用于执行机构的霍尔电位器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于执行机构的霍尔电位器，包括穿过外壳的转轴，与转轴连动的磁钢，与磁钢对应的将磁通量转换为电压信号的霍尔元件，连接霍尔元件的执行反正切（ＡＴＡＮ）运算的信号处理电路。该信号处理电路为，顺序连接的模数转换器（Ａ／Ｄ）、数字信号处理器（ＤＳＰ）、数模转换器（Ｄ／Ａ）或数字输出电路。霍尔元件为霍尔阵列，并与所述信号处理电路集成为一体的霍尔芯片。转轴伸出外壳的中部固定有与执行机构联动的齿轮。外壳包括与转轴滑动配合的空心铜螺柱，与铜螺柱固定连接的上盖，可以卡入上盖底部的底座。霍尔芯片焊结在一块安装在外壳内的电路板上，卡入底座中，定位在上盖与底座之间。其优点是：体积小、可靠性高、成本低。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于测量器具领域，特别涉及一种用于执行机构的非接触式电位器。
技术介绍
在自控系统中，尤其是在电动执行机构中，传统电位器在工作时，触点和电阻体直接接触，不断地滑动摩擦，电阻体很快就被磨损，使精度下降，寿命缩短。而非接触式电位器由于没有摩擦，稳定性和寿命都很好。目前，非接触式电位器有光电式，霍尔式，电磁式、磁阻式，它们的精度、线性度、重复性等方面都有所不同，价格也有很大差别。而现在大多的霍尔式电位器，电路釆用分立元件，体积大，可靠性不高。所以不能被广泛釆用。
技术实现思路
本技术为解决现有技术中电动执行机构常用的传统电位器可靠性不好，而提供一种高可靠性的电位器。本技术为解决所述技术问题而釆用的技术方案是用于执行机构的霍尔电位器，包括穿过外壳的转轴，与转轴连动的磁钢，与磁钢对应的将磁通量转换为电压信号的霍尔元件，连接霍尔元件的执行反正切'(ATAN)运算的信号处理电路。该信号处理电路为，顺序连接的模数转换器(A/D)、数字信号处理器(DSP)、数模转换器(D/A)或数字输出电路。所述数字输出电路为内部集成电路接口 U2C)或串行外围设备接口 (SPI)。所述霍尔元件为霍尔阵列，并与所述信号处理电路集成为一体的霍尔芯片。所述转轴伸出外壳的中部固定有与执行机构联动的齿轮。所述外壳包括，与转轴滑动配合的空心铜螺柱，与铜螺柱固定连接的上盖，可以卡入上盖底部的底座。所述霍尔芯片焊结在一块安装在外壳内的电路板上，该电路板卡入底座中，定位在上盖与底座之间。3与现有技术相比较，本技术用于执行机构的霍尔电位器，大幅缩小 了整体体积，使霍尔电位器的体积与传统电阻式电位器相当，能充分代替传统电位器；可靠性得到大幅度提高，能耐恶劣环境；再加上独特的结构设计， 组装简便，成本低，应用前景非常广泛。附图说明本技术的附图说明如下图1是用于执行机构的霍尔电位器原理的逻辑方框图。 图2是用于执行机构的霍尔电位器内部结构的剖面图。 图3是用于执行机构的霍尔电位器，当磁钢在霍尔芯片上旋转时，磁通分量Bx和By产生的两个正交的正弦波。图4是用于执行机构的霍尔电位器，通过霍尔阵列，将釆集到的两个水.平磁通量(Bx, By)等比例地转换为电压信号。图5是用于执行机构的霍尔电位器，实施例一的电路原理图。 图6是用于执行机构的霍尔电位器，实施例二的电路原理图。 图7是用于执行机构的霍尔电位器，实施例二的电路板10的接线图。具体实施方式以下结合附图来进一步说明本技术用于执行机构的霍尔电位器的实 施例。图l是原理的逻辑方框图；图2是内部结构的剖面图。 如图中所示，霍尔电位器通过转轴6上装配的齿轮2与执行机构中指示 轴的齿轮啮合传动。当执行机构中行程位置变化时，指示轴产生旋转，经过 齿轮传动使霍尔电位器的转轴6旋转，而转轴6上的磁钢7同时转动，磁场 将发生变化，与磁钢7对应的不接触的霍尔元件感应到的磁通量也会产生相 应的变化。霍尔元件将检测到的磁通量转换为电压信号，经过模数转换器 (A/D)转换成数字量，经数字信号处理器(DSP)进行反正切(ATAN)处理， 得出磁钢7相应的角度位置信息，再通过数模转换器(D/A)输出对应的电压 信号，发送给执行机构；或者通过数字输出电路，如内部集成电路接口 U2C) 或串行外围设备接口 (SPI)输出对应信息，发送给执行机构。4霍尔电位器的整体外形类似传统的电阻式电位器，外壳包括与转轴6滑动配合的空心铜螺柱5，与铜螺柱5固定连接的上盖9，可以卡入上盖9底部的底座11。可以利用铜螺柱5上的垫圈13和螺母14来安装固定霍尔电位器。转轴6伸出外壳的中部，用弹性卡圈l将齿轮2紧固在转轴6上。与转轴6连动的磁钢7,镶嵌在转轴6底部的阶梯沉孔中，为了保证易于寻找中心，选择圆形。磁钢7选用磁性强的材料，烧结钕铁綳。针对转轴6旋转时，场强要发生变化，采用径向充磁的双极磁钢。转轴6中部的弹性档圈3恰好将转轴6卡在空心铜螺柱5内，弹性档圈3的下方有"0"型密封圈4，防止灰尘颗粒进入转轴6与铜螺柱5之间，增加磨损。由于磁钢7具有较强的磁性，所以要求霍尔电位器的结构件为非导磁体。故转轴6选用低摩擦系数且耐高温的工程塑料赛钢(POM)机械加工而成；上盖9和底座11两部分釆用赛钢(P0M)注塑成型；铜螺柱5对转轴6起轴承的作用，转轴6与铜螺柱5之间的相对转动，为非金属与金属间的相对滑动，与传统的金属转轴与铜套的滑动比较，有更小的摩擦系数，使用寿命高。安装在外壳内，与磁钢7对应的霍尔元件釆用霍尔阵列，并且与信号处理电路集成为一体的霍尔芯片8。内置的霍尔元件分布在以芯片中心为参考圆心的圆周上。霍尔芯片8焊结在一块安装在壳内的电路板10上，考虑到电路板10的易装配性和易拆卸性，并保证霍尔芯片8与磁钢7之间的距离固定，霍尔电位器釆用的是弹性塑料卡扣式结构固定电路板10，同样釆用卡扣式结构固定底座11和上盖9，并在上盖9内设计限位边，避免底座11和电路板10在内部串动。该电路板10卡入底座11中，定位在上盖9与底座11之间。电路板10底部的接插件12为霍尔芯片8提供电源和接地，并为其输出信号提供接口。用于执行机构的霍尔电位器，其原理是釆用霍尔效应，由于径向磁钢在不同角度，其磁场会成比例变化，通过测量各方向的磁通量，就能得出磁钢的位置。对于水平旋转应用，只需测量水平两方向的磁通量。如图3所示，当磁钢7在霍尔芯片8上旋转时，磁通分量Bx和By将产生两个正交的正弦波，Bx正比于余弦cosine(a)， By正比于正弦s ine (a)。通过霍尔阵列，5可以将测量到的两个水平磁通量(Bx, By)等比例转换为电压信号，如图4 所示。原始霍尔信号Vx和Vy分别与Bx和By成正比。信号放大后，通过模数 转换器U/D)进行釆集，然后在数字信号处理器(DSP)执行以下反正切(ATAN) 运算，得到角度信息"二 n1、、r"方程l針Vx = X方向的原始霍尔信号 Vy = Y方向的原始霍尔信号 a = 角度方程1突出了的两个关键特性由于是取Vy和Vx的比值，因此可釆用 差分测量技术，信号放大后两路霍尔信号分开釆集，不会影响输出角度的精 度；同时能对空气间隙变化、热效应影响等而引起的磁场变化进行自动补偿 (同时影响两路霍尔信号，取V y和V x的比值时能消除)。霍尔电位器中的霍尔芯片8，选用了 melexis公司的芯片MLX90316,该 芯片集成了霍尔元件阵列以及AD转换和DSP逻辑部件，能达到12位分辨率 输出。它能实现360。无接触式、高分辨率角度位置编码，带磁场强度监测和 断电监测等故障监测模式，用户可编程等，十分适合苛刻条件下使用。系统 坚固耐用，能够耐受磁铁位置偏离，气隙变化，温度变化和外部磁场，并且 无需校准。图5是实施例一的电路原理图。图6是实施例二的电路原理图。 执行机构通过连接线与霍尔电位器的接插件12 (JP103)相连，接插件 U的5个管脚电源线(VCC)、选通线(/SS)、时钟线(SCLK)、数据线(MOSI 或0UT1)、地线(VSS)，分别与霍尔芯片8的对应管脚连接，由电源线(VCC) 和地线(VSS)提供5V电源给霍尔芯片8。为了保证电磁兼容性(EMC)，在芯 片的电源管脚(VCC)、调整脚(Vdig)本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于执行机构的霍尔电位器，其特征在于：电位器包括穿过外壳的转轴（６），与转轴连动的磁钢（７），与磁钢（７）对应的将磁通量转换为电压信号的霍尔元件，连接霍尔元件的执行反正切运算的信号处理电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：傅宇晨，谢晓辉，袁菲，袁敏勋，
申请(专利权)人：深圳万讯自控股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]