專(zhuān)利名稱(chēng)：：用于減少配線的采用模擬編碼霍耳效應(yīng)傳感器獲得位置信息的馬達(dá)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及采用霍耳效應(yīng)傳感器的馬達(dá)位置讀出領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：采用霍耳效應(yīng)傳感器檢測(cè)諸如無(wú)刷DC馬達(dá)之類(lèi)的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置是常見(jiàn)的。在一種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)中，三個(gè)或四個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器安裝到馬達(dá)的定子上，馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)期間馬達(dá)的定子在轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子磁體的磁場(chǎng)內(nèi)。霍耳效應(yīng)傳感器產(chǎn)生二進(jìn)制輸出，其提供旋轉(zhuǎn)位置信息到控制電路以控制馬達(dá)的速度/或位置，包括提供電流的"交換"或排序至馬達(dá)的不同繞組。在這種結(jié)構(gòu)中，熟知的是采用單獨(dú)的配線傳送來(lái)自每個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器的輸出信號(hào)。因此，在具有三個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器的應(yīng)用中，例如，通常需要至少五條配線來(lái)產(chǎn)生霍耳效應(yīng)輸出信號(hào)并將它們傳送至控制器即，兩條電源線(霍耳激發(fā)和回流)和用于傳送霍耳效應(yīng)傳感器的各個(gè)輸出的三條配線。
發(fā)明內(nèi)容為了更大的效率，在某些應(yīng)用中，存在對(duì)將霍耳效應(yīng)傳感器的輸出提供給控制電路的方式的需求。例如，多數(shù)現(xiàn)代馬達(dá)屬于極小尺寸(如，直徑小于1/2〃)類(lèi)型的，并且因此靠近馬達(dá)只有很小空間可用于霍耳效應(yīng)傳感器和大量配線的接線端的空間。在其它應(yīng)用中，在馬達(dá)和控制器之間鋪設(shè)的配線可能覆蓋相當(dāng)長(zhǎng)的距離，且因此占用了過(guò)多的空間和/或重量，特別是在對(duì)諸如空間之類(lèi)的要求敏感的應(yīng)用中或者航空應(yīng)用中。在常規(guī)的方法中出現(xiàn)的其它問(wèn)題包括用來(lái)在馬達(dá)和控制器之間提供連接的線束的成本和復(fù)雜性，以及可能存在的在輸出信號(hào)上由霍耳效應(yīng)傳感器的相對(duì)高的輸出阻抗引起的噪聲的不利影響。本發(fā)明公開(kāi)了一種系統(tǒng)，通過(guò)采用模擬編碼霍耳效應(yīng)傳感器位置信息，該系統(tǒng)具有降低的配線需求。在一種實(shí)施方式中，該系統(tǒng)為馬達(dá)系統(tǒng)，但是更一般地所述披露的技術(shù)可以用在這樣的系統(tǒng)中，其中活動(dòng)磁構(gòu)件的位置被檢測(cè)，并且產(chǎn)生位置信息并將位置信息發(fā)送至控制器。傳感器組件被安裝為緊靠近活動(dòng)磁構(gòu)件，以檢測(cè)它的位置。傳感器組件包括多個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器，每個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器都具有二進(jìn)制輸出，所述霍耳效應(yīng)傳感器被構(gòu)造為使得活動(dòng)磁構(gòu)件的不同位置對(duì)應(yīng)于霍耳效應(yīng)傳感器的輸出組的不同數(shù)字模式。在一種結(jié)構(gòu)中，采用三個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器，并且因此從諸如001，010等三位編碼中選擇數(shù)字模式。這些模式中的每一個(gè)表示磁構(gòu)件的相應(yīng)的位置。耦接至霍耳效應(yīng)傳感器的輸出的編碼電路產(chǎn)生傳感器組件的多值模擬輸出，其中所述多值模擬輸出中的每個(gè)不同的值表示霍耳效應(yīng)傳感器輸出組的不同數(shù)字模式中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)。在一種實(shí)施方式中，該編碼電路采用具有加權(quán)值電阻器的階梯網(wǎng)絡(luò)，所述加權(quán)值電阻器對(duì)由控制器檢測(cè)的模擬電流的不同分量起作用。采用合適的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，所檢測(cè)的電流可以被轉(zhuǎn)換成數(shù)字位置信息。與現(xiàn)有技術(shù)要求每個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器一條配線不同，3多值模擬輸出可以在單條配線上傳輸，并且因此避免了額外配線的成本和其它缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例的下述描述以及如附圖中所示，前述及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將是明顯的，在附圖中相同附圖標(biāo)記在涉及所有不同的視圖中表示相同的部件。所述附圖不必是按比例作出的，重點(diǎn)是放在闡述本發(fā)明的各種實(shí)施方式的原理上。圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的系統(tǒng)的方塊圖，該系統(tǒng)具有馬達(dá)、傳感器組件和控制器；圖2為傳感器組件的機(jī)械示意圖3為傳感器組件的電學(xué)示意圖。具體實(shí)施例方式圖1示出了具有馬達(dá)組件10的系統(tǒng)，馬達(dá)組件10由線束12連接至控制器14。馬達(dá)組件10包括諸如無(wú)刷DC馬達(dá)之類(lèi)的馬達(dá)16，以及固定至馬達(dá)16的一端的傳感器組件18。線束12的一端在傳感器組件18上終止?？刂破?4控制馬達(dá)10的運(yùn)轉(zhuǎn)，特別是它的旋轉(zhuǎn)位置和/或取決于應(yīng)用的速度。在一種應(yīng)用中，馬達(dá)16為用來(lái)控制如飛機(jī)中的機(jī)械零件的位置的電磁致動(dòng)器的一部分?？刂破?4經(jīng)由位于傳感器組件18(如下所述)上的霍耳效應(yīng)傳感器檢測(cè)馬達(dá)16的旋轉(zhuǎn)位置，并控制至馬達(dá)16的繞組的電流，以對(duì)于期望的致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)期望的馬達(dá)位置和/或速度。在不同的實(shí)施例中可以采用不同類(lèi)型的馬達(dá)控制結(jié)構(gòu)和技術(shù)，包括用于控制繞組電流的特定電路。本說(shuō)明書(shū)主要關(guān)注于從馬達(dá)固定的傳感器(如在傳感器組件18)到諸如控制器14之類(lèi)的分離的控制器的馬達(dá)位置信息的通信。圖2示出傳感器組件18示例性的機(jī)械設(shè)計(jì)。三個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器H1、H2和H3設(shè)置在盤(pán)形電路板20的周?chē)?，所述電路板還包括一組用于線束12的三條配線的三個(gè)接線端，各個(gè)接線端分別由P，S和G標(biāo)識(shí)。這些在下文說(shuō)明。虛線22表示可以位于電路板20上(其不需要限制至電路板20的中間區(qū)域)的其它電路，如離散和/或集成電子元件，它們的例子在下文中描述。在本領(lǐng)域是廣泛地熟知的，它的優(yōu)勢(shì)是利用多個(gè)霍耳效應(yīng)或其他位置傳感器，并將它們?cè)O(shè)置不同的角坐標(biāo)處，以實(shí)現(xiàn)對(duì)馬達(dá)位置進(jìn)行對(duì)應(yīng)的部分指示，并且隨后利用所有的傳感器的輸出獲得更完整的位置信息。其中，所述位置信息可以用來(lái)對(duì)DC無(wú)刷馬達(dá)中電動(dòng)換向起作用，以控制由馬達(dá)致動(dòng)的機(jī)械零件的位置。在多數(shù)應(yīng)用中，如在某些馬達(dá)換向應(yīng)用中，例如，它可以充分地利用少至圖2中示出的三個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器。如下簡(jiǎn)要地描述的那樣，三個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器的組可以精確地指示何時(shí)應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)換向，然而在其他方面卻提供了對(duì)馬達(dá)位置的相對(duì)粗糙的指示。在其它應(yīng)用中，例如可以期望的是利用多個(gè)傳感器，以獲得精細(xì)顆粒的位置信息。采用現(xiàn)有的方法，對(duì)于每個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器需要利用分離的配線，以將它的二進(jìn)制輸出傳輸至控制器，并且控制器解釋所有的霍耳效應(yīng)器件的二進(jìn)制輸出組，以獲得全部的馬達(dá)位置信息。因此，在采用三個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器的系統(tǒng)中，例如，在傳感器組和控制器之間最少需要五條配線，它們中兩條用于供電，且它們的三條用于表示霍耳效應(yīng)傳感器的4各個(gè)輸出狀態(tài)。每條配線占用空間，包括在馬達(dá)處終止配線(如接線端插口)所要求的空間，并且還增加整個(gè)馬達(dá)-控制器系統(tǒng)的重量。隨著馬達(dá)不斷變小和變輕，由這些配線占用的空間重量在比例上較大。在某些應(yīng)用(如航空或空間應(yīng)用)中，希望降低用來(lái)單獨(dú)地將馬達(dá)位置信息傳輸至控制器的所述空間和重量。圖3為傳感器組件18和控制器14的相關(guān)元件的示意圖。由線束12和接線端Jl組(圖1-2)提供的三個(gè)連接示出為P用于供電(PWR)，S用于檢測(cè)(SENSE)，以及G用于接地(GND)?？刂破?4包括電源V1以及檢測(cè)電阻器R7、放大器U1和換向控制電路(C0匪CTRL)24。傳感器組件18包括所示出的霍耳效應(yīng)傳感器Hl-H3、晶體管Ql-Q3和電阻器Rl-R6。傳感器組件18的電路的整體結(jié)構(gòu)為"階梯"結(jié)構(gòu)，該階梯的每個(gè)"梯級(jí)"或"腿"包括對(duì)應(yīng)的霍耳效應(yīng)傳感器和它的相關(guān)聯(lián)的晶體管和電阻器(如，腿1中的組H1、Ql、Rl和R2)。還示出的是霍耳效應(yīng)傳感器的激勵(lì)(HALLEXC)，雖然為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，其示出為單個(gè)元件，將要理解的是，它實(shí)際上對(duì)應(yīng)于三個(gè)不同的元件，每一個(gè)用于每個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器。根據(jù)加權(quán)方式選擇電阻器R2、R4和R6的值，所述加權(quán)方式對(duì)將霍耳效應(yīng)傳感器H1-H3的二進(jìn)制狀態(tài)的模式編碼成相應(yīng)的多值模擬信號(hào)(在所示出的實(shí)施方式中其為電流)起作用。例如，當(dāng)傳導(dǎo)為(4:2:i)時(shí)，所述值(R2:R4:R6)可以具有比(l:2:4)，以對(duì)二進(jìn)制加權(quán)方式起作用，以至于對(duì)通過(guò)晶體管(qi:q2:q4)的電流比起作用。這些單獨(dú)的電流分量之和(其形成多值模擬信號(hào))通過(guò)檢測(cè)電阻器R7。在三個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器的一個(gè)常規(guī)使用中，二進(jìn)制霍耳輸出組映射六個(gè)不同的位置值。接下來(lái)的圖表展示這些值和傳導(dǎo)通過(guò)檢測(cè)電阻器R7的檢測(cè)電流(任意單位)的對(duì)應(yīng)的值<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從上注意到，相鄰的霍耳狀態(tài)(如，OOl—101)之間的轉(zhuǎn)換在精確的點(diǎn)處出現(xiàn)，并且因此可以用來(lái)對(duì)換向起作用。除此之外，每個(gè)霍耳狀態(tài)本身提供了相對(duì)粗略的位置信息(如，在一個(gè)60-度扇形內(nèi))。檢測(cè)電阻器R7將檢測(cè)電流轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓，其由放大器U1放大，且隨后提供至換向控制電路24。通常，換向控制電路24將包括某些形式的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，以將由來(lái)自U1的模擬電壓信號(hào)表達(dá)的模擬位置信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字值，這些數(shù)字值隨后用來(lái)對(duì)換向起作用。雖然上述描述采用了三個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器和對(duì)應(yīng)的電路和位置值，將會(huì)理解的是，在此披露的技術(shù)可以被用來(lái)(進(jìn)行合適的修改)與大量霍耳效應(yīng)傳感器一起實(shí)施，這在可替換實(shí)施方式中可能是期望的。此外，因?yàn)樗兜牟捎幂^少配線的技術(shù)可以減少需要將馬達(dá)位置信息傳輸至控制器所需要的空間或重量的量，所披露的技術(shù)可以在對(duì)這種空間/重量要求敏感和/或要求更多的霍耳效應(yīng)傳感器用于更精確的位置信息的應(yīng)用中是特別有用的。關(guān)于空間/重量需求，所披露的技術(shù)可以在馬達(dá)具有例如小于1.5英寸的直徑時(shí)是特別有用的。雖然已經(jīng)特別示出并描述了本發(fā)明的各種實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解的是，在不背離本發(fā)明的由隨附的權(quán)利要求限定的精神和范圍的前提下可以在形式和細(xì)節(jié)方面對(duì)此進(jìn)行各種修改。權(quán)利要求一種設(shè)備，包括活動(dòng)磁構(gòu)件；和傳感器組件，所述傳感器組件被安裝為緊靠近活動(dòng)磁構(gòu)件，以檢測(cè)它的位置，所述傳感器組件包括多個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器，每個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器都具有二進(jìn)制輸出，所述霍耳效應(yīng)傳感器被構(gòu)造為使得活動(dòng)磁構(gòu)件的不同位置對(duì)應(yīng)于霍耳效應(yīng)傳感器的輸出組的不同數(shù)字模式；和編碼電路，所述編碼電路耦接至霍耳效應(yīng)傳感器的輸出，編碼電路可操作為產(chǎn)生傳感器組件的多值模擬輸出，所述多值模擬輸出中的每個(gè)不同的值表示霍耳效應(yīng)傳感器輸出組的不同數(shù)字模式中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，傳感器組件的多值模擬輸出包括電流輸出，并且其中編碼電路包括階梯網(wǎng)絡(luò)，所述階梯網(wǎng)絡(luò)具有梯級(jí)部分，每個(gè)梯級(jí)部分耦接至霍耳效應(yīng)傳感器中對(duì)應(yīng)的一個(gè)，梯級(jí)部分包括各自的加權(quán)電阻器，所述加權(quán)電阻器可操作為確定傳感器組件的電流輸出的各個(gè)分量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，編碼電路包括多個(gè)晶體管放大器，所述晶體管放大器具有耦接至霍耳效應(yīng)傳感器中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)的對(duì)應(yīng)輸入，并具有耦接在一起以產(chǎn)生傳感器組件的多值模擬輸出的對(duì)應(yīng)輸出。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，活動(dòng)磁構(gòu)件包括電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子，并且其中傳感器組件的霍耳效應(yīng)傳感器被構(gòu)造為使得霍耳效應(yīng)傳感器的輸出組的不同數(shù)字模式對(duì)應(yīng)于活動(dòng)磁構(gòu)件的不同的旋轉(zhuǎn)位置。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，電動(dòng)馬達(dá)具有小于約1.5英寸的直徑。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括在傳感器組件和控制器之間提供連接的線束，所述線束包括傳輸源電流的第一配線和第二配線，以及傳輸傳感器組件的多值模擬輸出的第三配線。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，傳感器組件包括電路板，霍耳效應(yīng)傳感器和編碼電路安裝在電路板上。8.—種設(shè)備，包括權(quán)利要求1的設(shè)備；禾口控制器，所述控制器耦接為接收傳感器組件的模擬輸出，并利用由模擬輸出的不同值提供的位置信息來(lái)控制活動(dòng)磁構(gòu)件的運(yùn)轉(zhuǎn)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中傳感器組件的多值模擬輸出包括電流輸出；所述編碼電路包括階梯網(wǎng)絡(luò)，所述階梯網(wǎng)絡(luò)具有梯級(jí)部分，每個(gè)梯級(jí)部分耦接至霍耳效應(yīng)傳感器中對(duì)應(yīng)的一個(gè)，梯級(jí)部分包括各自的加權(quán)電阻器，所述加權(quán)電阻器可操作為確定傳感器組件的電流輸出的各個(gè)分量；并且控制器包括檢測(cè)電阻器，所述檢測(cè)電阻器耦接至電阻器階梯網(wǎng)絡(luò)，以形成對(duì)應(yīng)于傳感器組件電流輸出的模擬電壓；禾口轉(zhuǎn)換電路，所述轉(zhuǎn)換電路可操作為將模擬電壓轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字值，所述數(shù)字值由控制器的數(shù)字控制電路用來(lái)控制活動(dòng)磁構(gòu)件的運(yùn)轉(zhuǎn)。全文摘要一種系統(tǒng)，具有傳感器組件，傳感器組件被安裝為靠近諸如馬達(dá)轉(zhuǎn)子之類(lèi)的活動(dòng)磁構(gòu)件，以檢測(cè)它的位置。傳感器組件包括霍耳效應(yīng)傳感器，每個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器具有二進(jìn)制輸出，霍耳效應(yīng)傳感器被構(gòu)造為使得活動(dòng)磁構(gòu)件的不同位置對(duì)應(yīng)于霍耳效應(yīng)傳感器輸出的不同數(shù)字模式。編碼電路耦接至霍耳效應(yīng)傳感器的輸出，以產(chǎn)生多值模擬輸出，多值模擬輸出的不同值表示霍耳效應(yīng)傳感器的輸出的對(duì)應(yīng)的不同數(shù)字模式。編碼電路可以采用具有加權(quán)值電阻器的階梯網(wǎng)絡(luò)，所述加權(quán)值電阻器對(duì)由控制器檢測(cè)的模擬電流的不同分量起作用。采用合適的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，所檢測(cè)的電流可以被轉(zhuǎn)換成數(shù)字位置信息。與現(xiàn)有技術(shù)要求每個(gè)霍耳效應(yīng)傳感器一條配線不同，多值模擬輸出可以在單條配線上傳輸。文檔編號(hào)G01D5/14GK101790674SQ200880021985公開(kāi)日2010年7月28日申請(qǐng)日期2008年3月31日優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日發(fā)明者埃斯泰拉·C·鐘,雷蒙德·Y·利烏申請(qǐng)人:伍德沃德Hrt公司