3 用于电机监测的霍尔器件和磁体

到目前为止，本应用笔记重点介绍了系统的机械传动链如何将电机的旋转运动转换为车窗的垂直运动。下一步是考察用于监测电机转速的磁体和霍尔传感器，如前面 图 1-4 所示，该图展示了电机轴上的多极环形磁体以及位于磁体正下方的霍尔传感器。随着磁体旋转，产生的时变磁场由霍尔效应锁存器进行监测。有关磁体选型的更多信息，请参阅“TI E2E™ 常见问题解答 TMAG5170：磁体选型如何影响霍尔效应角度测量？”及参考文献列表中列出的参考资料。

监测电机转速和方向需要两个适当放置的霍尔效应锁存器。有关更多信息，请参阅 TMAG511x 2D 锁存器优势应用笔记。调整霍尔效应锁存器的方向和间距，使磁体产生的磁通密度足以在磁体旋转时触发锁存阈值。此外，还需合理安排锁存器两个传感器的间距，使其锁存行为之间产生延迟。图 3-1 展示了一种可能的环形磁体–器件配置，其中可使用 2D 锁存器或双平面锁存器。两个器件中的红色方框标示了此应用所需的两个感应霍尔元件。其他可考虑的磁体–器件方向列于 图 3-2 至 图 3-13；不过，TMAG511x 2D 锁存器优势应用笔记中讨论了双平面方案可能不适用于某些配置。

图 3-1 2D 与平面锁存器实现方案

图 3-2 XY 外边缘 1	图 3-3 XY 外边缘 2	图 3-4 XY 侧边缘 1	图 3-5 XY 侧边缘 2
图 3-6 ZX 外边缘 1	图 3-7 ZX 外边缘 2	图 3-8 ZX 侧边缘 1	图 3-9 ZX 侧边缘 2
图 3-10 ZY 外边缘 1	图 3-11 ZY 外边缘 2	图 3-12 ZY 侧边缘 1	图 3-13 ZY 侧边缘 2

选定最佳锁存方向后，还需确定合适的磁体与传感器间距。如简介中所述，当磁场高于工作阈值 (B_OP) 时，锁存器输出有效低电平；当磁场低于释放阈值 (B_RP) 时，锁存器输出高电平。两个阈值之间由迟滞 (B_HYS) 隔开，可防止噪声在阈值处引起反复切换，并保持最近一次越过阈值后的状态。

磁体与传感器间距的约束主要取决于磁体在霍尔传感器处产生的磁场强度。影响磁场强度的关键磁体参数包括剩磁（单位为毫特斯拉：mT）、磁极数量以及物理尺寸（外半径、内半径和厚度）。其他需要考虑的磁体特性包括材料、温度特性和机械完整性，这些超出了本文档的讨论范围。有关磁体选型及相关参考资料的讨论，请参阅 TI E2E™ 常见问题解答磁体选型如何影响霍尔效应角度测量？

确定传感器的可行位置后，还需验证传感器具有足够的系统带宽。电机转速和磁极数量决定了霍尔传感器所检测磁场的变化率（例如频率）。一般而言，霍尔传感器的带宽必须高于每秒磁极数的两倍，如 方程式 10 所示。