ホールセンサー：動作原理、種類、用途、確認方法

現代の車のすべてのシステムを効率的に操作するために、メーカーは、機械要素よりも優れたさまざまな電子機器を車両に装備しています。

各センサーは、機械のさまざまなコンポーネントの動作の安定性にとって非常に重要です。 ホールセンサーの機能を検討してください。そこには、タイプ、主な誤動作、動作原理、および適用場所があります。

車のホールセンサーとは

ホールセンサーは、電磁的な動作原理を持つ小さなデバイスです。 ソビエト自動車産業の古い車でさえ、これらのセンサーは利用可能です-それらはガソリンエンジンの動作を制御します。 デバイスが誤動作すると、エンジンはせいぜい安定性を失います。

これらは、点火システムの操作、ガス分配メカニズムでの相の分配などに使用されます。 センサーの故障に関連する誤動作を理解するには、センサーの構造と動作原理を理解する必要があります。

車のホールセンサーとは何ですか？

車のホールセンサーは、車のさまざまな部分の磁場を記録および測定するために必要です。 HHの主な用途は点火システムです。

このデバイスを使用すると、非接触で特定のパラメーターを決定できます。 センサーは、スイッチまたはECUに向かう電気インパルスを作成します。 次に、これらのデバイスは信号を送信して電流を生成し、キャンドルに火花を発生させます。

仕事の原則について簡単に

この装置の動作原理は1879年にアメリカの物理学者E.G. ホール。 半導体ウェーハが永久磁石の磁場の領域に入ると、そこに小さな電流が発生します。

磁場の終了後、電流は生成されません。 磁石の影響の遮断は、磁石と半導体ウェーハの間に配置されたスチールスクリーンのスロットを通して発生します。

それはどこにあり、どのように見えますか？

ホール効果は、次のような多くの自動車システムに適用されています。

• クランクシャフトの位置を決定します（最初のシリンダーのピストンが圧縮ストロークの上死点にあるとき）。
• カムシャフトの位置を決定します（最新の内燃エンジンの一部のモデルでは、ガス分配メカニズムのバルブの開度を同期させるため）。
• イグニッションシステムブレーカー内（ディストリビューター側）。
• タコメーターで。

モーターシャフトの回転の過程で、センサーは歯のスロットのサイズに反応し、そこからスイッチング装置に供給される低電圧電流が生成されます。 点火コイルに入ると、信号は高電圧に変換されます。これは、シリンダー内で火花を発生させるために必要です。 クランクシャフトポジションセンサーが故障している場合、エンジンを始動できません。

同様のセンサーが非接触点火システムのブレーカーにあります。 トリガーされると、イグニッションコイルの巻線が切り替わり、一次巻線に電荷を生成し、二次巻線から放電します。

下の写真は、センサーの外観と一部の車両のセンサーの設置場所を示しています。

代理店で

クランクシャフト・センサー

カムシャフトセンサー

タコメーターセンサー

電気モーターのホールセンサー

デバイス

シンプルなホールセンサーデバイスは、次のもので構成されます。

• 永久磁石。 それは、半導体に作用する磁場を生成し、その中で低電圧電流が生成されます。
• 磁気回路。 この要素は、磁場の作用を感知して電流を生成します。
• 回転ローター。 溝のある金属製湾曲板です。 メインデバイスのシャフトが回転すると、ローターブレードが磁石のロッドへの影響を交互に遮断し、ロッド内部にインパルスを生成します。
• プラスチック製の筐体。

タイプとスコープ

すべてのホールセンサーはXNUMXつのカテゴリーに分類されます。 最初のカテゴリはデジタルで、XNUMX番目のカテゴリはアナログです。 これらのデバイスは、自動車産業を含むさまざまな産業で成功裏に使用されています。 このセンサーの最も簡単な例はDPKVです（クランクシャフトが回転するときの位置を測定します）。

アナログホールセンサーエレメント

他の業界では、たとえば洗濯機で同様のデバイスが使用されています（洗濯物はフルドラムの回転速度に基づいて計量されます）。 このようなデバイスのもうXNUMXつの一般的な用途は、コンピューターのキーボードです（小さな磁石はキーの背面にあり、センサー自体は弾性ポリマー材料の下に取り付けられています）。

専門の電気技師は、非接触でケーブルの電流強度を測定する場合、ホールセンサーも取り付けられた特別なデバイスを使用します。このデバイスは、ワイヤーによって生成される磁場の強度に反応し、磁気渦。

自動車業界では、ホールセンサーがさまざまなシステムに統合されています。 たとえば、電気自動車では、これらのデバイスはバッテリーの充電を監視します。 クランクシャフトの位置、スロットルバルブ、ホイール速度など。 -これらすべておよび他の多くのパラメータは、ホールセンサーによって決定されます。

線形（アナログ）ホールセンサー

このようなセンサーでは、電圧は磁場の強さに直接依存します。 言い換えれば、センサーが磁場に近いほど、出力電圧は高くなります。 これらのタイプのデバイスには、シュミットトリガーとスイッチング出力トランジスタがありません。 それらの電圧は、オペアンプから直接取得されます。

アナログホール効果センサーの出力電圧は、永久磁石または電磁石のいずれかによって生成できます。 また、プレートの厚さとこのプレートを流れる電流の強さにも依存します。

ロジックは、センサーの出力電圧が磁場の増加に伴って無期限に増加する可能性があることを示しています。 実際にはそうではありません。 センサーからの出力電圧は、供給電圧によって制限されます。 センサー両端のピーク出力電圧は飽和電圧と呼ばれます。 このピークに達したとき、磁束密度を上げ続けることは無意味です。

たとえば、電流クランプはこの原理に基づいて機能し、ワイヤ自体と接触することなく導体の電圧を測定します。 リニアホールセンサーは、磁場密度を測定するデバイスでも使用されます。 このようなデバイスは、導電性要素と直接接触する必要がないため、安全に使用できます。

アナログ素子の使用例

下の図は、電流強度を測定し、ホール効果の原理に基づいて動作するセンサーの簡単な回路を示しています。

A-指揮者; B-磁気リングを開きます。 С–アナログホールセンサー。 D-信号増幅器

このような電流センサーは非常に簡単に機能します。 導体に電流を流すと、その周囲に磁界が発生します。 センサーは、このフィールドの極性とその密度をキャプチャします。 さらに、この値に対応する電圧がセンサーに形成され、アンプに供給されてからインジケーターに供給されます。

デジタルホールセンサー

アナログデバイスは、磁場の強さに応じてトリガーされます。 高いほど、センサーの電圧が高くなります。 さまざまな制御装置に電子機器が導入されて以来、ホールセンサーは論理要素を獲得してきました。

デジタルホールセンサーエレメント

デバイスは、磁場の存在を検出するか、または検出しません。 前者の場合、それは論理ユニットになり、信号がアクチュエータまたは制御ユニットに送信されます。 XNUMX番目のケースでは（大きなが限界しきい値に達していない磁場でも）、デバイスは何も記録しません。これは論理ゼロと呼ばれます。

同様に、デジタルデバイスはユニポーラタイプとバイポーラタイプです。 それらの違いを簡単に考えてみましょう。

単極構造

ユニポーラバリアントの場合、XNUMXつの極性のみの磁場が発生したときにトリガーされます。 反対の極性の磁石をセンサーに持ってくると、デバイスはまったく反応しません。 デバイスの非アクティブ化は、磁場の強度が低下するか、完全に消失したときに発生します。

必要な測定単位は、磁場の強さが最大になったときにデバイスによって発行されます。 このしきい値に達するまで、デバイスは0の値を示します。磁場誘導が小さい場合、デバイスはそれを修正できないため、ゼロ値を示します。 デバイスによる測定の精度に影響を与える別の要因は、磁場からの距離です。

バイポーラ

双極修正の場合、電磁石が特定の極を作成するとデバイスがアクティブになり、反対の極が適用されるとデバイスが非アクティブになります。 センサーがオンのときに磁石が取り外された場合、デバイスはオフになりません。

車の点火システムにおけるHHの任命

ホールセンサーは、非接触点火システムで使用されます。 それらの中で、この要素は、点火コイルの一次巻線をオフにするブレーカースライダーの代わりに取り付けられています。 下の図は、VAZファミリーの車に使用されているホールセンサーの例を示しています。

A-ホールセンサー; B-永久磁石; マグネットの自由な効果をカバーするプレート付き

最近の点火システムでは、ホールセンサーはクランクシャフトの位置を決定するためにのみ使用されます。 このようなセンサーは、クランクシャフトポジションセンサーと呼ばれます。 その動作原理は、従来のホールセンサーと同じです。

一次巻線の遮断と高電圧パルスの分配についてのみ、エンジンの特性に合わせてプログラムされた電子制御ユニットがすでに責任を負っています。 ECUは、点火時期を変更することにより、パワーユニットのさまざまな動作モードに適応できます（旧モデルの接触および非接触システムでは、この機能は真空レギュレーターに割り当てられています）。

ホールセンサーによる点火

古いモデルの非接触点火システム（このような車の車載システムには電子制御ユニットが装備されていません）では、センサーは次の順序で動作します。

1. ディストリビューターシャフトが回転します（カムシャフトに接続されています）。
2. シャフトに固定されたプレートは、ホールセンサーと磁石の間にあります。
3. プレートにはスロットがあります。
4. プレートが回転し、磁石の間に自由空間が形成されると、磁場の影響によりセンサーに電圧が発生します。
5. 出力電圧はスイッチに供給され、イグニッションコイルの巻線間の切り替えを提供します。
6. 一次巻線がオフになった後、高電圧パルスが二次巻線で生成され、ディストリビューター（ディストリビューター）に入り、特定のスパークプラグに送られます。

操作は簡単ですが、非接触点火システムは、各キャンドルに適切なタイミングで火花が現れるように完全に調整する必要があります。 そうしないと、モーターが不安定になるか、まったく始動しません。

自動車用ホールセンサーの利点

特に微調整が必​​要なシステムに電子要素が導入されたことで、エンジニアは、メカニックによって制御されるシステムと比較して、システムをより安定させることができました。 この例は、非接触点火システムです。

ホール効果センサーには、いくつかの重要な利点があります。

1. コンパクトです。
2. 車のどの部分にも完全に取り付けることができ、場合によってはメカニズム自体に直接取り付けることもできます（たとえば、ディストリビューターなど）。
3. その中には機械的要素がないため、たとえば、接点点火システムのブレーカーのように、接点が燃焼することはありません。
4. 電子パルスは、シャフトの回転速度に関係なく、磁場の変化に対してはるかに効果的に応答します。
5. 信頼性に加えて、このデバイスは、モーターのさまざまな動作モードで安定した電気信号を提供します。

ただし、このデバイスには重大な欠点もあります。

• 電磁装置の最大の敵は干渉です。 どのエンジンにもたくさんあります。
• 従来の電磁センサーと比較して、このデバイスははるかに高価になります。
• その性能は、電気回路の種類に影響されます。

ホールセンサーアプリケーション

すでに述べたように、ホール原理デバイスは自動車だけでなく使用されています。 ホール効果センサーが可能または必要とされる業界のほんの一部を次に示します。

線形センサーアプリケーション

線形タイプのセンサーは次の場所にあります。

• 非接触方式で電流強度を決定するデバイス。
• タコメータ;
• 振動レベルセンサー;
• 強磁性センサー;
• 回転角を決定するセンサー。
• 非接触ポテンショメータ;
• DCブラシレスモーター;
• 作動物質フローセンサー;
• 動作メカニズムの位置を決定する検出器。

デジタルセンサーの応用

デジタルモデルに関しては、それらは次の場所で使用されます。

• 回転の頻度を決定するセンサー。
• 同期デバイス;
• 車内の点火システムセンサー。
• 動作メカニズムの要素の位置センサー。
• パルスカウンター;
• バルブの位置を決定するセンサー。
• ドアロック装置;
• 作動物質消費量計;
• 近接センサー;
• 非接触リレー;
• プリンタの一部のモデルでは、紙の存在または位置を検出するセンサーとして。

どのような不具合が発生する可能性がありますか？

メインホールセンサーの誤動作とその視覚的症状の表を次に示します。

故障：	それはどのように現れますか：
センサーは、クランクシャフトがフルサイクルを通過するよりも頻繁にトリガーされます	燃料消費量が増加する（燃料などの他のシステムが正常に動作している間）
デバイスは毎回トリガーされるか、定期的に完全にオフになります	車が動いている間、エンジンが失速したり、車が急に動いたり、エンジン出力が低下したりすることがあります。60km / hより速く車を加速することは不可能です。
ホールセンサーの誤動作	最新世代の一部の外国車では、ギアレバーがブロックされています
クランクシャフトポジションセンサーが壊れている	モーターが始動できない
ホールセンサーが主要な要素である電気システムのエラー	ダッシュボードでは、アイドルスピードのエンジンなど、特定のユニットの自己診断システムのエラーライトが点灯しますが、エンジンがスピードを上げると消えます。

センサー自体は保守可能であることがよくありますが、故障しているように感じます。 この理由は次のとおりです。

• センサーの汚れ。
• 断線（XNUMXつ以上）。
• 湿気が接触した。
• 短絡（湿気または絶縁体の損傷、信号線がアースに短絡したため）;
• ケーブル絶縁またはスクリーンの違反;
• センサーが正しく接続されていません（極性が逆です）。
• 高電圧ワイヤーの問題;
• 自動制御装置の違反;
• センサーのエレメントと制御部品の間の距離が正しく設定されていません。

センサーチェック

センサーが故障していることを確認するには、センサーを交換する前に確認する必要があります。 問題を診断する最も簡単な方法-問題が本当にセンサーにあるかどうか-は、オシロスコープで診断を実行することです。 デバイスは誤動作を検出するだけでなく、デバイスの故障が差し迫っていることを示します。

すべての運転手がそのような手順を実行する機会があるわけではないので、センサーを診断するためのより手頃な方法があります。

マルチメーターによる診断

まず、マルチメータをDC電流測定モード（20Vのスイッチ）に設定します。 手順は次の順序で実行されます。

• 装甲ワイヤーはディストリビューターから切断されています。 これはマスに接続されているため、診断の結果、誤って車を始動させることはありません。
• イグニッションが作動します（キーは完全に回されていますが、エンジンを始動しないでください）。
• コネクタはディストリビュータから削除されます。
• マルチメーターの負の接点は車の質量（ボディ）に接続されています。
• センサーコネクタには11,37つのピンがあります。 マルチメータのプラスの接点は、それぞれに個別に接続されます。 最初の接点は12V（または最大12V）の値を示し、0番目の接点もXNUMXV領域で示し、XNUMX番目の接点はXNUMXでなければなりません。

次に、センサーの動作チェックを行います。 これを行うには、以下を実行する必要があります。

• ワイヤーの入り口側から、金属ピン（例えば、小さな釘）がコネクターに挿入され、互いに接触しないようにします。 XNUMXつは中央の接点に挿入され、もうXNUMXつはマイナス線（通常は白）に挿入されます。
• コネクタはセンサーの上をスライドします。
• イグニッションがオンになります（ただし、エンジンは始動しません）。
• テスターのマイナス接点をマイナス（白いワイヤー）に固定し、プラス接点を中央ピンに固定します。 動作中のセンサーは、約11,2Vの読み取り値を示します。
• これで、アシスタントはスターターでクランクシャフトを数回クランクする必要があります。 マルチメータの読み取り値が変動します。 最小値と最大値に注意してください。 下のバーは0,4Vを超えてはならず、上のバーは9Vを下回ってはなりません。 この場合、センサーは保守可能と見なすことができます。

抵抗テスト

抵抗を測定するには、抵抗（1kΩ）、ダイオードランプ、ワイヤが必要です。 電球の脚に抵抗器をはんだ付けし、それにワイヤーを接続します。 XNUMX番目のワイヤは、電球のXNUMX番目の脚に固定されています。

チェックは次の順序で実行されます。

• ディストリビューターカバーを取り外し、ディストリビューター自体のブロックと接点を外します。
• テスターは端子1と3に接続されています。イグニッションをオンにすると、ディスプレイに10〜12ボルトの範囲の値が表示されます。
• 同様に、抵抗器付きの電球がディストリビュータに接続されています。 極性が正しい場合、コントロールが点灯します。
• その後、XNUMX番目の端子からのワイヤがXNUMX番目の端子に接続されます。 次に、アシスタントはスターターの助けを借りてモーターを回します。
• 点滅するライトは、センサーが動作していることを示します。 それ以外の場合は、交換する必要があります。

シミュレートされたホールコントローラーの作成

この方法では、火花がない場合にホールセンサーを診断できます。 コンタクト付きのストリップは、ディストリビューターから切断されています。 イグニッションが作動します。 小さなワイヤーがセンサーの出力接点を相互に接続します。 これはインパルスを生み出した一種のホールセンサーシミュレーターです。 同時に、中央ケーブルに火花が発生した場合、センサーは故障しており、交換する必要があります。

トラブルシューティング

ホールセンサーを自分の手で修理する場合は、最初に、いわゆる論理コンポーネントを購入する必要があります。 センサの型式・種類に応じて選択できます。

修復自体は次のように実行されます。

• ドリルで本体の中央に穴を開けます。
• 事務用ナイフを使用して、古いコンポーネントのワイヤーが切断され、その後、回路に接続される新しいワイヤー用の溝が設けられます。
• 新しいコンポーネントがハウジングに挿入され、古いピンに接続されます。 XNUMXつの接点に抵抗を備えた制御ダイオードランプを使用して、接続の正確さを確認できます。 磁石の影響がなければ、光は消えるはずです。 これが発生しない場合は、極性を変更する必要があります。
• 新しい接点はデバイスブロックにはんだ付けする必要があります。
• 作業が正しく行われていることを確認するには、上記の方法を使用して新しいセンサーを診断する必要があります。
• 最後に、ハウジングを密封する必要があります。 これを行うには、デバイスが高温に曝されることが多いため、耐熱接着剤を使用することをお勧めします。
• コントローラは逆の手順で組み立てられます。

センサーを自分の手で交換する方法は？

すべての自動車愛好家が手動でセンサーを修理する時間があるわけではありません。 古いものの代わりに新しいものを購入してインストールする方が簡単です。 この手順は次のように実行されます。

• まず、バッテリーから端子を取り外す必要があります。
• ディストリビューターが取り外され、ワイヤー付きブロックが切断されます。
• ディストリビューターのカバーが外されています。
• デバイスを完全に分解する前に、バルブ自体の位置を覚えておくことが重要です。 タイミングマークとクランクシャフトを組み合わせる必要があります。
• ディストリビューターシャフトが取り外されます。
• ホールセンサー自体は切断されています。
• 古いセンサーの代わりに新しいセンサーが取り付けられます。
• ブロックは逆の順序で組み立てられます。

最新世代のセンサーは耐用年数が長いため、デバイスを頻繁に交換する必要はありません。 イグニッションシステムの整備時には、このトラッキングデバイスにも注意を払う必要があります。

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結論として、デバイスの詳細な概要と車のホールセンサーの動作原理は次のとおりです。

ホールセンサーとは何ですか。 それがどのように機能し、どのように配置されているか

質問と回答：

ホールセンサーとは？ これは、磁場の出現または不在に反応するデバイスです。 光学センサーも同様の動作原理を持っており、フォトセルへの光ビームの衝撃に反応します。

ホールセンサーはどこで使用されていますか？ 車では、このセンサーはホイールまたは特定のシャフトの速度を検出するために使用されます。 また、このセンサーは、さまざまなシステムの同期のために特定のシャフトの位置を決定することが重要なシステムにインストールされます。 この例は、クランクシャフトとカムシャフトセンサーです。

ホールセンサーの確認方法は？ センサーをチェックする方法はいくつかあります。 たとえば、点火システムに電力が供給されていて、スパークプラグがスパークを放出しない場合、非接触ディストリビューターを備えたマシンでは、ディストリビューターカバーが取り外され、プラグブロックが取り外されます。 次に、車のイグニッションがオンになり、接点2と3が閉じます。高圧線は、地面の近くに保つ必要があります。 この瞬間、火花が現れるはずです。 火花はあるが、センサー接続時に火花が出ない場合は、交換する必要があります。 0.4番目の方法は、センサーの出力電圧を測定することです。 良好な状態では、このインジケーターは11〜XNUMXVの範囲にある必要があります。 XNUMX番目の方法は、古いセンサーの代わりに、既知の動作するアナログを配置することです。 システムが機能する場合、問題はセンサーにあります。