專利名稱：在殼體內(nèi)多磁塊均勻分布的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁感應(yīng)提供信號(hào)的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件上，進(jìn)行多點(diǎn)位磁感應(yīng)提供控制信號(hào)的技木。
背景技術(shù)：
野寶車料エ業(yè)(昆山)有限公司申請(qǐng)的中國專利201020295192.0《勾爪式カ矩傳感裝置》公開了ー種助力自行車用傳感裝置，傳感裝置包括磁性件和弾性件配合，感受カ矩的傳感裝置。使用時(shí)間長(zhǎng)后，弾性件的弾性系數(shù)變化就會(huì)導(dǎo)致傳感信號(hào)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。而且用弾性件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。北京科技大學(xué)申請(qǐng)的中國專利01201843. 0《電動(dòng)助力自行車自動(dòng)檢測(cè)裝置》公開 了ー種電動(dòng)助力自行車自動(dòng)檢測(cè)裝置，無接觸檢測(cè)蹬力、速度和轉(zhuǎn)向，該裝置在相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(gè)霍爾測(cè)內(nèi)、外輪盤上相對(duì)運(yùn)動(dòng)的磁片產(chǎn)生的電信號(hào)表示蹬力、速度和轉(zhuǎn)向。缺點(diǎn)(I)用弾性件不耐久使用時(shí)間長(zhǎng)后，弾性件的弾性系數(shù)變化就會(huì)導(dǎo)致傳感信號(hào)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，成本尚。缺點(diǎn)(2)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(hào)，作為控制信號(hào)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(zhǎng)度表示正反向運(yùn)動(dòng)，在直徑為20厘米的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤圓形軌跡上最多設(shè)8個(gè)磁片組，一般以5個(gè)為佳，霍爾才能有控制功能的正弦波信號(hào)。也就是說，01201843. 0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(gè)以內(nèi)，控制信號(hào)太少，人機(jī)配合不理想。但如果多于8個(gè)磁片組，在人踏車較快吋，霍爾輸出的信號(hào)圖形接近為一條水平線，該信號(hào)沒有控制功能，不能控制電動(dòng)機(jī)，使其特別需要助力時(shí)，失去助力功能。缺點(diǎn)(3)信號(hào)盲區(qū)達(dá)45度角，啟動(dòng)時(shí)需要助力的時(shí)候確得不到助力眾所周知，人踩自行車腳踏板在頂點(diǎn)カ矩最小，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)域沒有ー個(gè)磁片組，也就沒有一個(gè)控制信號(hào)，其結(jié)果是最需要助力的時(shí)候，但助力自行車的電機(jī)確不能助力?？傊脧幮约荒途糜纸Y(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)不能隨意増加，使人機(jī)配合不理想，而且啟動(dòng)時(shí)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(hào)又失去助力控制功能。王乃康申請(qǐng)的中國專利03264387. X《時(shí)間型電動(dòng)助力自行車傳感器》公開了不用弾性件，只用動(dòng)、定兩個(gè)轉(zhuǎn)盤，動(dòng)盤上面鑲嵌兩個(gè)永磁磁鋼，定盤上面鑲嵌三個(gè)霍爾元件，自行車踏板轉(zhuǎn)一周，每個(gè)霍爾產(chǎn)生兩個(gè)脈沖，則三個(gè)霍爾元件產(chǎn)生六個(gè)脈沖。分折可得三個(gè)特點(diǎn)，四個(gè)缺點(diǎn)如下
特點(diǎn)(I)為獲得六個(gè)脈沖信號(hào)，只能是各永磁磁鋼相同磁極在一面每個(gè)霍爾要產(chǎn)生兩個(gè)脈沖，則只能是兩個(gè)永磁磁鋼的相同磁極設(shè)在動(dòng)盤的同一面，即在動(dòng)盤的某一面，兩個(gè)永磁磁鋼都是北極或都是南扱。假如在動(dòng)盤的同一面，ー個(gè)永磁磁鋼為北極，另ー個(gè)為南扱，則踏板轉(zhuǎn)一周，每個(gè)霍爾就只能產(chǎn)生ー個(gè)脈沖，三個(gè)霍爾就只有三個(gè)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(gè)霍爾表示踏板運(yùn)動(dòng)位置由于踏板與動(dòng)盤是同步轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在與兩個(gè)踏板對(duì)應(yīng)的動(dòng)盤上兩個(gè)位置分別固定一個(gè)永磁磁鋼，某ー個(gè)踏板轉(zhuǎn)在什么位置，則對(duì)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(hào)，指揮助力自行車的電機(jī)產(chǎn)生需要的助力轉(zhuǎn)動(dòng)。特點(diǎn)(3)因?yàn)椹`個(gè)霍爾不能表示轉(zhuǎn)一周中不同時(shí)段踏板運(yùn)動(dòng)的位置，則就不能只 用一個(gè)霍爾踏板在轉(zhuǎn)一周中的不同時(shí)段，對(duì)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(gè)霍爾分別設(shè)在180度角以內(nèi)的三個(gè)位置，兩個(gè)永磁磁鋼分別設(shè)在兩個(gè)踏板位置，踏板轉(zhuǎn)在有霍爾的位置，該霍爾就輸出信號(hào)表示踏板到達(dá)了該霍元的位置。但用多個(gè)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(huì)有三個(gè)缺點(diǎn)
缺點(diǎn)(I)用兩個(gè)沒有差異性的永磁磁鋼分別表示兩個(gè)踏板的固定位置，就只能用多個(gè)霍爾來表示踏板的轉(zhuǎn)動(dòng)位置兩個(gè)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(gè)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(dòng)位置，而只能用多個(gè)霍爾設(shè)在不同的轉(zhuǎn)角位置來表示踏板的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，所以不能只用一個(gè)霍爾，而必需用多個(gè)霍爾。缺點(diǎn)(2)不能只用一個(gè)霍爾，而三個(gè)霍爾必然造成三個(gè)控制信號(hào)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(gè)或兩個(gè)電機(jī)，其控制電機(jī)的傳感信號(hào)只能用一個(gè)傳感信號(hào)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(gè)霍爾控制電機(jī)，則必需把三個(gè)霍爾的三個(gè)控制信號(hào)合并為ー個(gè)合并控制信號(hào)后才能輸入電機(jī)控制器。三個(gè)霍爾的傳感參數(shù)不可能一祥，特別是由于環(huán)境溫度變化、使用時(shí)間長(zhǎng)后，三個(gè)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吋，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(shí)，不同霍爾的輸出的又可能是相同電壓，導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生同一種助カ輸出，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(hào)易產(chǎn)生信號(hào)漂移，使合并控制信號(hào)與電機(jī)控制器不匹配，助カ需求模型失真由于環(huán)境溫度變化、使用時(shí)間長(zhǎng)后，三個(gè)霍爾的傳感參數(shù)可能差異很大，三個(gè)霍爾的三個(gè)控制信號(hào)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(hào)就會(huì)產(chǎn)生分段性的信號(hào)漂移，合并控制信號(hào)作為一整體產(chǎn)生信號(hào)失真，即助力需求模型失真，造成電機(jī)控制器選用三個(gè)控制信號(hào)的任何一個(gè)作為基準(zhǔn)都會(huì)產(chǎn)生助力輸出與助力需求不一致的問題。缺點(diǎn)(4)傳感位點(diǎn)不能隨意増加，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)量大于ー個(gè)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(hào)盲區(qū)達(dá)42度角，啟動(dòng)時(shí)需要助力的時(shí)候確得不到助力眾所周知，人踩自行車腳踏板在頂點(diǎn)カ矩最小，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(gè)霍爾，也就沒有一個(gè)控制信號(hào)，其結(jié)果是最需要助力的時(shí)候，但助力自行車的電機(jī)確不能助力?？傊?，該專利是用多個(gè)霍爾控制助力模式的技術(shù)方案，因?yàn)橹荒苡枚鄠€(gè)霍爾來表示踏板的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，多個(gè)霍爾的多個(gè)控制信號(hào)必然有原始誤差，其合并控制信號(hào)又易產(chǎn)生信號(hào)漂移，都可造成助力需求模型失真，即不同時(shí)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，限止了霍爾了數(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(dòng)時(shí)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(gè)問題上總是顧此失彼，不可兼得。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供只用一個(gè)霍爾和環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤上各個(gè)永磁塊獲得速度和加速度信號(hào)、并對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理成為以最佳助力模型信號(hào)輸出的傳感器，是ー種在可感應(yīng)區(qū)域內(nèi)，能盡量增加永磁塊數(shù)量，最大限度利用環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤位移信息，輸出信息多，霍爾和多個(gè)永磁塊用ー個(gè)組合件固定相對(duì)位置的傳感器。使用在助力自行車上，不用彈性件和其它機(jī)械測(cè)定カ矩，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)的助力自行車傳感器。本發(fā)明的構(gòu)思是在一個(gè)霍爾可感受范圍內(nèi)，一個(gè)環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤上用相同的多個(gè)永磁塊向霍爾的那一面進(jìn)行南、北磁極性交替變化，使霍爾產(chǎn)生的信號(hào)為矩形波，使信號(hào)的控制功能更強(qiáng)、數(shù)量更多。對(duì)于助力自行車，表達(dá)腳踏板運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的信息量更多。用一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的組合件固定傳感元件霍爾和多個(gè)永磁塊的相對(duì)位置，使其傳感
信號(hào)穩(wěn)定可靠。把霍爾輸出的矩形波信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，方使對(duì)霍爾的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，在數(shù)字化處理過程中可加入使人機(jī)能配合的助力數(shù)學(xué)模型，助力數(shù)學(xué)模型是可按人機(jī)配合進(jìn)行隨意調(diào)整的。可以克服現(xiàn)有技術(shù)霍爾輸出的正弦波信號(hào)難以進(jìn)行數(shù)字化處理，只能進(jìn)行模擬化信號(hào)處理而不能加入可隨意調(diào)整的助力模型、克服了只能提取受速度信號(hào)條件限止的助力模型、克服了使人機(jī)不能配合的問題。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是
在殼體內(nèi)多磁塊均勻分布的傳感器，包括依次連接的傳感元件、助力模型處理器21、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28 ;其特征在于
[I]傳感元件是把環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榫匦尾ㄐ盘?hào)輸出的元件；
傳感元件包括ー塊環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I、環(huán)形凹槽固定盤40、一個(gè)霍爾3和多枚永磁塊2，多枚永磁塊2的大小相同、形狀相同、磁通量相同，環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I和環(huán)形凹槽固定盤40兩者的凹面相對(duì)，環(huán)形凹槽固定盤40嵌合在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I的環(huán)形凹槽之中，成兩個(gè)盤能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的嵌合內(nèi)空外売，兩個(gè)盤的凹面夾成ー個(gè)空心環(huán)41 ;在空心環(huán)41位置的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I上固定設(shè)置有多枚永磁塊2，該多枚永磁塊2均勻地呈圓形軌跡分布，即每枚永磁塊2到圓形軌跡線5所在圓中心的距離相同、相鄰兩枚永磁塊2之間的距離相同；姆枚永磁塊2磁極性的N極和S極分別在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I的兩面，相鄰兩枚永磁塊2的磁極性相反，ー塊環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I上全部永磁塊2的磁極性分布方式是N扱、S扱、N扱、S扱、N極、S極……；
在空心環(huán)41的環(huán)形凹槽固定盤40上固定設(shè)置有一個(gè)霍爾3，霍爾3設(shè)在接近永磁塊2井能感受每個(gè)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(duì)相反磁極性產(chǎn)生矩形波輸出信號(hào)的霍爾；
[2]助力模型處理器21是把轉(zhuǎn)動(dòng)盤I轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)字信號(hào)變?yōu)橹δＰ蛿?shù)字信號(hào)的信號(hào)形式轉(zhuǎn)換器；
助力模型處理器21包括模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24、助力模型存儲(chǔ)器25和助力模型計(jì)算器26；
模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24與傳感元件的霍爾3連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24把霍爾3輸入的矩形波信號(hào)計(jì)算出各矩形波之間的變化速度表示轉(zhuǎn)動(dòng)盤I的轉(zhuǎn)速；
模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24與助力模型計(jì)算器26連接，助力模型存儲(chǔ)器25也與助力模型計(jì)算器26連接；助力模型計(jì)算器26用模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24的轉(zhuǎn)動(dòng)盤I轉(zhuǎn)速選擇助力模型存儲(chǔ)器25中的某ー種助力模型函數(shù)，并將轉(zhuǎn)動(dòng)盤I轉(zhuǎn)速條件代入助力模型函數(shù)，計(jì)算出適合的助力模型數(shù)字信號(hào)，即助力模型計(jì)算器26輸出助力模型數(shù)字信號(hào)；
[3]數(shù)模轉(zhuǎn)換器27是把助力模型數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成助力模型的模擬信號(hào)；
助力模型計(jì)算器26與數(shù)模轉(zhuǎn)換器27連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器27把助力模型計(jì)算器26的助力模型數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成助力模型模擬信號(hào)；
[4]運(yùn)算放大器28是把數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的助力模型模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成額定電壓范圍的助力模型模擬信號(hào)。[一]對(duì)傳感元件的說明
環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I與環(huán)形凹槽固定盤40即嵌合，又能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，保證了在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，霍爾3與全部永磁塊2的感應(yīng)位置不變化，使霍爾3的輸出信號(hào)只與全部永磁塊2的轉(zhuǎn)動(dòng)有夫，而與環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I與環(huán)形凹槽固定盤40以下的物件無關(guān)；如果環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I與環(huán)形凹槽固定盤40用金屬材料，又可有屏蔽作用，所以，用環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I與環(huán)形凹槽固定盤40將霍爾3與全部永磁塊2置于空心環(huán)41進(jìn)行感應(yīng)，提高了霍爾3信號(hào)的可靠性、真實(shí)性。當(dāng)把環(huán)形凹槽固定盤40固定在某一物件上，轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤1，環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I上的各個(gè)永磁塊2掃過環(huán)形凹槽固定盤40上的霍爾3吋，每個(gè)永磁塊2都能使霍爾3產(chǎn)生電信號(hào)。由于相鄰兩枚永磁塊2的磁極性相反，即全部永磁塊2的磁極性南、北交替的面對(duì)霍爾3，則霍爾3產(chǎn)生電信號(hào)為矩形波信號(hào)，矩形波信號(hào)方便進(jìn)行數(shù)字化處理信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。現(xiàn)有技術(shù)是全部永磁塊2的用同一個(gè)磁極性面向霍爾3，霍爾3就只能產(chǎn)生正弦波信號(hào)，所以只能用于模擬控制；一但霍爾3的感應(yīng)參數(shù)變化，模擬控制就可能失真。而本發(fā)明用矩形波信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，不會(huì)產(chǎn)生控制失真的問題。環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I要轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的中心就是多個(gè)永磁塊2成圓環(huán)形分布所在圓的中心。多個(gè)永磁塊2在圓環(huán)形范圍內(nèi)，成圓環(huán)形分布的目的在于可以只用一個(gè)霍爾3感受環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤上全部永磁塊2的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即感受環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤上全部永磁塊2的運(yùn)動(dòng)速度，以及速度的變化，或稱加速度，這ー個(gè)霍爾3就能把永磁塊2的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用ー個(gè)連續(xù)的電信號(hào)來表達(dá)，又因?yàn)槿坑来艍K2是分別固定在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤即環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I上的，則霍爾3產(chǎn)生的連續(xù)電信號(hào)就能表達(dá)環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果把這個(gè)連續(xù)電信號(hào)用于控制其它物體，這個(gè)連續(xù)電信號(hào)就是控制信號(hào)。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(hào)處理器，把控制信號(hào)中的位置、速度、加速度要索轉(zhuǎn)換成需要助力多少的助力信號(hào)，換算的函數(shù)就是助力需求模型，或稱助力模型。霍爾3設(shè)在接近永磁塊2井能感受永磁塊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(dòng)狀態(tài)，從而感受環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即運(yùn)動(dòng)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(hào)，因?yàn)樽鳛榇笮∈芟拗沟沫h(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤，轉(zhuǎn)動(dòng)一周要獲得盡量多的精確變化信號(hào)，當(dāng)然應(yīng)是選用 矩形波。矩形波信號(hào)的峰谷值變化的時(shí)間短，可在一定的時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生盡量多的有控制意義的信號(hào)。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(shí)，作為傳感部件的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)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(hào)，轉(zhuǎn)動(dòng)一周，產(chǎn)生矩形波比產(chǎn)生正弦波可提供的脈沖個(gè)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(duì)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。[ニ]助力模型處理器21的說明助力模型處理器21是把轉(zhuǎn)動(dòng)盤I轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)字信號(hào)變?yōu)橹δＰ蛿?shù)字信號(hào)的信號(hào)形式轉(zhuǎn)換器；
助力模型處理器21包括模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24、助力模型存儲(chǔ)器25和助力模型計(jì)算器26 ;把傳感元件中霍爾3的矩形波信號(hào)，用模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24變?yōu)楸硎巨D(zhuǎn)動(dòng)盤I轉(zhuǎn)動(dòng)速度的數(shù)字信號(hào)，再用轉(zhuǎn)速數(shù)字信號(hào)從助力模型存儲(chǔ)器25中選擇適合某種轉(zhuǎn)速的助力數(shù)學(xué)模型；最后把轉(zhuǎn)速數(shù)字信號(hào)代入助力模型計(jì)算器26，計(jì)算出適合這種速度的助力模型數(shù)字信號(hào)。即助力模型計(jì)算器26就能輸出助力模型數(shù)字信號(hào)。[三]對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的說明數(shù)模轉(zhuǎn)換器27是把助力模型數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成助力模型的模擬信號(hào)。助力模型計(jì)算器26與數(shù)模轉(zhuǎn)換器27連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器27把助力模型計(jì)算器26的助力模型數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成助力模型模擬信號(hào)。以便向只能處理模擬信號(hào)的電機(jī)控制器29輸出助力模型的模擬信號(hào)。[四]對(duì)運(yùn)算放大器28的說明運(yùn)算放大器28是把數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的助力模型模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成額定電壓范圍的助力模型模擬信號(hào)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器27與運(yùn)算放大器28連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的助力模型模擬信號(hào)雖然解決了助力模型問題，但助力模型信號(hào)的電壓還不能滿足電機(jī)控制器29的需要，所以還要用運(yùn)算放大器28把助力模型模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成額定電壓范圍需要的助力模型模擬信號(hào)，才能傳輸給電機(jī)控制器29。本發(fā)明傳感器中各信號(hào)處理部件輸出的信號(hào)為
霍爾3輸出矩形波信號(hào)；助力模型處理器21輸出助力模型數(shù)字信號(hào)；
磁塊轉(zhuǎn)速計(jì)算器24計(jì)算并輸出環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I的轉(zhuǎn)速數(shù)字信號(hào)；
助力模型存儲(chǔ)器25存有多種助力模型函數(shù)備用，輸出已選定的助力模型函數(shù)的數(shù)字信號(hào);
助力模型計(jì)算器26計(jì)算并輸出將用于控制功能的助力模型數(shù)字信號(hào)；
數(shù)模轉(zhuǎn)換器27輸出把助力模型數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成的助力模型模擬信號(hào)；
運(yùn)算放大器28輸出把助力模型模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成額定電壓范圍的助力模型模擬信號(hào)；熱敏電阻R6保證運(yùn)算放大器28輸出的是額定電壓范圍的助力模型模擬信號(hào)，即標(biāo)準(zhǔn)助力模型模擬信號(hào)。為解決助力模型模擬信號(hào)漂移問題設(shè)有熱敏電阻R6，熱敏電阻R6連接在運(yùn)算放 大器28的輸入端和輸出端之間?；魻?、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28都是半導(dǎo)體器件，又有處理模擬信號(hào)功能，很易隨溫度變化而使信號(hào)參數(shù)產(chǎn)生漂移，特別是夏天和冬天，助力自行車又都在室外，溫度變化產(chǎn)生信號(hào)參數(shù)漂移的效果明顯，所以，最好對(duì)運(yùn)算放大器28輸出的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)漂移修正，獲得不受溫度變化影響的標(biāo)準(zhǔn)助力模型模擬信號(hào)，將標(biāo)準(zhǔn)助力模型模擬信號(hào)通過電機(jī)控制器29控制電機(jī)30運(yùn)行，騎助力自行車的人就不會(huì)感到夏天和冬天助カ效果不同的問題。助力模型處理器21是單片機(jī)31，單片機(jī)31上連接有時(shí)鐘電路32。用單片機(jī)31完成模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24、助力模型存儲(chǔ)器25和助力模型計(jì)算器26的功能。時(shí)鐘電路32的時(shí)鐘信號(hào)是用于對(duì)霍爾3輸入的矩形波信號(hào)進(jìn)行區(qū)分的作用，優(yōu)選每個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的長(zhǎng)度為0. 001秒。傳感器的機(jī)械部件與傳感部件結(jié)構(gòu)關(guān)系傳感器的機(jī)械部件包括環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I和相嵌合的環(huán)形凹槽固定盤40，傳感器的傳感部件包括多個(gè)永磁塊2、霍爾3、單片機(jī)31、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28 ;傳感部件中依次相連的霍爾3、單片機(jī)31、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28四個(gè)電子元件設(shè)在ー塊電路板59上；在空心環(huán)41的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I內(nèi)壁固定多個(gè)永磁塊2，在空心環(huán)41的環(huán)形凹槽固定盤40內(nèi)壁固定電路板59，電路板59上的霍爾3設(shè)在能感受永磁塊2的磁通量，并且霍爾3能根據(jù)磁通量變化輸出變化電信號(hào)的位置。傳感部件是傳感器的傳感功能部件；機(jī)械部件是有兩個(gè)功能，第一是固定傳感部件中的各個(gè)元件的相對(duì)位置，使各個(gè)元件能組成ー個(gè)傳感功能性整體，第二是把這一個(gè)傳感功能性整體固定在電動(dòng)自行車上，并使這個(gè)傳感功能性整體能傳感電動(dòng)自行車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。把依次相連的霍爾3、單片機(jī)31、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28四個(gè)電子元件設(shè)在ー塊電路板59上，有利這四個(gè)電子元件集成化、模塊化、小型化，方便把這四個(gè)電子元件整體統(tǒng)ー固定在空心環(huán)41的環(huán)形凹槽固定盤40內(nèi)壁，使生產(chǎn)制造傳感器的エ藝簡(jiǎn)化。本發(fā)明的傳感器各部件的優(yōu)選型號(hào)和具體連接方式為霍爾3是UGN3075，助力模型處理器21是AT89S52單片機(jī)31，數(shù)模轉(zhuǎn)換器27是ADC-C8E ;運(yùn)算放大器28是0F-17F，0F-17F運(yùn)算放大器28的輸入端2腳與輸出端6腳之間連接有熱敏電阻R6 ;各部件連接關(guān)系如下
霍爾3的信號(hào)輸出端3腳連接單片機(jī)31的12腳INTO [P32]；
單片機(jī)31的39腳POO連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的12腳B8 ；單片機(jī)31的38腳POl連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的11腳B7 ；
單片機(jī)31的37腳P02連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的10腳B6 ；
單片機(jī)31的36腳P03連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的9腳B5 ;
單片機(jī)31的35腳P04連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的8腳B4 ;
單片機(jī)31的34腳P05連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的7腳B3 ;
單片機(jī)31的33腳P06連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的6腳B2 ;
單片機(jī)31的32腳P07連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的5腳BI ;
數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的4腳連接運(yùn)算放大器28的2腳； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的2腳連接運(yùn)算放大器28的3腳；
運(yùn)算放大器28的6腳為模擬信號(hào)輸出端。OF-17F運(yùn)算放大器28的輸入端2腳與輸出端6腳之間連接有熱敏電阻R6，而且熱敏電阻R6兩端還并聯(lián)有電容C6。優(yōu)選熱敏電阻R6為5K，電容C6為8P，數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的4腳與運(yùn)算放大器28的2腳之間用I. 25k的R5接地。使其可用熱敏電阻R6調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器286腳輸出的模擬信號(hào)電壓范圍穩(wěn)定在0. 8—4. 2V之間。環(huán)形凹槽固定盤40內(nèi)圈的外表面與環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I內(nèi)圈的內(nèi)表面之間設(shè)有軸承42。軸承42使環(huán)形凹槽固定盤40與環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I之間能長(zhǎng)時(shí)間保持良好的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。霍爾3設(shè)在正對(duì)多枚永磁塊2的圓形軌跡線5的位置。因?yàn)榛魻?是能有間距感受永磁塊2磁通量而輸出電信號(hào)的部件，又為了盡量減小永磁塊2的體積，使其在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)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)在正對(duì)圓形軌跡線5的位置，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。環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I在多枚永磁塊2的圓形軌跡線5所在圓范圍內(nèi)設(shè)有中心孔。如果環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I要穿套在ー個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上使用，環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I上就要設(shè)ー個(gè)穿套轉(zhuǎn)動(dòng)軸的孔；為保證環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I在隨轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍爾3能感受環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I上每個(gè)永磁塊2的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，則環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I上的穿套孔應(yīng)設(shè)在多個(gè)永磁塊2的圓形軌跡線5所在圓范圍的中心，成為中心孔。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(dòng)軸相套，但中心孔的內(nèi)空一定包括圓形軌跡線5所在圓的中心，才能使用一個(gè)霍爾3感受環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤上全部永磁塊2的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I是不導(dǎo)磁材料的塑料板、鋁材板、銅材板的某ー種。由于本發(fā)明是相鄰永磁塊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(hào)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(hào)、沒有信號(hào)盲區(qū)、只用一個(gè)霍爾的一組輸出信號(hào)就能完全表示動(dòng)盤的全部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、輸出信號(hào)不會(huì)失真不漂移，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。(I)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不用弾性件，無機(jī)械故障用霍爾感受多個(gè)永磁塊轉(zhuǎn)動(dòng)輸出信號(hào)，用中國專利01201843. 0提供的速度可推算カ矩的原理，可用多種數(shù)學(xué)模型推算助力自行車的カ矩參數(shù)，用于控制助力自行車的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)助力。不用弾性件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低于用彈性件和機(jī)械受カ的傳感器。避免了長(zhǎng)時(shí)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(hào)，具有精確控制功能由于相鄰兩枚永磁塊的磁極性相反，并且霍爾選用對(duì)相反磁極性產(chǎn)生矩形波輸出信號(hào)的霍爾，則相鄰兩枚永磁塊無論間距多少，即使相鄰兩枚永磁塊之間沒有間隙，霍爾也同樣能輸出矩形波信號(hào)。如用于助力自行車，用矩形波的輸出信號(hào)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?hào)在任何時(shí)間點(diǎn)，表示運(yùn)動(dòng)速度的信號(hào)含義精確，從而可精確表示助力自行車踏板的運(yùn)動(dòng)速度，以便用踏板精確的速度推算出該運(yùn)動(dòng)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(hào)，相鄰永磁塊即使無間隙，其輸出的信號(hào)仍然是有個(gè)數(shù)、可區(qū)分的矩形波信號(hào)，仍然具有控制功能，也就是說不會(huì)輸出沒有控制功能的無變化直線形信 號(hào)。如用于助力自行車，由干與踏板聯(lián)動(dòng)的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤直徑大小受限止，就可在規(guī)定大小的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)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(hào)表示自行車踏板運(yùn)動(dòng)速度，精確表示運(yùn)動(dòng)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(duì)環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)表示精確對(duì)用于助力自行車，固定永磁塊的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤大小受到嚴(yán)格限止，一般環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)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(hào)，其永磁塊的直徑至少為の0. 6-0. 8厘米，則直徑10-15厘米的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤的周邊無間隙的可設(shè)置35-73個(gè)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(gè)信號(hào)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厘米環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤上，最多只能設(shè)置5-8個(gè)永磁塊[(10-1) *3. 14/5. 8=5 ； (15-1)*3. 14/5. 6=8]?？梢姡緦＠夹g(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(gè)永磁塊[35-5=30 ;73_8=65]。所以，環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤轉(zhuǎn)一周，本專利技術(shù)比現(xiàn)有技術(shù)增加了 7-9倍的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)位點(diǎn)信號(hào)。對(duì)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(duì)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。本發(fā)明請(qǐng)人根據(jù)實(shí)際的體驗(yàn)，當(dāng)環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤上大致均勻的設(shè)置15個(gè)永磁塊時(shí)，基本消除了現(xiàn)有技術(shù)只設(shè)5-8個(gè)永磁塊使助力車那種一快一慢不舒服的感覺；當(dāng)環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤上大致均勻的設(shè)置20個(gè)永磁塊時(shí)，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(hào)盲區(qū)，任何時(shí)候的助力需求都會(huì)獲得相匹配的助力本專利在直徑10-15厘米的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤周邊最多可設(shè)置35-73個(gè)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(dòng)或運(yùn)行時(shí)，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(gè)永磁塊(在離開頂點(diǎn)10度角的位置就有ー個(gè)信號(hào)了),則霍爾可輸出4-7個(gè)控制信號(hào)反應(yīng)助力需求，能實(shí)現(xiàn)任何位置、任何時(shí)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(gè)霍爾，一個(gè)控制信號(hào)表示環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤的全部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，控制信號(hào)與環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全一致，控制信號(hào)與人的需求完全一致多個(gè)永磁塊是固定在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的，永磁塊與環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤同步轉(zhuǎn)動(dòng)，用一個(gè)霍爾感受全部的永磁塊運(yùn)動(dòng)信號(hào)，則霍爾輸出的控制信號(hào)與環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全一致，與人的需求也就完全一致，控制信號(hào)不會(huì)有原始分段誤差和信號(hào)漂移問題。即使霍爾傳感參數(shù)發(fā)生變化，也是整個(gè)控制信號(hào)平行移動(dòng)，只要接收霍爾控制信號(hào)的電機(jī)控制器的接收范圍較寬，變化了的霍爾控制信號(hào)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(huì)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)用能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤環(huán)形凹槽固定盤合成殼體，固定了霍爾與全部永磁塊的相對(duì)位置，避免了殼體外的環(huán)境干擾，提高了霍爾信號(hào)的可靠性、真實(shí)性，還方便了安裝、調(diào)試、維修等。(8)可以對(duì)霍爾信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成帶有轉(zhuǎn)動(dòng)盤轉(zhuǎn)速要素的助力模型數(shù)字信號(hào)，再把助力模型數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成助力模型模擬信號(hào)，最后把助力模型模擬信號(hào)變?yōu)榉€(wěn)定電壓范圍的、具有額定功率的電機(jī)控制器可用的控制信號(hào)?？傊褪前汛艍K轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，在數(shù)字化處理處理過程中，加入數(shù)學(xué)的助力模型，使傳感器 最后輸出的控制信號(hào)中，含有加入的助力模型。因?yàn)閿?shù)學(xué)的助力模型是人為設(shè)定的，所以，總可以把數(shù)學(xué)的助力模型設(shè)定成盡量適合人機(jī)配合的模型，則本發(fā)明的傳感器可輸出能實(shí)現(xiàn)人機(jī)配合的控制信號(hào)。而現(xiàn)有助力自行車傳感器的磁塊相同磁極在同一面，霍爾不能獲得矩形波信號(hào)，也就無法對(duì)霍爾信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，其控制模型只能是對(duì)霍爾信號(hào)進(jìn)行局部修改，所以不能實(shí)現(xiàn)輸出人機(jī)最佳配合的控制信號(hào)。(9)最后輸出的控制信號(hào)不會(huì)有信號(hào)漂移用熱敏電阻R6對(duì)運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，可以解決霍爾、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器等半導(dǎo)體器件使助力模型模擬信號(hào)漂移的問題，使傳感器最后輸出的是不受環(huán)境溫度變化的標(biāo)準(zhǔn)助力模型模擬信號(hào)。


圖I是環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤多個(gè)N-S交替永磁塊的傳感元件結(jié)構(gòu)示意 圖2是環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤上高密度多個(gè)N-S交替永磁塊的傳感元件結(jié)構(gòu)示意 圖3是傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖4是霍爾、助力模型處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器的信號(hào)流向方框 圖5是霍爾、單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器的電路圖。圖中I是環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤、2是永磁塊、3是霍爾、5是圓形軌跡線、21是助力模型處理器、24是模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器、25是助力模型存儲(chǔ)器、26是助力模型計(jì)算器、27是數(shù)模轉(zhuǎn)換器、28是運(yùn)算放大器、29是電機(jī)控制器、30是電機(jī)、31是單片機(jī)、32是時(shí)鐘電路、40是環(huán)形凹槽固定盤、41是空心環(huán)、42是軸承、59是電路板。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I、在殼體內(nèi)多磁塊均勻分布的傳感器
如圖1、3、4，本實(shí)施例傳感器包括依次連接的傳感元件、助力模型處理器21、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28 ；
[I]傳感元件是把轉(zhuǎn)動(dòng)盤I的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榫匦尾ㄐ盘?hào)輸出的元件；用一個(gè)環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I和一個(gè)環(huán)形凹槽固定盤40兩者的凹面相對(duì)，環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I和環(huán)形凹槽固定盤40的大小正好使環(huán)形凹槽固定盤40能嵌合在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I的環(huán)形凹槽之中，合成兩個(gè)盤能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的嵌合內(nèi)空外殼，兩個(gè)盤的凹面夾成一個(gè)空心環(huán)41 ；在空心環(huán)41位置的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I上固定設(shè)置有20個(gè)永磁塊2。環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I和環(huán)形凹槽固定盤40用高強(qiáng)度塑料注塑成形?？招沫h(huán)41內(nèi)的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I面直徑10. O厘米，在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I設(shè)20個(gè)永磁塊2，20個(gè)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(gè)值。環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I、永磁塊2、霍爾3的結(jié)構(gòu)如下
全部永磁塊2均勻地呈圓形軌跡分布，每個(gè)永磁塊2固定在直徑9. O厘米圓形軌跡線5上，即每個(gè)永磁塊2到圓形軌跡線5所在圓中心的距離相同、相鄰永磁塊2之間的距離相同。在轉(zhuǎn)動(dòng)盤I 一個(gè)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(dòng)盤I 一個(gè)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。在空心環(huán)41內(nèi)的環(huán)形凹槽固定盤40上固定設(shè)置有一個(gè)霍爾3，霍爾3的信號(hào)輸出線從環(huán)形凹槽固定盤40穿出，霍爾3設(shè)在接近永磁塊2的位置，即霍爾3設(shè)在每個(gè)永磁塊2所在圓形軌跡線5范圍內(nèi)，霍爾3與轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的每個(gè)永磁塊2保持O. 3厘米的間隔距離，使轉(zhuǎn)動(dòng)的每個(gè)永磁塊2在經(jīng)過霍爾3時(shí)，霍爾3能產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)的矩形波電信號(hào)輸出。轉(zhuǎn)動(dòng)盤I在該全部永磁塊2所在圓形軌跡線5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。[2]助力模型處理器21是把轉(zhuǎn)動(dòng)盤I轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)字信號(hào)變?yōu)橹δＰ蛿?shù)字信號(hào)的信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換器；
助力模型處理器21包括模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24、助力模型存儲(chǔ)器25和助力模型計(jì)算器26；
模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24與傳感元件的霍爾3連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24把霍爾3輸入的矩形波信號(hào)計(jì)算出各矩形波之間的變化速度表示轉(zhuǎn)動(dòng)盤I的轉(zhuǎn)速；
模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24與助力模型計(jì)算器26連接，助力模型存儲(chǔ)器25也與助力模型計(jì)算器26連接；助力模型計(jì)算器26用模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24的轉(zhuǎn)動(dòng)盤I轉(zhuǎn)動(dòng)速度的數(shù)字信號(hào)選擇助力模型存儲(chǔ)器25中的某一種助力模型函數(shù)，最后把轉(zhuǎn)速數(shù)字信號(hào)代入助力模型計(jì)算器26，計(jì)算出適合這種轉(zhuǎn)動(dòng)盤I轉(zhuǎn)速的助力模型數(shù)字信號(hào)。即助力模型計(jì)算器26就能輸出助力模型數(shù)字信號(hào)。[3]數(shù)模轉(zhuǎn)換器27是把助力模型數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成助力模型的模擬信號(hào)。助力模型計(jì)算器26與數(shù)模轉(zhuǎn)換器27連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器27把助力模型計(jì)算器26的助力模型數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成助力模型模擬信號(hào)。以便向只能處理模擬信號(hào)的電機(jī)控制器29輸出助力模型的模擬信。[4]運(yùn)算放大器28是把數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的助力模型模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成額定電壓范圍的助力模型模擬信號(hào)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器27與運(yùn)算放大器28連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的助力模型模擬信號(hào)雖然解決了助力模型問題，但助力模型信號(hào)的電壓還不能滿足電機(jī)控制器29的需要，所以還要用運(yùn)算放大器28把助力模型模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成額定電壓范圍需要的助力模型模擬信號(hào)，才能傳輸給電機(jī)控制器29，達(dá)到電機(jī)控制器29控制電機(jī)30進(jìn)行助力為目的的運(yùn)行。實(shí)施例2、高密度在殼體內(nèi)多磁塊均勻分布的傳感器
如圖2、3、4，空心環(huán)41內(nèi)的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I面直徑10. O厘米，在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I設(shè)40個(gè)永磁塊2，40個(gè)永磁塊2的直徑分別為O. 6厘米的，磁通量為146279 (B -H)max/KJ · m_3中的某一個(gè)值?；魻?與轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的每個(gè)永磁塊2保持O. 2厘米的間隔距離，使轉(zhuǎn)動(dòng)的每個(gè)永磁塊2在經(jīng)過霍爾3時(shí)，霍爾3能產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)的矩形波電信號(hào)輸出。其它轉(zhuǎn)動(dòng)盤I、永磁塊2、霍爾3的結(jié)構(gòu)同于實(shí)施例I。實(shí)施例3、有具體電路的在殼體內(nèi)多磁塊均勻分布的傳感器
如圖1、3、5，本實(shí)施例傳感器包括依次連接的傳感元件、助力模型處理器21、數(shù)模轉(zhuǎn)換 器27和運(yùn)算放大器28 ；
[1]傳感元件中的霍爾3選用UGN3075;傳感元件中其它的元件和元件的結(jié)構(gòu)同于實(shí)施例I ;
[2]助力模型處理器21選用單片機(jī)31完成全部功能，單片機(jī)31選用AT89S52。即AT89S52單片機(jī)31完成模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24、助力模型存儲(chǔ)器25和助力模型計(jì)算器26的全部功能。[ 3 ]數(shù)模轉(zhuǎn)換器27選用ADC-C8E。[4]運(yùn)算放大器28選用0F-17F，OF-17F運(yùn)算放大器28的輸入端2腳與輸出端6腳之間連接有5k的熱敏電阻R6 ;而且熱敏電阻R6兩端還并聯(lián)有8P電容C6。數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的4腳與運(yùn)算放大器28的2腳之間用I. 25k的R5接地。使其可用熱敏電阻R6調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器286腳輸出的模擬信號(hào)電壓范圍穩(wěn)定在O. 8—4. 2V之間。各電子部件連接關(guān)系如下
霍爾3的信號(hào)輸出端3腳連接單片機(jī)31的12腳INTO [P32]；
單片機(jī)31的39腳POO連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的12腳B8 ；
單片機(jī)31的38腳POl連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的11腳B7 ；
單片機(jī)31的37腳P02連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的10腳B6 ；
單片機(jī)31的36腳P03連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的9腳B5 ;
單片機(jī)31的35腳P04連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的8腳B4 ;
單片機(jī)31的34腳P05連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的7腳B3 ;
單片機(jī)31的33腳P06連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的6腳B2 ;
單片機(jī)31的32腳P07連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的5腳BI ;
數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的4腳連接運(yùn)算放大器28的2腳；
數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的2腳連接運(yùn)算放大器28的3腳；
運(yùn)算放大器28的6腳為模擬信號(hào)輸出端。[5]傳感器的機(jī)械部件與傳感部件結(jié)構(gòu)關(guān)系傳感器的機(jī)械部件包括環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I和相嵌合的環(huán)形凹槽固定盤40，傳感器的傳感部件包括多個(gè)永磁塊2、霍爾3、單片機(jī)31、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28 ;傳感部件中依次相連的霍爾3、單片機(jī)31、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28四個(gè)電子元件設(shè)在一塊電路板59上；在空心環(huán)41的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I內(nèi)壁固定多個(gè)永磁塊2，在空心環(huán)41的環(huán)形凹槽固定盤40內(nèi)壁固定電路板59，電路板59上的霍爾3設(shè)在能感受永磁塊2的磁通量，并且霍爾3能根據(jù)磁通量變化輸出變化電信號(hào)的位置。傳感部件是傳感器的傳感功能部件；機(jī)械部件是有兩個(gè)功能，第一是固定傳感部件中的各個(gè)元件的相對(duì)位置，使各個(gè)元件能組成一個(gè)傳感功能性整體，第二是把這一個(gè)傳感功能性整體固定在電動(dòng)自行車上，并使這個(gè)傳感功能性整體能傳感電動(dòng)自行車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。把依次相連的霍爾3、單片機(jī)31、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28四個(gè)電子元件設(shè)在一塊電路板59上，有利這四個(gè)電子元件集成化、模塊化、小型化，方便把這四個(gè)電子元件整體 統(tǒng)一固定在空心環(huán)41的環(huán)形凹槽固定盤40內(nèi)壁,使生產(chǎn)制造傳感器的工藝簡(jiǎn)化。
權(quán)利要求
1.在殼體內(nèi)多磁塊均勻分布的傳感器，包括依次連接的傳感元件、助力模型處理器(21)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)和運(yùn)算放大器(28);其特征在于 [1]傳感元件是把環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榫匦尾ㄐ盘?hào)輸出的元件； 傳感元件包括ー塊環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)、環(huán)形凹槽固定盤(40)、一個(gè)霍爾(3)和多枚永磁塊(2)，多枚永磁塊(2)的大小相同、形狀相同、磁通量相同，環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)和環(huán)形凹槽固定盤(40)兩者的凹面相對(duì)，環(huán)形凹槽固定盤(40)嵌合在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)的環(huán)形凹槽之中，成兩個(gè)盤能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的嵌合內(nèi)空外売，兩個(gè)盤的凹面夾成ー個(gè)空心環(huán)(41);在空心環(huán)(41)位置的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)上固定設(shè)置有多枚永磁塊(2)，該多枚永磁塊(2)均勻地呈圓形軌跡分布，即每枚永磁塊(2)到圓形軌跡線(5)所在圓中心的距離相同、相鄰兩枚永磁塊(2)之間的距離相同；每枚永磁塊(2)磁極性的N極和S極分別在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)的兩面，相鄰兩枚永磁塊(2)的磁極性相反，ー塊環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)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......； 在空心環(huán)(41)的環(huán)形凹槽固定盤(40)上固定設(shè)置有一個(gè)霍爾(3)，霍爾(3)設(shè)在接近永磁塊(2)并能感受每個(gè)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(duì)相反磁極性產(chǎn)生矩形波輸出信號(hào)的霍爾； [2]助力模型處理器(21)是把轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)字信號(hào)變?yōu)橹δＰ蛿?shù)字信號(hào)的信號(hào)形式轉(zhuǎn)換器； 助力模型處理器(21)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器(24)、助力模型存儲(chǔ)器(25)和助力模型計(jì)算器(26); 模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器(24)與傳感元件的霍爾(3)連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器(24)把霍爾(3)輸入的矩形波信號(hào)計(jì)算出各矩形波之間的變化速度表示轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)的轉(zhuǎn)速； 模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器(24)與助力模型計(jì)算器(26)連接，助力模型存儲(chǔ)器(25)也與助力模型計(jì)算器(26)連接；助力模型計(jì)算器(26)用模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器(24)的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)轉(zhuǎn)速選擇助力模型存儲(chǔ)器(25)中的某ー種助力模型函數(shù)，并將轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)轉(zhuǎn)速條件代入助力模型函數(shù)，計(jì)算出適合的助力模型數(shù)字信號(hào)，即助力模型計(jì)算器(26)輸出助力模型數(shù)字信號(hào)； [3]數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)是把助力模型數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成助力模型的模擬信號(hào)； 助力模型計(jì)算器(26)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)把助力模型計(jì)算器(26)的助力模型數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成助力模型模擬信號(hào)； [4]運(yùn)算放大器(28)是把數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)的助力模型模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成額定電壓范圍的助力模型模擬信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在殼體內(nèi)多磁塊均勻分布的傳感器，其特征在于還包括熱敏電阻R6，熱敏電阻R6連接在運(yùn)算放大器(28)的輸入端和輸出端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在殼體內(nèi)多磁塊均勻分布的傳感器,其特征在于助力模型處理器(21)是單片機(jī)(31)，單片機(jī)(31)上連接有時(shí)鐘電路(32)； 傳感器的機(jī)械部件與傳感部件結(jié)構(gòu)關(guān)系傳感器的機(jī)械部件包括環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)和相嵌合的環(huán)形凹槽固定盤(40)，傳感器的傳感部件包括多個(gè)永磁塊(2)、霍爾(3)、單片機(jī)(31)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)和運(yùn)算放大器(28);傳感部件中依次相連的霍爾(3)、單片機(jī)(31)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)和運(yùn)算放大器(28)四個(gè)電子元件設(shè)在ー塊電路板(59)上；在空心環(huán)(41)的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)內(nèi)壁固定多個(gè)永磁塊(2)，在空心環(huán)(41)的環(huán)形凹槽固定盤(40)內(nèi)壁固定電路板(59)，電路板(59)上的霍爾(3)設(shè)在能感受永磁塊(2)的磁通量，并且霍爾(3)能根據(jù)磁通量變化輸出變化電信號(hào)的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在殼體內(nèi)多磁塊均勻分布的傳感器，其特征在于霍爾(3)是UGN3075，助力模型處理器(21)是AT89S52單片機(jī)(31 )，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)是ADC-C8E ;運(yùn)算放大器(28)是OF-17F，OF-17F運(yùn)算放大器(28)的輸入端2腳與輸出端6腳之間連接有熱敏電阻R6 ;各部件連接關(guān)系如下 霍爾(3)的信號(hào)輸出端3腳連接單片機(jī)(31)的12腳INTO [P32]； 單片機(jī)(31)的39腳POO連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)的12腳B8 ； 單片機(jī)(31)的38腳POl連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)的11腳B7 ; 單片機(jī)(31)的37腳P02連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)的10腳B6 ； 單片機(jī)(31)的36腳P03連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)的9腳B5 ； 單片機(jī)(31)的35腳P04連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)的8腳B4 ； 單片機(jī)(31)的34腳P05連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)的7腳B3 ； 單片機(jī)(31)的33腳P06連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)的6腳B2 ； 單片機(jī)(31)的32腳P07連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)的5腳BI ； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27 )的4腳連接運(yùn)算放大器(28 )的2腳； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)的2腳連接運(yùn)算放大器(28)的3腳； 運(yùn)算放大器(28)的6腳為模擬信號(hào)輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任何一項(xiàng)所述的在殼體內(nèi)多磁塊均勻分布的傳感器,其特征在于環(huán)形凹槽固定盤(40)內(nèi)圈的外表面與環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)內(nèi)圈的內(nèi)表面之間設(shè)有軸承(42)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在殼體內(nèi)多磁塊均勻分布的傳感器,其特征在于霍爾(3)設(shè)在正對(duì)多枚永磁塊(2)的圓形軌跡線(5)的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在殼體內(nèi)多磁塊均勻分布的傳感器，其特征在于環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)在多枚永磁塊(2)的圓形軌跡線(5)所在圓范圍內(nèi)設(shè)有中心孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在殼體內(nèi)多磁塊均勻分布的傳感器，其特征在于環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)是不導(dǎo)磁材料的塑料板、鋁材板、銅材板的某ー種。
全文摘要
本發(fā)明在殼體內(nèi)多磁塊均勻分布的傳感器屬于磁感應(yīng)提供信號(hào)的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件上，進(jìn)行多點(diǎn)位磁感應(yīng)提供控制信號(hào)的技術(shù)。包括依次連接的傳感元件、助力模型處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器，傳感元件包括轉(zhuǎn)動(dòng)盤和固定盤嵌的內(nèi)空中設(shè)有永磁塊和霍爾，轉(zhuǎn)動(dòng)盤上固定設(shè)置有圓環(huán)形分布的多個(gè)永磁塊，相鄰永磁塊的磁極性相反，即分布方式是N極、S極、N極…；固定盤上的霍爾設(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(hào)，便于可對(duì)信號(hào)進(jìn)行加入為設(shè)定助力模型的數(shù)字處理，永磁塊與霍爾的相對(duì)位置固定，信號(hào)輸出可靠。
文檔編號(hào)G01D5/244GK102826173SQ20121026351
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)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(qǐng)人:成都寬和科技有限責(zé)任公司, 黃強(qiáng), 高松, 歐陽焱雄