RU2312363C1 - Contactless programmable pickup of absolute angular position - Google Patents
Contactless programmable pickup of absolute angular position Download PDFInfo
- Publication number
- RU2312363C1 RU2312363C1 RU2006102833/28A RU2006102833A RU2312363C1 RU 2312363 C1 RU2312363 C1 RU 2312363C1 RU 2006102833/28 A RU2006102833/28 A RU 2006102833/28A RU 2006102833 A RU2006102833 A RU 2006102833A RU 2312363 C1 RU2312363 C1 RU 2312363C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnet
- sensor
- rotor
- stator
- range
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к автомобильному электронному приборостроению и может быть непосредственно использовано в электронных системах управления автомобилем для определения угла открытия дроссельной заслонки, степени нажатия педали акселератора, положения клапана рециркуляции отработавших газов, углового положения распределительного вала, коленчатого вала, в других автомобильных системах, требующих получения аналогового, ШИМ или последовательного сигнала об абсолютном угловом положении вращающегося объекта (вала), а также для бесконтактного детектирования абсолютного углового положения большого числа вращающихся объектов во многих других отраслях легкой и тяжелой промышленности.The present invention relates to automotive electronic instrumentation and can be directly used in electronic vehicle control systems to determine the opening angle of the throttle, the degree of depressing the accelerator pedal, the position of the exhaust gas recirculation valve, the angular position of the camshaft, crankshaft, in other automotive systems requiring analog, PWM or serial signal about the absolute angular position of a rotating object (shaft), and also for non-contact detection of the absolute angular position of a large number of rotating objects in many other sectors of light and heavy industry.
Аналогом заявляемого датчика является датчик положения педали акселератора (United States Patent 4915075 от 10 апреля 1990 года).An analogue of the claimed sensor is an accelerator pedal position sensor (United States Patent 4915075 dated April 10, 1990).
Устройство включает установленные в педаль потенциометр и плату со схемой формирования ШИМ-сигнала с выходным рабочим циклом, пропорциональным положению педали.The device includes a potentiometer installed in the pedal and a board with a PWM signal generating circuit with an output duty cycle proportional to the position of the pedal.
К недостаткам данного устройства относятся подверженность износу, характерная для потенциометров, малый срок службы, невысокая надежность, чувствительность к вибрации и пыли.The disadvantages of this device include the susceptibility to wear, characteristic of potentiometers, a short service life, low reliability, sensitivity to vibration and dust.
Аналогом заявляемого устройства является датчик углового положения с устройством Холла и постоянным магнитом заданной формы (United States Patent 5159268 от 27 октября 1992 года.).An analogue of the claimed device is an angular position sensor with a Hall device and a permanent magnet of a given shape (United States Patent 5159268 dated October 27, 1992.).
В описании устройства указываются два предпочтительных варианта формы магнита - продолговатой и колоколообразной формы, позволяющие добиться высокой линейности при его вращении.In the description of the device, two preferred variants of the shape of the magnet are indicated - oblong and bell-shaped, allowing to achieve high linearity during its rotation.
Недостатком данного устройства является сложность магнитной системы, необходимость использования магнитов специальной формы и применения расчетных математических методов.The disadvantage of this device is the complexity of the magnetic system, the need to use magnets of a special shape and the application of calculated mathematical methods.
Аналогом заявляемого устройства является магнитный датчик углового положения с улучшенной выходной линейностью (United States Patent 5444369 от 22 августа 1995 года).An analogue of the claimed device is a magnetic angle sensor with improved output linearity (United States Patent 5444369 of August 22, 1995).
Устройство использует массивные стационарные аксиальные магнитопроводы и вращающийся магнитопровод, к которому прикреплен один или более магнитов.The device uses massive stationary axial magnetic circuits and a rotating magnetic circuit to which one or more magnets are attached.
К недостаткам данного устройства относятся громоздкость, конструктивная сложность, необходимость применения при разработке устройства как расчетных методов, так и настройки и регулировки, отсутствие адаптированности к специальным требованиям, предъявляемым к механике автомобильных датчиков, работающих в ограниченном диапазоне угла поворота.The disadvantages of this device include cumbersomeness, structural complexity, the need to use both design methods and settings and adjustments when developing the device, lack of adaptability to the special requirements for the mechanics of automotive sensors operating in a limited range of rotation angles.
Аналогом заявляемого устройства является датчик положения педали с магнитом, движущимся относительно датчика магнитного поля, локализованного в статорном канале (United States Patent 6577119 от 10 июня 2003 года).An analogue of the claimed device is a pedal position sensor with a magnet moving relative to a magnetic field sensor located in the stator channel (United States Patent 6577119 dated June 10, 2003).
Устройство представляет собой бесконтактный датчик положения, в котором поверхность статора включает две области магнитного материала, магнит механически связан с ножной педалью акселератора, относительное движение которой вдоль одного или двух датчиков Холла в статорном канале вызывает образование электрического сигнала, пропорционального перемещению магнита, который обрабатывается в интегрированных схемах датчиков и одной или двух внешних ASIC (Application Specific Integrated Circuit) с возможностями программирования, например, в EEPROM линейной выходной характеристики и температурной компенсации, а также формирования сигнала для передачи по последовательному протоколу, например по шине CAN.The device is a non-contact position sensor in which the stator surface includes two areas of magnetic material, the magnet is mechanically connected to the accelerator foot pedal, the relative movement of which along one or two Hall sensors in the stator channel causes the formation of an electrical signal proportional to the movement of the magnet, which is processed in integrated sensor circuits and one or two external ASIC (Application Specific Integrated Circuit) with programming capabilities, for example, in the EEPROM linear output oh characteristics and temperature compensation as well as a signal for transmission over a serial protocol, such as CAN bus.
Недостатком данного устройства является сложность описываемой магнитной системы, необходимость применения двух датчиков Холла для повышения точности измерений, одной или двух внешних интерфейсных ASIC для реализации необходимого интерфейса.The disadvantage of this device is the complexity of the described magnetic system, the need to use two Hall sensors to improve measurement accuracy, one or two external interface ASICs to implement the required interface.
Аналогом заявляемого устройства является датчик углового положения с двумя закрепленными на роторе радиальными магнитами, создающими рабочее поле, которое при вращении ротора измеряется внешним датчиком магнитного поля (предпочтительно магниторезистивным AMP-датчиком или же датчиком Холла) (United States Patent 6806702 от 19 октября 2004 года).An analogue of the claimed device is an angular position sensor with two radial magnets mounted on the rotor, creating a working field, which when the rotor is rotated is measured by an external magnetic field sensor (preferably a magnetoresistive AMP sensor or a Hall sensor) (United States Patent 6806702 dated October 19, 2004) .
Недостатком данного устройства является громоздкость, необходимость применения двух магнитов и одной или нескольких внешних ASIC-обработчиков мостового сигнала; функциональный угловой диапазон AMP-датчика не превышает 180°.The disadvantage of this device is the bulkiness, the need to use two magnets and one or more external ASIC processors of the bridge signal; the functional angular range of the AMP sensor does not exceed 180 °.
Конструктивными аналогами заявляемого устройства также являются:Structural analogues of the claimed device are also:
бесконтактный датчик скорости автомобиля, предназначенный для измерения угловой скорости зубчатого ротора, применяющий магнитопровод в составе магниточувствительного элемента для получения скважности, близкой к двум (Патент РФ №35441 на полезную модель по заявке №2003127267 от 08.09.2003, МПК G01Р 3/488, зарегистрировано в Гос. реестре полезных моделей РФ 10.01.2004);non-contact vehicle speed sensor, designed to measure the angular speed of the gear rotor, using a magnetic circuit as part of a magnetically sensitive element to obtain a duty cycle close to two (RF Patent No. 35441 for utility model according to application No. 2003127267 of 08.09.2003, IPC G01P 3/488, registered in the State Register of Utility Models of the Russian Federation 10.01.2004);
бесконтактный датчик скорости автомобиля, встраиваемый в коробку передач (Патент РФ №36894 на полезную модель по заявке №2003132947 от 11.11.2003, МПК G01Р 3/488, зарегистрировано в Гос. реестре ПМ РФ 27.03.2004);a non-contact vehicle speed sensor that is built into the gearbox (RF Patent No. 36994 for utility model as per application No. 2003132947 dated 11.11.2003, IPC G01P 3/488, registered in the State Register of the RF PM March 27, 2004);
и бесконтактный датчик скорости автомобиля. (Решение о выдаче патента на изобретение №2004102133/28 (002114) от 26.01.2004, заключение от 12.04.2004).and non-contact vehicle speed sensor. (Decision on the grant of a patent for an invention No. 2004102133/28 (002114) dated January 26, 2004; conclusion dated April 12, 2004).
Применение данных устройств, функциональным назначением которых является детектирование угловой скорости, не предоставляет возможность детектировать абсолютное угловое положение в непрерывном режиме реального времени.The use of these devices, the functional purpose of which is the detection of angular velocity, does not provide the ability to detect the absolute angular position in continuous real time.
Прототипом заявляемого датчика является измерительное устройство для бесконтактного определения угла вращения (United States Patent 6534971 от 18 марта 2003 г.).The prototype of the proposed sensor is a measuring device for non-contact determination of the angle of rotation (United States Patent 6534971 dated March 18, 2003).
Данное устройство включает ротор, на котором расположен постоянный магнит с диаметральным направлением намагниченности и статор - элемент Холла, расположенный асимметрично и описывающий эллиптическое вращательное движение постоянного магнита. При этом никакие концентраторы магнитного потока в данной конструкции не используются. Указанная магнитная система позволяет получить область выходной характеристики с крутой областью снижения и характерными плоскими областями.This device includes a rotor on which a permanent magnet with a diametrical direction of magnetization is located and a stator is a Hall element located asymmetrically and describing the elliptical rotational movement of the permanent magnet. However, no magnetic flux concentrators are used in this design. The indicated magnetic system makes it possible to obtain an output characteristic region with a steep lowering region and characteristic flat regions.
Недостатком данного устройства является сужение диапазона измеряемого угла вследствие недостаточной однородности выходной характеристики (в описании изобретения указывается угловая область линейности до 80°, тогда как во многих случаях для эффективной работы датчика требуется измерять углы 100...120° и более, до 360° или для некоторых типов устройств углы в несколько полных оборотов).The disadvantage of this device is the narrowing of the range of the measured angle due to insufficient uniformity of the output characteristic (the description of the invention indicates the angular region of linearity to 80 °, while in many cases for the effective operation of the sensor it is necessary to measure angles of 100 ... 120 ° or more, up to 360 ° or for some types of devices angles of several full revolutions).
Обычные линейные датчики на основе эффекта Холла, рекомендуемые для данного устройства-прототипа, имеют достаточно много недостатков: низкая чувствительность, дрейфы чувствительности, смещение и дрейфы смещения и значительная нелинейность (до 3% в полном диапазоне, который обычно менее 90°).Conventional linear Hall effect sensors recommended for this prototype device have quite a few drawbacks: low sensitivity, sensitivity drifts, displacement and bias drifts, and significant non-linearity (up to 3% in the full range, which is usually less than 90 °).
В устройстве также отсутствуют специальные схемотехнические и механические средства адаптации к конкретным условиям работы.The device also lacks special circuitry and mechanical means of adaptation to specific working conditions.
Задачи изобретения - упрощение конструкции устройства и технологии его сборки и монтажа, повышение надежности и точности, повышение линейности (абсолютных и относительных показателей линейности аналогового сигнала, дрейфа скважности ШИМ-сигнала или точности передаточной характеристики в абсолютном цифровом формате), улучшение повторяемости, расширение функционального диапазона и линейного участка измеряемого угла до любого значения в пределах 0-360°, увеличение чувствительности, развитие адаптационных признаков к конкретным условиям работы, осуществление прямого замещения аналоговых трехпроводных и двухпроводных (ШИМ) потенциометров и классических датчиков на основе эффекта Холла, возможность гибкой адаптации устройства для встраивания его в существующие автомобильные системы, а также для внешнего (по отношению к детектируемой автомобильной системе) монтажа датчика на торце вала, возможность использования различных магнитных роторов, а также обеспечение функциональности устройства в условиях значительных статических и динамических системных смещений.The objective of the invention is to simplify the design of the device and the technology of its assembly and installation, increase reliability and accuracy, increase linearity (absolute and relative linearity of the analog signal, duty cycle drift of the PWM signal or the accuracy of the transfer characteristic in absolute digital format), improve repeatability, expand the functional range and a linear portion of the measured angle to any value within 0-360 °, an increase in sensitivity, the development of adaptive traits to specific conditions work, direct replacement of analog three-wire and two-wire (PWM) potentiometers and classical sensors based on the Hall effect, the ability to flexibly adapt the device to integrate it into existing automotive systems, as well as for external (with respect to the detected automobile system) mounting the sensor on the shaft end , the ability to use various magnetic rotors, as well as ensuring the functionality of the device in conditions of significant static and dynamic system displacements.
Поставленные задачи решаются тем, что бесконтактный датчик абсолютного углового положения, в котором магнитный ротор с магнитом осуществляет вращение магнита в детектируемом угловом диапазоне относительно неподвижного статора - интегральной схемы (ИС) датчика магнитного поля на эффекте Холла, состоит из двух механически не взаимосвязанных и изолированных друг от друга частей с постоянным воздушным зазором в пространстве между ними, одной частью вышеуказанного датчика абсолютного углового положения является роторный узел, выполненный из материала, не проводящего магнитное поле, с магнитом, в процессе сборки по результатам выравнивания жестко установленным (запрессованным и вклеенным) в роторном узле, механически связанном с вращающимся валом детектируемого объекта (цели) посредством ориентирующей лыски или ориентирующего паза в установочной втулке ротора и имеющем возможность поворота с внешней стороны корпуса устройства на детектируемый в пределах полного механического диапазона устройства угол φ, другая часть вышеуказанного датчика абсолютного углового положения представляет собой статор - совокупность неподвижных механических и электронных частей, предоставляющих через контактный интерфейс информацию об угловом положении ротора с магнитом, ротор и статор вышеуказанного датчика абсолютного углового положения размещаются в пространстве таким образом, что легкая ось намагниченности и основание диаметрально намагниченного цилиндрического роторного магнита при его вращении параллельны лицевой поверхности ИС статора, представляющей собой программируемую в памяти EEPROM ИС двухосевого магнитного углового энкодера с аналоговым выходом, интерфейсом ШИМ или последовательным интерфейсом, формируемым по результатам оцифровки и цифровой обработки на интегрированных ступенях АЦП-ЦОС с использованием функции арктангенса сигналов интегрированного крестообразного массива планарных элементов Холла, чувствительных к градиенту компонентов рабочего магнитного поля, перпендикулярных лицевой поверхности вышеуказанной ИС, запаиваемой способом поверхностного монтажа на печатной плате с компонентами схемы вышеуказанного датчика абсолютного углового положения.The tasks are solved in that the non-contact absolute angle position sensor, in which a magnetic rotor with a magnet rotates the magnet in a detectable angular range relative to the fixed stator - the integrated circuit (IC) of the Hall effect magnetic field sensor, consists of two mechanically not interconnected and isolated each from each other parts with a constant air gap in the space between them, one part of the above absolute angle sensor is a rotor assembly, made of a material that does not conduct a magnetic field, with a magnet, during assembly according to the alignment results of a rigidly installed (pressed and glued) in the rotor assembly mechanically connected with the rotating shaft of the detected object (target) by means of an orientation flat or an orientation groove in the rotor mounting sleeve and having the ability to rotate from the outside of the device to a detectable angle φ within the full mechanical range of the device, another part of the above absolute angle polo sensor A stator is a set of fixed mechanical and electronic parts that provide information on the angular position of the rotor with a magnet through the contact interface, the rotor and stator of the above absolute angular position sensor are placed in space so that the light axis of magnetization and the base of the diametrically magnetized cylindrical rotor magnet its rotation are parallel to the front surface of the stator IC, which is a dual-axis magnet programmable in the EEPROM memory total angular encoder with an analog output, PWM interface or serial interface, formed by digitizing and digital processing on the integrated steps of the ADC-DSP using the arctangent function of the signals of the integrated cruciform array of planar Hall elements, sensitive to the gradient of the components of the working magnetic field perpendicular to the front surface of the above IC sealed by surface mounting on a printed circuit board with circuit components of the above sensor bsolyutnogo angular position.
Схема вышеуказанного датчика Холла представляет собой двухосевой магнитный угловой энкодер, который допускает выбор формата и программирование после сборки всего устройства основных параметров его выходной передаточной характеристики - аналоговой, ШИМ или характеристики в последовательном формате - ограничивающих уровней выходного напряжения и точек калибровки или нулевого положения, направления вращения магнита или направления наклона передаточной характеристики, смещения и усиления (чувствительности) и (или) других параметров.The circuit of the aforementioned Hall sensor is a two-axis magnetic angular encoder that allows the format selection and programming after assembly of the entire device of the main parameters of its output transfer characteristic - analog, PWM or serial format characteristics - limiting output voltage levels and calibration points or zero position, direction of rotation magnet or the direction of inclination of the transfer characteristic, bias and gain (sensitivity) and (or) other parameters.
Выходной разъем корпуса устройства содержит только функциональные выводы, используемые в дальнейшем процессе эксплуатации после программирования датчика, причем в процессе программирования устройства используются только функциональные выводы ИС. Никакие технологические проводные выводы и (или) проводной шлейф вспомогательного технологического разъема при программировании не используются.The output connector of the device housing contains only the functional terminals used in the further operation after programming the sensor, and only the functional terminals of the IC are used in the process of programming the device. No technological wire leads and (or) a wire loop of the auxiliary technological socket are not used during programming.
В бесконтактном программируемом датчике абсолютного углового положения в диапазоне 360° допускается как аксиальное, так и радиальное расположение корпуса статора относительно ротора, а также аксиальный вариант расположения статора, снабженного внутренней втулкой под роторный узел с воздушным зазором между всеми статорными поверхностями и роторными поверхностями, примыкающими к вышеуказанным статорным поверхностям (для внешнего монтажа).An axial and radial arrangement of the stator housing relative to the rotor, as well as an axial arrangement of the stator, equipped with an internal sleeve for the rotor assembly with an air gap between all stator surfaces and rotor surfaces adjacent to the above stator surfaces (for external installation).
Вышеуказанная ИС с массивом планарных элементов Холла, чувствительных к градиенту компонентов рабочего магнитного поля, перпендикулярных лицевой поверхности вышеуказанной ИС, может снабжаться интегрированным магнитоконцентрирующим (ИМК) диском (дисками), посредством которого при вращении дипольного магнита выполняется преобразование параллельных компонентов поля в перпендикулярные лицевой поверхности вышеуказанной ИС.The above IP with an array of planar Hall elements that are sensitive to the gradient of the components of the working magnetic field perpendicular to the front surface of the above IS can be equipped with an integrated magnetoconcentrating (IMC) disk (s), through which the rotation of the dipole magnet converts the parallel field components to the perpendicular front surface of the above IP.
При программировании вышеуказанной ИС может обеспечиваться выбор выходного формата, поддержка двух- или многоточечной калибровки, возможность программирования основных и вспомогательных параметров индивидуальных участков выходной передаточной характеристики при многоточечной калибровке.When programming the above IPs, the choice of the output format, support for two- or multi-point calibration, the ability to program the main and auxiliary parameters of individual sections of the output transfer characteristic during multi-point calibration can be provided.
Основание роторного диаметрально намагниченного цилиндрического постоянного магнита может быть круговым или кольцевым.The base of the rotor diametrically magnetized cylindrical permanent magnet can be circular or annular.
Для выравнивания магнит может жестко устанавливаться (запрессовываться и (или) вклеиваться) во втулке с пазами, используемыми для индикации положения нулевой плоскости магнитной симметрии (полюсов магнита), или под отвертку, жестко устанавливаемую (вклеиваемую) в роторном узле по результатам выравнивания магнита. Пазы для индикации нулевого положения или под отвертку могут также выполняться в теле магнита. Для визуального различия полюсов может также применяться покраска магнита.For alignment, the magnet can be rigidly installed (pressed and (or) glued) in the sleeve with grooves used to indicate the position of the zero plane of magnetic symmetry (magnet poles), or under a screwdriver, rigidly installed (glued) in the rotor assembly according to the results of alignment of the magnet. Slots for indicating the zero position or for a screwdriver can also be made in the magnet body. Magnet painting can also be used to visually distinguish the poles.
Для защиты вышеуказанного датчика Холла от обратного напряжения, перенапряжения, короткого замыкания выхода, импульсных помех по цепи питания и выхода, если эта защита не предусмотрена в интегральной схеме вышеуказанного интегрального датчика Холла, схема устройства, расположенная на плате датчика, может включать необходимые схемы защиты (стабилитрон, выпрямитель, конденсаторы фильтров и др.).To protect the above-mentioned Hall sensor from reverse voltage, overvoltage, output short circuit, impulse noise in the power supply and output circuits, if this protection is not provided in the integrated circuit of the above integrated Hall sensor, the device circuit located on the sensor circuit board may include the necessary protection circuits ( Zener diode, rectifier, filter capacitors, etc.).
Бесконтактный программируемый датчик углового положения в диапазоне 360° показан на фиг.1-24.A non-contact programmable angular position sensor in the range of 360 ° is shown in figures 1-24.
На фиг.1-8 показаны примеры конструкций аналоговых бесконтактных программируемых датчиков абсолютного положения. На фиг.1, 4, 6 показаны общие (аксонометрические) виды устройств, на фиг. 2, 3, 5, 7, 8 показаны виды примеров датчиков в разрезе, иллюстрирующие принцип действия заявляемого устройства.Figure 1-8 shows examples of designs of analog non-contact programmable absolute position sensors. Figures 1, 4, 6 show general (axonometric) views of the devices; Figs. 2, 3, 5, 7, 8 shows types of examples of sensors in section, illustrating the principle of operation of the claimed device.
На фиг.1-5 показаны исполнения устройств, рассчитанные на встраивание в автомобильные системы, с уплотнительным кольцом:Figure 1-5 shows the performance of devices designed for integration into automotive systems, with a sealing ring:
на фиг.1-3 показано аксиальное исполнение устройства;1 to 3 show an axial design of the device;
на фиг.4, 5 показано радиальное исполнение устройства.figure 4, 5 shows a radial design of the device.
На фиг.6-8 показано исполнение устройства, предназначенного для монтажа над торцом выходного вала (внешнего по отношению к детектируемой автомобильной системе).Figures 6-8 show a design of a device for mounting above an end of an output shaft (external to the detected automotive system).
На фиг.1, 2 и 6, 7 показаны исполнения устройства, в которых роторный узел снабжается регулировочной втулкой-корпусом под магнит с пазом, идентифицирующим положение нулевой плоскости симметрии (полюсов магнита), или применяемым для подгонки отверткой положения магнита в процессе сборки роторного узла. На фиг.3, 4, 5 и 8 показаны варианты конструкции устройства без индивидуальной втулки-корпуса под магнит, полюса которого визуально различимы.Figures 1, 2 and 6, 7 show a device embodiment in which the rotor assembly is provided with an adjusting sleeve-housing for a magnet with a groove identifying the position of the zero plane of symmetry (magnet poles), or used to adjust the magnet position with a screwdriver during assembly of the rotor assembly . Figure 3, 4, 5 and 8 show the design options of the device without an individual sleeve-body for a magnet, the poles of which are visually distinguishable.
На фиг.9 показаны соответствующие фиг.1-8 варианты исполнения роторного узла.In Fig.9 shows the corresponding Fig.1-8 embodiments of the rotor assembly.
На фиг.10 приведен пример схемы электрической принципиальной заявляемого устройства с программируемой в EEPROM ИС двухосевого магнитного углового энкодера MLX90316 Melexis.Figure 10 shows an example of an electrical circuit diagram of the inventive device with programmable in the EEPROM IC biaxial magnetic angular encoder MLX90316 Melexis.
На фиг.11 приведена функциональная схема ИС MLX90316.Figure 11 shows the functional diagram of the IC MLX90316.
На фиг.12 показаны основные элементы магнитной системы и проиллюстрирован принцип действия заявляемого устройства.On Fig shows the main elements of the magnetic system and illustrates the principle of operation of the inventive device.
На фиг.13а-г подробно проиллюстрирован рабочий принцип датчика с массивом элементов Холла и ИМК, реализованный в технологии "Triaxis" Melexis:On figa-g illustrates in detail the working principle of the sensor with an array of Hall elements and IMC, implemented in the technology "Triaxis" Melexis:
на фиг.13а показано преобразование компонентов В|| параллельного рабочего магнитного поля в перпендикулярные В⊥ посредством ИМК-диска для считывания поля планарными элементами Холла;on figa shows the conversion of components In || parallel working magnetic field into perpendicular B ⊥ by means of IMC-disk for reading the field by planar Hall elements;
на фиг.13б показаны расположение диска ИМК и массива элементов Холла на подложке в ИС и преобразование параллельных компонентов магнитного поля ВX и BY в направлении измерительных осей Х и Y;on figb shows the location of the IMC disk and the array of Hall elements on the substrate in the IC and the conversion of the parallel components of the magnetic field B X and B Y in the direction of the measuring axes X and Y;
на фиг.13в показан принцип получения синусоидальных и косинусоидальных сигналов с массива элементов Холла для детектирования угла φ;on figv shows the principle of obtaining sinusoidal and cosine signals from an array of Hall elements for detecting the angle φ;
на фиг.13 г показаны сформированные на первичном этапе сигналообразования в ИС MLX90316 синусно-косинусные сигналы напряжения.13 g shows the sine-cosine voltage signals generated at the primary stage of signal generation in the MLX90316 IC.
На фиг.14 дана иллюстрация рабочего принципа 12-битного аналогового двухосевого магнитного углового энкодера (разрешение ЦАП аналогового выхода MLX90316 - 12 бит).On Fig given an illustration of the working principle of a 12-bit analog biaxial magnetic angular encoder (DAC resolution of the analog output MLX90316 - 12 bits).
На фиг.15 проиллюстрирован принцип вычисления угла MLX90316 в корпусе SOIC-8 и показаны примеры аналоговых выходных характеристик ИС MLX90316,On Fig illustrates the principle of calculating the angle MLX90316 in the SOIC-8 package and shows examples of analog output characteristics of the IC MLX90316,
на фиг.16 показан выходной ШИМ-интерфейс MLX90316,on Fig shows the output PWM interface MLX90316,
на фиг.17 проиллюстрировано получение последовательного интерфейса в MLX90316.17 illustrates the receipt of a serial interface in the MLX90316.
На фиг.18 показаны примеры аналоговых выходных режимов заявляемого устройства, примеры конструкций которого соответствуют фиг.1-8, в ограниченном диапазоне угла φ, выбранного для данных конструкций равным 120°, с направлением вращения против часовой стрелки.On Fig shows examples of analog output modes of the inventive device, examples of designs of which correspond to figures 1-8, in a limited range of angle φ selected for these structures equal to 120 °, with the direction of rotation counterclockwise.
На фиг.19-22 показаны:On Fig.19-22 shown:
типичный рабочий режим классического аналогового датчика Холла (фиг.19а);a typical operating mode of a classic analog Hall sensor (figa);
первичный этап формирования передаточной характеристики (фиг.19б, в);the primary stage of the formation of the transfer characteristics (Fig.19b, c);
типичные программируемые выходные характеристики классического датчика Холла (фиг.20-22).typical programmable output characteristics of the classic Hall sensor (Fig.20-22).
На фиг.23 показаны аналоговые выходные режимы заявляемого устройства в сравнении с примером характеристики классического датчика Холла и возможными примерами характеристик типичных ИС энкодеров (на примере однократно программируемой в памяти OTPROM AS5043 Austriamicrosystems).On Fig shows the analog output modes of the claimed device in comparison with an example of the characteristics of the classic Hall sensor and possible examples of the characteristics of typical IC encoders (for example, OTPROM AS5043 Austriamicrosystems once programmed in memory).
На фиг.24 показано сравнение способов программирования аналоговых характеристик MLX90316 и ИС энкодера AS5043:On Fig shows a comparison of the programming methods of the analog characteristics of the MLX90316 and the encoder IC AS5043:
на фиг.24а показано программирование нулевого положения (смещения) выходной характеристики AS5043;on figa shows the programming of the zero position (offset) of the output characteristics of AS5043;
на фиг.24б показана многоточечная калибровка выходной характеристики MLX90316.on figb shows a multi-point calibration of the output characteristics of the MLX90316.
В таблице приведены основные технические характеристики MLX90316.The table shows the main technical specifications of the MLX90316.
Бесконтактный программируемый датчик абсолютного углового положения, примеры конструкций которого показаны на фиг.1-9, реализует рабочий режим устройства с вращением дипольного магнита в диапазоне механического угла φmax=0...360°. В качестве примера для получения аналоговых функциональных характеристик (фиг.15 и 18) выбрано детектируемое механическое угловое значение φmax=120°. Программно заданный эффективный электрический угол φeff и линейный участок φlin при этом составляет также 120°.A non-contact programmable sensor of absolute angular position, examples of the designs of which are shown in FIGS. 1-9, implements the operating mode of the device with the rotation of the dipole magnet in the range of the mechanical angle φ max = 0 ... 360 °. As an example, to obtain analog functional characteristics (FIGS. 15 and 18), the detected mechanical angular value φ max = 120 ° was selected. The programmed effective electric angle φ eff and the linear portion φ lin are also 120 °.
Бесконтактный программируемый датчик абсолютного углового положения, показанный на фиг.1-9, состоит из ротора 1 (сборочной единицы роторного узла) и статора 2, закрепляемого на одном или нескольких винтах. Между ротором и статором существует постоянный воздушный зазор d.The non-contact programmable absolute angle encoder shown in FIGS. 1-9 consists of a rotor 1 (assembly unit of a rotor assembly) and a
Роторный узел 1 включает жестко установленный диаметрально намагниченный цилиндрический постоянный магнит 3, запрессованный в вариантах исполнений, показанных на фиг.1-2, 6-7 и 9а, в пластмассовую регулировочную втулку-корпус 4 с пазом 13; сборка магнита 3 с втулкой 4 запрессовывается во вращающуюся установочную втулку 5. Магнит 3 без втулки 4 (также и с пазом 13) (фиг.1, 3, 4-5, 6, 8, 9б) запрессовывается непосредственно во вращающуюся установочную втулку 5.The
Статор 2 датчика включает печатную плату 6, на которой запаяны датчик Холла - двухосевой магнитный угловой энкодер 7 и контакты разъема 8.The
Для обеспечения функциональности заявляемого датчика необходимо обеспечивать рабочий зазор D между магнитом 3 и датчиком Холла 7, предписываемый для данной магнитной системы (фиг.12-14).To ensure the functionality of the inventive sensor, it is necessary to provide a working gap D between the
Статор 2 датчика выполняется как единый сборочный узел. Ориентировочно этапы сборки корпуса 2 с компонентами заявляемого устройства определяются следующей последовательностью. Вначале изготавливается электронный блок в сборе с верхней или нижней частью корпуса 9, с контактами разъема 8 по технологии обливки или запрессовки. Интегральный датчик Холла - двухосевой магнитный угловой энкодер 7 устанавливается на плате 6 и запаивается. Предпочтительное механическое расположение датчика 7 на плате 6 относительно корпуса 2 выбирается конструктивно. Плата 6 устанавливается в паз верней части корпуса 9 статора 2. Контакты 8 запаиваются на плате 6. Затем электронный блок с частью корпуса 9 обливается пластмассой для формирования нижней части корпуса 10 (фиг.1-5) или закрывается крышкой 10, которая затем заклеивается (фиг.6-8).The
Ротор 1 механически связан с вращающимся валом детектируемого объекта (цели) 11 и имеет возможность поворота с внешней стороны основания корпуса 2 на угол φ=0...360°. С обратной стороны установочной втулки 5 ротора 1 имеются ориентирующие пазы (или лыска) для точного сопряжения роторного узла 1 с валом 11. Корпус статора 2 жестко крепится одним, двумя или более винтами к неподвижной части объекта.The
Устройства, рассчитанные на встраивание в автомобильные системы (фиг.1-5), дополнительно снабжаются уплотнительным кольцом 12.Devices designed to be embedded in automotive systems (FIGS. 1-5) are additionally equipped with a sealing
Постоянный магнит 3 (или сборка магнита 3 со втулкой 4) жестко устанавливается (запрессовывается и вклеивается) в установочной втулке 5 роторного узла 1 по результатам выравнивания нулевой плоскости симметрии магнита 3, что необходимо для получения идентичных технических характеристик партии изделий.The permanent magnet 3 (or the assembly of
Нулевому магнитному вектору с нулевым значением магнитной индукции магнитного поля (или легкой оси намагниченности) в заявляемом устройстве может соответствовать любое механическое положение магнита 3 относительно ротора 1, установочной втулки 5 и корпуса статора 2, но при этом поворот нулевого вектора (или легкой оси намагниченности) магнита 3 при программировании передаточной характеристики должен быть согласован с измерительным принципом данной ИС, как показано на фиг.15 для аналоговых характеристик MLX90316.Zero magnetic vector with a zero value of magnetic induction of the magnetic field (or easy axis of magnetization) in the inventive device can correspond to any mechanical position of the
При программировании MLX90316 задаются ограничивающие уровни напряжения UClampLo, UClampHigh, смещение U0q (напряжение при нулевой индукции поля), направление наклона (направление вращения магнита) и другие параметры выходной характеристики.When programming the MLX90316, the limiting voltage levels U ClampLo , U ClampHigh , offset U 0q (voltage at zero field induction), tilt direction (direction of rotation of the magnet) and other parameters of the output characteristic are set.
Для заявляемого устройства, принципиальная электрическая схема которого показана на фиг.10, ИС MLX90316 является первым коммерчески доступным продуктом. Измерительный принцип MLX90316 в корпусе SOIC-8 показан на фиг.12-14. При данном взаиморасположении магнитных полюсов магнита 3 и ИС 7 в конструкциях, показанных на фиг.1-9, нулевому углу поворота магнита 3 относительно ИС 7 соответствует нулевое значение магнитной индукции поля.For the inventive device, the circuit diagram of which is shown in Fig. 10, the MLX90316 is the first commercially available product. The measuring principle of the MLX90316 in the SOIC-8 package is shown in FIGS. 12-14. With this relative position of the magnetic poles of the
С учетом этого взаиморасположения в конструкции датчика нулевой магнитный вектор, индицируемый пазом 13 втулки 4 или магнита 3 (фиг.1-9), может совпадать или отличаться от нулевого вектора отсчета эффективного электрического угла φ относительно корпуса статора 2 и ИС 7 на постоянное угловое значение, которое в случае несовпадения целесообразно принимать равным φmax/2 (см. фиг.15 и 18).Given this mutual arrangement in the design of the sensor, the zero magnetic vector indicated by the
Вращение магнита 3 в примерах конструкций, показанных на фиг.1-8, осуществляется против часовой стрелки относительно лицевой поверхности ИС 7, что задается программно (фиг.18).The rotation of the
Поскольку в серийном производстве желательно получение идентичных характеристик заявляемого устройства, с этой целью установку магнита 3 целесообразно производить по результатам его выравнивания в роторном узле 1, которое следует выполнять идентично для партии выпускаемых изделий.Since in serial production it is desirable to obtain identical characteristics of the claimed device, for this purpose it is advisable to install the
Для установки магнита 3 может быть использована втулка 4, которая снабжается пазом 13 под отвертку для возможности предварительной ориентации нулевой плоскости симметрии или легкой оси намагниченности магнита 3 (фиг.9) перед его жесткой установкой (по результатам измерений магнитного поля, например, тесламетром, гауссметром, калиброванной линейной ИС Холла или с применением специальных аппаратно-программных средств).To install
Кроме того, за счет применения втулки 4 обеспечивается:In addition, through the use of the
1) возможность выравнивания нулевого положения магнита 3 в процессе монтажа статора 2 или сборки узла ротора 1;1) the ability to align the zero position of the
2) увеличение рабочей зоны выравнивания с малым магнитом 3 - начальных угловых допусков; при этом могут быть увеличены размеры втулки 4.2) increase in the working area of alignment with a small magnet 3 - the initial angular tolerances; while the dimensions of the
Вместо ориентирующего паза 13 втулки 4 (фиг.9а) нулевая плоскость симметрии магнита 3 может быть обозначена также канавкой 13 на поверхности магнита 3 (фиг.9б) или намечена краской. Для визуального различения полюсов магнит 3 также может быть покрыт краской двух цветов.Instead of the
В серийном производстве, а также в том случае, когда применение втулки 4 уменьшает диапазон допустимых рабочих воздушных зазоров d и D (см. фиг.1-9 и 12-14), вариант с краской одного или двух цветов предпочтителен. Магнит 3 тогда может совмещаться с втулкой 5 ротора 1.In mass production, as well as in the case where the use of the
В заявляемом устройстве могут быть использованы оба из вышеперечисленных вариантов установки магнита 3. Во всех случаях выравнивание магнита 3 относительно датчика 7 обеспечивается в процессе монтажа ротора 1 и статора 2 заявляемого устройства или сборки мехатронного блока с ротором 1; по результатам выравнивания магнит 3 (также и в случае применения корпуса 4) жестко устанавливается (заклеивается) в роторном узле 1.In the inventive device can be used both of the above options for installing
3 - контактный выходной разъем корпуса 2 датчика углового положения с MLX90316, принципиальная электрическая схема которого показана на фиг.10, предназначен для формирования аналогового канала передачи данных (варианты, показанные на фиг.15, 18). Альтернативными вариантами являются двухпроводной ШИМ-интерфейс или последовательный интерфейс ИС, показанные на фиг.16 и 17 соответственно.3 - pin output connector of the
В процессе программирования MLX90316 используются только функциональные выводы ИС 3 и контакты разъема 8. Никаких специальных проводных выводов, технологических перемычек и (или) разъемов для программирования устройства не требуется.In the process of programming the MLX90316, only the functional outputs of the
Программируемый магнитный угловой энкодер MLX90316, рекомендуемый для магнитной системы заявляемого датчика, функционирующего на основе рабочего принципа, показанного на фиг.12-14, - новейший и наиболее предпочтительный компонент элементной базы существующих на момент подачи данной заявки двухосевых магнитных угловых энкодеров, поддерживающих аналоговый, ШИМ или последовательный интерфейс.The programmable magnetic angle encoder MLX90316, recommended for the magnetic system of the inventive sensor, operating on the basis of the working principle shown in Fig.12-14, is the newest and most preferred component base existing at the time of filing this application, two-axis magnetic angle encoders supporting analog, PWM or serial interface.
MLX90316 - это гибридная ИС абсолютного магнитного углового энкодера в диапазоне 0...360° на базе технологии "Triaxis™" Melexis, сенсорная часть которого состоит из одного интегрированного магнитоконцентрирующего (ИМК) диска 14 диаметром DИМК на КМОП - подложке 16 ИС 7 в корпусе SOIC-8 (или расположенных на двойной подложке двух ИМК в корпусе TSSOP16), и интегрированного крестообразного массива (массивов) взаимно ортогональных планарных элементов Холла 15, размещенных под ИМК 14, попарно чувствительных к направлениям Х и Y соответственно, в плоскости, параллельной лицевой поверхности ИС 7 (фиг.13).MLX90316 is a hybrid absolute magnetic encoder IC in the
Применение ИМК 14 обеспечивает преобразование компонентов В|| магнитного поля, параллельных поверхности ИС 7, в перпендикулярные В⊥ (фиг.13а-в). За счет данного преобразования достигается физическая чувствительность датчика именно к компонентам ВX и BY магнитного поля, параллельным поверхности ИС 7, которые при повороте магнитного вектора дипольного магнита 3 в описываемой магнитной системе без ИМК доминируют над перпендикулярными. MLX90316 с ИМК 14 и массивом планарных элементов Холла 15 производит электрическое отображение преобразованного ИМК 14 рабочего магнитного поля В⊥, перпендикулярного поверхности ИС 7, к которому чувствительны элементы Холла 15 ИС 7.The use of
Таким образом, повышение чувствительности датчика за счет эффектов концентрации компонентов магнитного поля именно в направлении измерительных осей датчика X и Y одновременно означает значительное увеличение чувствительности датчика к компонентам поля в вертикальной оси Z, увеличение сенсорного расстояния D и, следовательно, и d (фиг.1-8, 13-14).Thus, an increase in the sensitivity of the sensor due to the effects of the concentration of the components of the magnetic field precisely in the direction of the measuring axes of the sensor X and Y simultaneously means a significant increase in the sensitivity of the sensor to the field components in the vertical axis Z, an increase in the touch distance D and, therefore, d (Fig. 1 -8, 13-14).
Функциональная схема MLX90316 показана на фиг.11, технические характеристики отражены в таблице.Functional diagram of the MLX90316 is shown in Fig.11, the technical characteristics are shown in the table.
Кроме собственно сенсорной части, этапы обработки сигнала в ИС включают мультиплексирование (MUX), усиление, АЦП, ЦОС с микроконтроллером, RAM, ROM и EEPROM. Затем полученное цифровое значение переводится в аналоговый, ШИМ или последовательный сигнал.In addition to the sensor part itself, the stages of signal processing in the IC include multiplexing (MUX), amplification, ADC, DSP with a microcontroller, RAM, ROM and EEPROM. Then the received digital value is converted into an analog, PWM or serial signal.
Первая ступень схемы предназначена для кодировки сигналов механического угла в два дифференциальных сигнала с фазовой разницей 90° - синусный и косинусный (фиг.13г). Синусно-косинусные сигналы UX и UY, пропорциональные величине магнитного потока, обрабатываются в дифференциальной аналоговой цепи с применением классических техник отмены сдвигов ("spinning" и "chopper" - стабилизированный усилитель, которые позволяют достигать значений смещения порядка нескольких мкТл), а затем оцифровываются АЦП с разрешением, конфигурируемым в 14 или 15 бит, и передаются в блок ЦОС.The first stage of the circuit is designed to encode mechanical angle signals into two differential signals with a phase difference of 90 ° - sine and cosine (Fig.13g). Sine-cosine signals U X and U Y , proportional to the magnitude of the magnetic flux, are processed in a differential analog circuit using classical techniques for canceling shifts ("spinning" and "chopper" - a stabilized amplifier that allows you to achieve bias values of the order of several μT), and then ADCs are digitized with a resolution configurable in 14 or 15 bits, and transmitted to the DSP block.
Основным элементом блока ЦОС является 16-битный RISC-микроконтроллер, использующий цифровое представление сигналов для вычисления угла посредством табличной функции арктангенса, применяемой к соотношению сигналов UY/UX:The main element of the DSP unit is a 16-bit RISC microcontroller that uses the digital representation of the signals to calculate the angle using the arctangent table function applied to the signal ratio U Y / U X :
АЦП и блок ЦОС обеспечивают высокоточный расчет углового положения магнита относительно ИС (угла поворота магнитного вектора, параллельного поверхности ИС).The ADC and DSP block provide a highly accurate calculation of the angular position of the magnet relative to the IC (the angle of rotation of the magnetic vector parallel to the surface of the IC).
Функциональность ЦОС управляется специальным микрокодом микроконтроллера (firmware - F/W), хранимым в памяти ROM.The DSP functionality is controlled by a special microcontroller microcode (firmware - F / W) stored in ROM memory.
В дополнение к функции арктангенса "ATAN", микрокод F/W контролирует всю аналоговую цепь, выходную передаточную характеристику, выходной протокол, этапы калибровки, программирования и режимы самодиагностики.In addition to the "ATAN" arc tangent function, the F / W microcode controls the entire analog circuit, output transfer characteristic, output protocol, calibration, programming, and self-diagnosis modes.
Поскольку функция "ATAN" вычисляется из соотношения UY/UX (как при использовании магниторезистивных датчиков), угловая информация является независимой от вариаций плотности потока при изменении воздушного зазора D или d, магнитных неоднородностей, влияния температуры, несогласований двух квадратурных сигналов UY и UX.Since the “ATAN” function is calculated from the ratio U Y / U X (as when using magnetoresistive sensors), the angular information is independent of variations in flux density when the air gap D or d changes, magnetic inhomogeneities, temperature effects, inconsistencies of the two quadrature signals U Y and U x .
ИС Холла MLX90316 обладает способностью измерять углы 0...360°, в отличие от AMP-датчиков (0...180°) и классических датчиков Холла (0...120°) с высокой линейностью, независимо от взаимоположения ИС и полюсов магнита в конструкции.The MLX90316 Hall IC has the ability to measure angles of 0 ... 360 °, unlike AMP sensors (0 ... 180 °) and classical Hall sensors (0 ... 120 °) with high linearity, regardless of the relative position of the IC and the poles magnet in construction.
В описываемой магнитной системе (фиг.12-14) ось вращения цилиндрического дипольного магнита 3 должна быть центрирована с массивом измерительных элементов 15, являясь точкой отсчета полярной системы координат для определения угла (поворота легкой оси (фиг.14), но рассматриваемый измерительный принцип устойчив также к смещениям магнита 3 относительно его оптимального положения в плоскости измерительных осей X, Y.In the described magnetic system (Figs. 12-14), the axis of rotation of the
Текущее цифровое значение угла затем может быть преобразовано 12-битным ЦАП в аналоговую форму (фиг.10, 14, 15, 18). Другие типы выходного формата, поддерживаемые ИС - 12-битный ШИМ (фиг.16) и последовательный выход (см. фиг.17 и табл.).The current digital angle value can then be converted by a 12-bit DAC into analog form (Figs. 10, 14, 15, 18). Other types of output format supported by the IC are 12-bit PWM (Fig. 16) and serial output (see Fig. 17 and table).
Как упоминалось выше, выходная передаточная характеристика датчика является полностью программируемой (смещение U0q (среднеквадратическое напряжение), усиление, ограничивающие уровни UClampLo, UClampHigh) непосредственно в рабочих условиях, причем, в отличие от однократно программируемых энкодеров, например Austriamicrosystems, программирование рабочих настроек и коэффициентов MLX90316 выполняется в перепрограммируемой энергонезависимой памяти EEPROM.As mentioned above, the output transfer characteristic of the sensor is fully programmable (offset U 0q (rms voltage), gain, limiting levels U ClampLo , U ClampHigh ) directly under operating conditions, and, unlike once-programmable encoders, for example Austriamicrosystems, programming of operating settings and MLX90316 coefficients are executed in a reprogrammable non-volatile EEPROM.
При программировании с помощью комплекта РТС-04 Melexis передаточных характеристик, показанных на фиг.15, для примеров конструкций заявляемого датчика, показанных на фиг.1-8, устанавливаются следующие параметры:When programming with the RTS-04 Melexis kit the transfer characteristics shown in FIG. 15, for examples of the inventive sensor designs shown in FIGS. 1-8, the following parameters are set:
- выход (передаточная характеристика) - аналоговое напряжение U(φ);- output (transfer characteristic) - analog voltage U (φ);
- нижний ограничивающий уровень ClampLo=0,25 В (UClampLo) для φ≤0° (или для φ≤-60°, или φ≤300°);- lower limit level ClampLo = 0.25 V (U ClampLo ) for φ≤0 ° (or for φ≤-60 °, or φ≤300 °);
- верхний ограничивающий уровень ClampHi=4,75 В (UClampHigh) для φ≥120° (или для φ≥60°);- upper limit level ClampHi = 4.75 V (U ClampHigh ) for φ≥120 ° (or for φ≥60 °);
- смещение Voffset (U0q)=2,25 В или 0В;- offset V offset (U 0q ) = 2.25 V or 0V;
- направление вращения, выбранное в конструкциях, показанных на фиг.1-8,- the direction of rotation selected in the structures shown in figures 1-8,
- против часовой стрелки: CLOCKWISE=CCW=1 (в других конструкциях заявляемого устройства направление вращения может быть иным - по часовой стрелке - CW);- counterclockwise: CLOCKWISE = CCW = 1 (in other designs of the claimed device, the direction of rotation may be different - clockwise - CW);
- медленный (точный) скоростной режим работы ЦОС HIGHSPEED=0 (Slow Mode).- Slow (accurate) high-speed DSP operation mode HIGHSPEED = 0 (Slow Mode).
Как упоминалось выше, поскольку программирование ИС выполняется через функциональные выводы, в контактный интерфейс включаются только функциональные выводы датчика. Никаких выводов датчика, не используемых в дальнейшем после его программирования в перепрограммируемой памяти EEPROM, в заявляемом устройстве нет, что означает упрощение конструкции устройства и технологии его сборки и монтажа.As mentioned above, since the programming of the IC is carried out through the functional outputs, only the functional outputs of the sensor are included in the contact interface. There are no sensor conclusions that are not used later after programming it in the reprogrammable EEPROM memory in the inventive device, which means simplifying the design of the device and the technology of its assembly and installation.
Альтернативная элементная база ИС для конструкций данного типа - магнитные угловые энкодеры с последовательным, линейным аналоговым или ШИМ-выходом, рассчитанные на однократное программирование с использованием специальных выводов (10-битные ИС AS5040/3 Austriamicrosystems, 12-битная ИС AS5045 с ШИМ-выходом), программирование только в заводских условиях (ИС АМ512 RLS), а также энкодеры со специальным конфигурированием выводов (iC-MA iC-Haus).An alternative IC element base for structures of this type is magnetic angular encoders with serial, linear analog or PWM output, designed for one-time programming using special outputs (10-bit AS5040 / 3 Austriamicrosystems ICs, 12-bit AS5045 ICs with PWM output) , programming only in the factory (AM512 RLS ICs), as well as encoders with special pin configuration (iC-MA iC-Haus).
MLX90316 поддерживает все названные выше типы выходных форматов; на основе данной ИС могут быть выполнены универсальные бесконтактные конструкции (фиг.1-8), выходной формат передаточной характеристики заявляемого датчика, угловой диапазон и другие параметры гибко настраиваются (программируются) для работы в составе любой автомобильной системы.MLX90316 supports all of the above types of output formats; based on this IP, universal non-contact structures can be made (Figs. 1-8), the output format of the transfer characteristic of the inventive sensor, the angular range and other parameters are flexibly adjusted (programmed) to work as part of any automobile system.
Необходимо отметить, что MLX90316 позволяет получить именно аналоговую характеристику, например для датчика положения дроссельной заслонки (фиг.6-8) оптимальную с точки зрения унификации и совместимости с существующими автомобильными системами, которая может быть запрограммирована после сборки устройства в пределах всего механического углового диапазона φmax в пределах 0°≤φ≤120°, который будет являться одновременно и полным диапазоном φeff (φeff - эффективный электрический угол или полный диапазон), и функциональным линейным угловым диапазоном φlin (см. фиг.15, 18).It should be noted that the MLX90316 allows you to get exactly the analog characteristic, for example, for the throttle position sensor (Fig.6-8), optimal from the point of view of unification and compatibility with existing automotive systems, which can be programmed after assembly of the device within the entire mechanical angular range φ max within 0 ° ≤φ≤120 °, which will be both the full range of φ eff (φ eff is the effective electric angle or the full range) and the functional linear angular range ohm φ lin (see Fig. 15, 18).
Применение программируемой ИС двухосевого углового энкодера в комбинации с вращающимся постоянным магнитом, создающим рабочее поле, позволяет получать в диапазоне 0...360° четыре (по числу элементов Холла) или два аналоговых рабочих сигнала (фиг.13 г), что эквивалентно применению четырех или, как минимум, двух аналоговых датчиков Холла классического типа в альтернативных конструкциях и означает упрощение конструкции, технологии сборки и монтажа заявляемого устройства по сравнению с аналогами и прототипом.The use of a programmable IC of a biaxial angular encoder in combination with a rotating permanent magnet creating a working field allows one to obtain four (by the number of Hall elements) or two analogue working signals (Fig. 13 g) in the
За счет качества сборки и однородности магнитных поверхностей магнита достигается дальнейшее повышение точности и повторяемости измерений, повышение надежности.Due to the build quality and uniformity of the magnetic surfaces of the magnet, a further increase in the accuracy and repeatability of measurements, an increase in reliability is achieved.
Специальное внимание уделяется вопросу выбора магнитов: магниты должны быть цилиндрической формы, диаметрально намагниченные. В конструкциях, показанных на фиг.1-9, используется магнит ⌀6×3.Special attention is paid to the choice of magnets: magnets should be cylindrical in shape, diametrically magnetized. In the designs shown in figures 1-9, a ⌀6 × 3 magnet is used.
Магнитный материал может быть любого из следующих типов: AlNiCo, SmCo5 или NdFeB. В автомобильных системах с повышенной рабочей температурой наиболее предпочтительным материалом является SmCo, имеющий лучшие свойства температурной стабильности.The magnetic material can be any of the following types: AlNiCo, SmCo 5, or NdFeB. In automotive systems with elevated operating temperatures, SmCo is the most preferred material, having better thermal stability properties.
Магнитное поле, перпендикулярное поверхности сенсорного массива, в радиусе порядка 1 мм должно составлять приблизительно ±50 мТл (см. табл.). В конструкции датчика могут быть использованы магниты и другой геометрии, но это может повлиять на величину расстояния D до ИС (расстояния d между ротором и статором).A magnetic field perpendicular to the surface of the sensor array should be approximately ± 50 mT in a radius of about 1 mm (see table). Magnets of other geometries can also be used in the design of the sensor, but this can affect the distance D to the IC (distance d between the rotor and stator).
С магнитом ⌀6×3 рекомендуемое рабочее магнитное поле достигается на расстоянии D=0,5...1,5 мм до поверхности ИС (плюс 0,46 мм до поверхности ИМК).With a ⌀6 × 3 magnet, the recommended working magnetic field is achieved at a distance of D = 0.5 ... 1.5 mm to the surface of the IC (plus 0.46 mm to the surface of the IMC).
Максимальная плотность потока для ИС с ИМК не может превышать ±1 Тл (для MLX90316 рекомендуется ±700 мТл), так в сильных полях ИМК наводит значительную нелинейность.The maximum flux density for ICs with IMC cannot exceed ± 1 T (± 700 mTl is recommended for MLX90316), so in strong fields, IMC induces significant non-linearity.
В отличие от классических датчиков Холла, магниты, используемые в заявляемом устройстве, отличаются меньшими размерами и могут быть более слабыми; описываемый измерительный принцип заявляемого устройства обеспечивает улучшенную температурную точность, способность измерять углы 360° с высокой линейностью, независимой от взаимоположения ИС и полюсов магнита в конструкции (в отличие от классического измерительного принципа датчиков Холла - см. фиг.19).Unlike classical Hall sensors, the magnets used in the inventive device are smaller and may be weaker; the described measuring principle of the inventive device provides improved temperature accuracy, the ability to measure 360 ° angles with high linearity, independent of the mutual position of the IC and the poles of the magnet in the structure (in contrast to the classical measuring principle of Hall sensors - see Fig. 19).
Диаметрально намагниченный магнит цилиндрической формы для энкодеров Холла - значительно меньших размеров по сравнению с магнитами для AMP-датчиков, используемых ранее в аналогичной измерительной конфигурации (как показано на фиг.12), с возможностью детектирования на основе AMP-эффекта углов в диапазоне φ=0...180°.The diametrically magnetized cylindrical magnet for Hall encoders is much smaller than the magnets for AMP sensors used previously in a similar measuring configuration (as shown in Fig. 12), with the possibility of detecting angles in the range φ = 0 based on the AMP effect ... 180 °.
Высокая чувствительность магнитных угловых энкодеров Холла, после усиления сравнимая с чувствительностью эффекта AMP (порядка 20 мВ/мТл), позволяет использовать рабочий воздушный зазор d во всех конструкциях (фиг.1-9), достаточный для изоляции ротора и статора друг от друга.The high sensitivity of the magnetic angular Hall encoders, after amplification, is comparable with the sensitivity of the AMP effect (of the order of 20 mV / mTl), it allows the use of a working air gap d in all structures (Figs. 1-9), sufficient to isolate the rotor and stator from each other.
В отличие от альтернативных устройств на основе AMP-эффекта, для которых необходим специальный обработчик мостовых сигналов, количество внешних дискретных компонентов в схеме датчика является минимальным.Unlike alternative devices based on the AMP effect, which require a special bridge signal processor, the number of external discrete components in the sensor circuit is minimal.
Конструкция заявляемого датчика характеризуется простотой, технологичностью, надежностью, минимальным набором механических и электрических компонентов и максимальным набором адаптационных признаков к конкретным условиям работы.The design of the inventive sensor is characterized by simplicity, manufacturability, reliability, a minimum set of mechanical and electrical components and a maximum set of adaptive features to specific working conditions.
Заявляемый датчик абсолютного углового положения на эффекте Холла отражает, в первую очередь, разделение устройства на две части - роторную и статорную, физически не контактирующие между собой (с постоянным воздушным зазором между ними). Функционирование заявляемого датчика в диапазоне угла 0...360° осуществляется на основе магнитной системы, описанной выше и показанной на фиг.12, с программируемой в EEPROM ИС двухосевого магнитного углового энкодера и цилиндрическим дипольным магнитом, магнитный вектор которого при вращении параллелен лицевой поверхности ИС.The inventive sensor of the absolute angular position on the Hall effect reflects, first of all, the separation of the device into two parts - rotor and stator, which are not physically contacting each other (with a constant air gap between them). The functioning of the inventive sensor in the
Разделение устройства на две части позволяет сократить число механических компонентов, задействованных в физической реализации магнитной системы, и свести их механическое контактирование к минимуму, тем самым повысить надежность и увеличить срок службы изделия; за счет возможности использования различных магнитных роторов и программирования после сборки повышается адаптивность устройства к конкретным условиям работы.Dividing the device into two parts allows you to reduce the number of mechanical components involved in the physical implementation of the magnetic system, and to minimize their mechanical contact, thereby improving reliability and increasing product life; due to the possibility of using various magnetic rotors and programming after assembly, the adaptability of the device to specific working conditions is increased.
Разделение корпуса на две отдельные части - ротор и статор - позволяет регулировать (как правило, увеличивать) магнитную чувствительность датчика (крутизну рабочих магнитных сигналов), использовать меньшие рабочие зазоры D и d и более слабые магниты, или, напротив, большие зазоры D и d с несколько более сильными магнитами, чем предусмотрено спецификацией ИС датчика (рабочее поле MLX90316 должно быть менее ±700 мТл).Dividing the housing into two separate parts - the rotor and the stator - allows you to adjust (usually increase) the magnetic sensitivity of the sensor (the steepness of the working magnetic signals), use smaller working gaps D and d and weaker magnets, or, conversely, large gaps D and d with slightly stronger magnets than specified by the sensor IC specification (MLX90316 working field should be less than ± 700 mT).
Повышение чувствительности заявляемого устройства означает также, что увеличивается амплитуда рабочих синусоидальных и косинусоидальных рабочих сигналов, которые в этом случае будут более помехоустойчивыми.Increasing the sensitivity of the claimed device also means that the amplitude of the working sinusoidal and cosine working signals increases, which in this case will be more noise-resistant.
При малых рабочих зазорах d (D) расположение микросхемы внутри корпуса статора датчика полностью исключает риск ее физического разрушения вследствие осевых биений детектируемого вала (распределительного вала, привода дроссельной заслонки, педали и т.д.), и механической вибрации.With small working gaps d (D), the location of the microcircuit inside the stator housing of the sensor completely eliminates the risk of its physical destruction due to axial beats of the detected shaft (camshaft, throttle actuator, pedal, etc.), and mechanical vibration.
За счет введения ориентирующих пазов (лыски) в установочной втулке ротора датчика и втулке - корпусе магнита для быстрой механической подгонки положения магнита отверткой обеспечивается технологичность конструкции. Лыска в установочной втулке датчика, паз под отвертку в корпусе или теле магнита или возможность визуального различения полюсов при покраске магнита обеспечивают идентичные технические характеристики серийно выпускаемых изделий.Due to the introduction of orienting grooves (flats) in the mounting sleeve of the sensor rotor and the sleeve - magnet body for fast mechanical adjustment of the magnet position with a screwdriver, technological design is ensured. Flats in the sensor mounting sleeve, a groove for a screwdriver in the body or body of the magnet, or the ability to visually distinguish the poles when painting the magnet provide identical technical specifications for mass-produced products.
Отсутствие каких-либо механических ограничителей осевых перемещений ротора с магнитом и измеряемого угла (например, упоров в корпусе статора датчика и выступов ротора), что достижимо именно за счет возможности программирования заявляемого устройства после его полной сборки и (или) монтажа, также означает упрощение конструкции и повышение технологичности устройства.The absence of any mechanical limiters of the axial displacement of the rotor with the magnet and the measured angle (for example, stops in the stator housing of the sensor and the protrusions of the rotor), which is achievable precisely due to the possibility of programming the inventive device after its complete assembly and (or) installation, also means simplifying the design and improving the manufacturability of the device.
В совокупности, за счет разделения корпуса на роторную и статорную части, физически не контактирующие между собой (с постоянным воздушным зазором между ними), использования в узлах конструкции только минимального набора ориентирующих пазов и за счет программирования передаточной характеристики после сборки и (или) монтажа достигается увеличение надежности, повышение точности измерений, повторяемости заявляемого устройства.In total, due to the separation of the housing into the rotor and stator parts that are not physically contacting each other (with a constant air gap between them), the use of only a minimum set of orienting grooves in the design nodes and due to the programming of the transfer characteristic after assembly and (or) installation is achieved increased reliability, improved measurement accuracy, repeatability of the claimed device.
В дальнейшем, за счет возможностей интегрированной схемы обработки сигнала энкодера, программирования ИС в EEPROM в конкретных условиях работы, наличия готового аналогового, ШИМ или последовательного интерфейса и интегрированных схем защиты повышается точность датчика, развивается адаптивность к конкретным условиям работы, обеспечивается минимальное число компонентов схемы и контактов датчика.In the future, due to the capabilities of the integrated encoder signal processing circuitry, IC programming in EEPROM in specific operating conditions, the availability of a ready-made analog, PWM or serial interface and integrated protection circuits, the accuracy of the sensor increases, adaptability to specific operating conditions develops, and the minimum number of circuit components is ensured and sensor contacts.
Программирование после сборки всего устройства основных параметров его аналоговой, ШИМ выходной характеристики или характеристики в последовательном формате - ограничивающих уровней выходного напряжения и точек калибровки, направления вращения, смещения и усиления (чувствительности) и (или) других параметров обеспечивает в конструкции произвольный или оптимальный (для серийного производства) выбор положения нулевой плоскости магнитной симметрии роторного магнита относительно корпуса статора датчика, что также повышает адаптивность устройства.Programming after assembling the entire device the main parameters of its analog, PWM output characteristics or characteristics in a serial format - limiting levels of the output voltage and calibration points, direction of rotation, displacement and amplification (sensitivity) and (or) other parameters provides an arbitrary or optimal design (for serial production) the choice of the position of the zero plane of the magnetic symmetry of the rotor magnet relative to the stator housing of the sensor, which also increases adaptability l devices.
Минимизация электронных компонентов достигается за счет применения ИС энкодера Холла с высокой степенью интеграции (минимальный набор внешних интерфейсных компонентов применяется только в случае отсутствия идентичных интегрированных средств).Minimization of electronic components is achieved through the use of Hall encoder ICs with a high degree of integration (the minimum set of external interface components is used only in the absence of identical integrated tools).
Существенным преимуществом заявляемого устройства является его способность детектировать максимальный механический угловой диапазон φmax.A significant advantage of the claimed device is its ability to detect the maximum mechanical angular range φ max .
На фиг.23 показано сравнение классической передаточной характеристики датчика Холла (функционирование классических датчиков Холла подробно проиллюстрировано фиг.19-22), режимов альтернативного устройства на основе AS5043 и пример выходной характеристики заявляемого устройства. Фиг.23 иллюстрирует расширение максимального механического φmax, эффективного электрического φeff и линейного диапазонов φlin измеряемых углов φ в заявляемом датчике (1 - выходная характеристика классического датчика Холла; 2 - высоколинейный аналоговый режим заявляемого устройства; 3, 4 - диагностические аналоговые режимы устройства AS5043).On Fig shows a comparison of the classical transfer characteristics of the Hall sensor (the operation of the classic Hall sensors is illustrated in detail Fig.19-22), the modes of an alternative device based on AS5043 and an example of the output characteristics of the inventive device. Figure 23 illustrates the expansion of the maximum mechanical φ max , effective electrical φ eff, and linear ranges φ lin of measured angles φ in the inventive sensor (1 - output characteristic of the classic Hall sensor; 2 - high-linear analog mode of the claimed device; 3, 4 - diagnostic analog modes of the device AS5043).
На фиг.19-23 показано, что классический датчик Холла позволяет обеспечить только очень малый полный диапазон φ (эффективный электрический угол φeff=90°, линейный диапазон φlin при этом не более 80°) вследствие того, что рабочее магнитное поле В (или сигнал напряжения Холла UH) при вращении магнита представляет собой синусоидальный сигнал В(φ), который линейно аппроксимируется в диапазоне эффективного электрического угла φeff, обычно не превышающего 100-120° (фиг.19в, фиг.20). Обычные датчики Холла в значительной степени подвержены влиянию магнитных неоднородностей и допусков невыравнивания, что означает присутствие некоторого ненулевого смещения Boff или (-Boff) чувствительного элемента Холла с чувствительностью σ (фиг.19б), а также влиянию температурных дрейфов смещения ±Вoff и чувствительности σ.Figures 19-23 show that the classic Hall sensor allows only a very small full range φ (effective electric angle φ eff = 90 °, the linear range φ lin with no more than 80 °) due to the working magnetic field B ( or the Hall voltage signal U H ) during rotation of the magnet is a sinusoidal signal B (φ), which is linearly approximated in the range of the effective electric angle φ eff , usually not exceeding 100-120 ° (Fig. 19c, Fig. 20). Conventional Hall sensors are significantly affected by magnetic inhomogeneities and non-equalization tolerances, which means the presence of some non-zero bias B off or (-B off ) of the Hall sensor with sensitivity σ (Fig. 19b), as well as the influence of temperature bias drifts ± B off and sensitivity σ.
Стандартная аналоговая передаточная характеристика классического датчика Холла, программируемого в EEPROM по двум точкам калибровки на границах линейного диапазона, показана на фиг.20. На фиг.21 показано определение среднеквадратического 50%-ного рабочего цикла при нулевом значении магнитной индукции поля В и ШИМ выходы в точках калибровки для устройства на основе классического датчика Холла с ШИМ передаточной характеристикой. В отличие от классической (фиг.21), ШИМ передаточная характеристика заявляемого устройства (фиг.16) независима от положения полюсов магнита.The standard analog transfer characteristic of a classic Hall sensor programmed in EEPROM for two calibration points at the linear range boundaries is shown in Fig. 20. On Fig shows the definition of the rms 50% duty cycle at zero magnetic induction field B and PWM outputs at the calibration points for a device based on the classic Hall sensor with PWM transfer characteristic. In contrast to the classical (Fig.21), PWM transfer characteristic of the inventive device (Fig.16) is independent of the position of the poles of the magnet.
Программирование классического линейного датчика Холла с EEPROM по двум точкам калибровки позволяет получать в нормализованной шкале отсчета углового положения (выходные характеристики U(φ), пропорциональные напряжению питания Uпит=5 В (фиг.22). В процессе программирования задается среднеквадратическое напряжение U0q и запасается расчетное значение магнитной чувствительности SМ, например среднеквадратические напряжения U0q1, U0q2, U0q3 и чувствительности SМ1, SМ2, SМ3 сигналов 1, 2 и 3, показанных на фиг.22 (1 - биполярная характеристика (классическая); 2 - униполярная характеристика; 3 - инвертированная униполярная характеристика).Programming a classical linear Hall sensor with EEPROM at two calibration points allows obtaining the angular position in the normalized reference scale (output characteristics U (φ) proportional to the supply voltage U pit = 5 V (Fig. 22). During the programming process, the rms voltage U 0q and stored estimated value of the magnetic susceptibility M S example RMS voltage U 0q1, U 0q2, U 0q3 and sensitivity S M1, S M2, S M3 signals 1, 2 and 3 shown in Figure 22 (1 - bipolar characteristic (classical Separated) 2 - unipolar characteristic; 3 - inverted unipolar characteristic).
Программирование заявляемого устройства в EEPROM выполняется аналогично, но в линейном диапазоне φlin в пределах полного диапазона - эффективного электрического угла φeff=φlin=0...360°.Programming of the inventive device in EEPROM is performed similarly, but in the linear range of φ lin within the full range of the effective electric angle φ eff = φ lin = 0 ... 360 °.
На примере характеристик датчика с AS5043 на фиг.23 и 24а показано, что детектируемый альтернативным устройством линейный диапазон может принимать значения в диапазоне 0...360°, программируемые при сборке, при выборе диапазона значений 360°/180°/90°/45°. В зависимости от фактического угла, запрограммированного в пределах 0...360° нулевого положения и нулевого смещения, передаточная характеристика AS5043 может электрически "вращаться" (см. фиг.24а).On the example of the characteristics of the sensor with AS5043 in Figs. 23 and 24a, it is shown that the linear range detected by the alternative device can take values in the
В пределах запрограммированного углового диапазона в дальнейшем наклон характеристики AS5043 может регулироваться изменением усиления выходной усилительной ступени.Within the programmed angular range, the slope of the AS5043 characteristic can be further controlled by changing the gain of the output gain stage.
В отличие от вышеописанного альтернативного устройства аналоговый режим заявляемого устройства с MLX90316 позволяет получить выходную характеристику именно в пределах функционального или полного механического диапазона детектируемого угла (фиг.24б), формируемую по двум или нескольким точкам калибровки.In contrast to the alternative device described above, the analog mode of the inventive device with MLX90316 allows you to get the output characteristic precisely within the functional or full mechanical range of the detected angle (Fig.24b), formed by two or more calibration points.
MLX90316 поддерживает двухточечную или многоточечную калибровку передаточной характеристики (фиг.24б). Для большинства автомобильных датчиков осуществления только двухточечной калибровки вполне достаточно, но возможность точной коррекции сигнала, которая в ряде случаев также может быть использована, является преимуществом заявляемого датчика.MLX90316 supports point-to-point or multi-point calibration of the transfer characteristic (Fig.24b). For most automotive sensors, only two-point calibration is sufficient, but the ability to accurately correct the signal, which in some cases can also be used, is an advantage of the claimed sensor.
Таким образом, высокие показатели линейности выходного сигнала (<2%) и точности (≤±0,5°) обеспечиваются в значительной степени за счет применения в устройстве на основе описанной магнитной системы высоких интегральных технологий: дифференциального принципа квадратичного массива элементов, методов устранения смещения, например "spinning current", "chopper-stabilization", вычислительных и интерфейсных возможностей энкодеров (заложенных в их теоретические принципы), программирования выходной характеристики в памяти EEPROM после полной сборки заявляемого устройства (с использованием только функциональных выводов).Thus, high linearity of the output signal (<2%) and accuracy (≤ ± 0.5 °) are ensured to a large extent due to the use of high integral technologies in the device based on the described magnetic system: the differential principle of the quadratic array of elements, methods for eliminating bias , for example, "spinning current", "chopper-stabilization", computational and interface capabilities of encoders (embedded in their theoretical principles), programming the output characteristic in the EEPROM memory after complete assembly of the claimed device properties (using only functional findings).
Таким образом, основными отличиями заявляемого устройства от его предшественников являются:Thus, the main differences of the claimed device from its predecessors are:
1) ротор с магнитом и статор - совокупность неподвижных механических и электронных частей, предоставляющих через контактный интерфейс информацию об угловом положении ротора с магнитом, являются двумя механически совершенно никак не взаимосвязанными и изолированными в пространстве друг от друга частями; в узлах устройства использован только минимальный набор необходимых механических компонентов (ориентирующих пазов);1) a rotor with a magnet and a stator - a set of stationary mechanical and electronic parts that provide information on the angular position of the rotor with a magnet through a contact interface, are two parts that are completely mechanically completely unconnected and isolated from each other in space; in the nodes of the device, only the minimum set of necessary mechanical components (orienting grooves) is used;
2) применение в конструктивно оптимизированном для конкретных рабочих условий бесконтактном программируемом датчике магнитной системы с рабочим режимом, который реализует поворот направления магнитного вектора цилиндрического дипольного магнита в пределах детектируемого угла параллельно лицевой поверхности ИС двухосевого углового энкодера Холла (с ИМК) с адаптируемой выходной характеристикой;2) the use of a non-contact programmable magnetic system sensor in a design mode optimized for specific operating conditions, which implements a rotation of the direction of the magnetic vector of a cylindrical dipole magnet within the detectable angle parallel to the front surface of the IC of a two-axis angular Hall encoder (with IMC) with an adaptable output characteristic;
3) выходная передаточная характеристика заявляемого датчика является полностью программируемой по двум или нескольким точкам калибровки в памяти EEPROM ИС с использованием только функциональных выводов после сборки всего устройства.3) the output transfer characteristic of the inventive sensor is fully programmable for two or more calibration points in the memory of the EEPROM IC using only functional conclusions after assembling the entire device.
Именно эти отличия обеспечивают дальнейшее упрощение конструкции устройства и технологии его сборки и монтажа, повышение надежности и точности измерений, линейности (абсолютных и относительных показателей линейности аналогового сигнала, дрейфа скважности сигнала или точности передаточной характеристики в абсолютном цифровом формате), улучшение повторяемости, расширение функционального диапазона и линейного участка измеряемого угла до любого значения в пределах 0...360°, увеличение чувствительности, развитие адаптационных признаков к конкретным условиям работы, в том числе осуществление прямого замещения аналоговых трехпроводных и двухпроводных (ШИМ) потенциометров и классических датчиков на основе эффекта Холла, гибкую адаптацию устройства ко встраиванию в существующие автомобильные системы, а также при его использовании для внешнего (по отношению к детектируемой автомобильной системе) монтажа на торце вала, с возможностью использования различных магнитных роторов, а также реализацию функциональности устройства в условиях значительных статических и динамических системных смещений.It is these differences that further simplify the design of the device and the technology of its assembly and installation, increase the reliability and accuracy of measurements, linearity (absolute and relative indicators of linearity of the analog signal, drift of the signal duty cycle or accuracy of the transfer characteristic in absolute digital format), improve repeatability, expand the functional range and a linear portion of the measured angle to any value within 0 ... 360 °, an increase in sensitivity, the development of adaptive signs specific operating conditions, including the direct replacement of analog three-wire and two-wire (PWM) potentiometers and classical sensors based on the Hall effect, flexible adaptation of the device to be integrated into existing automotive systems, as well as when using it for an external (with respect to a detected automobile system ) mounting on the shaft end, with the possibility of using various magnetic rotors, as well as the implementation of the functionality of the device in conditions of significant static and dynamic their systemic biases.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006102833/28A RU2312363C1 (en) | 2006-01-31 | 2006-01-31 | Contactless programmable pickup of absolute angular position |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006102833/28A RU2312363C1 (en) | 2006-01-31 | 2006-01-31 | Contactless programmable pickup of absolute angular position |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006102833A RU2006102833A (en) | 2007-08-20 |
| RU2312363C1 true RU2312363C1 (en) | 2007-12-10 |
Family
ID=38511571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006102833/28A RU2312363C1 (en) | 2006-01-31 | 2006-01-31 | Contactless programmable pickup of absolute angular position |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2312363C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2436037C1 (en) * | 2010-09-13 | 2011-12-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Absolute angle transducer |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6534971B1 (en) * | 1999-04-21 | 2003-03-18 | Robert Bosch Gmbh | Measurement device for the non-contact detection of an angle of rotation |
| US6885189B1 (en) * | 1999-04-17 | 2005-04-26 | Robert Bosch Gmbh | Measuring instrument for contactless detection of an angle of rotation |
-
2006
- 2006-01-31 RU RU2006102833/28A patent/RU2312363C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6885189B1 (en) * | 1999-04-17 | 2005-04-26 | Robert Bosch Gmbh | Measuring instrument for contactless detection of an angle of rotation |
| US6534971B1 (en) * | 1999-04-21 | 2003-03-18 | Robert Bosch Gmbh | Measurement device for the non-contact detection of an angle of rotation |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2436037C1 (en) * | 2010-09-13 | 2011-12-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Absolute angle transducer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006102833A (en) | 2007-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5059772B2 (en) | Magnetic angular position sensor with a course of up to 360 ° | |
| US10732009B2 (en) | Angle sensing in an off-axis configuration | |
| JP3892038B2 (en) | Smart linear angular position sensor | |
| KR101626001B1 (en) | Angular or linear magnetic position sensor not sensitive to external fields | |
| US8450999B2 (en) | Rotary position sensor | |
| JP5613839B2 (en) | Method and apparatus for absolute positioning of a moving object | |
| US11984837B2 (en) | Method for determining an angular position of a rotating component, in particular of an electric motor for a clutch actuation system of a vehicle | |
| CN110595349A (en) | Multi-pole magnet, method of manufacturing multi-pole magnet, and sensor system including the same | |
| CN101384883A (en) | Magnetic angular position sensor with travel up to 360° | |
| US7537388B2 (en) | Bearing assembly with built-in absolute encoder | |
| RU2615612C2 (en) | Contactless true dual axis shaft encoder | |
| RU2317522C2 (en) | Programmable contact-free angular movement indicator with linear angular range within limits of 360° | |
| Lee et al. | Applications of linear Hall-effect sensors on angular measurement | |
| RU2312363C1 (en) | Contactless programmable pickup of absolute angular position | |
| RU2313763C2 (en) | Contactless sensor of angular position with a linear angular diapason in the limits of 360 degrees | |
| CN101010566B (en) | Bearing unit with absolute angle sensor | |
| US7391206B2 (en) | Magnetic detection circuit and encoder | |
| CN113054804A (en) | Magnetic encoder and motor rotation position measuring device | |
| RU2301399C2 (en) | Contact-free pedal position detector | |
| Guyol | AMR Angle Sensors | |
| RU72319U1 (en) | MAGNET CORNER CONVERTER | |
| JP4343585B2 (en) | Bearing device with absolute angle sensor and method of using the same | |
| CN110873585A (en) | Grating encoder and device thereof | |
| US7057364B2 (en) | Actuation system comprising a digital position sensor | |
| JPH05280920A (en) | Magnetic encoder for detecting moving position of moving body |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080201 |