专利名称：：用于减少配线的采用模拟编码霍耳效应传感器获得位置信息的马达系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及采用霍耳效应传感器的马达位置读出领域。
背景技术：
：采用霍耳效应传感器检测诸如无刷DC马达之类的马达的旋转位置是常见的。在一种常见的结构中，三个或四个霍耳效应传感器安装到马达的定子上，马达运转期间马达的定子在转动的转子磁体的磁场内。霍耳效应传感器产生二进制输出，其提供旋转位置信息到控制电路以控制马达的速度/或位置，包括提供电流的"交换"或排序至马达的不同绕组。在这种结构中，熟知的是采用单独的配线传送来自每个霍耳效应传感器的输出信号。因此，在具有三个霍耳效应传感器的应用中，例如，通常需要至少五条配线来产生霍耳效应输出信号并将它们传送至控制器即，两条电源线(霍耳激发和回流)和用于传送霍耳效应传感器的各个输出的三条配线。
发明内容为了更大的效率，在某些应用中，存在对将霍耳效应传感器的输出提供给控制电路的方式的需求。例如，多数现代马达属于极小尺寸(如，直径小于1/2〃)类型的，并且因此靠近马达只有很小空间可用于霍耳效应传感器和大量配线的接线端的空间。在其它应用中，在马达和控制器之间铺设的配线可能覆盖相当长的距离，且因此占用了过多的空间和/或重量，特别是在对诸如空间之类的要求敏感的应用中或者航空应用中。在常规的方法中出现的其它问题包括用来在马达和控制器之间提供连接的线束的成本和复杂性，以及可能存在的在输出信号上由霍耳效应传感器的相对高的输出阻抗引起的噪声的不利影响。本发明公开了一种系统，通过采用模拟编码霍耳效应传感器位置信息，该系统具有降低的配线需求。在一种实施方式中，该系统为马达系统，但是更一般地所述披露的技术可以用在这样的系统中，其中活动磁构件的位置被检测，并且产生位置信息并将位置信息发送至控制器。传感器组件被安装为紧靠近活动磁构件，以检测它的位置。传感器组件包括多个霍耳效应传感器，每个霍耳效应传感器都具有二进制输出，所述霍耳效应传感器被构造为使得活动磁构件的不同位置对应于霍耳效应传感器的输出组的不同数字模式。在一种结构中，采用三个霍耳效应传感器，并且因此从诸如001，010等三位编码中选择数字模式。这些模式中的每一个表示磁构件的相应的位置。耦接至霍耳效应传感器的输出的编码电路产生传感器组件的多值模拟输出，其中所述多值模拟输出中的每个不同的值表示霍耳效应传感器输出组的不同数字模式中的对应的一个。在一种实施方式中，该编码电路采用具有加权值电阻器的阶梯网络，所述加权值电阻器对由控制器检测的模拟电流的不同分量起作用。采用合适的模数转换电路，所检测的电流可以被转换成数字位置信息。与现有技术要求每个霍耳效应传感器一条配线不同，3多值模拟输出可以在单条配线上传输，并且因此避免了额外配线的成本和其它缺点。根据本发明的特定实施例的下述描述以及如附图中所示，前述及其它目的、特征和优点将是明显的，在附图中相同附图标记在涉及所有不同的视图中表示相同的部件。所述附图不必是按比例作出的，重点是放在阐述本发明的各种实施方式的原理上。图1为根据本发明的实施方式的系统的方块图，该系统具有马达、传感器组件和控制器；图2为传感器组件的机械示意图3为传感器组件的电学示意图。具体实施例方式图1示出了具有马达组件10的系统，马达组件10由线束12连接至控制器14。马达组件10包括诸如无刷DC马达之类的马达16，以及固定至马达16的一端的传感器组件18。线束12的一端在传感器组件18上终止。控制器14控制马达10的运转，特别是它的旋转位置和/或取决于应用的速度。在一种应用中，马达16为用来控制如飞机中的机械零件的位置的电磁致动器的一部分。控制器14经由位于传感器组件18(如下所述)上的霍耳效应传感器检测马达16的旋转位置，并控制至马达16的绕组的电流，以对于期望的致动器运动实现期望的马达位置和/或速度。在不同的实施例中可以采用不同类型的马达控制结构和技术，包括用于控制绕组电流的特定电路。本说明书主要关注于从马达固定的传感器(如在传感器组件18)到诸如控制器14之类的分离的控制器的马达位置信息的通信。图2示出传感器组件18示例性的机械设计。三个霍耳效应传感器H1、H2和H3设置在盘形电路板20的周围，所述电路板还包括一组用于线束12的三条配线的三个接线端，各个接线端分别由P，S和G标识。这些在下文说明。虚线22表示可以位于电路板20上(其不需要限制至电路板20的中间区域)的其它电路，如离散和/或集成电子元件，它们的例子在下文中描述。在本领域是广泛地熟知的，它的优势是利用多个霍耳效应或其他位置传感器，并将它们设置不同的角坐标处，以实现对马达位置进行对应的部分指示，并且随后利用所有的传感器的输出获得更完整的位置信息。其中，所述位置信息可以用来对DC无刷马达中电动换向起作用，以控制由马达致动的机械零件的位置。在多数应用中，如在某些马达换向应用中，例如，它可以充分地利用少至图2中示出的三个霍耳效应传感器。如下简要地描述的那样，三个霍耳效应传感器的组可以精确地指示何时应当出现换向，然而在其他方面却提供了对马达位置的相对粗糙的指示。在其它应用中，例如可以期望的是利用多个传感器，以获得精细颗粒的位置信息。采用现有的方法，对于每个霍耳效应传感器需要利用分离的配线，以将它的二进制输出传输至控制器，并且控制器解释所有的霍耳效应器件的二进制输出组，以获得全部的马达位置信息。因此，在采用三个霍耳效应传感器的系统中，例如，在传感器组和控制器之间最少需要五条配线，它们中两条用于供电，且它们的三条用于表示霍耳效应传感器的4各个输出状态。每条配线占用空间，包括在马达处终止配线(如接线端插口)所要求的空间，并且还增加整个马达-控制器系统的重量。随着马达不断变小和变轻，由这些配线占用的空间重量在比例上较大。在某些应用(如航空或空间应用)中，希望降低用来单独地将马达位置信息传输至控制器的所述空间和重量。图3为传感器组件18和控制器14的相关元件的示意图。由线束12和接线端Jl组(图1-2)提供的三个连接示出为P用于供电(PWR)，S用于检测(SENSE)，以及G用于接地(GND)。控制器14包括电源V1以及检测电阻器R7、放大器U1和换向控制电路(C0匪CTRL)24。传感器组件18包括所示出的霍耳效应传感器Hl-H3、晶体管Ql-Q3和电阻器Rl-R6。传感器组件18的电路的整体结构为"阶梯"结构，该阶梯的每个"梯级"或"腿"包括对应的霍耳效应传感器和它的相关联的晶体管和电阻器(如，腿1中的组H1、Ql、Rl和R2)。还示出的是霍耳效应传感器的激励(HALLEXC)，虽然为简单起见，其示出为单个元件，将要理解的是，它实际上对应于三个不同的元件，每一个用于每个霍耳效应传感器。根据加权方式选择电阻器R2、R4和R6的值，所述加权方式对将霍耳效应传感器H1-H3的二进制状态的模式编码成相应的多值模拟信号(在所示出的实施方式中其为电流)起作用。例如，当传导为(4:2:i)时，所述值(R2:R4:R6)可以具有比(l:2:4)，以对二进制加权方式起作用，以至于对通过晶体管(qi:q2:q4)的电流比起作用。这些单独的电流分量之和(其形成多值模拟信号)通过检测电阻器R7。在三个霍耳效应传感器的一个常规使用中，二进制霍耳输出组映射六个不同的位置值。接下来的图表展示这些值和传导通过检测电阻器R7的检测电流(任意单位)的对应的值<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>从上注意到，相邻的霍耳状态(如，OOl—101)之间的转换在精确的点处出现，并且因此可以用来对换向起作用。除此之外，每个霍耳状态本身提供了相对粗略的位置信息(如，在一个60-度扇形内)。检测电阻器R7将检测电流转化为对应的电压，其由放大器U1放大，且随后提供至换向控制电路24。通常，换向控制电路24将包括某些形式的模数转换电路，以将由来自U1的模拟电压信号表达的模拟位置信息转换成二进制数字值，这些数字值随后用来对换向起作用。虽然上述描述采用了三个霍耳效应传感器和对应的电路和位置值，将会理解的是，在此披露的技术可以被用来(进行合适的修改)与大量霍耳效应传感器一起实施，这在可替换实施方式中可能是期望的。此外，因为所披露的采用较少配线的技术可以减少需要将马达位置信息传输至控制器所需要的空间或重量的量，所披露的技术可以在对这种空间/重量要求敏感和/或要求更多的霍耳效应传感器用于更精确的位置信息的应用中是特别有用的。关于空间/重量需求，所披露的技术可以在马达具有例如小于1.5英寸的直径时是特别有用的。虽然已经特别示出并描述了本发明的各种实施方式，本领域技术人员将会理解的是，在不背离本发明的由随附的权利要求限定的精神和范围的前提下可以在形式和细节方面对此进行各种修改。权利要求一种设备，包括活动磁构件；和传感器组件，所述传感器组件被安装为紧靠近活动磁构件，以检测它的位置，所述传感器组件包括多个霍耳效应传感器，每个霍耳效应传感器都具有二进制输出，所述霍耳效应传感器被构造为使得活动磁构件的不同位置对应于霍耳效应传感器的输出组的不同数字模式；和编码电路，所述编码电路耦接至霍耳效应传感器的输出，编码电路可操作为产生传感器组件的多值模拟输出，所述多值模拟输出中的每个不同的值表示霍耳效应传感器输出组的不同数字模式中的对应的一个。2.根据权利要求1所述的设备，其中，传感器组件的多值模拟输出包括电流输出，并且其中编码电路包括阶梯网络，所述阶梯网络具有梯级部分，每个梯级部分耦接至霍耳效应传感器中对应的一个，梯级部分包括各自的加权电阻器，所述加权电阻器可操作为确定传感器组件的电流输出的各个分量。3.根据权利要求1所述的设备，其中，编码电路包括多个晶体管放大器，所述晶体管放大器具有耦接至霍耳效应传感器中的对应的一个的对应输入，并具有耦接在一起以产生传感器组件的多值模拟输出的对应输出。4.根据权利要求1所述的设备，其中，活动磁构件包括电动马达的转子，并且其中传感器组件的霍耳效应传感器被构造为使得霍耳效应传感器的输出组的不同数字模式对应于活动磁构件的不同的旋转位置。5.根据权利要求4所述的设备，其中，电动马达具有小于约1.5英寸的直径。6.根据权利要求1所述的设备，还包括在传感器组件和控制器之间提供连接的线束，所述线束包括传输源电流的第一配线和第二配线，以及传输传感器组件的多值模拟输出的第三配线。7.根据权利要求1所述的设备，其中，传感器组件包括电路板，霍耳效应传感器和编码电路安装在电路板上。8.—种设备，包括权利要求1的设备；禾口控制器，所述控制器耦接为接收传感器组件的模拟输出，并利用由模拟输出的不同值提供的位置信息来控制活动磁构件的运转。9.根据权利要求8所述的设备，其中传感器组件的多值模拟输出包括电流输出；所述编码电路包括阶梯网络，所述阶梯网络具有梯级部分，每个梯级部分耦接至霍耳效应传感器中对应的一个，梯级部分包括各自的加权电阻器，所述加权电阻器可操作为确定传感器组件的电流输出的各个分量；并且控制器包括检测电阻器，所述检测电阻器耦接至电阻器阶梯网络，以形成对应于传感器组件电流输出的模拟电压；禾口转换电路，所述转换电路可操作为将模拟电压转换成对应的数字值，所述数字值由控制器的数字控制电路用来控制活动磁构件的运转。全文摘要一种系统，具有传感器组件，传感器组件被安装为靠近诸如马达转子之类的活动磁构件，以检测它的位置。传感器组件包括霍耳效应传感器，每个霍耳效应传感器具有二进制输出，霍耳效应传感器被构造为使得活动磁构件的不同位置对应于霍耳效应传感器输出的不同数字模式。编码电路耦接至霍耳效应传感器的输出，以产生多值模拟输出，多值模拟输出的不同值表示霍耳效应传感器的输出的对应的不同数字模式。编码电路可以采用具有加权值电阻器的阶梯网络，所述加权值电阻器对由控制器检测的模拟电流的不同分量起作用。采用合适的模数转换电路，所检测的电流可以被转换成数字位置信息。与现有技术要求每个霍耳效应传感器一条配线不同，多值模拟输出可以在单条配线上传输。文档编号G01D5/14GK101790674SQ200880021985公开日2010年7月28日申请日期2008年3月31日优先权日2007年6月26日发明者埃斯泰拉·C·钟,雷蒙德·Y·利乌申请人:伍德沃德Hrt公司