發布日期：2022-10-09 點擊率：116
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位置傳感器
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位置傳感器用來測量機器人自身位置的傳感器。位置傳感器可分為兩種，接觸式傳感器和接近式傳感器。
中文名
位置傳感器
外文名
position sensor
目錄
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簡介
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接觸式傳感器
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接近式傳感器
1
應用
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直流無刷電機
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曲軸與凸輪軸
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磁感應式曲軸與凸輪軸位置傳感器
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捷達、桑塔納轎車磁感應式曲軸位置傳感器
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豐田轎車磁感應式曲軸與凸輪軸位置傳感器
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霍爾式曲軸與凸輪軸位置傳感器
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差動霍爾式曲軸位置傳感器
位置傳感器簡介
位置傳感器（position sensor），能感受被測物的位置并轉換成可用輸出信號的傳感器。它能感受被測物的位置并轉換成可用輸出信號的傳感器。位置傳感器可用來檢測位置，反映某種狀態的開關，和位移傳感器不同，位置傳感器有接觸式和接近式兩種。
位置傳感器接觸式傳感器
接觸式傳感器的觸頭由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的有行程開關、二維矩陣式位置傳感器等。行程開關結構簡單、動作可靠、價格低廉。當某個物體在運動過程中，碰到行程開關時，其內部觸頭會動作，從而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開關，則可以控制移動范圍。二維矩陣式位置傳感器安裝于機械手掌內側，用于檢測自身與某個物體的接觸位置。
位置傳感器接近式傳感器
接近開關是指當物體與其接近到設定距離時就可以發出“動作”信號的開關，它無需和物體直接接觸。接近開關有很多種類，主要有電磁式、光電式、差動變壓器式、電渦流式、電容式、干簧管、霍爾式等。接近開關在數控機床上的應用主要是刀架選刀控制、工作臺行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。
位置傳感器應用
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位置傳感器直流無刷電機
位置傳感器是組成無刷直流電動機系統的三大部分之一，也是區別于有刷直流電動機的主要標志。其作用是檢測主轉子在運動過程中的位置，將轉子磁鋼磁極的位置信號轉換成電信號，為邏輯開關電路提供正確的換相信息，以控制它們的導通與截止，使電動機電樞繞組中的電流隨著轉子位置的變化按次序換向，形成氣隙中步進式的旋轉磁場，驅動永磁轉子連續不斷地旋轉。直流無刷電機需要位置傳感器來測量轉子的位置，電機控制器通過接受位置傳感器信號來讓逆變器換相與轉子同步來驅動電機持續運轉。盡管直流無刷電機也可以通過定子繞組產生的反感生電動勢來檢測轉子的位置，而省去位置傳感器，但是電機啟動時，轉速太小，反感生電動勢信號太小而無法檢測。可以用作直流無刷電機位置傳感器的霍爾傳感器芯片分為開關型和鎖定型兩種。對于電動自行車電機，這兩種霍爾傳感器芯片都可以用來精確測量轉子磁鋼的位置。用這兩種霍爾傳感器芯片制作的直流無刷電機的性能，包括電機的輸出功率、效率和轉矩等沒有任何差別，并可以兼容相同的電機控制器。位置傳感器的應用，降低電機運行的噪音、提高電機的壽命與性能，同時達到降低耗能的效果。位置傳感器的應用無疑給電機市場的發展提供了強大的推動力。
位置傳感器曲軸與凸輪軸
曲軸位置傳感器(Crankshaft Position Sensor，CPS)又稱為發動機轉速與曲軸轉角傳感器，其功用是采集曲軸轉動角度和發動機轉速信號，并輸入電子控制單元(ECu)，以便確定點火時刻和噴油時刻。凸輪軸位置傳感器(Camshaft Position Sensor，CPS)又稱為氣缸識別傳感器(Cylinder Identification Sensor，CIS)，為了區別于曲軸位置傳感器(CPS)，凸輪軸位置傳感器一般都用CIS表示。凸輪軸位置傳感器的功用是采集配氣凸輪軸的位置信號，并輸入ECU，以便ECU識別氣缸1壓縮上止點，從而進行順序噴油控制、點火時刻控制和爆燃控制。此外，凸輪軸位置信號還用于發動機起動時識別出第一次點火時刻。因為凸輪軸位置傳感器能夠識別哪一個氣缸活塞即將到達上止點，所以稱為氣缸識別傳感器。光電式曲軸與凸輪軸位置傳感器(1)結構特點日產公司生產的光電式曲軸與凸輪軸位置傳感器是由分電器改進而成的，主要由信號盤(即信號轉子)、信號發生器、配電器、傳感器殼體和線束插頭等組成。信號盤是傳感器的信號轉子，壓裝在傳感器軸上，如圖2-22所示。在靠近信號盤的邊緣位置制作有均勻間隔弧度的內、外兩圈透光孔。其中，外圈制作有360個透光孔(縫隙)，間隔弧度為1。(透光孔占0．5。，遮光孔占0．5。)，用于產生曲軸轉角與轉速信號；內圈制作有6個透光孔(長方形孑L)，間隔弧度為60。，用于產生各個氣缸的上止點信號，其中有一個長方形的寬邊稍長，用于產生氣缸1的上止點信號。信號發生器固定在傳感器殼體上，它由Ne信號(轉速與轉角信號)發生器、G信號(上止點信號)發生器以及信號處理電路組成。Ne信號與G信號發生器均由一個發光二極管(LED)和一個光敏晶體管(或光敏二極管)組成，兩個LED分別正對著兩個光敏晶體管。(2)工作原理光電式傳感器的工作原理如圖2-22所示。信號盤安裝在發光二極管(LED)與光敏晶體管(或光敏二極管)之間。當信號盤上的透光孔旋轉到LED與光敏晶體管之間時，LED發出的光線就會照射到光敏晶體管上，此時光敏晶體管導通，其集電極輸出低電平(0．1～O．3V)；當信號盤上的遮光部分旋轉到LED與光敏晶體管之間時，LED發出的光線就不能照射到光敏晶體管上，此時光敏晶體管截止，其集電極輸出高電平(4．8～5．2V)。如果信號盤連續旋轉，透光孔和遮光部分就會交替地轉過LED而透光或遮光，光敏晶體管集電極就會交替地輸出高電平和低電平。當傳感器軸隨曲軸和配氣凸輪軸轉動時，信號盤上的透光孔和遮光部分便從LED與光敏晶體管之間轉過，LED發出的光線受信號盤透光和遮光作用就會交替照射到信號發生器的光敏晶體管上，信號傳感器中就會產生與曲軸位置和凸輪軸位置對應的脈沖信號。由于曲軸旋轉兩轉，傳感器軸帶動信號盤旋轉一圈，因此，G信號傳感器將產生6個脈沖信號。Ne信號傳感器將產生360個脈沖信號。因為G信號透光孔間隔弧度為60。，曲軸每旋轉120。就產生一個脈沖信號，所以通常G信號稱為120。信號。設計安裝保證120。信號在上止點前70。(BTDC70。)時產生，且長方形寬邊稍長的透光孔產生的信號對應于發動機氣缸1上止點前70。，以便ECU控制噴油提前角與點火提前角。因為Ne信號透光孔間隔弧度為1。(透光孔占0．5。，遮光孔占0．5。)，所以在每一個脈沖周期中，高、低電平各占1。曲軸轉角，360個信號表示曲軸旋轉720。。曲軸每旋轉120。，G信號傳感器產生一個信號，Ne信號傳感器產生60個信號。
位置傳感器磁感應式曲軸與凸輪軸位置傳感器
磁感應式傳感器的工作原理如圖2-23所示，磁力線穿過的路徑為永久磁鐵N極一定子與轉子間的氣隙一轉子凸齒一轉子凸齒與定子磁頭間的氣隙一磁頭一導磁板一永久磁鐵S極。當信號轉子旋轉時，磁路中的氣隙就會周期性地發生變化，磁路的磁阻和穿過信號線圈磁頭的磁通量隨之發生周期性變化。根據電磁感應原理，傳感線圈中就會感應產生交變電動勢。當信號轉子按順時針方向旋轉時，轉子凸齒與磁頭間的氣隙減小，磁路磁阻減小，磁通量φ增多，磁通變化率增大(dφ/dt>0)，感應電動勢E為正(E>0)，如圖2-24中曲線abc所示。當轉子凸齒接近磁頭邊緣時，磁通量φ急劇增多，磁通變化率最大[dφ/dt=(dφ/dt)max]，感應電動勢E最高(E=Emax)，如圖2-24中曲線b點所示。轉子轉過b點位置后，雖然磁通量φ仍在增多，但磁通變化率減小，因此感應電動勢E降低。當轉子旋轉到凸齒的中心線與磁頭的中心線對齊時(見圖2-24b)，雖然轉子凸齒與磁頭間的氣隙最小，磁路的磁阻最小，磁通量φ最大，但是由于磁通量不可能繼續增加，磁通變化率為零，因此感應電動勢E為零，如圖2-24中曲線c點所示。當轉子沿順時針方向繼續旋轉，凸齒離開磁頭時(見圖2-23c)，凸齒與磁頭間的氣隙增大，磁路磁阻增大，磁通量φ減少(dφ/dt< 0)，所以感應電動勢E為負值，如圖2-24中曲線cda所示。當凸齒轉到將要離開磁頭邊緣時，磁通量φ急劇減少，磁通變化率達到負向最大值[dφ/df=-(dφ/dt)max]，感應電動勢E也達到負向最大值(E=-Emax)，如圖2-24中曲線上d點所示。由此可見，信號轉子每轉過一個凸齒，傳感線圈中就會產生一個周期性交變電動勢，即電動勢出現一次最大值和一次最小值，傳感線圈也就相應地輸出一個交變電壓信號。磁感應式傳感器的突出優點是不需要外加電源，永久磁鐵起著將機械能變換為電能的作用，其磁能不會損失。當發動機轉速變化時，轉子凸齒轉動的速度將發生變化，鐵心中的磁通變化率也將隨之發生變化。轉速越高，磁通變化率就越大，傳感線圈中的感應電動勢也就越高。轉速不同時，磁通和感應電動勢的變化情況如圖2-24所示。由于轉子凸齒與磁頭間的氣隙直接影響磁路的磁阻和傳感線圈輸出電壓的高低，因此在使用中，轉子凸齒與磁頭間的氣隙不能隨意變動。氣隙如有變化，必須按規定進行調整，氣隙一般設計在0．2～0．4mm范圍內。
位置傳感器捷達、桑塔納轎車磁感應式曲軸位置傳感器
1)曲軸位置傳感器結構特點：捷達AT和GTX、桑塔納2000GSi型轎車的磁感應式曲軸位置傳感器安裝在曲軸箱內靠近離合器一側的缸體上，主要由信號發生器和信號轉子組成，如圖2-25所示。信號發生器用螺釘固定在發動機缸體上，由永久磁鐵、傳感線圈和線束插頭組成。傳感線圈又稱為信號線圈，永久磁鐵上帶有一個磁頭，磁頭正對安裝在曲軸上的齒盤式信號轉子，磁頭與磁軛(導磁板)連接而構成導磁回路。信號轉子為齒盤式，在其圓周上均勻間隔地制作有58個凸齒、57個小齒缺和一個大齒缺。大齒缺輸出基準信號，對應發動機氣缸1或氣缸4壓縮上止點前一定角度。所以信號轉子圓周上的凸齒和齒缺所占的曲軸轉角為360。2)曲軸位置傳感器工作情況：當曲軸位置傳感器隨曲軸旋轉時，由磁感應式傳感器工作原理可知，信號轉子每轉過一個凸齒，傳感線圈中就會產生一個周期性交變電動勢(即電動勢出現一次最大值和一次最小值)，線圈相應地輸出一個交變電壓信號。因為信號轉子上設有一個產生基準信號的大齒缺，所以當大齒缺轉過磁頭時，信號電壓所占的時間較長，即輸出信號為一寬脈沖信號，該信號對應于氣缸1或氣缸4壓縮上止點前一定角度。電子控制單元(ECU)接收到寬脈沖信號時，便可知道氣缸1或氣缸4上止點位置即將到來，至于即將到來的是氣缸1還是氣缸4，則需根據凸輪軸位置傳感器輸入的信號來確定。由于信號轉子上有58個凸齒，因此信號轉子每轉一圈(發動機曲軸轉一圈)，傳感線圈就會產生58個交變電壓信號輸入電子控制單元。每當信號轉子隨發動機曲軸轉動一圈，傳感線圈就會向電子控制單元(ECU)輸入58個脈沖信號。因此，ECU每接收到曲軸位置傳感器58個信號，就可知道發動機曲軸旋轉了一圈。如果在1min內ECU接收到曲軸位置傳感器個信號，ECU便可計算出曲軸轉速n為2000(n=/58=2000)r/rain；如果ECU每分鐘接收到曲軸位置傳感器個信號，ECU便可計算出曲軸轉速為5000(n=/58=5000)r/min。依此類推，ECU根據每分鐘接收曲軸位置傳感器脈沖信號的數量，便能計算出發動機曲軸旋轉的轉速。發動機轉速信號和負荷信號是電子控制系統最重要、最基本的控制信號，ECU根據這兩個信號就能計算出基本噴油提前角(時間)、基本點火提前角(時間)和點火導通角(點火線圈一次電流接通時間)三個基本控制參數。捷達AT和GTx、桑塔納2000GSi型轎車磁感應式曲軸位置傳感器信號轉子上大齒缺產生的信號為基準信號，ECU控制噴油時間和點火時間是以大齒缺產生的信號為基準進行控制的。當ECu接收到大齒缺產生的信號后，再根據小齒缺信號來控制點火時間、噴油時間和點火線圈一次電流接通時間(即導通角)。
位置傳感器豐田轎車磁感應式曲軸與凸輪軸位置傳感器
豐田計算機控制系統(1FCCS)采用的磁感應式曲軸與凸輪軸位置傳感器由分電器改進而成，由上、下兩部分組成。上部分為檢測曲軸位置基準信號(即氣缸識別與上止點信號，稱為G信號)發生器；下部分為曲軸轉速與轉角信號(稱為Ne信號)發生器。a)Ne信號發生器的結構特點：Ne信號發生器安裝在G信號發生器的下面，主要由No．2信號轉子、Ne傳感線圈和磁頭組成，如圖2-26a所示。信號轉子固定在傳感器軸上，傳感器軸由配氣凸輪軸驅動，軸的上端套裝分火頭，轉子外制有24個凸齒。傳感線圈及磁頭固定在傳感器殼體內，磁頭固定在傳感線圈中。b)轉速與轉角信號的產生原理與控制過程：當發動機曲軸旋轉時，配氣凸輪軸便驅動傳感器信號轉子旋轉，轉子凸齒與磁頭間的氣隙交替發生變化，傳感線圈的磁通隨之交替發生變化，由磁感應式傳感器工作原理可知，在傳感線圈中就會感應產生交變電動勢，信號電壓的波形如圖2-26b所示。因為信號轉子有24個凸齒，所以轉子旋轉一圈，傳感線圈就會產生24個交變信號。傳感器軸每轉一圈(360。)相當于發動機曲軸旋轉兩圈(720。)，所以一個交變信號(即一個信號周期)相當于曲軸旋轉30。(720。÷24=30。)，相當于分火頭旋轉15。(30。÷2=15。)。ECU每接收Ne信號發生器24個信號，即可知道曲軸旋轉了兩圈、分火頭旋轉了一圈。ECU內部程序根據每個Ne信號周期所占時間，即可計算確定發動機曲軸轉速和分火頭轉速。為了精確控制點火提前角和噴油提前角，還需將每個信號周期所占的曲軸轉角(30。角)分得更小。微機完成這一工作十分方便，由分頻器將每個Ne信號(曲軸轉角30。)等分成30個脈沖信號，每個脈沖信號就相當于曲軸轉角1。(30。÷30=1。)。如將每個Ne信號等分成60個脈沖信號，則每個脈沖信號相當于曲軸轉角0．5。(30。÷60=0．5。)。具體設定由轉角精度要求和程序設計確定。c)G信號發生器的結構特點：G信號發生器用來檢測活塞上止點位置與判別是哪一個氣缸即將到達上止點位置等基準信號。故G信號發生器又稱為氣缸識別與上止點信號發生器或基準信號發生器。G信號發生器由No．1信號轉子、傳感線圈G1、G2和磁頭等組成。信號轉子帶有兩個凸緣，固定在傳感器軸上。傳感線圈G1、G2相隔180。安裝，G1線圈產生的信號對應于發動機第六缸壓縮上止點前10。、G2線圈產生的信號對應于發動機第一缸壓縮上止點前lO。。d)氣缸識別與上止點信號的產生原理與控制過程：G信號發生器的工作原理與Ne信號發生器產生信號的原理相同。當發動機凸輪軸驅動傳感器軸旋轉時，G信號轉子(No．1信號轉子)的凸緣便交替經過傳感線圈的磁頭，轉子凸緣與磁頭之間的氣隙交替發生變化，在傳感線圈Gl、G2中就會感應產生交變電動勢信號。當G信號轉子的凸緣部分接近傳感線圈G1的磁頭時，由于凸緣與磁頭之間的氣隙減小、磁通量增大、磁通變化率為正，因此傳感線圈G1中產生正向脈沖信號，稱為G1信號；當G信號轉子的凸緣部分接近傳感線圈G2時，由于凸緣與磁頭之間的氣隙減小、磁通量增大、磁通變化率為正，因此傳感線圈G2中也產生正向脈沖信號，稱為G2信號。當G信號轉子的凸緣部分經過G1、G2的磁頭時，由于凸緣與磁頭之間的氣隙不變、磁通量不變、磁通變化率為零，因此傳感線圈G1、G2中的感應電動勢均為零。當G信號轉子的凸緣部分離開G1、G2的磁頭時，由于凸緣與磁頭之間的氣隙增大、磁通量減小、磁通變化率為負，因此傳感線圈G1、G2中將感應產生負向交變電動勢信號。傳感器每轉一圈(360。)相當于曲軸轉兩圈(720。)，因為傳感線圈G1、G2相隔180。安裝，所以G1、G2中各產生一個正向脈沖信號。其中G1信號對應于發動機第六缸，用來檢測第六缸上止點的位置；G2信號對應于第一缸，用來檢測第一缸上止點的位置。電子控制單元檢測的對應位置實際上是G轉子凸緣的前端接近并與傳感線圈G1、G2的磁頭對齊時刻(此時磁通量最大、信號電壓為零)的位置，該位置對應于活塞壓縮上止點前10。(BT-DCl0。)位置。
位置傳感器霍爾式曲軸與凸輪軸位置傳感器
(1)霍爾式傳感器的結構與工作原理霍爾式曲軸與凸輪軸位置傳感器及其他形式的霍爾式傳感器都是根據霍爾效應制成的傳感器。1)霍爾效應：霍爾效應(Hall Effect)是美國約翰霍普金斯大學物理學家霍爾博士(Dr．E．H．Hall)于1879年首先發現的。他發現把一個通有電流I的長方體形白金導體垂直于磁力線放入磁感應強度為B的磁場中時(見圖2-27)，在白金導體的兩個橫向側面上就會產生一個垂直于電流方向和磁場方向的電壓UH，當取消磁場時，電壓立即消失。該電壓后來稱為霍爾電壓，UH與通過白金導體的電流I和磁感應強度B成正比，即(見下頁）利用霍爾效應制成的元件稱為霍爾元件，利用霍爾元件制成的傳感器稱為霍爾式傳感器。利用霍爾效應不僅可以通過接通和切斷磁場來檢測電壓，而且可以檢測導線中流過的電流，因為導線周圍的磁場強弱與流過導線的電流成正比關系。20世紀80年代以來，汽車上應用的霍爾式傳感器與日劇增，主要原因在于霍爾式傳感器有兩個突出優點：一是輸出電壓信號近似于方波信號；二是輸出電壓高低與被測物體的轉速無關。霍爾式傳感器與磁感應式傳感器不同的是需要外加電源。2)霍爾式傳感器基本結構：霍爾式傳感器主要由觸發葉輪、霍爾集成電路、導磁鋼片(磁軛)與永久磁鐵等組成。觸發葉輪安裝在轉子軸上，葉輪上制有葉片(在霍爾式點火系統中，葉片數與發動機氣缸數相等)。當觸發葉輪隨轉子軸一同轉動時，葉片便在霍爾集成電路與永久磁鐵之間轉動。霍爾集成電路由霍爾元件、放大電路、穩壓電路、溫度補償電路、信號變換電路和輸出電路等組成。3)霍爾式傳感器工作原理：當傳感器軸轉動時，觸發葉輪的葉片便從霍爾集成電路與永久磁鐵之間的氣隙中轉過：當葉片離開氣隙時，永久磁鐵的磁通便經霍爾集成電路和導磁鋼片構成回路，此時霍爾元件產生電壓(UH=1．9～2．0V)，霍爾集成電路輸出級的晶體管導通，傳感器輸出的信號電壓U0為低電平(實測表明：當電源電壓Ucc=14．4V或5V時，信號電壓U0=0．1～0．3 V)。當葉片進入氣隙時，霍爾集成電路中的磁場被葉片旁路，霍爾電壓UH為零，集成電路輸出級的晶體管截止，傳感器輸出的信號電壓U0為高電平(實測表明：當電源電壓Ucc=14．4V時，信號電壓U0=9．8 V；當電源電壓Ucc=5V時，信號電壓U0=4．8 V)。(2)捷達、桑塔納轎車霍爾式凸輪軸位置傳感器1)結構特點：捷達AT和GTx、桑塔納2000GSi型轎車采用的霍爾式凸輪軸位置傳感器安裝在發動機進氣凸輪軸的一端，結構如圖2-28所示。它主要由霍爾信號發生器和信號轉子組成。信號轉子又稱為觸發葉輪，安裝在進氣凸輪軸上，．用定位螺栓和座圈定位固定。信號轉子的隔板又稱為葉片，在隔板上制有一個窗口，窗口對應產生的信號為低電平信號，隔板(葉片)對應產生的信號為高電平信號。霍爾式信號發生器主要由霍爾集成電路、永久磁鐵和導磁鋼片等組成。霍爾元件用硅半導體材料制成，與永久磁鐵之間留有0．2～0．4mm的間隙，當信號轉子隨進氣凸輪軸一同轉動時，隔板和窗口便從霍爾集成電路與永久磁鐵之間的氣隙中轉過。該傳感器接線插座上有三個引線端子，端子1為傳感器電源正極端子，與控制單元端子62連接：端子2為傳感器信號輸出端子，與控制單元端子76連接：端子3為傳感器電源負極端子，與控制單元端子67連接。2)工作情況：由霍爾式傳感器工作原理可知，當隔板(葉片)進入氣隙(即在氣隙內)時，霍爾元件不產生電壓，傳感器輸出高電平(5V)信號；當隔板(葉片)離開氣隙(即窗口進入氣隙)時，霍爾元件產生電壓。傳感器輸出低電平信號(0．1V)。凸輪軸位置傳感器輸出的信號電壓與曲軸位置傳感器輸出的信號電壓之間的關系如圖2-29所示。發動機曲軸每轉兩圈(720。)，霍爾式傳感器信號轉子就轉過一圈(360。)，對應產生一個低電平信號和一個高電平信號，其中低電平信號對應于氣缸1壓縮上止點前一定角度。發動機工作時，磁感應式曲軸位置傳感器(CPS)和霍爾式凸輪軸位置傳感器(CIS)產生的信號電壓不斷輸入電子控制單元(ECU)。當ECU同時接收到曲軸位置傳感器大齒缺對應的低電平(15。)信號和凸輪軸位置傳感器窗口對應的低電平信號時，便可識別出此時為氣缸1活塞處于壓縮行程、氣缸4活塞處于排氣行程，并根據曲軸位置傳感器小齒缺對應輸出的信號控制點火提前角。電子控制單元識別出氣缸1壓縮上止點位置后，便可進行順序噴油控制和各缸點火時刻控制。如果發動機產生了爆燃，電子控制單元還能根據爆燃傳感器輸入的信號判別出是哪一個缸產生了爆燃，從而減小點火提前角，以便消除爆燃。
位置傳感器差動霍爾式曲軸位置傳感器
切諾基(Cherokee)吉普車與紅旗CA7220E型轎車采用了差動霍爾式曲軸位置傳感器，其凸輪軸位置傳感器均為普通霍爾式傳感器。(1)差動霍爾式傳感器結構特點差動霍爾式傳感器又稱為雙霍爾式傳感器，其結構與磁感應式傳感器相似，如圖2-30a所示。它由帶凸齒的信號轉子和霍爾信號發生器組成。差動霍爾式傳感器的工作原理與普通霍爾式傳感器相同。根據霍爾式傳感器的工作原理。當發動機飛輪上的齒缺與凸齒轉過差動霍爾電路的兩個探頭時，齒缺或凸齒與霍爾探頭之間的氣隙就會發生變化，磁通量隨之變化，在傳感器的霍爾元件中就會產生交變電壓信號，如圖2-30b所示。其輸出電壓由兩個霍爾信號電壓疊加而成。因為輸出信號為疊加信號，所以轉子凸齒與信號發生器之間的氣隙可以增大到(1±0．5)mm(普通霍爾式傳感器僅為0．2～0．4mm)，因而便可將信號轉子制成像磁感應式傳感器轉子一樣的齒盤式結構，其突出優點是信號轉子便于安裝。在汽車上，一般將凸齒轉子裝在發動機曲軸上或將發動機飛輪作為傳感子。(2)切諾基吉普車差動霍爾式曲軸位置傳感器1)結構特點：切諾基吉普車2．5L(四缸)、4．0L(六缸)電子控制燃油噴射式發動機采用了差動霍爾電路的霍爾式曲軸位置傳感器。它安裝在變速器殼體上。該傳感器向ECu提供發動機轉速與曲軸位置(轉角)信號，作為計算噴油時刻和點火時刻的重要依據之一。2．5L四缸電子控制發動機的飛輪上制有8個齒缺，如圖2-31a所示。8個齒缺分成兩組，每4個齒缺為一組，兩組之間相隔角度為180。，同一組中相鄰兩個齒缺之間間隔角度為20。。4．0L六缸電子控制發動機的飛輪上制有12個齒缺，如圖2．3lb所示。12個齒缺分成三組，每4個齒缺為一組，相鄰兩組之間相隔角度為120。，同一組中相鄰兩個齒缺之間間隔角度也為20。2)工作情況：飛輪上的每一組齒缺轉過霍爾探頭時，傳感器就會產生一組共4個脈沖信號。其中，四缸發動機每轉一圈產生兩組共8個脈沖信號；六缸發動機每轉一圈產生三組共12個脈沖信號。對于四缸發動機，ECU每接收到8個信號，即可知道曲軸旋轉了一轉，再根據接收8個信號所占用的時間，就可計算出曲軸轉速。對于六缸發動機，ECU每接收到12個信號，即可知道曲軸旋轉了一轉，再根據接收12個信號所占用的時間，就可計算出曲軸轉速。電子控制單元控制噴油和點火時，都有一定的提前角，因此需要知道活塞接近上止點的位置。切諾基吉普車在每組信號輸入ECU時，可以知道有兩個氣缸的活塞即將到達上止點位置。 例如，在四缸發動機控制系統中，利用一組信號，ECU可知氣缸1、4活塞接近上止點；利用另一組信號可知氣缸2、3活塞接近上止點。在六缸發動機控制系統中。利用一組信號，可知氣缸1與6、2與5、3與4活塞接近上止點。由于第4個齒缺產生的脈沖下降沿對應于壓縮上止點前4。(BTDC4。)，因此第1個齒缺產生的脈沖信號下降沿對應于壓縮上止點前64。(BT-DC64。)，如圖2-32所示。當氣缸1、4對應的第1個脈沖下降沿到來時，ECU即可知道此時氣缸1、4活塞位于壓縮上止點前64。(BTDC64。)，從而便可控制噴油提前角和點火提前角。但是，僅有曲軸轉角信號，ECU還不能確定是哪一個缸位于壓縮行程，哪一個缸位于排氣行程，為此還需要一個氣缸判別信號(即需要一只凸輪軸位置傳感器)。(3)切諾基吉普車霍爾式凸輪軸位置傳感器1)結構特點：切諾基吉普車發動機控制系統的氣缸判別信號由霍爾式凸輪軸位置傳感器提供，該傳感器又稱為同步信號傳感器，安裝在分電器內，主要由脈沖環(信號轉子)、霍爾信號發生器組成。脈沖環上制有凸起的葉片，占180。分電器軸轉角(相當于360。曲軸轉角)。沒有葉片的部分也占180。分電器軸轉角(360。曲軸轉角)。脈沖環安裝在分電器軸上，隨分電器軸一同轉動。2)工作情況：當脈沖環上的葉片進入信號發生器時，傳感器輸出高電平(5V)；當脈沖環上的葉片離開信號發生器時，傳感器輸出低電平(0V)。分電器軸轉一圈，傳感器輸出一個高電平和一個低電平，高、低電平各占180。分電器軸轉角(分別相當于360。曲軸轉角)。同步信號的波形如圖2-32所示。當脈沖環的葉片前沿進入信號發生器、傳感器輸出高電平(5V)時，對于四缸發動機，表示氣缸1、4活塞即將到達上止點，其中氣缸1活塞位于壓縮行程，氣缸4活塞位于排氣行程；對于六缸發動機，表示氣缸3、4活塞即將到達上止點，其中氣缸4活塞位于壓縮行程，氣缸3活塞位于排氣行程。當脈沖環的葉片后沿進入信號發生器、傳感器輸出低電平(0V)時，對于四缸發動機，表示即將到達上止點的仍然是氣缸1、4活塞，其中氣缸4活塞位于壓縮行程，氣缸1活塞位于排氣行程；對于六缸發動機，表示氣缸3活塞位于壓縮行程，氣缸4活塞位于排氣行程。利用凸輪軸位置傳感器判別出是哪一個氣缸即將到達排氣上止點之后，ECU根據曲軸位置傳感器信號，即可控制噴油提前角和點火提前角。設某一時刻的噴油提前角為上止點前64。(BTI)C64。)，當凸輪軸位置傳感器脈沖環的葉片進入信號發生器、傳感器輸出高電平(5V)時，ECU判定四缸發動機的氣缸4活塞位于排氣行程(六缸發動機的氣缸3活塞位于排氣行程)，此時ECU在接收到曲軸位置傳感器(CPS)第一個脈沖信號的下降沿(BTDC64。)時，向噴油器發出噴油信號，從而實現提前64。噴油。在凸輪軸位置傳感器輸出高電平(5V))時，ECU還判定四缸發動機的氣缸1活塞(六缸發動機氣缸4活塞)位于壓縮行程，此時ECU根據曲軸位置傳感器CPS信號和點火提前角計算值，在活塞運行到上止點前點火提前角度時，向點火控制器發出點火指令，控制火花塞點火，實現點火提前。利用凸輪軸位置傳感器對兩個氣缸的位置判定作為參考點，即可按照四缸發動機1—3—4—2(六缸發動機l一5—3—6—2—4)的工作順序，對各個氣缸進行提前噴油與提前點火控制。(4)紅旗CA7720E型轎車差動霍爾式曲軸位置傳感器紅旗CA7220E型轎車CA488．3型發動機上裝備的SIMOS4S3型電子控制燃油噴射系統采用的差動霍爾式曲軸位置傳感器由信號轉子與信號發生器組成。信號轉子為齒盤式，安裝在變速器殼體前端，它與捷達AT、GTX型轎車用磁感應式曲軸位置傳感器轉子相似，在其圓周上均勻間隔地制作有58個凸齒、 57個小齒缺和一個大齒缺。大齒缺輸出基準信號，對應于發動機氣缸1或氣缸4壓縮上止點前一定角度。大齒缺所占的弧度相當于兩個凸齒和三個小齒缺所占的弧度。因為信號轉子隨曲軸一同旋轉，曲軸旋轉一圈(360。)，信號轉子也旋轉一圈(360。)，所以信號轉子圓周上的凸齒和齒缺所占的曲軸轉角為 360。，每個凸齒和小齒缺所占的曲軸轉角均為3。(58×3。+57×3。=345。)，大齒缺所占的曲軸轉角為15。(2×3。+3×3。=15。)，信號波形如圖2-33a所示。
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90后，汽車電路，，檢測，判斷與大家分享
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智造大觀
市場營銷經理,科技領域創作者
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無錫華芯科技
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太兆智控TeraControls
直流無刷電機驅動、低壓伺服電機驅動供應商
直流無刷電機轉子位置傳感器的主要分類
1、電磁式位置傳感器電磁式位置傳感器是利用電磁效應來實現其位置測量，主要有開口變壓器式、諧振式接近開關等。開口變壓器位置傳感器由定子和轉子兩部分組成。定子可由硅鋼片的沖片疊成，或用高頻鐵氧體材料壓制而成。在2極三相直流無刷電機中的開口變壓器定子有六個齒，它們之間的間隔分別為...
2021-06-150
電動汽車導致對 BLDC（無刷直流）電機應用（例如轉向、制動、EV 和 HEV 牽引驅動）的需求迅速增長。
所有適用于上述應用的 BLDC 電機都需要一臺設備來檢測轉子角位置，從而實現精確換向控制。
HELLA 的 MPS（電機位置傳感器）基于著名的 CIPOS?（非接觸式電感位置傳感器）技術，可提供精確測量。HELLA MPS 是一種先進的位置傳感器解決方案，用于解決電動汽車應用中現有解決方案（如解算器和磁性傳感器）無法適當避免電干擾的主要挑戰，從而在電動汽車中提供精確信號。
HELLA MPS 由配有發射器和接收器線圈的 PCB（定子）、用于電子控制和評估的 IC（集成電路）以及連接到電機軸的金屬轉子組成。通過評估傳輸、接收器線圈和轉子的高頻交變電場 (AC) 的相互作用，MPS 會提供解調、過濾和受限的模擬 SIN/COS 或數字 SPI 信號，具體取決于正在使用的 ASIC。
HELLA MPS 的優勢：
通過精確的電機位置直接啟動時的有效傳感器功率
在強電流磁通密度和雜散磁場中穩定
不使用磁體或磁性物質
靈活集成，適用于所有采用軸端、軸上（分段變體）和通孔裝配方式的機械設計
適用于 BLDC、PMSM（永磁同步電機）等 EC 電機，可輕松適應不同極對數
與解算器解決方案相比，該系統的重量和尺寸更小
技術參數
原標題：直流無刷電機轉子位置傳感器的主要分類
1、電磁式位置傳感器
電磁式位置傳感器是利用電磁效應來實現其位置測量，主要有開口變壓器式、諧振式接近開關等。
開口變壓器位置傳感器由定子和轉子兩部分組成。定子可由硅鋼片的沖片疊成，或
用高頻鐵氧體材料壓制而成。在2極三相直流無刷電機中的開口變壓器定子有六個
齒，它們之間的間隔分別為60°。其中三個齒繞上一次繞組，并相互串聯后以高頻振蕩電源(一般的頻率為幾千赫到幾十千赫)供電；另外三個齒上分別繞有二次繞組，它們之間分別相隔120°。轉子是一個用非導磁材料做成的圓盤，并在它上面鑲上一塊約120°的扇形導磁材料。將它與電機同軸安裝。開口變壓器工作原理與一般旋轉變壓器類似，三個二次繞組的輸出是被轉子位置調制的高頻信號，經解調后再進行邏輯處理，得到換相控制信號。
諧振式接近開關位置傳感器結構與開口變壓器類似，但不需要一次側高頻勵磁。在三相電機，它的定子有三個電感元件構成的振諧電路，轉子是一個約120°的扇形導電金屬盤，當轉子的扇形金屬部分接近電感元件時，使得該電路的品質因數Q值下降，導致電路正反饋不足而停振，故輸出為零。當扇形金屬轉子離開電感元件時，電路的Q值開始回升，電路又重新起振，輸出高頻調制信號。三個振諧電路的輸出是被轉子位置調制的高頻信號，它經檢波解調后再進行邏輯處理，獲得轉子位置信號。
電磁式位置傳感器具有工作可靠、可適應較惡劣使用環境等優點。但這種傳感器信噪比較低，位置分辨率較差，體積較大，已經很少使用。
2、光電式位置傳感器
光電式位置傳感器是利用光電效應原理工作，它由安放在定子上的發光管-光敏接收管組件以及跟隨電機轉子一起旋轉的遮光板等組成。
在三相直流無刷電機，遮光板開有120°(電角度)左右的縫隙，且縫隙的數目等于直流無刷電機轉子磁極的極對數。當縫隙對著光敏晶體管時，光敏晶體管接收到光源發射的光，產生“亮電流”輸出。當遮光板擋住光線，光敏晶體管只有“暗電流”輸出。遮光板隨轉子旋轉，光敏晶體管隨轉子的轉動而輪流輸出“亮電流”或“暗電流”的信號，以此來檢測轉子磁極位置，控制電機三相繞組換相。光電式位置傳感器缺點是光電信號容易受到灰塵或潮氣的影響，可靠性較低。
3、磁敏式位置傳感器
磁敏式位置傳感器是利用對磁場敏感的半導體元件制成的，如霍爾效應或磁阻效應元件。常見的磁敏式位置傳感器有霍爾元件或霍爾集成電路、磁敏電阻以及磁敏二極管等。其中基于霍爾效應原理的霍爾元件、霍爾集成電路統稱為霍爾效應磁敏傳感器，簡稱霍爾傳感器。當磁場中的半導體有電流通過時，其橫向產生電壓(霍爾電動勢)，這個現象后來被稱為霍爾效應。霍爾元件利用它所產生的霍爾電動勢與正交的磁場強度成正比原理工作。但霍爾元件薄而脆，它的霍爾電動勢小，需要外圍放大電路，不便使用。
霍爾集成電路是在霍爾效應原理的基礎上，利用集成封裝和組裝工藝制作而成，內部集成了霍爾元件和必要的外圍電路，它可方便地把磁場信號轉換成較大幅度的電信號，同時又具備耐受工業應用環境可靠工作的要求。霍爾集成電路具有無觸點、低功耗、長使用壽命、響應頻率高等特點，采用塑封材料包封成一體化，所以能在各類惡劣環境下可靠地工作。由于霍爾位置傳感器具有結構簡單、體積小、安裝靈活方便、易于機電一體化、價格低等優點，故目前得到廣泛的應用。目前，霍爾集成電路傳感器是直流無刷電機最主要使用的轉子位置傳感器。返回搜狐，查看更多
責任編輯：
很多朋友對直流無刷電機轉子位置傳感器比較感興趣，但是了解的并不多，對其特點以及工作原理都不是很熟悉，今天諾元就簡單的給大家介紹一下這些常識吧！希望可以幫助到大家！
轉子位置傳感器種類及特點：
在直流無刷電機控制系統中，因為電機的換向是由轉子位置所決定的，所以必須有轉子位置傳感器實時檢測轉子位置。實際可用的轉子位置傳感器有很多種。
正弦波驅動的永磁同步電機，一般采用旋轉變壓器和光電脈沖編碼器作為位置檢測器，需要連續檢測轉子位置，要求分辨率高，成本高。
矩形波驅動的直流無刷電機中，只需要離散的轉子位置信息，即有限數量的換向點，可以使用簡單的位置檢測器，并且檢測轉子位置的分辨率要求低很多，因此成本也較低。
轉子位置傳感器工作原理：
位置傳感器是直流無刷電機系統的組成部分之一，其作用是在運動過程中檢測主轉子與定子繞組的相對位置，并將永磁轉子磁場的位置信號轉換成電信號，為邏輯開關電路提供正確的換向信息。控制它們的導通和關斷，使電機電樞繞組中的電流隨著轉子位置的變化而依次變化，在氣隙中形成步進旋轉磁場，驅動永磁轉子連續旋轉。
以上便是直流無刷電機轉子位置傳感器特點及原理，相信大家都有了一定的了解，希望可以幫助到大家哦！
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