[实用新型]一种用于电机的垂直阵列型霍尔角度传感器系统

说明书

本实用新型提出一种用于电机的垂直阵列型霍尔角度传感器系统，可用于无刷直流电机，所述霍尔角度传感器系统包括多根用于电机内部磁场检测的条形垂直霍尔器件；所述多根霍尔器件首尾相邻形成一个几何完全对称的多边形的磁场探测结构；所述霍尔器件的磁场探测部为半导体元件；所述半导体元件的磁场探测面处设有垂直霍尔结构；所述垂直霍尔结构为交替设于半导体衬底上的P型区和N型区；当电机工作时，电机磁场以非交叠分时时序扫描磁场探测结构的各个磁场探测面，使所述磁场探测结构输出电机磁场状态监测信号；本实用新型能降低芯片功耗，提升测量精度且测控范围更广泛。

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，尤其是一种用于电机的垂直阵列型霍尔角度传感器系统。

背景技术

目前，在霍尔电机测控领域，无刷直流电机霍尔传感器系统包括霍尔探测头和读出电路两部分，其中霍尔探测头决定了霍尔传感器性能的好坏。无刷电机探测结构主要是由多个单极性分立的水平霍尔传感器构成，用于侦测电机内部的磁场方向。市面上常见的霍尔电机大多是以三相或六相结构设计。以三相无刷直流电机为例，电机包含有三个分立的霍尔传感器相联接，传感器的跟踪转子与电动机转轴相联接。当通电的定子绕组与磁钢的磁极相互作用驱动转子旋转，再由角度传感器将转子磁钢的位置转换成电信号，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相，从而控制电机的正常工作。从霍尔探测头方面来说，单个水平霍尔器件用于侦测垂直于芯片表面的磁场，当在对称的两端施加偏置电压，将有电流穿过器件，存在磁场时，载流子受到洛仑磁力的影响产生偏移，在其余两端获得霍尔电压。传统的霍尔电机传感器是使用多个分立式水平霍尔传感器，包括偏置电极和霍尔电极，电极垂直分布于芯片表面，芯片内部感应器件以三个或六个单极性传感器为主，这种分立式多数量传感器的集成结构增大了霍尔传感器芯片的面积和功耗，并且角度测控精确度低。测量范围小。

发明内容

本实用新型提出一种用于电机的垂直阵列型霍尔角度传感器系统，采用单颗传感器集成于芯片内部，能降低芯片功耗，提升测量精度且测控范围更广泛。

本实用新型采用以下技术方案。

一种用于电机的垂直阵列型霍尔角度传感器系统，可用于无刷直流电机，所述霍尔角度传感器系统包括多根用于电机内部磁场检测的条形垂直霍尔器件；所述多根霍尔器件首尾相邻形成一个几何完全对称的多边形的磁场探测结构；所述霍尔器件的磁场探测部为半导体元件；所述半导体元件的磁场探测面处设有垂直霍尔结构；所述垂直霍尔结构为交替设于半导体衬底上的P型区和N型区；当电机工作时，电机磁场以非交叠分时时序扫描磁场探测结构的各个磁场探测面，使所述磁场探测结构输出电机磁场状态监测信号。

所述霍尔器件设有与磁场探测部相连的监测芯片；当电机磁场以非交叠分时时序扫描扫描磁场探测部的磁场探测面时，监测芯片输出电机磁场状态监测信号。

所述霍尔器件设有多个接触孔；各接触孔处均设有重掺杂N+区间；各个接触孔之间设置有高掺杂的P+区间；所述接触孔内设有垂直霍尔结构；所述垂直霍尔结构包括P型衬底和设于P型衬底上的N阱；与所述N阱两侧相邻的P型衬底上设有P阱；N阱上交替设置P型区和N型区。

所述P型区为P+电极；所述N型区为N+电极；所述每个垂直霍尔结构的N阱上设置的P型区和N型区的总数为九个；其排列顺序为N+电极、P+电极、N+电极、P+电极、N+电极、P+电极、N+电极、P+电极、N+电极。

所述条形垂直霍尔器件数量为八个；所述垂直霍尔结构为以深N阱CMOS高压工艺制备的垂直霍尔结构。

以上所述的一种用于电机的垂直阵列型霍尔角度传感器系统，其监测方法包括；

A1、当电机磁场以非交叠分时时序扫描八个条形垂直霍尔器件时，在扫描过程中始终只有一个条形垂直霍尔器件输出的电机磁场状态监测信号为高电平，其余条形垂直霍尔器件输出的电机磁场状态监测信号为低电平；从而在扫描过程产生八种动态逻辑序列来表示具体的电机磁场角度；