專利名稱：多磁塊位置可調(diào)的轉(zhuǎn)盤式傳感元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于磁感應(yīng)提供信號的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及在一個轉(zhuǎn)動部件上，進(jìn)行多點(diǎn)位磁感應(yīng)提供控制信號的技術(shù)。
技術(shù)背景野寶車料工業(yè)(昆山)有限公司申請的中國專利201020295192.0《勾爪式力矩傳感裝置》公開了一種助力自行車用傳感裝置，傳感裝置包括磁性件和彈性件配合，感受力矩的傳感裝置。使用時間長后，彈性件的彈性系數(shù)變化就會導(dǎo)致傳感信號與被控電機(jī)的控制效果發(fā)生變化，助力效果變得與人的助力需要不配合。而且用彈性件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。北京科技大學(xué)申請的中國專利01201843. O《電動助力自行車自動檢測裝置》公開了一種電動助力自行車自動檢測裝置，無接觸檢測蹬力、速度和轉(zhuǎn)向，該裝置在相對運(yùn)動的內(nèi)、外輪盤上分別設(shè)磁片，內(nèi)輪盤上有彈簧，內(nèi)、外輪盤之間用彈簧復(fù)位，用支架上的兩個霍爾測內(nèi)、外輪盤上相對運(yùn)動的磁片產(chǎn)生的電信號表示蹬力、速度和轉(zhuǎn)向。缺點(diǎn)(I)用彈性件不耐久使用時間長后，彈性件的彈性系數(shù)變化就會導(dǎo)致傳感信號與被控電機(jī)的控制效果發(fā)生變化，助力效果變得與人的助力需要不配合，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本聞。缺點(diǎn)(2)各磁片組相同且磁極設(shè)置方式都相同，而不能表示不同磁片組的各自位置，不能表達(dá)不同位置特殊的助力需求從01201843. O專利的圖3、4、5、6和說明書第2頁第2段的記載說明，每一個磁片組(包括一個磁片4、一個磁片5、一個磁片6)的磁極設(shè)置方式都相同，即僅是在內(nèi)輪的不同位置簡單從復(fù)設(shè)置了完全相同的磁片組，不能表示不同磁片組的各自位置，不能表示特定位置的運(yùn)動狀態(tài)，而人騎自行車時，踏板和與踏板相對應(yīng)的各位置在運(yùn)動狀態(tài)，都有自己特殊的助力需求，但該專利這種各磁片組相同的結(jié)構(gòu)，不能表達(dá)出踏板上各個不同位置特殊的助力需求。缺點(diǎn)(3)各位點(diǎn)信號無差異使人機(jī)不配合每一個磁片組都一樣，則每一個磁片組不能表示該磁片組在內(nèi)輪上的位置，霍爾所輸出的信號不能表示腳踏板和其它磁片組的位置，即霍爾輸出的信號不能表示不同腳踏位置對助力的需求，造成對助力的需求和提供助力的時間不配合，即人機(jī)配合不理想。缺點(diǎn)輸出正弦波使磁片組邊緣距離不能小于4厘米，一般以5厘米為佳，而使可設(shè)磁片組數(shù)太少，人機(jī)配合不理想各磁片組相同，則霍爾輸出的是正弦波作為控制信號，作為控制信號正弦波必需有一定峰谷差值，由于該專利的磁片組需要一定長度表示正反向運(yùn)動，在直徑為20厘米的轉(zhuǎn)動盤圓形軌跡上最多設(shè)8個磁片組，一般以5個為佳，霍爾才能有控制功能的正弦波信號。也就是說，01201843. O專利的這種技術(shù)方案，用于助力自行車，磁片組數(shù)量受限止在8個以內(nèi)，控制信號太少，人機(jī)配合不理想。但如果多于8個磁片組，在人踏車較快時，霍爾輸出的信號圖形接近為一條水平線，該信號沒有控制功能，不能控制電動機(jī)，使其特別需要助力時，失去助力功能。[0008]缺點(diǎn)(5)信號盲區(qū)達(dá)45度角，啟動時需要助力的時候確得不到助力眾所周知，人踩自行車腳踏板在頂點(diǎn)力矩最小，從離開頂點(diǎn)10-45度角是最需要助力的區(qū)域，但該專利各磁片組之間的夾角為45度，在腳踏板離開頂點(diǎn)10-45度角區(qū)域沒有一個磁片組，也就沒有一個控制信號，其結(jié)果是最需要助力的時候，但助力自行車的電機(jī)確不能助力。總之，除用彈性件不耐久又結(jié)構(gòu)復(fù)雜外，因霍爾與磁片組的配合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，轉(zhuǎn)盤大小直徑為20厘米以內(nèi)，限止了磁片組數(shù)量為8組，磁片組數(shù)不能隨意增加，使人機(jī)配合不理想，而且啟動時得不到助力，助力需求與提供助力不匹配，騎車人的舒適性差；如強(qiáng)行增加磁片組數(shù)量，其傳感信號又失去助力控制功能。王乃康申請的中國專利03264387. X《時間型電動助力自行車傳感器》公開了不用彈性件，只用動、定兩個轉(zhuǎn)盤，動盤上面鑲嵌兩個永磁磁鋼，定盤上面鑲嵌三個霍爾元件，自行車踏板轉(zhuǎn)一周，每個霍爾產(chǎn)生兩個脈沖，則三個霍爾元件產(chǎn)生六個脈沖。分折可得三個特點(diǎn)，四個缺點(diǎn)如下特點(diǎn)(I)為獲得六個脈沖信號，只能是各永磁磁鋼相同磁極在一面每個霍爾要產(chǎn)生兩個脈沖，則只能是兩個永磁磁鋼的相同磁極設(shè)在動盤的同一面，即在動盤的某一面，兩個永磁磁鋼都是北極或都是南極。假如在動盤的同一面，一個永磁磁鋼為北極，另一個為南極，則踏板轉(zhuǎn)一周，每個霍爾就只能產(chǎn)生一個脈沖，三個霍爾就只有三個脈沖，這就不合乎該專利說明書記載了。為了增加脈沖數(shù)，提高控制效果，只能是各永磁磁鋼相同磁極在一面。特點(diǎn)(2)永磁磁鋼用于表示踏板固定位置，三個霍爾表示踏板運(yùn)動位置由于踏板與動盤是同步轉(zhuǎn)動，所以在與兩個踏板對應(yīng)的動盤上兩個位置分別固定一個永磁磁鋼，某一個踏板轉(zhuǎn)在什么位置，則對應(yīng)的永磁磁鋼也轉(zhuǎn)在什么位置；但只有轉(zhuǎn)在有霍爾的位置，才能通過霍爾發(fā)出控制信號，指揮助力自行車的電機(jī)產(chǎn)生需要的助力轉(zhuǎn)動。特點(diǎn)(3)因?yàn)橐粋€霍爾不能表示轉(zhuǎn)一周中不同時段踏板運(yùn)動的位置，則就不能只用一個霍爾踏板在轉(zhuǎn)一周中的不同時段，對助力需求是有很大差別的，要體現(xiàn)這種助力需求的變化，該專利用三個霍爾分別設(shè)在180度角以內(nèi)的三個位置，兩個永磁磁鋼分別設(shè)在兩個踏板位置，踏板轉(zhuǎn)在有霍爾的位置，該霍爾就輸出信號表示踏板到達(dá)了該霍元的位置。但用多個霍爾又存在下面的缺點(diǎn)。作為助力自行車傳感器的這些特點(diǎn)會有三個缺點(diǎn)缺點(diǎn)(I)用兩個沒有差異性的永磁磁鋼分別表示兩個踏板的固定位置，就只能用多個霍爾來表示踏板的轉(zhuǎn)動位置兩個永磁磁鋼沒有差異性，優(yōu)點(diǎn)是可以不分左右腳的分別表示兩個踏板的固定位置，使其左右腳發(fā)生助力需求，可產(chǎn)生相同的電機(jī)助力效果；但缺點(diǎn)是永磁磁鋼本身就不能表示踏板的轉(zhuǎn)動位置，而只能用多個霍爾設(shè)在不同的轉(zhuǎn)角位置來表示踏板的轉(zhuǎn)動位置，所以不能只用一個霍爾，而必需用多個霍爾。缺點(diǎn)(2)不能只用一個霍爾，而三個霍爾必然造成三個控制信號有原始分段誤差，使助力需求模型失真，自然產(chǎn)生助力輸出與助力需求不一致助力自行車不論是一個或兩個電機(jī)，其控制電機(jī)的傳感信號只能用一個傳感信號輸入電機(jī)控制器才能達(dá)到控制電機(jī)的目的；而該專利用三個霍爾控制電機(jī)，則必需把三個霍爾的三個控制信號合并為一個合并控制信號后才能輸入電機(jī)控制器。三個霍爾的傳感參數(shù)不可能一樣，特別是由于環(huán)境溫度變化、使用時間長后，三個霍爾的傳感參數(shù)可能差異很大，其結(jié)果造成相同的助力需求時，不同霍爾的輸出的是不同電壓，導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生不同的助力輸出，助力輸出與助力需求不一致；同理相同的助力需求時，不同霍爾的輸出的又可能是相同電壓，導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生同一種助力輸出，也產(chǎn)生助力輸出與助力需求不一致的問題。缺點(diǎn)(3)合并控制信號易產(chǎn)生信號漂移，使合并控制信號與電機(jī)控制器不匹配，助力需求模型失真由于環(huán)境溫度變化、使用時間長后，三個霍爾的傳感參數(shù)可能差異很大，三個霍爾的三個控制信號連接點(diǎn)必然變化，則相同的助力需求產(chǎn)生的合并控制信號就會產(chǎn)生分段性的信號漂移，合并控制信號作為一整體產(chǎn)生信號失真，即助力需求模型失真，造成電機(jī)控制器選用三個控制信號的任何一個作為基準(zhǔn)都會產(chǎn)生助力輸出與助力需求不一致的問題。缺點(diǎn)傳感位點(diǎn)不能隨意增加，傳感位點(diǎn)太少，電機(jī)運(yùn)行就不平穩(wěn)，使騎車的人感覺很不舒服由于有缺點(diǎn)(I)和缺點(diǎn)(2)都最因?yàn)榛魻枖?shù)量大于一個造成的 ，很明顯霍爾數(shù)量越量越多，缺點(diǎn)(I)和缺點(diǎn)(2)表現(xiàn)越嚴(yán)重。所以，該專利提供的助力自行車只能是使騎車的人感覺舒適性很不好的助力自行車。缺點(diǎn)(5)信號盲區(qū)達(dá)42度角，啟動時需要助力的時候確得不到助力眾所周知，人踩自行車腳踏板在頂點(diǎn)力矩最小，從離開頂點(diǎn)10-45度角是最需要助力的區(qū)域，但該專利各霍爾之間的夾角為42. 5-43. 5度，在腳踏板離開頂點(diǎn)10-42度角區(qū)域沒有一個霍爾，也就沒有一個控制信號，其結(jié)果是最需要助力的時候，但助力自行車的電機(jī)確不能助力?？傊?，該專利是用多個霍爾控制助力模式的技術(shù)方案，因?yàn)橹荒苡枚鄠€霍爾來表示踏板的轉(zhuǎn)動位置，多個霍爾的多個控制信號必然有原始誤差，其合并控制信號又易產(chǎn)生信號漂移，都可造成助力需求模型失真，即不同時間的相同助力需求，但獲得不同的助力效果；霍爾數(shù)量越量越多，助力需求模型失真越嚴(yán)重，限止了爾了數(shù)量，霍爾少數(shù)量了又產(chǎn)生電機(jī)運(yùn)行就不平穩(wěn)，使騎車的人感覺很不舒服，而且啟動時得不到助力。使其要助力需求模型不失真，和要電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)這兩個問題上總是顧此失彼，不可兼得。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供只用一個霍爾和轉(zhuǎn)動盤上各個永磁塊獲得速度和加速度信號的傳感元件，是一種在可感應(yīng)區(qū)域內(nèi)，能盡量增加永磁塊數(shù)量，最大限度利用轉(zhuǎn)動盤位移信息，輸出信息多又精確定位，可調(diào)節(jié)輸出信號模型的傳感元件。使用在助力自行車上，不用彈性件和其它機(jī)械測定力矩，也能夠使助力需求與提供的助力匹配良好，能實(shí)對不同人給與個性化助力，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)的助力自行車傳感器用傳感元件。本實(shí)用新型的構(gòu)思是在一個霍爾可感受范圍內(nèi)，一個轉(zhuǎn)動盤上用多個永磁塊進(jìn)行不同的變化方式設(shè)置，使其一個霍爾可感受全部永磁塊的運(yùn)動信號。多個永磁塊的變化方式主要是磁極性變化、錯位變化、位置可由用戶調(diào)節(jié)，目的使霍爾可獲得有特定位置更精確、更適合個性化需求、控制功能更強(qiáng)、數(shù)量更多的永磁塊運(yùn)動信號。多個永磁塊磁極性用南極北極交替變化，使霍爾產(chǎn)生的信號為矩形波，控制功能更強(qiáng)、數(shù)量更多；多個永磁塊錯位變化使霍爾產(chǎn)生的信號有不同的波間距離，能表達(dá)永磁塊的運(yùn)動位置更精確，從而可以表達(dá)特定位置的運(yùn)動狀態(tài)，對于助力自行車，表達(dá)腳踏板的特定位置是在什么運(yùn)動狀態(tài)非常重要，因?yàn)槟_踏板的運(yùn)動狀態(tài)直接表示了人對車的助力需求狀態(tài)；[0025]永磁塊位置可由用戶調(diào)節(jié)，使霍爾產(chǎn)生的信號可用戶調(diào)節(jié)，用戶就可以通過戶調(diào)節(jié)控制信號來調(diào)節(jié)控制方式和控制內(nèi)容，具有按個性化方式進(jìn)行控制的功能。多磁塊位置可調(diào)的轉(zhuǎn)盤式傳感元件，包括一塊轉(zhuǎn)動盤I和多枚永磁塊2，其特征在于轉(zhuǎn)動盤I上固定設(shè)置有多枚永磁塊2,該多枚永磁塊2分布在一個圓環(huán)形6范圍內(nèi)，圓環(huán)形6的內(nèi)圓形軌跡線5-1與外圓形軌跡線5-2之間至少有一條圓形軌跡線貫穿全部永磁塊2 ;內(nèi)圓形軌跡線5-1和外圓形軌跡線5-2為同心圓,至少有兩枚永磁塊2成錯位分布；錯位分布是半徑錯位分布方式或間距錯位分布方式的某一種；或即有半徑錯位分布方式，又有間距錯位分布的組合方式；半徑錯位分布方式是至少有兩個永磁塊2到內(nèi)圓形軌跡線5-1所在圓中心的距離不相同；間距錯位分布方式是相鄰永磁塊2之間的距離為永磁塊間距7 ;至少有兩條永磁塊間距7的長短不相同；在內(nèi)圓形軌跡線5-1與外圓形軌跡線5-2之間至少有一個條形孔8，條形孔8中設(shè)有永磁塊2,永磁塊2能固定在條形孔8中的任何位置；在轉(zhuǎn)動盤I的某一面，相鄰永磁塊2的磁極性相反，即轉(zhuǎn)動盤I的某一面上全部永磁塊2的磁極性分布方式是N極、S極、N極、S極、N極、S極......；還包括一個霍爾3，霍爾3位于轉(zhuǎn)動盤I的某一面，霍爾3設(shè)在接近永磁塊2并能感受永磁塊2磁通量的位置，霍爾3與永磁塊2之間有間距；霍爾3是對相反磁極性產(chǎn)生矩形波輸出信號的霍爾。轉(zhuǎn)動盤I可以是塑料板、高強(qiáng)度絕板、銅板、鋁板等不易變形的材料板。使用傳感元件時，轉(zhuǎn)動盤I要轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的中心就是多個永磁塊2成圓環(huán)形分布所在圓的中心。多個永磁塊2在圓環(huán)形6范圍內(nèi)，成圓環(huán)形分布的目的在于可以只用一個霍爾3感受轉(zhuǎn)動盤上全部永磁塊2的運(yùn)動狀態(tài)，即感受轉(zhuǎn)動盤上全部永磁塊2的運(yùn)動位置和速度，以及速度的變化，或稱加速度，這一個霍爾3就能把永磁塊2的運(yùn)動狀態(tài)用一個連續(xù)的電信號來表達(dá)，又因?yàn)槿坑来艍K2是分別固定在轉(zhuǎn)動盤即轉(zhuǎn)動盤I上的，則霍爾3產(chǎn)生的連續(xù)電信號就能表達(dá)轉(zhuǎn)動盤的運(yùn)動狀態(tài)。如果把這個連續(xù)電信號用于控制其它物體，這個連續(xù)電信號就是控制信號。如果用于控制助力自行車的電機(jī)，還需要用單片機(jī)或其它電子元件作為傳感信號處理器，把控制信號中的位置、速度、加速度要素轉(zhuǎn)換成需要助力多少的助力信號，換算的函數(shù)就是助力需求模型，或稱助力模型。多個永磁塊2成錯位分布的意義是使霍爾3產(chǎn)生的電信號中不是完全一樣的脈沖信號，而是脈沖寬度不同的脈沖信號，用有區(qū)別的脈沖信號來區(qū)別永磁塊2的不同位置，從而可以獲得不同位置永磁塊2的運(yùn)動狀態(tài)。達(dá)到可精確表達(dá)轉(zhuǎn)動盤某個位置，或每個有永磁塊2的運(yùn)動狀態(tài)。如用于助力自行車，可精確表達(dá)腳踏在不同位置對助力的需求，使助力需求的表達(dá)更精確，則車與人的配合就更一致。永磁塊2半徑錯位分布方式是有的永磁塊2離轉(zhuǎn)動盤的轉(zhuǎn)動中心近，有的永磁塊2離轉(zhuǎn)動盤的轉(zhuǎn)動中心遠(yuǎn)。但不論遠(yuǎn)近，永磁塊2必需在霍爾3所能感受、能產(chǎn)生電信號的范圍內(nèi)。能產(chǎn)生電信號的范圍就是內(nèi)圓形軌跡線5-1與外圓形軌跡線5-2之間的范圍。為保證霍爾3能產(chǎn)生電信號，結(jié)構(gòu)上要求內(nèi)圓形軌跡線5-1與外圓形軌跡線5-2之間至少有一條圓形軌跡線貫穿全部永磁塊2。至少有兩個永磁塊2到內(nèi)圓形軌跡線5-1所在圓中心的距離不相同，當(dāng)然可以每個永磁塊2到圓中心的距離不相同，即每個永磁塊2的半徑不相同，以使霍爾3電信號的每個脈沖都可以表在永磁塊2,使每個脈沖都可以表一個轉(zhuǎn)動
盤位置。永磁塊2間距錯位分布方式是以永磁塊2的外邊緣作為測定間距的基礎(chǔ)，至少有兩條永磁塊間距7的長短不相同，當(dāng)然可以每條永磁塊間距7的長短不相同，以使霍爾3電信號的每個脈沖都可以表示在永磁塊2，使每個脈沖都可以表示一個轉(zhuǎn)動盤位置。獲得永磁塊2成錯位分布有兩種方法，第一種是把永磁塊2固定在轉(zhuǎn)動盤I上時，就至少有兩枚永磁塊2成錯位分布。第二種是利用條形孔8中有多個位置都可以設(shè)有永磁 塊2，在轉(zhuǎn)動盤I上至少用一個條形孔8，把一個或多個永磁塊2設(shè)在條形孔8中，隨時可按人的需要改變永磁塊2的位置，也就是調(diào)節(jié)永磁塊2所在條形孔8中的位置，調(diào)節(jié)后將其固定，所以，有條形孔8就能隨時調(diào)節(jié)永磁塊2錯位分布方式，可用同一個永磁塊2使霍爾3產(chǎn)生不同的輸出信號，產(chǎn)生不同的控制效果。如用于助力自行車，可使車給與人不同的助力效果?；魻?設(shè)在接近永磁塊2并能感受永磁塊2磁通量的位置，目的在于用霍爾3感受永磁塊2的運(yùn)動狀態(tài)，從而感受轉(zhuǎn)動盤I的運(yùn)動狀態(tài)，即運(yùn)動位置、速度、加速度。相鄰永磁塊2的磁極性相反是很重要的技術(shù)特征，全部永磁塊2的磁極性分布方式是N極、S極、N極、S極、N極、S極……，使霍爾3輸出高、低相間的矩形波信號，因?yàn)樽鳛榇笮∈芟拗沟霓D(zhuǎn)動盤，轉(zhuǎn)動一周要獲得盡量多的精確變化信號，當(dāng)然應(yīng)是選用矩形波。矩形波信號的峰谷值變化的時間短，可在一定的時間內(nèi)，產(chǎn)生盡量多的有控制意義的信號。相鄰永磁塊2的磁極性相反的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生矩形波，而相鄰永磁塊2的磁極性相同的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生正弦波，特別是用于助力自行車時，作為傳感部件的轉(zhuǎn)動盤一般限止在直徑為10-15厘米，在這種限范圍要獲得有控制功能的信號，轉(zhuǎn)動一周，產(chǎn)生矩形波比產(chǎn)生正弦波可提供的脈沖個數(shù)多7-9倍。自然，相鄰永磁塊2的磁極性相反的結(jié)構(gòu)對助力自行車的控制效果更的，人與車配合更好，乘騎人感覺更舒服。條形孔8是弧形的結(jié)構(gòu)，條形孔8的弧形所在圓與內(nèi)圓形軌跡線5-1為同心圓。這種結(jié)構(gòu)使霍爾3產(chǎn)生的輸出信號可改變波峰或波谷的長度?？梢杂糜谝?、改變了的波峰或波谷長度作為啟動信號，使被控制物啟用另一套工作程序。如果用于助力自行車，改變永磁塊2在條形孔8中的位置，可改變助力模型，如可以選用小人用助力模型、女人用助力模型、青年用助力模型、運(yùn)動用助力模型、休閑用助力模型等?？梢杂糜诙?、改變了的波峰或波谷長度只用于改變這一個波峰或波谷的控制效果，如果用于助力自行車，只改變該永磁塊2所在位置的助力效果。條形孔8是斜向的結(jié)構(gòu)，即條形孔8兩端分別與內(nèi)圓形軌跡線5-1所在的圓心的距離不相等。但條形孔8應(yīng)在內(nèi)圓形軌跡線5-1與外圓形軌跡線5-2之間的范圍內(nèi)，以便霍爾3可感受到條形孔8中永磁塊2的信號。斜向條形孔8與上述的弧形條形孔8作用和效果相同。至少有一個永磁塊間距7的長度不等于其它任何一個永磁塊間距7。條形孔8是用于把永磁塊2調(diào)節(jié)固定在不同位置的結(jié)構(gòu)。通過調(diào)節(jié)永磁塊2位置，可實(shí)現(xiàn)至少有一個永磁塊間距7的長度不等于其它任何一個永磁塊間距7。不等于其它長度，即特殊長度的永磁塊間距7可用于表示自行車腳踏板的位置。最好是至少有兩個永磁塊間距7的長度不等于其它任何一個永磁塊間距7，這兩個特殊長度的永磁塊間距7分別對應(yīng)于兩個腳踏板，用于表示自行車兩個腳踏板的位置。因?yàn)樽孕熊嚹_踏板的圓周運(yùn)動，判定腳踏板位置對于獲得本次圓周運(yùn)動的速度，確定下一次圓周運(yùn)動的助力模型非常重要。條形孔8的某一條內(nèi)邊緣設(shè)有兩個或多個齒形凸9。為了把永磁塊2固定在條形孔8中多個位置中的某一個位置，防止在轉(zhuǎn)動盤I轉(zhuǎn)動時，永磁塊2自行變位置，所以用條形孔8中的齒形凸9卡穩(wěn)永磁塊2在某一固定位置。條形孔8與永磁塊2為可撤卸的連接結(jié)構(gòu)。霍爾3設(shè)在內(nèi)圓形軌跡線5-1與外圓形軌跡線5-2之間。因?yàn)榛魻?是能有間距感受永磁塊2磁通量而輸出電信號的部件，又為了盡量減小永磁塊2的體積，使其在轉(zhuǎn)動盤I上盡量多的設(shè)置永磁塊2，使盡量減小的永磁塊2都能被霍爾3感應(yīng)；霍爾3應(yīng)設(shè)在內(nèi)圓形軌跡線5-1與外圓形軌跡線5-2之間，而且最好設(shè)在接近能貫穿全部永磁塊2的圓形軌跡線的位置。 轉(zhuǎn)動盤I在多個永磁塊2的內(nèi)圓形軌跡線5-1所在圓范圍內(nèi)設(shè)有中心孔。如果轉(zhuǎn)動盤I要穿套在一個轉(zhuǎn)動軸上使用，轉(zhuǎn)動盤I上就要設(shè)一個穿套轉(zhuǎn)動軸的孔；為保證轉(zhuǎn)動盤I在隨轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動時，霍爾3能感受轉(zhuǎn)動盤I上每個永磁塊2的運(yùn)動信號，則轉(zhuǎn)動盤I上的穿套孔應(yīng)設(shè)在多個永磁塊2的內(nèi)圓形軌跡線5-1所在圓范圍的中心，由于內(nèi)圓形軌跡線5-1和外圓形軌跡線5-2為同心圓，當(dāng)然穿套孔在外圓形軌跡線5-2所在圓范圍的中心，穿套孔是內(nèi)圓形軌跡線5-1和外圓形軌跡線5-2的中心位置孔，即中心孔。也就是說，中心孔不一定是圓形，可以是方形、三角形等形狀，以便可以與方形、三角形等形狀的轉(zhuǎn)動軸相套，但中心孔的內(nèi)空一定包括內(nèi)圓形軌跡線5-1所在圓的中心，才能使用一個霍爾3感受轉(zhuǎn)動盤I轉(zhuǎn)動盤上全部永磁塊2的運(yùn)動信號。轉(zhuǎn)動盤I是不導(dǎo)磁材料的塑料板、鋁材板、銅材板的某一種。由于本實(shí)用新型是相鄰永磁塊2的磁極性相反的結(jié)構(gòu)，能使相鄰永磁塊2的邊緣幾乎可相貼也能使霍爾3輸出有控制功能的電信號。最好用不導(dǎo)磁材料的塑料板、鋁材板、銅材板，或其它不易變形的轉(zhuǎn)動盤。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)是本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、永磁塊環(huán)上的永磁塊數(shù)量不受限止、輸出標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號、沒有信號盲區(qū)、只用一個霍爾的一組輸出信號就能完全表示動盤的全部運(yùn)動狀態(tài)、輸出信號不會失真不漂移、用永磁塊位置變化和調(diào)節(jié)永磁塊位之間置表示永磁塊所在固定位置、輸出信號中可以有每個永磁塊的運(yùn)動位置，輸出信息模型可調(diào)節(jié)，用于助力自行車，使助力輸出與助力需求能高度配合而使騎車人感覺很舒服，不僅可自動化助力，而且具有按個性化進(jìn)行助力的功能。(I)結(jié)構(gòu)簡單，不用彈性件，無機(jī)械故障用霍爾感受多個永磁塊轉(zhuǎn)動輸出信號，用中國專利01201843. O提供的速度可推算力矩的原理，可用多種數(shù)學(xué)模型推算助力自行車的力矩參數(shù)，用于控制助力自行車的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)助力。不用彈性件、結(jié)構(gòu)簡單、成本低于用彈性件和機(jī)械受力的傳感器。避免了長時間使用后，各機(jī)械部件變形、無機(jī)械故障、配合不佳的問題。(2)磁極性相反，輸出矩形波信號，具有精確控制功能，由于相鄰永磁塊的磁極性相反，并且霍爾選用對相反磁極性產(chǎn)生矩形波輸出信號的霍爾，則相鄰永磁塊無論間距多少，即使相鄰永磁塊之間沒有間隙，霍爾也同樣能輸出矩形波信號。如用于助力自行車，用矩形波的輸出信號來控制助力自行車的電機(jī)優(yōu)于用正弦波，因?yàn)榫匦尾茏鞯叫盘栐谌魏螘r間點(diǎn)，表示運(yùn)動位置和速度的信號含義精確，從而可精確表示助力自行車踏板的運(yùn)動位置和速度，以便用踏板精確的位置和速度推算出該運(yùn)動狀態(tài)正確的助力需求。(3)相鄰永磁塊的磁極性相反，永磁塊數(shù)量不受限止，可盡量增加傳感點(diǎn)位由于磁極性相反，輸出矩形波信號，相鄰永磁塊即使無間隙，其輸出的信號仍然是有個數(shù)、可區(qū)分的矩形波信號，仍然具有控制功能，也就是說不會輸出沒有控制功能的無變化直線形信號。如用于助力自行車，由于與踏板聯(lián)動的轉(zhuǎn)動盤直徑大小受限止，就可在規(guī)定大小的轉(zhuǎn)動盤上，盡量增加永磁塊數(shù)量、盡量增加傳感點(diǎn)位、用盡量多的傳感信號表示自行車踏板運(yùn)動位置和速度，精確表示運(yùn)動狀態(tài)。(4)相鄰永磁塊的磁極性相反，可設(shè)置永磁塊多、傳感點(diǎn)位多，對轉(zhuǎn)動盤的運(yùn)動狀態(tài)表示精確對用于助力自行車，固定永磁塊的轉(zhuǎn)動盤大小受到嚴(yán)格限止，一般轉(zhuǎn)動盤直徑只能在10-15厘米以內(nèi)，為了使霍爾在有間距的條件下獲得永磁塊的磁極信號，其永磁塊的直徑至少為Φ0. 6-0. 8厘米，則直徑10-15厘米的轉(zhuǎn)動盤的周邊無間隙的可設(shè)置35-73個永磁塊[(10-1) *3. 14/0. 8=35 ; (15-1) *3. 14/0. 6=73]，即腳踏板轉(zhuǎn)一周，霍爾可獲得35-73個信號用于控制助力自行車的電機(jī)。但如果是相鄰永磁塊磁極性相同的現(xiàn)有技術(shù)，相鄰永磁塊按5厘米間距，則在直徑10-15厘米轉(zhuǎn)動盤上，最多只能設(shè)置5-8個永磁塊[(10-1) *3. 14/5. 8=5 ; (15-1) *3. 14/5.6=8]?？梢?，本專利技術(shù)比現(xiàn)有技術(shù)可以多設(shè)置永磁塊7-9倍[35/5=6 ;73/8=9]，多設(shè)置30-65個永磁塊[35-5=30 ;73_8=65]。所以，轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)一周，本專利技術(shù)比現(xiàn)有技術(shù)增加了 7-9倍的轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)動位點(diǎn)信號。對助力自行車的電機(jī)控制精確度自然提高了 7-9倍，使騎車人對助力需求精確度也提高了 7-9倍，車與人的配合程度大大提高，騎車人的舒適感大大增加，不再是現(xiàn)有技術(shù)的助力車那種一快一慢不舒服的感覺。本實(shí)用新型請人根據(jù)實(shí)際的體驗(yàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)動盤上大致均勻的設(shè)置15個永磁塊時，基本消除了現(xiàn)有技術(shù)只設(shè)5-8個永磁塊使助力車那種一快一慢不舒服的感覺；當(dāng)轉(zhuǎn)動盤上大致均勻的設(shè)置20個永磁塊時，車與人的配合己能滿足人的需要，乘騎助力車的感覺已很舒服。(5)沒有信號盲區(qū)，任何時候的助力需求都會獲得相匹配的助力本專利在直徑10-15厘米的轉(zhuǎn)動盤周邊最多可設(shè)置35-73個永磁塊，各永磁塊之間平均夾角為5-10度。用于助力自行車，在啟動或運(yùn)行時，腳踏板從離開頂點(diǎn)10-45度角的35度區(qū)域內(nèi)，有4-7個永磁塊(在離開頂點(diǎn)10度角的位置就有一個信號了)，則霍爾可輸出4-7個控制信號反應(yīng)助力需求，能實(shí)現(xiàn)任何位置、任何時間有助力就能獲得相應(yīng)助力的優(yōu)良技術(shù)效果，使車與人的配合良好，騎車人感到省力又舒適。(6)只用一個霍爾,一個控制信號表不轉(zhuǎn)動盤的全部運(yùn)動狀態(tài),控制信號與轉(zhuǎn)動盤的運(yùn)動狀態(tài)完全一致，控制信號與人的需求完全一致多個永磁塊是固定在轉(zhuǎn)動盤上的，永磁塊與轉(zhuǎn)動盤同步轉(zhuǎn)動，用一個霍爾感受全部的永磁塊運(yùn)動信號，則霍爾輸出的控制信號與轉(zhuǎn)動盤的運(yùn)動狀態(tài)完全一致，與人的需求也就完全一致，控制信號不會有原始分段誤差和信號漂移問題。即使霍爾傳感參數(shù)發(fā)生變化，也是整個控制信號平行移動，只要接收霍爾控制信號的電機(jī)控制器的接收范圍較寬，變化了的霍爾控制信號的控制效果成系統(tǒng)性改變。如用于助力自行車，助力需求模型不會失真，助力輸出與助力需求仍然保持原來模型的匹配關(guān)系，騎車人很容易掌握這種助力性能的系統(tǒng)性改變。( 7 )永磁塊之間有錯位，錯位永磁塊可表示特定位點(diǎn)的運(yùn)動狀態(tài)因?yàn)橛来艍K在半徑方向錯位、或圓弧線間距錯位，錯位永磁塊使霍爾輸出特有波形的控制信號，則特有波形的控制信號就可以直接表示轉(zhuǎn)動盤的某一固定永磁塊位點(diǎn)的運(yùn)動狀態(tài)；如每個永磁塊都有自己的特定錯位位點(diǎn)，可達(dá)到有多少個永磁塊，就可獲得多少個特定位點(diǎn)的運(yùn)動狀態(tài)信號。如用于助力自行車，轉(zhuǎn)動盤直徑在10-15厘米以內(nèi)，轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)一周，霍爾可獲得35-73個不同位點(diǎn)運(yùn)動狀態(tài)的控制信號，自然知道35-73個位點(diǎn)的助力需求。很明顯，轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)一周，現(xiàn)有技術(shù)最多只能有5-8個助力需求，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如本專利最多可用35-73個助力需求信號更能真實(shí)地反應(yīng)騎車人的助力需求。也就是說，助力自行車用本專利技術(shù)，車更能與人需求相配合一致，騎車人感受到腳踏板在任何轉(zhuǎn)動位置，自己都完全可控制車速，舒適性好。而現(xiàn)有技術(shù)的助力自行車只能在最多5-8個轉(zhuǎn)動位置才能可控制車速。(8)可調(diào)節(jié)永磁塊位置，就可按需要調(diào)節(jié)控制信號的模型，實(shí)現(xiàn)個性化控制在轉(zhuǎn)動盤上全部永磁塊中，如調(diào)節(jié)部分永磁塊之間的間距，霍爾輸出的信號中，調(diào)節(jié)過間距的永 磁塊的波形就會發(fā)生波間距變化，即信號模型發(fā)生變化，就可以選擇不同的信號模型控制被控制物體，實(shí)現(xiàn)個性化控制。如用于助力自行車，可根據(jù)不同人的力氣，或用力的習(xí)慣選擇適合的信號模型，即根據(jù)不同的人調(diào)節(jié)助力模型，使助力自行車不僅可自動化助力，而且具有按個性化進(jìn)行助力的功能。

圖I是轉(zhuǎn)動盤上不均勻分布多個N-S交替永磁塊，且有永磁塊位置可調(diào)節(jié)的傳感元件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是轉(zhuǎn)動盤上高密度不均勻分布多個N-S交替永磁塊，且有永磁塊位置可調(diào)節(jié)的傳感元件結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I是轉(zhuǎn)動盤、2是永磁塊、3是霍爾、5_1是內(nèi)圓形軌跡線、5_2是外圓形軌跡線、6是圓環(huán)形、7是磁塊間距、8是條形孔、9是齒形凸。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I、多磁塊位置可調(diào)的轉(zhuǎn)盤式傳感元件如圖1，用一個環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動盤I和一個環(huán)形凹槽固定盤20兩者的凹面相對，環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動盤I和環(huán)形凹槽固定盤20的大小正好使環(huán)形凹槽固定盤20能嵌合在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動盤I的環(huán)形凹槽之中，合成兩個盤能相對轉(zhuǎn)動的嵌合內(nèi)空外殼，兩個盤的凹面夾成一個空心環(huán)21 ;在空心環(huán)21位置的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動盤I上固定設(shè)置有20個永磁塊2。環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動盤I和環(huán)形凹槽固定盤20用高強(qiáng)度塑料注塑成形?？招沫h(huán)21內(nèi)的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動盤I面直徑10. O厘米，在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動盤I設(shè)20個永磁塊2，20個永磁塊2的直徑分別為O. 8厘米的，磁通量為146279 (B · H)max/KJ · m_3中的某一個值。環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動盤I、永磁塊2、霍爾3的結(jié)構(gòu)如下每個永磁塊2固定在直徑8. O厘米內(nèi)圓形軌跡線5-1—9. 5厘米外圓形軌跡線5_2之間的圓環(huán)形6范圍內(nèi)，有多個永磁塊2成半徑錯位分布，有多個永磁塊2成間距錯位分布。[0065]半徑錯位分布方式是該多個永磁塊2分布在一個圓環(huán)形6范圍內(nèi)，在圓環(huán)形6的內(nèi)圓形軌跡線5-1與外圓形軌跡線5-2之間至少有一條圓形軌跡線貫穿全部永磁塊2 ;內(nèi)圓形軌跡線5-1和外圓形軌跡線5-2為同心圓，至少有兩個永磁塊2到內(nèi)圓形軌跡線5-1所在圓中心的距離不相同；間距錯位分布方式是相鄰永磁塊2之間的距離為永磁塊間距7 ;至少有兩條永磁塊間距7的長短不相同。有兩個永磁塊間距7的長度不等于其它任何一個永磁塊間距7的長度，而且這兩個永磁塊間距7的長度也不相等。該兩個永磁塊間距7所在的有兩個永磁塊2的位置正好在轉(zhuǎn)動盤I 一條直徑的兩端，這兩個永磁塊2用于在助力自行車上表示兩個腳踏板的運(yùn)動位置。在內(nèi)圓形軌跡線5-1與外圓形軌跡線5-2之間有兩個弧形的條形孔8，條形孔8中 設(shè)有永磁塊2，該永磁塊2能固定在條形孔8中的任何位置；該永磁塊2與條形孔8是可撤卸的固定連接結(jié)構(gòu)，即可在條形孔8中的永磁塊2撤卸后換到條形孔8中的其它位置再固定連接，調(diào)節(jié)該永磁塊2與相臨永磁塊2之間的永磁塊間距7。條形孔8的內(nèi)邊緣設(shè)有兩個或多個齒形凸9。一個永磁塊2卡在一個齒形凸9之中。條形孔8是斜向的結(jié)構(gòu)，即條形孔8兩端分別與內(nèi)圓形軌跡線5-1所在的圓心的距離不相等。使條形孔8的兩個多個永磁塊2成半徑錯位方式分布。在轉(zhuǎn)動盤I 一個面設(shè)置的全部永磁塊2成相鄰永磁塊2的磁極性相反的方式排列，即轉(zhuǎn)動盤I 一個面上全部永磁塊2的磁極性分布方式是N極、S極、N極、S極、N極、S豐及。用一個霍爾3設(shè)在轉(zhuǎn)動盤I有永磁塊2的那一面，霍爾3設(shè)在接近永磁塊2的位置，即霍爾3設(shè)在每個永磁塊2在的圓形軌跡線5-1與外圓形軌跡線5-2之間的圓環(huán)形6范圍內(nèi)，霍爾3與轉(zhuǎn)動狀態(tài)的每個永磁塊2保持O. 3厘米的間隔距離，使轉(zhuǎn)動的每個永磁塊2在經(jīng)過霍爾3時，霍爾3能產(chǎn)生一個對應(yīng)的矩形波電信號輸出。霍爾3是霍爾。轉(zhuǎn)動盤I在該全部永磁塊2的內(nèi)圓形軌跡線5-1中心設(shè)有中心孔，中心孔用于套在助力自行車的踏板中軸或轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)軸上用。實(shí)施例2、高密度多磁塊位置可調(diào)的轉(zhuǎn)盤式傳感元件如圖2，一塊直徑10. O厘米的高強(qiáng)度鋁材轉(zhuǎn)動盤I的一個面設(shè)置直徑O. 6厘米的40個永磁塊2。永磁塊2的磁通量為146279 (B · H)max/KJ · πΓ3中的某一個值，霍爾3與轉(zhuǎn)動狀態(tài)的每個永磁塊2保持O. 2厘米的間隔距離，使轉(zhuǎn)動的每個永磁塊2在經(jīng)過霍爾3時，霍爾3能產(chǎn)生一個對應(yīng)的矩形波電信號輸出。弧形條形孔8的弧形所在圓與內(nèi)圓形軌跡線5-1為同心圓。其它轉(zhuǎn)動盤I、永磁塊2、霍爾3的結(jié)構(gòu)同于實(shí)施例I。
權(quán)利要求1.多磁塊位置可調(diào)的轉(zhuǎn)盤式傳感元件，包括一塊轉(zhuǎn)動盤(I)和多枚永磁塊(2)，其特征在于轉(zhuǎn)動盤(I)上固定設(shè)置有多枚永磁塊(2),該多枚永磁塊(2)分布在一個圓環(huán)形(6)范圍內(nèi)，圓環(huán)形(6)的內(nèi)圓形軌跡線(5-1)與外圓形軌跡線(5-2)之間至少有一條圓形軌跡線貫穿全部永磁塊(2);內(nèi)圓形軌跡線(5-1)和外圓形軌跡線(5-2)為同心圓，至少有兩枚永磁塊(2)成錯位分布；錯位分布是半徑錯位分布方式或間距錯位分布方式的某一種；或即有半徑錯位分布方式，又有間距錯位分布的組合方式； 半徑錯位分布方式是至少有兩個永磁塊(2)到內(nèi)圓形軌跡線(5-1)所在圓中心的距離不相同； 間距錯位分布方式是相鄰永磁塊(2)之間的距離為永磁塊間距(7);至少有兩條永磁塊間距(7)的長短不相同； 在內(nèi)圓形軌跡線(5-1)與外圓形軌跡線(5-2)之間至少有一個條形孔(8)，條形孔(8)中設(shè)有永磁塊(2),永磁塊(2)能固定在條形孔(8)中的任何位置； 在轉(zhuǎn)動盤(I)的某一面，相鄰永磁塊(2)的磁極性相反，即轉(zhuǎn)動盤(I)的某一面上全部永磁塊(2)的磁極性分布方式是N極、S極、N極、S極、N極、S極......； 還包括一個霍爾(3),霍爾(3)位于轉(zhuǎn)動盤(I)的某一面,霍爾(3)設(shè)在接近永磁塊(2)并能感受永磁塊(2)磁通量的位置，霍爾(3)與永磁塊(2)之間有間距；霍爾(3)是對相反磁極性產(chǎn)生矩形波輸出信號的霍爾。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多磁塊位置可調(diào)的轉(zhuǎn)盤式傳感元件，其特征在于條形孔(8)是弧形的結(jié)構(gòu)，條形孔(8)的弧形所在圓與內(nèi)圓形軌跡線(5-1)為同心圓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多磁塊位置可調(diào)的轉(zhuǎn)盤式傳感元件，其特征在于條形孔(8)是斜向的結(jié)構(gòu)，即條形孔(8)兩端分別與內(nèi)圓形軌跡線(5-1)所在的圓心的距離不相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的多磁塊位置可調(diào)的轉(zhuǎn)盤式傳感元件，其特征在于至少有一個永磁塊間距(7)的長度不等于其它任何一個永磁塊間距(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多磁塊位置可調(diào)的轉(zhuǎn)盤式傳感元件，其特征在于條形孔(8)的某一條內(nèi)邊緣設(shè)有兩個或多個齒形凸(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多磁塊位置可調(diào)的轉(zhuǎn)盤式傳感元件，其特征在于條形孔(8)與永磁塊(2)為可撤卸的連接結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多磁塊位置可調(diào)的轉(zhuǎn)盤式傳感元件，其特征在于霍爾(3)設(shè)在內(nèi)圓形軌跡線(5-1)與外圓形軌跡線(5-2 )之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多磁塊位置可調(diào)的轉(zhuǎn)盤式傳感元件，其特征在于轉(zhuǎn)動盤(I)在多個永磁塊(2 )的內(nèi)圓形軌跡線(5-1)所在圓范圍內(nèi)設(shè)有中心孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多磁塊位置可調(diào)的轉(zhuǎn)盤式傳感元件，其特征在于轉(zhuǎn)動盤(I)是不導(dǎo)磁材料的塑料板、鋁材板、銅材板的某一種。
專利摘要本實(shí)用新型的多磁塊位置可調(diào)的轉(zhuǎn)盤式傳感元件屬于磁感應(yīng)提供信號的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及在一個轉(zhuǎn)動部件上，進(jìn)行多點(diǎn)位磁感應(yīng)提供控制信號的技術(shù)。轉(zhuǎn)動盤上固定設(shè)置有圓環(huán)形分布的多個永磁塊，可調(diào)節(jié)永磁塊之間的間距，在轉(zhuǎn)動盤的某一面，相鄰永磁塊的磁極性相反，即轉(zhuǎn)動盤的某一面上全部永磁塊的磁極性分布方式是N極、S極、N極……霍爾設(shè)在接近永磁塊的位置。優(yōu)點(diǎn)利用相鄰永磁塊磁極性成NS的相反分布方式，使霍爾可獲得矩形波信號，便于可對信號進(jìn)行數(shù)字處理；利用調(diào)節(jié)永磁塊的間距，使矩形波信號能表示永磁塊在轉(zhuǎn)動盤上的位置，確定不同矩形波的用途。
文檔編號G01P15/00GK202794212SQ20122036798
公開日2013年3月13日 申請日期2012年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月28日
發(fā)明者黃強(qiáng) 申請人:成都寬和科技有限責(zé)任公司, 黃強(qiáng), 高松, 歐陽焱雄