4  Распределитель потока (коммутатор)

При вращении зубчатого ротора в обмотке статора в соответствии с законом индукции возникает переменное напряжение. Когда один из зубцов ротора 4 приближается к полюсу статора 1, в обмотке 3 нарастает напряжение. При совпадении фронта зубца ротора с полюсом статора (со средней линией обмотки) напряжение на обмотке достигает максимума, затем быстро меняет знак и увеличивается в противоположном направлении до максимума (рис. 4.17) при удалении зубца.

Рис. 4.17. Магнитный поток Ф и напряжение обмотки Uвых в

зависимости от угла поворота  распределителя потока (коммутатора)

Нетрудно заметить, что выходное напряжение Uвых генераторного датчика коммутаторного типа с пульсирующим потоком очень быстро изменяется от положительного максимума до отрицательного, поэтому точка перехода через ноль между двумя максимумами может быть использован для управления системой зажигания с таким датчиком при получении точного момента искрообразования.

Распределитель потока, или зубчатый ротор, устанавливается на распределительный валик распределителя зажигания и изготавливается из мягкой стали. Число зубцов зависит от числа цилиндров двигателя. Необходимое магнитное поле создает постоянный магнит.

Датчик на эффекте Холла

Благодаря развитию микроэлектроники широкое распространение получили датчики углового положения на эффекте Холла.

Эффект Холла возникает в полупроводниковой пластине, внесенной в магнитное поле, при пропускании через нее электрического тока (рис. 4.18). Если поместить элемент толщиной h в магнитном поле таким образом, чтобы направление индукции В магнитного поля было перпендикулярно плоскости пластины, и пропустить ток I через пластину, то между противоположными гранями пластины возникает ЭДС Холла.

Рис. 4.18. Принцип действия полупроводникового элемента Холла

Чувствительность элемента Холла зависит от соотношения между длиной и шириной полупроводниковой пластины и повышается при уменьшении ее толщины. Для пленки толщина h достигает 10^-6 м, для пластины из полупроводникового кристалла – 10^–4 м. Для изготовления элементов Холла используются германий, кремний, арсенид галлия (GaAs), арсенид индия (InAs), антимонид индия (InSb).

Электродвижущая сила самоиндукции Холла очень мала и поэтому должна быть усилена вблизи кристалла для того, чтобы устранить влияние радиоэлектрических помех. Поэтому конструктивно и технологически элемент Холла и преобразовательная схема выполняются в виде интегральной микросхемы, которая называется магнитоуправляемой интегральной схемой.

Путем изменения магнитного поля от 0 до Вmax с помощью магнитного экрана на выходе магнитоуправляемой интегральной схемы можно получить дискретный сигнал высокого или низкого уровня. Объединив магнитоуправляемую схему с магнитной системой в жестко сконструированный пластмассовый корпус, получают микропереключатель на эффекте Холла, который устанавливается в традиционный распределитель (рис. 4.19), например, на поворотный механизм вакуумного автомата.

Рис. 4.19. Принцип размещения микропереключателя на эффекте Холла:

1 –магнитоуправляемая интегральная схема; 2 – ротор, 3 – экран; 4 – валик распределителя; 5 – магнит; 6 – корпус микропереключателя

Замыкатель 2 (ротор), жестко связанный с валиком распределителя 4, выполнен из магнитопроводящего материала и содержит число полюсов–экранов 3, равное числу цилиндров двигателя. При прохождении экранов в зазоре между магнитоуправляемой схемой 1 и магнитом 5 происходит периодическое шунтирование магнитного потока, и на выходе микропереключателя формируется сигнал об угловом положении коленчатого вала двигателя в виде прямоугольных импульсов.

Фронт сигнала практически не зависит от частоты вращения экрана и, следовательно, задержка совсем незначительна по сравнению с задержкой, например, генераторного датчика. Таким образом, на выходе датчика формируется сигнал, представленный на рис. 4.20.

Рис. 4.20. Зависимость напряжения чувствительного элемента Холла е_х

и напряжения на выходе датчика Холла U_д от угла поворота ротора .

В датчике Холла обеспечивается гистерезис переключения входного напряжения, так как уровни а и b ЭДС Холла ех, соответствующие включению и выключению порогового элемента, не совпадают. Частота вращения ротора практически не влияет на фронт и срез импульса ЭДС ех, поэтому электрическое смещение угла опережения зажигания датчика Холла значительно меньше, чем у генераторного МЭД.

Магнитоуправляемая интегральная схема на эффекте Холла является, как и все электронные компоненты, чувствительной к воздействиям внешних условий. Устанавливаемая в распределитель зажигания схема должна выдерживать жесткие требования для изделий автомобильного применения, устанавливаемых в моторном отсеке на двигателе.