磁電式轉速傳感器在汽車中的應用設計

宋衛平

（新鄉北方車輛儀表有限公司 453000)

磁電式轉速傳感器在汽車中的應用設計

宋衛平

（新鄉北方車輛儀表有限公司 453000)

磁電式轉速傳感器，因結構簡單，體積小，無需電源，可直接從被測物體吸取機械能量并轉換成電信號輸出，具有抗干擾能力強，耐溫范圍寬，且不受測試現場空氣污染、油污等介質影響，在電控發動機常用來判斷目前的曲軸的轉速及位置。通過信號盤的旋轉實現磁力線的切割，芯體感應，并進行信號輸出，此信號通過電子控制單元內部的調制，得到精度較高的方波信號，能夠符合汽車發動機對點火控制的精度要求，從而滿足汽車動力性能。

磁電式；轉速傳感器；轎車發動機應用

在發動機電控技術不斷升級及創新的過程中，磁電式轉速傳感器在國內外電控發動機上都得到普遍應用，在實現車輛電子化中占有舉足輕重的地位，傳感器的性能直接關系到電控系統的性能。基于此，本文就對磁電式轉速傳感器在某轎車中的使用設計進行分析。

1 磁電式轉速傳感器的原理及分類

磁電式轉速傳感器是利用法拉第電磁感應原理，將測到的物理變化量（如位移、轉速和振動）轉為感應電動勢。其不使用外部供電電源，具有穩定的性能及后續處理電路簡單，輸出的阻抗較小，并且在頻率響應的范圍中，能夠在扭矩、轉速及振動測量中使用。磁電式轉速傳感器有2種，即變磁通式及恒定磁通式。在某轎車上采用的是變磁通式轉速傳感器，它由線圈、永久磁鋼和鐵芯等組成，線圈相對于磁場進行運動過程中的速度通過ω角速度或者v速度表示，那么在此過程中產生的感應電動勢e通過下式表示。

B表示磁場中線圈的感應強度，L表示線圈平均的長度，S表示線圈的平均截面積。

確定傳感器中結構參數值后，L、N、S和B都是定值，e和ω為正比，所以速度傳感器就是磁電式轉速傳感器的形式，能夠直接對角速度及線速度進行測量。如果在測量的電路中接入微分或者積分電路，就能夠實現加速度及位移的測量。以此就可以得到，磁電式轉速傳感器能夠在動態測量中使用[1]。

2 磁電式轉速傳感器的參數設計

2.1 輸出電壓

磁電式轉速傳感器的電壓關系通過下式表示。

u表示感應電壓，N表示線圈的匝數，δφ/δt表示磁通的變化率。

通過上式可以看出來，u和N是正比關系，并且和線圈磁通量的變化也呈正比關系。圖1為磁感轉速傳感器的結構圖，通過圖1可以看出來，在傳感器還沒有安裝齒輪的時候，周圍并沒有磁材料，所以磁場的分布式是通過永久磁鋼的產生的磁場，加鐵芯通過空氣的相互連通成為閉合磁路。在鐵磁質齒輪前安裝傳感器，并且在縫隙為0.2～1.8mm的時候，傳感器的磁路就會出現一定的變化。探頭的一側通過縫隙，一部分通過齒輪，之后在返回到導磁柱的S級，這就表示通過導磁探頭一側外繞圈磁通量不同于非安裝時。

圖1 磁感轉速傳感器的結構圖

相同原理，在齒根或者齒尖與傳感器探頭相對的時候，通過齒輪及傳感器組成的磁路也不同。在對著齒尖的時候，空氣縫隙較小，并且磁阻也較小，縫隙通過的磁通量非常大；但是對著齒根的時候，縫隙的磁通量非常小。因為將永磁體作為磁場源，S級和N級的探頭不僅接觸永磁體面，每個部位的表面都具有磁場。探頭一側也一樣，不僅和永磁體N級接觸，還在空氣中接通，從而使探頭中的內部磁場強度能夠充分分布，以此成為從永磁體接觸面朝著探頭端面不斷縮小。

簡單來說，外部線圈不同位置的磁通量也是不同的，與永磁體相互靠近的鉸鏈較多。在傳感器探頭和信號盤的磁場發生變化之后，縫隙越大，通過探頭源朝齒輪傳導到磁通量就會越大，并且鉸鏈磁通量也較大。在齒輪轉動到達一定速度的時候，傳感器線圈中的磁通量也會根據齒根和齒尖位置的變化不斷改變，所以線圈具備感應電勢，其大小和齒輪轉速具有正相關。在應用時和測量時候的值并不是上升的。因為線圈具有電阻，傳感器輸出具有負載，傳感器能夠產生電動勢，但是能量有限。在速度越來越高的時候，輸出電壓也會越來越高，負載電阻沒有發生變化，朝著負載注入的能量就會提高，所以內阻的消耗就會不斷擴大，電壓的提高就會受到阻礙。所以，傳感器電壓的提高與速度的變化并不是理想線性[2]。

2.2 電阻及電感

將磁電式轉速傳感器作為電源或者發電機，因有內阻，對帶載能力會產生一定的影響。內阻是否適合，主要看內阻的負載大小，其與輸入/輸出的匹配具有一定的聯系。比如一般的信號處理電路，輸入阻抗一般只有幾十或幾百千歐，目前傳感器線圈電阻為幾百及幾千千歐。以此可以看出來，內阻消耗能量占據負載較少的負載消耗。

電感可以通過下式表示。

L表示電感，φ表示總磁通，i表示磁通電流。

測線圈的電感就是為線圈加交流電壓，通過交流電壓阻抗的檢測計算線圈電感。影響線圈電感的主要因素包括永久磁鋼的磁場強度、線圈的匝數及鐵芯的尺寸。如果永久磁鋼的磁場強度及匝數都相同，那么鐵芯的尺寸為主要因素。

在確定傳感器參數、線圈匝數、結構及電感值確定之后，L就表示傳感器電氣參數特征量，通過L能夠對傳感器電參數是否正常進行表示。如果不相符，就會對L產生影響。在生產過程中，要全面對L進行檢測，從而實現產品生產質量的檢測[3]。

3 結束語

本文對磁電式轉速傳感器的使用原理進行了分析，并且說明了傳感器產生感應電動勢的原因，是通過內部永久磁鋼產生磁場，通過鐵芯將其導出，并且和鐵磁材料相互配置成為齒輪鏈合磁通。在齒輪轉動過程中，齒輪和探頭的間隙也會出現變化，從而導致傳感器探頭外部線圈的磁通量也出現一定的變化，從而產生電動勢。因為傳感器的電感及電阻值一定，并且和信號處理單元的電阻相互匹配，線圈電阻較小時，對于匹配不會造成任何影響。在確定傳感器材料及結構之后，從而確定電感值，其為傳感器電氣量的表示，通過電感值能夠檢測生產質量。

[1]王強.汽車用磁電式轉速傳感器的設計[J].科技創業家,2012(24):123.

[2]謝改紅,許珊珊.電磁感應式轉速傳感器的特點和應用芻議[J].現代職業教育,2016(8):87-87.

[3]莫福廣,梁源飛.磁電式轉速傳感器在發動機上的應用[J].裝備制造技術,2014(8):186-188.

U464文獻標示碼：A

宋衛平（1979年—），女，工程師，本科，研究方向為車輛儀表。