專(zhuān)利名稱(chēng)：多磁塊不均勻分布磁通量的轉(zhuǎn)盤(pán)式傳感元件的制作方法
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)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
野寶車(chē)料工業(yè)(昆山)有限公司申請(qǐng)的中國(guó)專(zhuān)利201020295192.0《勾爪式力矩傳感裝置》公開(kāi)了一種助力自行車(chē)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(shí)間長(zhǎng)后，彈性件的彈性系數(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(qǐng)的中國(guó)專(zhuān)利01201843. O《電動(dòng)助力自行車(chē)自動(dòng)檢測(cè)裝置》公開(kāi) 了一種電動(dòng)助力自行車(chē)自動(dòng)檢測(cè)裝置，無(wú)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(pán)上分別設(shè)磁片，內(nèi)輪盤(pán)上有彈簧，內(nèi)、外輪盤(pán)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(pán)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)用彈性件不耐久使用時(shí)間長(zhǎng)后，彈性件的彈性系數(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(zhuān)利的圖3、4、5、6和說(shuō)明書(shū)第2頁(yè)第2段的記載說(shuō)明，每一個(gè)磁片組(包括一個(gè)磁片4、一個(gè)磁片5、一個(gè)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(jiǎn)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(dòng)狀態(tài)，而人騎自行車(chē)時(shí)，踏板和與踏板相對(duì)應(yīng)的各位置在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，都有自己特殊的助力需求，但該專(zhuān)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(gè)不同位置特殊的助力需求。缺點(diǎn)(3)各位點(diǎn)信號(hào)無(wú)差異使人機(jī)不配合每一個(gè)磁片組都一樣，則每一個(gè)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(hào)不能表示腳踏板和其它磁片組的位置，即霍爾輸出的信號(hào)不能表示不同腳踏位置對(duì)助力的需求，造成對(duì)助力的需求和提供助力的時(shí)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(hào)，作為控制信號(hào)正弦波必需有一定峰谷差值，由于該專(zhuān)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厘米的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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(shuō)，01201843. O專(zhuān)利的這種技術(shù)方案，用于助力自行車(chē)，磁片組數(shù)量受限止在8個(gè)以?xún)?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(chē)較快時(shí)，霍爾輸出的信號(hào)圖形接近為一條水平線，該信號(hào)沒(méi)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)(5)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(chē)腳踏板在頂點(diǎn)力矩最小，從離開(kāi)頂點(diǎn)10-45度角是最需要助力的區(qū)域，但該專(zhuān)利各磁片組之間的夾角為45度，在腳踏板離開(kāi)頂點(diǎn)10-45度角區(qū)域沒(méi)有一個(gè)磁片組，也就沒(méi)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(chē)的電機(jī)確不能助力?？傊?，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(pán)大小直徑為20厘米以?xún)?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(dòng)時(shí)得不到助力，助力需求與提供助力不匹配，騎車(chē)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(guó)專(zhuān)利03264387. X《時(shí)間型電動(dòng)助力自行車(chē)傳感器》公開(kāi)了不用彈性件，只用動(dòng)、定兩個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)，動(dòng)盤(pán)上面鑲嵌兩個(gè)永磁磁鋼，定盤(pán)上面鑲嵌三個(gè)霍爾元件，自行車(chē)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(pán)的同一面，即在動(dòng)盤(pán)的某一面，兩個(gè)永磁磁鋼都是北極或都是南極。假如在動(dòng)盤(pán)的同一面，一個(gè)永磁磁鋼為北極，另一個(gè)為南極，則踏板轉(zhuǎn)一周，每個(gè)霍爾就只能產(chǎn)生一個(gè)脈沖，三個(gè)霍爾就只有三個(gè)脈沖，這就不合乎該專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)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(pán)是同步轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在與兩個(gè)踏板對(duì)應(yīng)的動(dòng)盤(pán)上兩個(gè)位置分別固定一個(gè)永磁磁鋼，某一個(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(guò)霍爾發(fā)出控制信號(hào)，指揮助力自行車(chē)的電機(jī)產(chǎn)生需要的助力轉(zhuǎn)動(dòng)。特點(diǎn)(3)因?yàn)橐粋€(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(zhuān)利用三個(gè)霍爾分別設(shè)在180度角以?xún)?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(chē)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(méi)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(lái)表示踏板的轉(zhuǎn)動(dòng)位置兩個(gè)永磁磁鋼沒(méi)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(lái)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(chē)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(zhuān)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)合并為一個(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)不可能一樣，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時(shí)，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)生同一種助力輸出，也產(chǎn)生助力輸出與助力需求不一致的問(wèn)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，助力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(wèn)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(chē)的人感覺(jué)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(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(zhuān)利提供的助力自行車(chē)只能是使騎車(chē)的人感覺(jué)舒適性很不好的助力自行車(chē)。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(chē)腳踏板在頂點(diǎn)力矩最小，從離開(kāi)頂點(diǎn)10-45度角是最需要助力的區(qū)域，但該專(zhuān)利各霍爾之間的夾角為42. 5-43. 5度，在腳踏板離開(kāi)頂點(diǎn)10-42度角區(qū)域沒(méi)有一個(gè)霍爾，也就沒(méi)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(chē)的電機(jī)確不能助力?？傊?，該專(zhuān)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(lái)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(chē)的人感覺(jué)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(wèn)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)霍爾和轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上各個(gè)永磁塊獲得速度和加速度信號(hào)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(dòng)盤(pán)位移信息，輸出信息多又精確定位的傳感元件。使用在助力自行車(chē)上，不用彈性件和其它機(jī)械測(cè)定力矩，也能夠使助力需求與提供的助力匹配良好，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)的助力自行車(chē)傳感器用傳感元件。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)轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上用多個(gè)永磁塊進(jìn)行不同的變化方式設(shè)置，使其一個(gè)霍爾可感受全部永磁塊的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。多個(gè)永磁塊的變化方式主要是磁極性變化、磁通量變化，目的使霍爾可獲得有特定位置更精確、控制功能強(qiáng)更強(qiáng)、數(shù)量更多的永磁塊運(yùn)動(dòng)信號(hào)。多個(gè)永磁塊磁極性用南極北極交替變化，使霍爾產(chǎn)生的信號(hào)為矩形波，控制功能強(qiáng)更強(qiáng)、數(shù)量更多；多個(gè)永磁塊磁通量變化使霍爾產(chǎn)生的信號(hào)能表達(dá)永磁塊的位置更精確，從而可以表達(dá)特定位置的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于助力自行車(chē)，表達(dá)腳踏板的特定位置是在什么運(yùn)動(dòng)狀態(tài)非常重要，因?yàn)槟_踏板的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)直接表示了人對(duì)車(chē)的助力需求狀態(tài)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是多磁塊不均勻分布磁通量的轉(zhuǎn)盤(pán)式傳感元件，包括一塊轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)I和多個(gè)永磁塊2，其特征在于轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)I上固定設(shè)置有多個(gè)永磁塊2，該多個(gè)永磁塊2均勻地呈圓形軌跡分布，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(pán)I的某一面，相鄰永磁塊2的磁極性相反，即轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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......；至少有兩個(gè)永磁塊2的磁通量不相
同；
還包括一個(gè)霍爾3，霍爾3位于轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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(duì)相反磁極性產(chǎn)生矩形波輸出信號(hào)的霍爾。轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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成圓環(huán)形分布的目的在于可以只用一個(gè)霍爾3感受轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上全部永磁塊2的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即感受轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上全部永磁塊2的運(yùn)動(dòng)位置和速度，以及速度的變化，或稱(chēng)加速度，這一個(gè)霍爾3就能把永磁塊2的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用一個(gè)連續(xù)的電信號(hào)來(lái)表達(dá)，又因?yàn)槿坑来艍K2是分別固定在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)即轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)I上的，則霍爾3產(chǎn)生的連續(xù)電信號(hào)就能表達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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(chē)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、加速度要素轉(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(chēng)助力模型。多個(gè)永磁塊2磁通量不相同的意義是使霍爾3產(chǎn)生的電信號(hào)中不是完全一樣的脈沖信號(hào)，而是峰谷差值不同的脈沖信號(hào)，用有區(qū)別的脈沖信號(hào)來(lái)區(qū)別不同永磁塊2的不同位置，從而可以獲得不同位置永磁塊2的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。達(dá)到可精確表達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)某個(gè)位置，或每個(gè)有永磁塊2的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如用于助力自行車(chē)，可精確表達(dá)腳踏在不同位置對(duì)助力的需求，使助力需求的表達(dá)更精確，則車(chē)與人的配合就更一致。多個(gè)永磁塊2磁通量不相同也就是多個(gè)永磁塊2的磁通量是有變化的，其變化的范圍應(yīng)是位置不變的同一個(gè)霍爾3能感受的磁通量范圍，也就是說(shuō)，多個(gè)永磁塊2磁通量的最高值和最低值應(yīng)在霍爾3能感受的磁通量范圍內(nèi)?；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(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)，作為大小受限止的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)，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。因?yàn)榫匦尾ㄐ盘?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(chē)時(shí)，作為傳感部件的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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(chē)的控制效果更的，人與車(chē)配合更好，乘騎人感覺(jué)更舒服?；魻?設(shè)在正對(duì)多個(gè)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，使其在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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)多個(gè)永磁塊2的圓形軌跡線5的位置，即能貫穿全部永磁塊2的圓形軌跡線的位置。轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)I在多個(gè)永磁塊2的圓形軌跡線5所在圓范圍內(nèi)設(shè)有中心孔。如果轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)I要穿套在ー個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上使用，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)I上就要設(shè)ー個(gè)穿套轉(zhuǎn)動(dòng)軸的孔；為保證轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)I在隨轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍爾3能感受轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)I上每個(gè)永磁塊2的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，則轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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，即中心孔。也就是說(shuō)，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感受轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)I轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上全部永磁塊2的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。至少有一個(gè)永磁塊2的磁通量不等于其它任何一個(gè)永磁塊2的磁通量。不等于其它的磁通量，即特殊磁通量可用于表示自行車(chē)腳踏板的位置。最好是至少有兩個(gè)個(gè)永磁塊2的磁通量不等于其它任何ー個(gè)永磁塊2的磁通量，這兩個(gè)特殊磁通量的永磁塊2分別對(duì)應(yīng) 于兩個(gè)腳踏板，用于表示自行車(chē)兩個(gè)腳踏板的位置。因?yàn)樽孕熊?chē)腳踏板的圓周運(yùn)動(dòng)，判定腳踏板位置對(duì)于獲得本次圓周運(yùn)動(dòng)的速度，確定下一次圓周運(yùn)動(dòng)的助力模型非常重要。轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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)。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(dòng)盤(pán)。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(méi)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(pán)的全部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、輸出信號(hào)不會(huì)失真不漂移、用永磁塊的磁通量變化表示所在固定位置、輸出信號(hào)中可以有每個(gè)永磁塊的運(yùn)動(dòng)位置，用于助力自行車(chē)，使助力輸出與助力需求能高度配合而使騎車(chē)人感覺(jué)很舒服。(I)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不用弾性件，無(wú)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(guó)專(zhuān)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(chē)的カ矩參數(shù)，用于控制助力自行車(chē)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(wú)機(jī)械故障、配合不佳的問(wèn)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，則相鄰永磁塊無(wú)論間距多少，即使相鄰永磁塊之間沒(méi)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(chē)，用矩形波的輸出信號(hào)來(lái)控制助力自行車(chē)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)位置和速度的信號(hào)含義精確，從而可精確表示助力自行車(chē)踏板的運(yùn)動(dòng)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(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(wú)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(shuō)不會(huì)輸出沒(méi)有控制功能的無(wú)變化直線形信號(hào)。如用于助力自行車(chē)，由干與踏板聯(lián)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)直徑大小受限止，就可在規(guī)定大小的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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(chē)踏板運(yùn)動(dòng)位置和速度，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)轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)表示精確對(duì)用于助力自行車(chē)，固定永磁塊的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)大小受到嚴(yán)格限止，一般轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)直徑只能在10-15厘米以?xún)?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①0. 6-0. 8厘米，則直徑10-15厘米的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)的周邊無(wú)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(chē)的電機(jī)。但如果是相鄰永磁塊磁極性相同的現(xiàn)有技木，相鄰永磁塊按5厘米間距，則在直徑10-15厘米轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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?jiàn)，本專(zhuān)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(gè)永磁塊[35-5=30 ;73_8=65]。所以，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)一周，本專(zhuān)利技術(shù)比現(xiàn)有技術(shù)增加了 7-9倍的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)位點(diǎn)信號(hào)。對(duì)助力自行車(chē)的電機(jī)控制精確度自然提高了 7-9倍，使騎車(chē)人對(duì)助力需求精確度也提高了 7-9倍，車(chē)與人的配合程度大大提高，騎車(chē)人的舒適感大大增加，不再是現(xiàn)有技術(shù)的助力車(chē)那種一快ー慢不舒服的感覺(jué)。本發(fā)明請(qǐng)人根據(jù)實(shí)際的體驗(yàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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(chē)那種一快一慢不舒服的感覺(jué)；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上大 致均勻的設(shè)置20個(gè)永磁塊時(shí)，車(chē)與人的配合己能滿足人的需要，乘騎助力車(chē)的感覺(jué)已很舒服。(5)沒(méi)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(zhuān)利在直徑10-15厘米的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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(chē)，在啟動(dòng)或運(yùn)行時(shí)，腳踏板從離開(kāi)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(kāi)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)助カ需求，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(chē)與人的配合良好，騎車(chē)人感到省力又舒適。(6)只用一個(gè)霍爾，一個(gè)控制信號(hào)表不轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)的全部運(yùn)動(dòng)狀態(tài),控制信號(hào)與轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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)永磁塊是固定在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上的，永磁塊與轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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)與轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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(wèn)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(chē)，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(lái)模型的匹配關(guān)系，騎車(chē)人很容易掌握這種助力性能的系統(tǒng)性改變。(7)各永磁塊的磁通量有變化，磁通量有變化的永磁塊可表示特定位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)因?yàn)楦饔来艍K的磁通量有變化，各永磁塊使霍爾輸出特有峰谷差值波形的控制信號(hào)，則特有峰谷差值波形的控制信號(hào)就可以直接表示轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)的某一固定永磁塊位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；如每個(gè)永磁塊都有自己的特定磁通量，可達(dá)到有多少個(gè)永磁塊，就可獲得多少個(gè)特定位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)。如用于助力自行車(chē)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)直徑在10-15厘米以?xún)?nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)一周，霍爾可獲得35-73個(gè)不同位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制信號(hào)，自然知道35-73個(gè)位點(diǎn)的助力需求。很明顯，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)一周，現(xiàn)有技術(shù)最多只能有5-8個(gè)助力需求，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如本專(zhuān)利最多可用35-73個(gè)助力需求信號(hào)更能真實(shí)地、多信息量地反應(yīng)騎車(chē)人的助力需求。也就是說(shuō)，助力自行車(chē)用本專(zhuān)利技術(shù)，車(chē)更能與人需求相配合一致，騎車(chē)人感受到腳踏板在任何轉(zhuǎn)動(dòng)位置，自己都完全可控制車(chē)速，舒適性好。而現(xiàn)有技術(shù)的助力自行車(chē)只能在最多5-8個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)位置才能可控制車(chē)速。


圖I是轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上多磁塊不均勻分布磁通量，且相臨永磁塊N-S交替的傳感元件結(jié)構(gòu)示意圖，圖中永磁塊線條粗細(xì)不同表示磁通量不同；
圖2是轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上多磁塊不均勻分布磁通量，且高密度的相臨永磁塊成N-S交替的傳感元件結(jié)構(gòu)示意圖，圖中永磁塊線條粗細(xì)不同表示磁通量不同。圖中I是轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)、2是永磁塊、3是霍爾、5是圓形軌跡線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I、多磁塊不均勻分布磁通量的轉(zhuǎn)盤(pán)式傳感元件
如圖1，用ー個(gè)高強(qiáng)度塑料注塑成形直徑10. 0厘米轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)I上固定設(shè)置有20個(gè)永磁塊2。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. 0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。永磁塊2的磁通量為146279 (B H)max/KJ m_3范圍內(nèi)不同的選擇值，并且相臨永磁塊2的磁通量不相等。有兩個(gè)永磁塊2的磁通量不等于其它任何一個(gè)永磁塊2的磁通量,而且這兩個(gè)永磁塊2的磁通量也不相等，該兩個(gè)永磁塊2的位置正好在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)I 一條直徑的兩端，這兩個(gè)永磁塊2用于在助力自行車(chē)上表示兩個(gè)腳踏板的運(yùn)動(dòng)位置。在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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(pán)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。用一個(gè)霍爾3設(shè)在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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(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0. 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(guò)霍爾3時(shí)，霍爾3能產(chǎn)生ー個(gè)對(duì)應(yīng)的矩形波電信號(hào)輸出。轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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(chē)的踏板中軸或轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)軸上用。實(shí)施例2、高密度多磁塊不均勻分布磁通量的轉(zhuǎn)盤(pán)式傳感元件
如圖2，ー塊直徑10. 0厘米的高強(qiáng)度鋁材轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)I的一個(gè)面設(shè)置直徑0. 4-0. 6厘米的40個(gè)永磁塊2。永磁塊2的磁通量為146279 (B H)max/KJ m—3范圍內(nèi)不同的選擇值，并且相臨永磁塊2的磁通量不相等，霍爾3與轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的每個(gè)永磁塊2保持0. 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(guò)霍爾3時(shí)，霍爾3能產(chǎn)生ー個(gè)對(duì)應(yīng)的矩形波電信號(hào)輸出。其它轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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.多磁塊不均勻分布磁通量的轉(zhuǎn)盤(pán)式傳感兀件，包括一塊轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)(I)和多個(gè)永磁塊(2)，其特征在于轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)(I)上固定設(shè)置有多個(gè)永磁塊(2)，該多個(gè)永磁塊(2)均勻地呈圓形軌跡分布，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(pán)(I)的某一面，相鄰永磁塊(2 )的磁極性相反，即轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)(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......;至少有兩個(gè)永磁塊(2)的磁通量不相同； 還包括一個(gè)霍爾(3),霍爾(3)位于轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)(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(duì)相反磁極性產(chǎn)生矩形波輸出信號(hào)的霍爾。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多磁塊不均勻分布磁通量的轉(zhuǎn)盤(pán)式傳感元件，其特征在于霍爾(3)設(shè)在正對(duì)多個(gè)永磁塊(2)的圓形軌跡線(5)的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多磁塊不均勻分布磁通量的轉(zhuǎn)盤(pán)式傳感元件，其特征在于轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)(I)在多個(gè)永磁塊(2 )的圓形軌跡線(5 )所在圓范圍內(nèi)設(shè)有中心孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的多磁塊不均勻分布磁通量的轉(zhuǎn)盤(pán)式傳感元件，其特征在于至少有一個(gè)永磁塊(2)的磁通量不等于其它任何一個(gè)永磁塊(2)的磁通量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多磁塊不均勻分布磁通量的轉(zhuǎn)盤(pán)式傳感元件，其特征在于轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)(I)是不導(dǎo)磁材料的塑料板、鋁材板、銅材板的某一種。
全文摘要
本發(fā)明多磁塊不均勻分布磁通量的轉(zhuǎn)盤(pán)式傳感元件屬于磁感應(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)。轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上固定設(shè)置有圓環(huán)形分布的多個(gè)永磁塊，且至少有兩個(gè)永磁塊的磁通量不相同，在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)的某一面，相鄰永磁塊的磁極性相反，即轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)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(hào)，便于可對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理；利用磁通量不相同使矩形波信號(hào)能表示永磁塊在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上的位置，確定不同矩形波的用途。
文檔編號(hào)G01D5/244GK102826181SQ20121026352
公開(kāi)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(yáng)焱雄