磁电式转速传感器在汽车中的应用设计

宋卫平

（新乡北方车辆仪表有限公司 453000)

磁电式转速传感器在汽车中的应用设计

宋卫平

（新乡北方车辆仪表有限公司 453000)

磁电式转速传感器，因结构简单，体积小，无需电源，可直接从被测物体吸取机械能量并转换成电信号输出，具有抗干扰能力强，耐温范围宽，且不受测试现场空气污染、油污等介质影响，在电控发动机常用来判断目前的曲轴的转速及位置。通过信号盘的旋转实现磁力线的切割，芯体感应，并进行信号输出，此信号通过电子控制单元内部的调制，得到精度较高的方波信号，能够符合汽车发动机对点火控制的精度要求，从而满足汽车动力性能。

磁电式；转速传感器；轿车发动机应用

在发动机电控技术不断升级及创新的过程中，磁电式转速传感器在国内外电控发动机上都得到普遍应用，在实现车辆电子化中占有举足轻重的地位，传感器的性能直接关系到电控系统的性能。基于此，本文就对磁电式转速传感器在某轿车中的使用设计进行分析。

1 磁电式转速传感器的原理及分类

磁电式转速传感器是利用法拉第电磁感应原理，将测到的物理变化量（如位移、转速和振动）转为感应电动势。其不使用外部供电电源，具有稳定的性能及后续处理电路简单，输出的阻抗较小，并且在频率响应的范围中，能够在扭矩、转速及振动测量中使用。磁电式转速传感器有2种，即变磁通式及恒定磁通式。在某轿车上采用的是变磁通式转速传感器，它由线圈、永久磁钢和铁芯等组成，线圈相对于磁场进行运动过程中的速度通过ω角速度或者v速度表示，那么在此过程中产生的感应电动势e通过下式表示。

B表示磁场中线圈的感应强度，L表示线圈平均的长度，S表示线圈的平均截面积。

确定传感器中结构参数值后，L、N、S和B都是定值，e和ω为正比，所以速度传感器就是磁电式转速传感器的形式，能够直接对角速度及线速度进行测量。如果在测量的电路中接入微分或者积分电路，就能够实现加速度及位移的测量。以此就可以得到，磁电式转速传感器能够在动态测量中使用[1]。

2 磁电式转速传感器的参数设计

2.1 输出电压

磁电式转速传感器的电压关系通过下式表示。

u表示感应电压，N表示线圈的匝数，δφ/δt表示磁通的变化率。

通过上式可以看出来，u和N是正比关系，并且和线圈磁通量的变化也呈正比关系。图1为磁感转速传感器的结构图，通过图1可以看出来，在传感器还没有安装齿轮的时候，周围并没有磁材料，所以磁场的分布式是通过永久磁钢的产生的磁场，加铁芯通过空气的相互连通成为闭合磁路。在铁磁质齿轮前安装传感器，并且在缝隙为0.2～1.8mm的时候，传感器的磁路就会出现一定的变化。探头的一侧通过缝隙，一部分通过齿轮，之后在返回到导磁柱的S级，这就表示通过导磁探头一侧外绕圈磁通量不同于非安装时。

图1 磁感转速传感器的结构图

相同原理，在齿根或者齿尖与传感器探头相对的时候，通过齿轮及传感器组成的磁路也不同。在对着齿尖的时候，空气缝隙较小，并且磁阻也较小，缝隙通过的磁通量非常大；但是对着齿根的时候，缝隙的磁通量非常小。因为将永磁体作为磁场源，S级和N级的探头不仅接触永磁体面，每个部位的表面都具有磁场。探头一侧也一样，不仅和永磁体N级接触，还在空气中接通，从而使探头中的内部磁场强度能够充分分布，以此成为从永磁体接触面朝着探头端面不断缩小。

简单来说，外部线圈不同位置的磁通量也是不同的，与永磁体相互靠近的铰链较多。在传感器探头和信号盘的磁场发生变化之后，缝隙越大，通过探头源朝齿轮传导到磁通量就会越大，并且铰链磁通量也较大。在齿轮转动到达一定速度的时候，传感器线圈中的磁通量也会根据齿根和齿尖位置的变化不断改变，所以线圈具备感应电势，其大小和齿轮转速具有正相关。在应用时和测量时候的值并不是上升的。因为线圈具有电阻，传感器输出具有负载，传感器能够产生电动势，但是能量有限。在速度越来越高的时候，输出电压也会越来越高，负载电阻没有发生变化，朝着负载注入的能量就会提高，所以内阻的消耗就会不断扩大，电压的提高就会受到阻碍。所以，传感器电压的提高与速度的变化并不是理想线性[2]。

2.2 电阻及电感

将磁电式转速传感器作为电源或者发电机，因有内阻，对带载能力会产生一定的影响。内阻是否适合，主要看内阻的负载大小，其与输入/输出的匹配具有一定的联系。比如一般的信号处理电路，输入阻抗一般只有几十或几百千欧，目前传感器线圈电阻为几百及几千千欧。以此可以看出来，内阻消耗能量占据负载较少的负载消耗。

电感可以通过下式表示。

L表示电感，φ表示总磁通，i表示磁通电流。

测线圈的电感就是为线圈加交流电压，通过交流电压阻抗的检测计算线圈电感。影响线圈电感的主要因素包括永久磁钢的磁场强度、线圈的匝数及铁芯的尺寸。如果永久磁钢的磁场强度及匝数都相同，那么铁芯的尺寸为主要因素。

在确定传感器参数、线圈匝数、结构及电感值确定之后，L就表示传感器电气参数特征量，通过L能够对传感器电参数是否正常进行表示。如果不相符，就会对L产生影响。在生产过程中，要全面对L进行检测，从而实现产品生产质量的检测[3]。

3 结束语

本文对磁电式转速传感器的使用原理进行了分析，并且说明了传感器产生感应电动势的原因，是通过内部永久磁钢产生磁场，通过铁芯将其导出，并且和铁磁材料相互配置成为齿轮链合磁通。在齿轮转动过程中，齿轮和探头的间隙也会出现变化，从而导致传感器探头外部线圈的磁通量也出现一定的变化，从而产生电动势。因为传感器的电感及电阻值一定，并且和信号处理单元的电阻相互匹配，线圈电阻较小时，对于匹配不会造成任何影响。在确定传感器材料及结构之后，从而确定电感值，其为传感器电气量的表示，通过电感值能够检测生产质量。

[1]王强.汽车用磁电式转速传感器的设计[J].科技创业家,2012(24):123.

[2]谢改红,许珊珊.电磁感应式转速传感器的特点和应用刍议[J].现代职业教育,2016(8):87-87.

[3]莫福广,梁源飞.磁电式转速传感器在发动机上的应用[J].装备制造技术,2014(8):186-188.

U464文献标示码：A

宋卫平（1979年—），女，工程师，本科，研究方向为车辆仪表。