电路，磁性装置包括具有相反的极性的第一磁体和第二磁体，第一传感器部件用于检测第一磁体的磁场变化与干扰磁场变化并得到第一输出值，第二传感器部件用于检测第二磁体的磁场变化与干扰磁场变化并得到第二输出值，第一输出值和第二输出值经运算电路后得到有效值。本实用新型提供了一种抗干扰磁场的位移传感器、马达组件以及变速箱，第一传感器部件得到的第一输出值相对于第二传感器部件得到的第二输出值是反向的，当第一输出值和第二输出值通过运算电路后可得到有效值，从而使得传感器的输出不受干扰磁场的影响。

Description

抗干扰磁场的位移传感器、马达组件以及变速箱

技术领域

本实用新型涉及一种抗干扰磁场的位移传感器、马达组件以及变速箱。

背景技术

随着车辆越来越趋于电子控制化，为了进行控制而往往会采用检测各种部件的动作的传感器，如通过磁等检测部件来进行检测。目前在车辆内部的电磁环境也越来越复杂，如在变速箱内进行通电启动时会带来额外的电磁干扰，该电磁环境下传统的位移传感器的输出信号精度会很差，且受限于空间及成本，无法安装合适的磁环(高速旋转的磁环安装不便且成本很高)。因此，需要提高检测位移的精度。

实用新型内容

本实用新型提高了位移检测的精度，提供一种抗干扰磁场的位移传感器、马达组件以及变速箱。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种抗干扰磁场的位移传感器，包括磁性装置、传感器组件和运算电路，所述磁性装置包括第一磁体和第二磁体，所述第一磁体和所述第二磁体具有相反的极性，所述传感器组件包括第一传感器部件和第二传感器部件，所述第一传感器部件用于检测所述第一磁体的磁场变化与干扰磁场变化并得到第一输出值，所述第二传感器部件用于检测所述第二磁体的磁场变化与干扰磁场变化并得到第二输出值，所述第一输出值和所述第二输出值经所述运算电路后得到有效值。

根据本实用新型的一个技术方案，所述磁性装置的中间部分向内凹陷，两端突出分别形成所述第一磁体和所述第二磁体。

根据本实用新型的一个技术方案，所述磁性装置的形状为U型，所述第一磁体和所述第二磁体分别为U型磁性装置的两头。

根据本实用新型的一个技术方案，所述磁性装置为一体件。

根据本实用新型的一个技术方案，所述第一传感器部件包括霍尔传感器；所述第二传感器部件包括霍尔传感器。

根据本实用新型的一个技术方案，所述第一传感器部件和所述第二传感器部件上均设置有校正电路，所述校正电路将检测到的场强大小校正为电压信号。

根据本实用新型的一个技术方案，所述第一传感器部件与所述第一磁体的距离在3mm以上；所述第二传感器部件与所述第二磁体的距离在3mm以上。

根据本实用新型的一个技术方案，所述运算电路为减法器电路。

根据本实用新型的一个技术方案，所述运算电路经过补偿后得到有效值。

根据本实用新型的一个技术方案，所述磁性装置为永磁体。

根据本实用新型的一个技术方案，所述第一传感器部件和所述第二传感器部件相同。

本实用新型还提供一种马达组件，所述马达组件包括马达、轮盘和如前所述抗干扰磁场的位移传感器，所述马达和所述轮盘安装在齿嵌式离合器上，所述抗干扰磁场的位移传感器检测所述轮盘的轴向位移。

根据本实用新型的一个技术方案，当所述马达通电时，所述轮盘产生轴向位移，导致所述第一磁体和所述第二磁体的磁场变化；所述第一传感器部件和所述第二传感器部件分别检测所述第一磁体和所述第二磁体的磁场变化与所述马达产生的干扰磁场之和。

根据本实用新型的一个技术方案，所述传感器组件位于所述磁性装置与所述轮盘之间。

根据本实用新型的一个技术方案，所述马达驱动所述轮盘轴向移动。

本实用新型还提供一种变速箱，包括离合部件和上述马达组件，所述抗干扰磁场的位移传感器检测所述离合部件的位置。

本实用新型提供了一种抗干扰磁场的位移传感器、马达组件以及变速箱，所述抗干扰磁场的位移传感器采用具有相反极性的第一磁体和第二磁体，通过第一传感器部件和第二传感器部件分别检测第一磁体和第二磁体的磁场，由于第一磁体和第二磁体具有相反的极性，第一传感器部件得到的第一输出值相对于第二传感器部件得到的第二输出值是反向的，同时在干扰磁场下第一输出值和第二输出值都具有干扰误差，当第一输出值和第二输出值通过运算电路后可得到有效值，即得到稳定的输出，从而使得传感器的输出不受干扰磁场的影响，提高了位移传感器的检测精度。

附图说明

图1为实施例的马达部件的结构示意图；

图2为实施例的抗干扰磁场的位移传感器的结构示意图；

图3为实施例的抗干扰磁场的位移传感器在无干扰磁场时进行检测的原理图；

图4为实施例的抗干扰磁场的位移传感器在有干扰磁场时进行检测的原理图；

图5为实施例的抗干扰磁场的位移传感器在干扰电流为0A和4A时进行检测后的结果示意图；

图6为实施例的抗干扰磁场的位移传感器在干扰电流为0A时进行检测后的结果示意图；

图7为实施例的抗干扰磁场的位移传感器在干扰电流为1A时进行检测后的结果示意图；

图8为实施例的抗干扰磁场的位移传感器在干扰电流为2A时进行检测后的结果示意图；

图9为实施例的运算电路的电路图；

图10为实施例的校正电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的描述：

如图1所示，本实施例提供的马达部件，包括抗干扰磁场的位移传感器10、轮盘20和马达30，所述轮盘20和所述马达30安装在齿嵌式离合器上，所述抗干扰磁场的位移传感器10检测所述轮盘20的轴向位移。变速箱是用来改变来自发动机的转速和转矩的机构，能够固定和分档改变输出轴和输入轴的传动比，抗干扰磁场的位移传感器10用于检测马达部件中轮盘20是否在特定的位置，当然抗干扰磁场的位移传感器10的用途并不局限于此，可作为各种用途而使用，轮盘20是指通常包括铁等磁性金属可影响磁场变化的轮盘，可通过抗干扰磁场的位移传感器10来检测齿嵌式离合器上的轮盘的位移状态确定离合器的啮合与脱开状态关系。

在本实施例中，所述马达30驱动所述轮盘20轴向移动，也就是沿轮盘的轴向上移动，从而使引擎的输出轴的旋转经其上的传动轴传递到齿嵌式离合器上，实现离合器啮合或脱开状态，其中通过电源线40接到电源端提供所需电能，当马达30通电工作时，其内部的线圈就会产生干扰磁场。

如图2所示，本实施例提供了一种抗干扰磁场的位移传感器10，包括磁性装置110、传感器组件120和运算电路，所述磁性装置110包括第一磁体111和第二磁体112，所述第一磁体111和所述第二磁体112具有相反的极性，所述传感器组件120包括第一传感器部件121和第二传感器部件122，所述第一传感器部件121用于检测所述第一磁体111的磁场变化与干扰磁场变化并得到第一输出值，所述第二传感器部件121用于检测所述第二磁体112的磁场变化与干扰磁场变化并得到第二输出值，所述第一输出值和所述第二输出值经所述运算电路后得到有效值，即将磁场强度值转换为有效值，有效值即为消除误差后所得到的精确值。

当所述马达30通电时，所述轮盘20产生轴向位移，导致所述第一磁体111 和所述第二磁体112的磁场变化；所述第一传感器部件121和第二传感器部件 122分别检测所述第一磁体111和所述第二磁体112的磁场变化与所述马达30 产生的干扰磁场之和。

所述第一传感器部件121包括霍尔传感器，所述第二传感器部件122也包括霍尔传感器，第一传感器部件121和第二传感器部件122可取传感器的探测头(probe)部分，可以是一个传感器中的两路检测单元，也可以是两个独立的检测单元，传感器组件120指安装在磁性装置110一侧的结构，作为一个传感器整体的其它连接部分予以省略。抗干扰磁场的位移传感器10可通过一支撑臂固定在变速箱的内部结构上，可安装于任意对应轮盘的可进行检测的位置。进一步的，所述第一传感器部件121和所述二传感器部件122相同。

在本实施例中，所述磁性装置110的中间部分向内凹陷，两端突出分别形成所述第一磁体111和所述第二磁体112。进一步的，所述磁性装置110的形状为U型，所述第一磁体111和所述第二磁体112分别为U型磁性装置的两头，即磁性装置产生磁场，通常可采用如磁铁，即可采用U型磁铁，U型磁铁的两个相反极性的磁极具有较佳均匀对称的磁场分布，减少磁极之间的相互干扰。优选的，所述磁性装置为一体件。

为了提高精度，所述第一传感器部件121和所述第二传感器部件122上均设置有校正电路，所述校正电路将检测到的场强大小校正为电压信号，减少由于器件一致性、温度变化以及器件老化等因素的影响，如图10所示的校正电路的原理图，传感器部件检测到的信号先通过放大器进行放大处理，再通过AD转换器转换成数字信号，然后经数字信号处理器后由DA转换器转换后得到校正后的输出信息。

在本实施例中，所述第一传感器部件121与所述第一磁体111的距离在3mm 以上；所述第二传感器部件121与所述第二磁体111的距离在3mm以上。越接近磁极，磁场及其大小变化越大，测量误差就越大；在远离磁极的位置，磁场及其大小变化较小，测量误差就越小。因此，在有限的空间内，可以尽可能的增大传感器部件到磁极的距离，从而减少由此而带来的误差。

为了进一点提高精度，所述第一磁体和所述第一传感器部件的位置分布，与所述第二磁体和所述第二传感器部件的位置分布相对称，也就是两个磁极和两个传感器部件之间两两对称设置，从而减少由于位置分布而产生的误差。可将磁性装置和传感器组件固定于模具中，可通过向模具内注入熔融树脂并使熔融树脂固化而成形外壳的工序，可从模具取出磁体及传感器元件一体化到形成外壳的抗干扰磁场的位移传感器。

为了产品的稳定性，所述磁性装置为永磁体，即永久性磁铁，永磁体具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁，一经磁化即能够保持恒定磁性的材料，可保证储存最大的磁能及稳定的磁性，其可采用合金永磁材料或铁氧体永磁材料，合金永磁材料包括稀土永磁材料(钕铁硼Nd2Fe14B)、钐钴(SmCo)和铝镍钴 (AlNiCo)。

如图3所示，在非工作状态时，马达不通电，即In为0时，无干扰磁场产生；

a.第一传感器部件(Probe1)可稳定地测得场强为B，通过后级校正电路输出得到第一输出值电压U1；

b.由于具有相反的极性，第二传感器部件(Probe2)可稳定地测得场强为 -B，通过后级校正电路输出得到第二输出值电压-U1；

c.第一传感器部件(Probe1)和第二传感器部件(Probe2)分别测得的输出值电压通过运算电路后可得到有效值U。

如图4所示，在工作状态时，马达通过，通过电流为In，形成干扰磁场ΔB；

a.第一传感器部件(Probe1)可稳定地测得场强为B+ΔB，通过后级校正电路输出得到第一输出值电压U+ΔU；

b.由于具有相反的极性，第二传感器部件(Probe2)可稳定地测得场强为 -B+ΔB，通过后级校正电路输出得到第二输出值电压-U+ΔU；

c.第一传感器部件(Probe1)和第二传感器部件(Probe2)分别测得的输出值电压通过运算电路后可得到有效值U，从而使得抗干扰磁场的位移传感器进行检测后的输出不受干扰磁场ΔB的影响。

本实施例提供了一种背磁式的抗干扰磁场的位移传感器，在复杂的干扰磁场下抗干扰磁场的位移传感器也能够正常输出准确的信号，保证了输出信号的线性度和精度都不受干扰磁场的影响，而且背磁式的传感器也有利于安装在空间相对有限的场合。

在本实施例中，所述运算电路为减法器电路，可利用反相信号求差以实现减法运算，即利用反向磁场得到的相反的测量电压进行减法运算得到有效值电压，如图9所示，为一种可运用于减法器电路的运算电路，作为负反馈电路，

R2和R3作为V2的分压电阻，补偿电路本质上也是通过差分放大器实现，即作差减去干扰磁场产生的△U。所述运算电路经过补偿后得到有效值

为了进一验证从而进行磁场仿真验证，在马达部件中，当轮盘在移动距离在0至5mm之间，马达中电磁铁的电流分别为0A、1A和2A，通过抗干扰磁场的位移传感器测量得出如下数据

Symbol	I＝0A	I＝4A
			B1x-B2x	0.0028	4.9766
B1x_0mm-B1x_5mm	5.8774	7.7871
			B2x_0mm-B2x_5mm	5.8672	3.9582

继续参考如图5－8所示，其中，I＝0A和I＝4A分别是马达工作时的电流大小，B1x-B2x为第一传感器部件(Probe1)与第二传感器部件(Probe2)分别在 0A和4A的磁场强度的差异大小；B1x_0mm-B1x_5mm为第一传感器部件(Probe1) 分别在0A和4A时，测得轮盘从0到5mm的移动距离时测得磁场强度的差异大小；B2x_0mm-B2x_5mm为第二传感器部件(Probe2)分别在0A和4A时，测得轮盘的移动距离从0到5mm测得磁场强度的差异大小。

当轮盘到磁性装置到磁性装置的距离越小时，如在移动距离从0开始移动时，磁场强度变化越大，也就是轮盘对磁场的影响越大，为了提高测量精度，需要减少轮盘到磁性装置的距离。

在未通电时，“B1x-B2x”接近于0，意味着两个感应点感应到的磁场强度大小相等、方向相反；当马达通电时，其感应的磁场值为初始磁场值B1与叠加的干扰磁场值ΔB的矢量和。

通过上述磁场仿真验证可得到如下结论：

1.当马达的电磁铁通电4A时比不通电时产生的磁场更大；

2.从B1x和B2x曲线来看，干扰磁场叠加前后的大小接近相等，方向相反，与理论一致；

3.随着马达施加的电流增大，第一传感器部件(Probe1)与第二传感器部件(Probe2)感应的磁场强度值也符合B+ΔB和-B+ΔB的目标要求。

相对应的，本实施还提供了一种变速箱，所述变速箱包括离合部件和上述马达部件，所述抗二扰磁场的位移传感器检测所述离合部件的位置，从而准确地检测出变速箱中的轮盘位移变化。

本实用新型提供了一种抗干扰磁场的位移传感器、马达组件以及变速箱，所述抗干扰磁场的位移传感器采用具有相反极性的第一磁体和第二磁体，通过第一传感器部件和第二传感器部件分别检测第一磁体和第二磁体的磁场，由于第一磁体和第二磁体具有相反的极性，第一传感器部件得到的第一输出值相对于第二传感器部件得到的第二输出值是反向的，同时在干扰磁场下第一输出值和第二输出值都具有干扰误差，当第一输出值和第二输出值通过运算电路后可得到有效值，即得到稳定的输出，从而使得传感器的输出不受干扰磁场的影响，提高了位移传感器的检测精度。

本实用新型中的实施例仅用于对本实用新型进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本实用新型保护范围内。

Claims (17)

1.一种抗干扰磁场的位移传感器，其特征在于，所述抗干扰磁场的位移传感器包括：

磁性装置，所述磁性装置包括第一磁体和第二磁体，所述第一磁体和所述第二磁体具有相反的极性；

传感器组件，所述传感器组件包括第一传感器部件和第二传感器部件，所述第一传感器部件用于检测所述第一磁体的磁场变化与干扰磁场变化并得到第一输出值，所述第二传感器部件用于检测所述第二磁体的磁场变化与干扰磁场变化并得到第二输出值；

运算电路，所述第一输出值和所述第二输出值经所述运算电路后得到有效值。

2.根据权利要求1所述抗干扰磁场的位移传感器，其特征在于，所述磁性装置的中间部分向内凹陷，两端突出分别形成所述第一磁体和所述第二磁体。

3.根据权利要求2所述抗干扰磁场的位移传感器，其特征在于，所述磁性装置的形状为U型，所述第一磁体和所述第二磁体分别为U型磁性装置的两头。

4.根据权利要求1所述抗干扰磁场的位移传感器，其特征在于，所述磁性装置为一体件。

5.根据权利要求1所述抗干扰磁场的位移传感器，其特征在于，所述第一传感器部件包括霍尔传感器；所述第二传感器部件包括霍尔传感器。

6.根据权利要求1所述抗干扰磁场的位移传感器，其特征在于，所述第一传感器部件和所述第二传感器部件上均设置有校正电路，所述校正电路将检测到的场强大小校正为电压信号。

7.根据权利要求1所述抗干扰磁场的位移传感器，其特征在于，所述第一传感器部件与所述第一磁体的距离在3mm以上；所述第二传感器部件与所述第二磁体的距离在3mm以上。

8.根据权利要求1所述抗干扰磁场的位移传感器，其特征在于，所述第一磁体和所述第一传感器部件的位置分布，与所述第二磁体和所述第二传感器部件的位置分布相对称。

9.根据权利要求1所述抗干扰磁场的位移传感器，其特征在于，所述运算电路为减法器电路。

10.根据权利要求1所述抗干扰磁场的位移传感器，其特征在于，所述运算电路经过补偿后得到有效值。

11.根据权利要求1所述抗干扰磁场的位移传感器，其特征在于，所述磁性装置为永磁体。

12.根据权利要求1－11中任一项所述抗干扰磁场的位移传感器，其特征在于，所述第一传感器部件和所述第二传感器部件相同。

13.一种马达组件，其特征在于，所述马达组件包括马达、轮盘和如权利要求1至12中任意一项所述抗干扰磁场的位移传感器，所述马达和所述轮盘安装在齿嵌式离合器上，所述抗干扰磁场的位移传感器检测所述轮盘的轴向位移。

14.根据权利要求13所述的马达组件，其特征在于，当所述马达通电时，所述轮盘产生轴向位移，导致所述第一磁体和所述第二磁体的磁场变化；所述第一传感器部件和所述第二传感器部件分别检测所述第一磁体和所述第二磁体的磁场变化与所述马达产生的干扰磁场之和。

15.根据权利要求13所述的马达组件，其特征在于，所述传感器组件位于所述磁性装置与所述轮盘之间。

16.根据权利要求13所述的马达组件，其特征在于，所述马达驱动所述轮盘轴向移动。

17.一种变速箱，其特征在于，所述变速箱包括离合部件和如权利要求13至16中任意一项所述的马达组件，所述抗干扰磁场的位移传感器检测所述离合部件的位置。

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