角度傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種角度傳感器，屬于角度計量的【技術(shù)領(lǐng)域】。其包括：霍爾元件和設(shè)置在固定架上的磁鐵，所述霍爾元件作為轉(zhuǎn)子，所述磁鐵作為定子；或者，所述霍爾元件作為定子，所述磁鐵作為轉(zhuǎn)子。所述轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)向機構(gòu)連接，所述霍爾元件產(chǎn)生并輸出霍爾電壓，以根據(jù)所述霍爾電壓確定所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向角度。由于利用在轉(zhuǎn)向機構(gòu)的帶動下，磁鐵構(gòu)成的磁場隨之旋轉(zhuǎn)，或者，霍爾元件隨之旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致施加到霍爾元件上的磁場發(fā)生變化，最終引起霍爾元件輸出的霍爾電壓發(fā)生變化，據(jù)此獲得轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向角度。由此可見，轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)帶動磁鐵旋轉(zhuǎn)過程中，磁鐵與霍爾元件并沒有任何的機械接觸，避免了現(xiàn)有技術(shù)中電位器的磨損，提高了角度傳感器的穩(wěn)定性。
【專利說明】角度傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于角度計量的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種角度傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 電動平衡車或者機平衡車是一種先進的短途代步車，比如目前市場上的ninebot 系列自平衡代步機器人，直接利用電能作為動力，并通過內(nèi)置的微機陀螺儀和加速度計組 成姿態(tài)測量傳感器，感測車身的姿勢狀態(tài)，通過高速處理器計算出控制指令，驅(qū)動馬達來移 動車身。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，平衡車轉(zhuǎn)向功能的實現(xiàn)主要依賴于電位器，通過監(jiān)測電流的變化，控 制車子的轉(zhuǎn)向。圖1為現(xiàn)有轉(zhuǎn)向功能中使用的電位器的簡要結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1所示，該 電位器具有三個端子ABC、轉(zhuǎn)軸101、電阻體102、電刷103,在平衡車轉(zhuǎn)向的過程中，會導(dǎo)致 電刷103沿著電阻體102移動，從而獲得與位移量對應(yīng)的電阻變化、電流變化，據(jù)此控制平 衡車的轉(zhuǎn)向角度。但是，這種電位器由于要控制轉(zhuǎn)向角度，直接依賴于電刷103沿著電阻體 102移動引起的電流變化，電刷103與電阻體102要必不可少的有機械接觸。因此，通常會 存在機械磨損，導(dǎo)致電位器的壽命較短，轉(zhuǎn)向控制的穩(wěn)定性較差。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種角度傳感器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中電 位器壽命較短，轉(zhuǎn)向控制穩(wěn)定性較差等技術(shù)問題。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種角度傳感器，其包括：霍爾元件和 設(shè)置在固定架上的磁鐵，所述霍爾元件作為定子，所述磁鐵作為轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)向機構(gòu) 連接，用于在所述磁鐵在轉(zhuǎn)向機構(gòu)帶動下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致所述霍爾元件產(chǎn)生并輸出霍爾電壓，以 根據(jù)所述霍爾電壓確定所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向角度。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型還提供了一種角度傳感器，其包括：焊接在 PCB板上的霍爾元件和設(shè)置在固定架上的磁鐵，所述霍爾元件作為轉(zhuǎn)子，所述磁鐵作為定 子，所述轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)向機構(gòu)連接，用于在所述霍爾元件在轉(zhuǎn)向機構(gòu)帶動下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致其產(chǎn)生并 輸出霍爾電壓，以根據(jù)所述霍爾電壓確定所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向角度。
[0007] 優(yōu)選地，在本實用新型的一實施例中，所述固定架為限位塊。
[0008] 優(yōu)選地，在本實用新型的一實施例中，所述固定架采用非金屬材料。
[0009] 優(yōu)選地，在本實用新型的一實施例中，上述角度傳感器還包括保護罩，用于保護并 定位所述霍爾元件。
[0010] 優(yōu)選地，在本實用新型的一實施例中，所述保護罩采用非金屬材料。
[0011] 與現(xiàn)有的方案相比，由于利用在轉(zhuǎn)向機構(gòu)的帶動下，磁鐵構(gòu)成的磁場隨之旋轉(zhuǎn)，或 者，霍爾元件隨之旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致施加到霍爾元件上的磁場發(fā)生變化，最終引起霍爾元件輸 出的霍爾電壓發(fā)生變化，據(jù)此獲得轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向角度。由此可見，轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)帶動磁鐵旋轉(zhuǎn) 過程中，磁鐵與霍爾元件并沒有任何的機械接觸，因此，避免了現(xiàn)有技術(shù)中電位器的磨損， 進一步提高了角度傳感器的穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為現(xiàn)有轉(zhuǎn)向功能中使用的電位器的簡要結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2為本申請實施例一角度傳感器的簡要結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3為本申請實施例二角度傳感器的簡要結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0015] 以下結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本實用新型的技術(shù)方案進行詳細地闡述。應(yīng)該理 解，以下列舉的實施例僅用于說明和解釋本實用新型，而不構(gòu)成對本實用新型技術(shù)方案的 限制。
[0016] 本實用新型下述實施例中，由于利用在轉(zhuǎn)向機構(gòu)的帶動下，磁鐵構(gòu)成的磁場隨之 旋轉(zhuǎn)，或者，霍爾元件隨之旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致施加到霍爾元件上的磁場發(fā)生變化，最終引起霍 爾元件輸出的霍爾電壓發(fā)生變化，據(jù)此獲得轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向角度。由此可見，轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)帶動 磁鐵旋轉(zhuǎn)過程中，磁鐵與霍爾元件并沒有任何的機械接觸，因此，避免了現(xiàn)有技術(shù)中電位器 的磨損，進一步提高了角度傳感器的穩(wěn)定性。
[0017] 本申請的核心思想:
[0018] 本申請下述實施例中提供的角度傳感器，其核心包括：霍爾元件和設(shè)置在固定架 上的磁鐵，所述霍爾元件作為轉(zhuǎn)子，所述磁鐵作為定子；或者，所述霍爾元件作為定子，所述 磁鐵作為轉(zhuǎn)子。所述轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)向機構(gòu)連接，所述霍爾元件產(chǎn)生并輸出霍爾電壓，以根據(jù)所述 霍爾電壓確定所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向角度。
[0019] 下述實施例中，具體以所述霍爾元件作為定子，所述磁鐵作為轉(zhuǎn)子來對本申請的 角度傳感器做示意性說明。需要說明的是，在本申請下述實施例的啟發(fā)下，本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員無須創(chuàng)造性勞動，也可以所述霍爾元件作為轉(zhuǎn)子，以所述磁鐵作為定子來實現(xiàn)本申請 的上述核心思想。
[0020] 圖2為本申請實施例一霍爾角度傳感器的簡要結(jié)構(gòu)示意圖；如圖2所示，在由兩個 磁鐵101組成的磁場中設(shè)置有一霍爾元件102?；魻栐?02作為定子時，磁鐵101作為轉(zhuǎn) 子；或者，磁鐵101作為定子時，霍爾元件102作為轉(zhuǎn)子。上述這兩種情形均會導(dǎo)致霍爾元 件102輸出霍爾電壓。
[0021] 具體地，在霍爾元件102的正上方和正下方設(shè)置有磁鐵101兩塊磁鐵101，用以構(gòu) 建一磁場，以引起霍爾電壓的產(chǎn)生，磁鐵101作為轉(zhuǎn)子，隨著轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)。本實 施例中，磁鐵101和霍爾元件102在垂直方向上的設(shè)置位置完全對齊，使得霍爾元件204處 于磁鐵101搭建磁場的中心。
[0022] 在另外一實施例中，磁鐵101和霍爾元件102在垂直方向上的設(shè)置位置也可以不 對齊，即兩者之間處于偏置位置關(guān)系。本實施例中，為了便于磁鐵101的固定，將磁鐵101 固定在一固定架（圖中未示出）上，固定支架205與外部的轉(zhuǎn)向機構(gòu)連接。本實施例中，該 固定架（圖中未示出）具體可以采用一限位塊，置磁鐵101于其中。為了減輕重量以及避 免電磁干擾，該限位塊可采用非金屬材料制成。
[0023] 需要說明的是，在具體實施時，兩個磁鐵101、霍爾元件102并無特殊的限定。比 如，可以將霍爾元件102直接焊接在PCB板上，而磁鐵101與平衡車轉(zhuǎn)向機構(gòu)固定；或者，磁 鐵1 〇 1直接固定在PCB上，而霍爾元件102與平衡車轉(zhuǎn)向機構(gòu)固定；在轉(zhuǎn)向機構(gòu)的帶動下轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)動。
[0024] 霍爾元件102霍爾元件102測得在轉(zhuǎn)向的過程中磁場變化引起的霍爾電壓及進一 步的電流變化。
[0025] 需要說明的是，為了對霍爾元件起到保護和定位作用，本實施例中，霍爾元件102 的外圍還可以具體設(shè)置在一保護罩（圖中未示出），保護罩和霍爾元件的固定關(guān)系并無特 殊限定。為了減輕重量以及避免電磁干擾，該保護罩優(yōu)選采用非金屬材料制成。
[0026] 需要說明的是，圖2所示的實施例中，磁鐵101在轉(zhuǎn)向機構(gòu)的帶動下，圍繞著霍爾 元件102旋轉(zhuǎn)，改變施加到霍爾元件102上的磁場強度，從而獲得對應(yīng)霍爾電壓變化，據(jù)此 獲得轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向角度。
[0027] 需要說明的是，霍爾電壓變化與轉(zhuǎn)向角度之間的具體關(guān)系，與霍爾元件的規(guī)格、磁 鐵的屬性參數(shù)等有關(guān)。比如，在一具體應(yīng)用實例中，霍爾電壓變化與轉(zhuǎn)向角度之間關(guān)系為：
[0028] Uout = Uo+A Θ (-180° < Θ〈180° )
[0029] Uout表示霍爾元件的實時輸出電壓，Uo表示霍爾元件初始位置時的輸出電壓，A 表示霍爾元件與磁場的相關(guān)系數(shù)。
[0030] 需要說明的是，在上述公式中，Uo可能會不完全固定，與實際產(chǎn)品的具體設(shè)計有 關(guān)。
[0031] 圖3為本申請實施例二角度傳感器的簡要結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3所示，本實施例中， 考慮到"冗余"，即霍爾器件出現(xiàn)故障是的應(yīng)對情況。與上述圖1所示實施例不同的是，本實 施例中,在由兩個磁鐵101組成的同一磁場中設(shè)置了至少兩個霍爾元件102,一個作為備用 霍爾元件。這兩個霍爾元件101在堅直方向上可以對齊設(shè)置。
[0032] 霍爾元件102作為定子時，磁鐵101作為轉(zhuǎn)子；或者，磁鐵101作為定子時,霍爾元 件102作為轉(zhuǎn)子。上述這兩種情形均會導(dǎo)致霍爾元件102輸出霍爾電壓。
[0033] 需要說明的是，在本實施例中，兩個霍爾元件102共用同一磁場。在另外一實施例 中，也可以分別給每一個霍爾元件102設(shè)置一磁場，詳細不再贅述。
[0034] 下面對上述圖2中兩個霍爾元件102的切換原理做一簡要說明，本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員根據(jù)本申請實施例的記載無須創(chuàng)造性勞動即可詳細實現(xiàn)。
[0035] 控制器接收并對當(dāng)前工作的霍爾元件102的輸出電壓進行監(jiān)控，如果判定其輸出 電壓超出設(shè)的正常區(qū)間，比為0V或者大于等于5V，則表明該霍爾元件102出現(xiàn)異常，無法正 常工作。因此，主控制器則關(guān)閉對輸出電壓異常的霍爾元件的信號接收，啟動對另一霍爾元 件輸出電壓的接收，據(jù)此進行轉(zhuǎn)向角度的計算。另外，還可以發(fā)出語音或者燈光報警，以提 示客戶更換霍爾元。
[0036] 上述說明示出并描述了本實用新型的若干優(yōu)選實施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本 實用新型并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種 其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述實用新型構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域 的技術(shù)或知識進行改動。而本領(lǐng)域人員所進行的改動和變化不脫離本實用新型的精神和范 圍，則都應(yīng)在本實用新型所附權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種角度傳感器，其特征在于，包括：霍爾元件和設(shè)置在固定架上的磁鐵，所述霍爾 元件作為定子，所述磁鐵作為轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)向機構(gòu)連接，用于在所述磁鐵在轉(zhuǎn)向機構(gòu) 帶動下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致所述霍爾元件產(chǎn)生并輸出霍爾電壓，以根據(jù)所述霍爾電壓確定所述轉(zhuǎn)向機 構(gòu)的轉(zhuǎn)向角度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度傳感器，其特征在于，所述固定架為限位塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度傳感器，其特征在于，所述固定架采用非金屬材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度傳感器，其特征在于，還包括保護罩，用于保護并定位所 述霍爾元件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的角度傳感器，其特征在于，所述保護罩采用非金屬材料。
6. -種角度傳感器，其特征在于，包括：焊接在PCB板上的霍爾元件和設(shè)置在固定架上 的磁鐵，所述霍爾元件作為轉(zhuǎn)子，所述磁鐵作為定子，所述轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)向機構(gòu)連接，用于在所 述霍爾元件在轉(zhuǎn)向機構(gòu)帶動下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致其產(chǎn)生并輸出霍爾電壓，以根據(jù)所述霍爾電壓確定 所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向角度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的角度傳感器，其特征在于，所述固定架為限位塊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的角度傳感器，其特征在于，所述固定架采用非金屬材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的角度傳感器，其特征在于，還包括保護罩，用于保護并定位所 述霍爾元件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的角度傳感器，其特征在于，所述保護罩采用非金屬材料。
【文檔編號】G01B7/30GK203893816SQ201420343523
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】陳中元, 蔣旭東, 王野 申請人:納恩博（天津）科技有限公司