專利名稱：殼體內多磁塊位置和磁通量不均勻分布的傳感元件的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于磁感應提供信號的技術領域，特別是涉及在一個轉動部件上，進行多點位磁感應提供控制信號的技術。
背景技術：
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)變化就會導致傳感信號與被控電機的控制效果發(fā)生變化，助力效果變得與人的助力需要不配合。而且用彈性件的設計結構復雜，制造成本高。北京科技大學申請的中國專利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、速度和轉向，該裝置在相對運動的 內、外輪盤上分別設磁片，內輪盤上有彈簧，內、外輪盤之間用彈簧復位，用支架上的兩個霍爾測內、外輪盤上相對運動的磁片產(chǎn)生的電信號表示蹬力、速度和轉向。缺點(I)用彈性件不耐久使用時間長后，彈性件的彈性系數(shù)變化就會導致傳感信號與被控電機的控制效果發(fā)生變化，助力效果變得與人的助力需要不配合，結構復雜，成本聞。缺點(2)各磁片組相同且磁極設置方式都相同，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)的磁極設置方式都相同，即僅是在內輪的不同位置簡單從復設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動狀態(tài)，而人騎自行車時，踏板和與踏板相對應的各位置在運動狀態(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構，不能表達出踏板上各個不同位置特殊的助力需求。缺點(3)各位點信號無差異使人機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，即人機配合不理想。缺點(4)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，而使可設磁片組數(shù)太少，人機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動，在直徑為20厘米的環(huán)形凹槽轉動盤圓形軌跡上最多設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專利的這種技術方案，用于助力自行車，磁片組數(shù)量受限止在8個以內，控制信號太少，人機配合不理想。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，使其特別需要助力時，失去助力功能。[0008]缺點(5)信號盲區(qū)達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力矩最小，從離開頂點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，其結果是最需要助力的時候，但助力自行車的電機確不能助力?？傊?，除用彈性件不耐久又結構復雜外，因霍爾與磁片組的配合結構特點，轉盤大小直徑為20厘米以內，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，四個缺點如下 特點(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(2)永磁磁鋼用于表示踏板固定位置，三個霍爾表示踏板運動位置由于踏板與動盤是同步轉動，所以在與兩個踏板對應的動盤上兩個位置分別固定一個永磁磁鋼，某一個踏板轉在什么位置，則對應的永磁磁鋼也轉在什么位置；但只有轉在有霍爾的位置，才能通過霍爾發(fā)出控制信號，指揮助力自行車的電機產(chǎn)生需要的助力轉動。特點(3)因為一個霍爾不能表示轉一周中不同時段踏板運動的位置，則就不能只用一個霍爾踏板在轉一周中的不同時段，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在180度角以內的三個位置，兩個永磁磁鋼分別設在兩個踏板位置，踏板轉在有霍爾的位置，該霍爾就輸出信號表示踏板到達了該霍元的位置。但用多個霍爾又存在下面的缺點。作為助力自行車傳感器的這些特點會有三個缺點缺點(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動位置兩個永磁磁鋼沒有差異性，優(yōu)點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)生相同的電機助力效果；但缺點是永磁磁鋼本身就不能表示踏板的轉動位置，而只能用多個霍爾設在不同的轉角位置來表示踏板的轉動位置，所以不能只用一個霍爾，而必需用多個霍爾。缺點(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，其控制電機的傳感信號只能用一個傳感信號輸入電機控制器才能達到控制電機的目的；而該專利用三個霍爾控制電機，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，導致電機產(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，導致電機產(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(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，造成電機控制器選用三個控制信號的任何一個作為基準都會產(chǎn)生助力輸出與助力需求不一致的問題。缺點(4)傳感位點不能隨意增加，傳感位點太少，電機運行就不平穩(wěn)，使騎車的人感覺很不舒服由于有缺點(I)和缺點(2)都最因為霍爾數(shù)量大于一個造成的，很明顯霍爾數(shù)量越量越多，缺點(I)和缺點(2 )表現(xiàn)越嚴重。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(5)信號盲區(qū)達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力矩最小，從離開頂點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，其結果是最需要助力的時候，但助力自行車的電機確不能助力?？傊?，該專利是用多個霍爾控制助力模式的技術方案，因為只能用多個霍爾來表示踏板的轉動位置，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重，限止了霍爾了數(shù)量，霍爾少數(shù)量了又產(chǎn)生電機運行就不平穩(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，和要電機運行平穩(wěn)這兩個問題上總是顧此失彼，不可兼得。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供只用一個霍爾和環(huán)形凹槽轉動盤上各個永磁塊獲得速度和加速度信號的傳感元件，是一種在可感應區(qū)域內，能盡量增加永磁塊數(shù)量，最大限度利用環(huán)形凹槽轉動盤位移信息，輸出信息多又精確定位，霍爾和多個永磁塊用一個組合件固定相對位置的傳感元件。使用在助力自行車上，不用彈性件和其它機械測定力矩，也能夠使助力需求與提供的助力匹配良好，電機運行平穩(wěn)的助力自行車傳感器用傳感元件。本實用新型的構思是在一個霍爾可感受范圍內，一個環(huán)形凹槽轉動盤上用相同的多個永磁塊向霍爾的那一面進行南、北磁極性交替變化，使其一個霍爾可感受全部永磁塊的運動信號。多個永磁塊的變化方式主要是磁極性變化、位置變化、磁通量變化三種變化方式，目的使霍爾可獲得有特定位置更精確、控制功能更強、數(shù)量更多的永磁塊運動信號。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，使信號的控制功能更強、數(shù)量更多；多個永磁塊位置變化、磁通量變化使霍爾產(chǎn)生的信號能表達永磁塊的位置更精確，從而可以表達環(huán)形凹槽環(huán)形凹槽轉動盤特定位置的運動狀態(tài)。對于助力自行車，表達腳踏板的特定位置是在什么運動狀態(tài)非常重要，因為腳踏板的運動狀態(tài)直接表示了人對車的助力需求狀態(tài)。[0023]本實用新型的結構是殼體內多磁塊位置和磁通量不均勻分布的傳感元件，包括環(huán)形凹槽轉動盤I、環(huán)形凹槽固定盤40、一個霍爾3和多枚永磁塊2，其特征在于環(huán)形凹槽轉動盤I和環(huán)形凹槽固定盤40兩者的凹面相對，環(huán)形凹槽固定盤40嵌合在環(huán)形凹槽轉動盤I的環(huán)形凹槽之中，成兩個盤能相對轉動的嵌合內空外殼，兩個盤的凹面夾成一個空心環(huán)41 ;在空心環(huán)41位置的環(huán)形凹槽轉動盤I上固定設置有多個永磁塊2，多個永磁塊2成圓環(huán)形分布，且多個永磁塊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該多個永磁塊2分布在一個圓環(huán)形6范圍內，在圓環(huán)形6的內圓形軌跡線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；在環(huán)形凹槽轉動盤I的向空心環(huán)41面，相鄰永磁塊2的磁極性相反，一塊環(huán)形凹
槽轉動盤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......;至
少有兩枚永磁塊2的磁通量不相同；在空心環(huán)41的環(huán)形凹槽固定盤40上固定設置有一個霍爾3，霍爾3設在接近永磁塊2并能感受每個永磁塊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。環(huán)形凹槽轉動盤I與環(huán)形凹槽固定盤40即嵌合，又能相對轉動，保證了在環(huán)形凹槽轉動盤I轉動狀態(tài)，霍爾3與全部永磁塊2的感應位置不變化，使霍爾3的輸出信號只與全部永磁塊2的轉動有關，而與環(huán)形凹槽轉動盤I與環(huán)形凹槽固定盤40以下的物件無關；如果環(huán)形凹槽轉動盤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)形凹槽轉動盤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進行感應，提高了霍爾3信號的可靠性、真實性。當把環(huán)形凹槽固定盤40固定在某一物件上，轉動環(huán)形凹槽轉動盤1，環(huán)形凹槽轉動盤I上的各個永磁塊2掃過環(huán)形凹槽固定盤40上的霍爾3時，每個永磁塊2都能使霍爾3產(chǎn)生電信號。由于相鄰永磁塊2的磁極性相反，即全部永磁塊2的磁極性南、北交替的面對霍爾3，則霍爾3產(chǎn)生電信號為矩形波信號，矩形波信號方便進行數(shù)字化處理信號，用于實現(xiàn)數(shù)字化控制?，F(xiàn)有技術是全部永磁塊2的用同一個磁極性面向霍爾3，霍爾3就只能產(chǎn)生正弦波信號，所以只能用于模擬控制；一但霍爾3的感應參數(shù)變化，模擬控制就可能失真。而本實用新型用矩形波信號實現(xiàn)數(shù)字化控制，不會產(chǎn)生控制失真的問題。環(huán)形凹槽轉動盤I可以是塑料板、高強度絕板、銅板、鋁板等不易變形的材料板。使用傳感元件時，環(huán)形凹槽轉動盤I要轉動，所以環(huán)形凹槽轉動盤I又稱轉動盤，轉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，成圓環(huán)形分布的目的在于可以只用一個霍爾3感受環(huán)形凹槽轉動盤上全部永磁塊2的運動狀態(tài)，即感受環(huán)形凹槽轉動盤上全部永磁塊2的運動位置和速度，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的運動狀態(tài)用一個連續(xù)的電信號來表達，又因為全部永磁塊2是分別固定在環(huán)形凹槽轉動盤即環(huán)形凹槽轉動盤I上的，則霍爾3產(chǎn)生的連續(xù)電信號就能表達環(huán)形凹槽轉動盤的運動狀態(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，還需要用單片機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、加速度要索轉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的運動狀態(tài)。達到可精確表達環(huán)形凹槽轉動盤某個位置，或每個有永磁塊2的運動狀態(tài)。如用于助力自行車，可精確表達腳踏在不同位置對助力的需求，使助力需求的表達更精確，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離環(huán)形凹槽轉動盤的轉動中心近，有的永磁塊2離環(huán)形凹槽轉動盤的轉動中心遠。但不論遠近，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。能產(chǎn)生電信號的范圍就是內圓形軌跡線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，結構上要求內圓形軌跡線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到內圓形軌跡線5-1所在圓中心的距離不相同，當然可以每個永磁塊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示在永磁塊2，使每個脈沖都可以表示一個環(huán)形凹槽轉動盤位置。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，至少有兩條永磁塊間距7的長短不相同，當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環(huán)形凹槽轉動盤位置。多個永磁塊2磁通量不相同的意義是使霍爾3產(chǎn)生的電信號中不是完全一樣的脈沖信號，而是峰谷差值不同的脈沖信號，用有區(qū)別的脈沖信號來區(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的運動狀態(tài)。達到可精確表達環(huán)形凹槽轉動盤某個位置，或每個有永磁塊2的運動狀態(tài)。如用于助力自行車，可精確表達腳踏在不同位置對助力的需求，使助力需求的表達更精確，則車與人的配合就更一致。多個永磁塊2磁通量不相同也就是多個永磁塊2的磁通量是有變化的，其變化的范圍應是位置不變的同一個霍爾3能感受的磁通量范圍，也就是說，多個永磁塊2磁通量的最高值和最低值應在霍爾3能感受的磁通量范圍內。霍爾3設在接近永磁塊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的運動狀態(tài)，從而感受環(huán)形凹槽轉動盤I的運動狀態(tài)，即運動位置、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，因為作為大小受限止的環(huán)形凹槽轉動盤，轉動一周要獲得盡量多的精確變化信號，當然應是選用矩形波。矩形波信號的峰谷值變化的時間短，可在一定的時間內，產(chǎn)生盡量多的有控制意義的信號。相鄰永磁塊2的磁極性相反的結構產(chǎn)生矩形波，而相鄰永磁塊2的磁極性相同的結構產(chǎn)生正弦波，特別是用于助力自行車時，作為傳感部件的環(huán)形凹槽轉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的磁極性相反的結構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。環(huán)形凹槽固定盤40內圈的外表面與環(huán)形凹槽轉動盤I內圈的內表面之間設有軸承42。軸承42使環(huán)形凹槽固定盤40與環(huán)形凹槽轉動盤I之間能長時間保持良好的相對轉動。霍爾3設在內圓形軌跡線5-1與外圓形軌跡線5-2之間。因為霍爾3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，使其在環(huán)形凹槽轉動盤I上盡量多的設置永磁塊2，使盡量減小的永磁塊2都能被霍爾3感應；霍爾3應設在內圓形軌跡線5-1與外圓形軌跡線5-2之間，而且最好設在接近能貫穿全部永磁塊2的圓形軌跡線的位置。環(huán)形凹槽轉動盤I在多個永磁塊2的內圓形軌跡線5-1所在圓范圍內設有中心孔。如果環(huán)形凹槽轉動盤I要穿套在一個轉動軸上使用，環(huán)形凹槽轉動盤I上就要設一個穿套轉動軸的孔；為保證環(huán)形凹槽轉動盤I在隨轉動軸轉動時，霍爾3能感受環(huán)形凹槽轉動 盤I上每個永磁塊2的運動信號，則環(huán)形凹槽轉動盤I上的穿套孔應設在多個永磁塊2的內圓形軌跡線5-1所在圓范圍的中心，由于內圓形軌跡線5-1和外圓形軌跡線5-2為同心圓，當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、三角形等形狀的轉動軸相套，但中心孔的內空一定包括內圓形軌跡線5-1所在圓的中心，才能使用一個霍爾3感受環(huán)形凹槽轉動盤I環(huán)形凹槽轉動盤上全部永磁塊2的運動信號。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，且至少有一個永磁塊2的磁通量不等于其它任何一個永磁塊2的磁通量。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分別對應于兩個腳踏板，用于表示自行車兩個腳踏板的位置。同樣，不等于其它的磁通量，即特殊磁通量也可用于表示自行車腳踏板的位置。最好是至少有兩個個永磁塊2的磁通量不等于其它任何一個永磁塊2的磁通量，這兩個特殊磁通量的永磁塊2分別對應于兩個腳踏板，用于表示自行車兩個腳踏板的位置。也就是說，一個腳踏板的位置用一個特殊長度的永磁塊間距7，還用一個特殊磁通量的永磁塊2來表示，其精確度和可靠性大大提高。因為自行車腳踏板的圓周運動，判定腳踏板位置對于獲得本次圓周運動的速度，確定下一次圓周運動的助力模型非常重要。環(huán)形凹槽轉動盤I是不導磁材料的塑料板、鋁材板、銅材板的某一種。由于本實用新型是相鄰永磁塊2的磁極性相反的結構，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。本實用新型的優(yōu)點結構簡單、成本低、永磁塊環(huán)上的永磁塊數(shù)量不受限止、輸出標準的脈沖信號、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動狀態(tài)、輸出信號不會失真不漂移、用永磁塊位置變化和磁通量變化表示所在固定位置、輸出信號中可以有每個永磁塊的運動位置，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。[0046](I)結構簡單，不用彈性件，無機械故障用霍爾感受多個永磁塊轉動輸出信號，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，實現(xiàn)助力。不用彈性件、結構簡單、成本低于用彈性件和機械受力的傳感器。避免了長時間使用后，各機械部件變形、無機械故障、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優(yōu)于用正弦波，因為矩形波能作到信號在任何時間點，表示運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動位置和速度，以便用踏板精確的位置和速度推算出該運動狀態(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)動的環(huán)形凹槽轉動盤直徑大小受限止，就可在規(guī)定大小的環(huán)形凹槽轉動盤上，盡量增加永磁塊數(shù)量、盡量增加傳感點位、用盡量多的傳感信號表示自行車踏板運動位置和速度，精確表示運動狀態(tài)。(4)相鄰永磁塊的磁極性相反，可設置永磁塊多、傳感點位多，對環(huán)形凹槽轉動盤的運動狀態(tài)表示精確對用于助力自行車，固定永磁塊的環(huán)形凹槽轉動盤大小受到嚴格限止，一般環(huán)形凹槽轉動盤直徑只能在10-15厘米以內，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厘米的環(huán)形凹槽轉動盤的周邊無間隙的可設置35-73個永磁塊[(10-1) *3. 14/0. 8=35 ；( 15-1)*3. 14/0. 6=73],即腳踏板轉一周，霍爾可獲得35-73個信號用于控制助力自行車的電機。但如果是相鄰永磁塊磁極性相同的現(xiàn)有技術，相鄰永磁塊按5厘米間距，則在直徑10-15厘米環(huán)形凹槽轉動盤上，最多只能設置5-8個永磁塊[(10-1) *3. 14/5. 8=5 ；( 15-1)*3. 14/5. 6=8]?？梢姡緦＠夹g比現(xiàn)有技術可以多設置永磁塊7-9倍[35/5=6 ;73/8=9]，多設置30-65個永磁塊[35-5=30 ;73_8=65]。所以，環(huán)形凹槽轉動盤轉一周，本專利技術比現(xiàn)有技術增加了 7-9倍的環(huán)形凹槽轉動盤轉動位點信號。對助力自行車的電機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)有技術的助力車那種一快一慢不舒服的感覺。本實用新型請人根據(jù)實際的體驗，當環(huán)形凹槽轉動盤上大致均勻的設置15個永磁塊時，基本消除了現(xiàn)有技術只設5-8個永磁塊使助力車那種一快一慢不舒服的感覺；當環(huán)形凹槽轉動盤上大致均勻的設置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厘米的環(huán)形凹槽轉動盤周邊最多可設置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，在啟動或運行時，腳踏板從離開頂點10-45度角的35度區(qū)域內，有4-7個永磁塊(在離開頂點10度角的位置就有一個信號了),則霍爾可輸出4-7個控制信號反應助力需求，能實現(xiàn)任何位置、任何時間有助力就能獲得相應助力的優(yōu)良技術效果，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，一個控制信號表示環(huán)形凹槽轉動盤的全部運動狀態(tài)，控制信號與環(huán)形凹槽轉動盤的運動狀態(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環(huán)形凹槽轉動盤上的，永磁塊與環(huán)形凹槽轉動盤同步轉動，用一個霍爾感受全部的永磁塊運動信號，則霍爾輸出的控制信號與環(huán)形凹槽轉動盤的運動狀態(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 )永磁塊之間有錯位并還有磁通量變化，永磁塊更可靠地表示特定位點的運動狀態(tài)因為永磁塊在半徑方向錯位、或圓弧線間距錯位，錯位永磁塊使霍爾輸出特有波間距的控制信號；又因為各永磁塊的磁通量還有變化，各永磁塊還使霍爾輸出特有峰谷差值波形的控制信號，使控制信號的各個矩形波有波間距和峰谷差值兩種波形變化方式，也就是 說，用波間距和峰谷差值兩種參數(shù)來表示永磁塊的某一運動位置，控制信號表示永磁塊的運動狀態(tài)更精確。如每個永磁塊都有自己的特定錯位位點，還有特別的磁通量，可達到有多少個永磁塊，就可獲得多少個有兩種波形變化方式的運動狀態(tài)信號。如用于助力自行車，環(huán)形凹槽轉動盤直徑在10-15厘米以內，環(huán)形凹槽轉動盤轉一周，霍爾可獲得35-73個不同位點是兩種波形變化方式的運動狀態(tài)控制信號，自然知道35-73個位點的助力需求。很明顯，環(huán)形凹槽轉動盤轉一周，現(xiàn)有技術最多只能有5-8個正弦波表示的助力需求，遠遠不如本專利最多可用35-73個兩種波形變化方式的助力需求信號更能真實地、多信息量地、可靠性高地反應騎車人的助力需求。也就是說，助力自行車用本專利技術，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動位置，自己都完全可控制車速，舒適性好。而現(xiàn)有技術的助力自行車只能在最多5-8個轉動位置才能可控制車速。(8)用能相對轉動的環(huán)形凹槽轉動盤環(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位置，避免了殼體外的環(huán)境干擾，提高了霍爾信號的可靠性、真實性，還方便了安裝、調試、維修等。

圖I是轉動盤上多磁塊和各點磁通量不均勻分布，且永磁塊N-S交替的傳感元件結構示意圖，圖中永磁塊線條粗細不同表示磁通量不同；圖2是轉動盤上高密度磁塊和各點磁通量不均勻分布，且永磁塊成N-S交替的傳感元件結構示意圖，圖中永磁塊線條粗細不同表示磁通量不同；圖3是傳感元件的剖面結構示意圖。圖中I是環(huán)形凹槽轉動盤、2是永磁塊、3是霍爾、5-1是內圓形軌跡線、5-2是外圓形軌跡線、6是圓環(huán)形、7是磁塊間距、40是環(huán)形凹槽固定盤、41是空心環(huán)、42是軸承。
具體實施方式
實施例I、殼體內多磁塊位置和磁通量不均勻分布的傳感元件[0059]如圖1、3，用一個環(huán)形凹槽轉動盤I和一個環(huán)形凹槽固定盤40兩者的凹面相對，環(huán)形凹槽轉動盤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)形凹槽轉動盤I的環(huán)形凹槽之中，合成兩個盤能相對轉動的嵌合內空外殼，兩個盤的凹面夾成一個空心環(huán)41 ;在空心環(huán)41位置的環(huán)形凹槽轉動盤I上固定設置有20個永磁塊2。環(huán)形凹槽轉動盤I和環(huán)形凹槽固定盤40用高強度塑料注塑成形。空心環(huán)41內的環(huán)形凹槽轉動盤I面直徑10. O厘米，在環(huán)形凹槽轉動盤I設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范圍內不同的選擇值，并且相臨永磁塊2的磁通量不相等。環(huán)形凹槽轉動盤I、永磁塊2、霍爾3的結構如下每個永磁塊2固定在直徑8. 5厘米內圓形軌跡線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，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。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，在圓環(huán)形6的內圓形軌跡線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的位置正好在轉動盤I一條直徑的兩端。這兩個永磁塊2的磁通量不等于其它任何一個永磁塊間距7的磁通量，而且這兩個永磁塊2的磁通量也不相等，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動位置。在轉動盤I 一個面設置的全部永磁塊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。在空心環(huán)41內的環(huán)形凹槽固定盤40上固定設置有一個霍爾3,霍爾3的信號輸出線從環(huán)形凹槽固定盤40穿出，霍爾3設在接近永磁塊2的位置，即霍爾3設在每個永磁塊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，霍爾3與轉動狀態(tài)的每個永磁塊2保持O. 3厘米的間隔距離，使轉動的每個永磁塊2在經(jīng)過霍爾3時，霍爾3能產(chǎn)生一個對應的矩形波電信號輸出。轉動盤I在該全部永磁塊2的內圓形軌跡線5-1中心設有中心孔，中心孔用于套在助力自行車的踏板中軸或轉輪轉軸上用。實施例2、高密度殼體內多磁塊位置和磁通量不均勻分布的傳感元件如圖2、3，空心環(huán)41內的環(huán)形凹槽轉動盤I面直徑10. O厘米，在環(huán)形凹槽轉動盤I設40個永磁塊2，40個永磁塊2的直徑分別為O. 6厘米的，磁通量為146279 (B -H)max/KJ ·πΓ3范圍內不同的選擇值，并且相臨永磁塊2的磁通量不相等?；魻?與轉動狀態(tài)的每個永磁塊2保持O. 2厘米的間隔距離，使轉動的每個永磁塊2在經(jīng)過霍爾3時，霍爾3能產(chǎn)生一個對應的矩形波電信號輸出。其它轉動盤I、永磁塊2、霍爾3的結構同于實施例I。
權利要求1.殼體內多磁塊位置和磁通量不均勻分布的傳感元件，包括環(huán)形凹槽轉動盤(I)、環(huán)形凹槽固定盤(40)、一個霍爾(3)和多枚永磁塊(2)，其特征在于環(huán)形凹槽轉動盤(I)和環(huán)形凹槽固定盤(40)兩者的凹面相對，環(huán)形凹槽固定盤(40)嵌合在環(huán)形凹槽轉動盤(I)的環(huán)形凹槽之中，成兩個盤能相對轉動的嵌合內空外殼，兩個盤的凹面夾成一個空心環(huán)(41);在空心環(huán)(41)位置的環(huán)形凹槽轉動盤(I)上固定設置有多個永磁塊(2 )，多個永磁塊(2 )成圓環(huán)形分布，且多個永磁塊(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該多個永磁塊(2)分布在一個圓環(huán)形(6)范圍內，在圓環(huán)形(6)的內圓形軌跡線(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； 在環(huán)形凹槽轉動盤(I)的向空心環(huán)(41)面，相鄰永磁塊(2)的磁極性相反，一塊環(huán)形凹槽轉動盤(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……；至少有兩枚永磁塊(2)的磁通量不相同； 在空心環(huán)(41)的環(huán)形凹槽固定盤(40 )上固定設置有一個霍爾(3 )，霍爾(3 )設在接近永磁塊(2)并能感受每個永磁塊(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)權利要求I所述的殼體內多磁塊位置和磁通量不均勻分布的傳感元件，其特征在于霍爾(3)設在內圓形軌跡線(5-1)與外圓形軌跡線(5-2)之間。
3.根據(jù)權利要求2所述的殼體內多磁塊位置和磁通量不均勻分布的傳感元件，其特征在于環(huán)形凹槽轉動盤(I)在多個永磁塊(2 )的內圓形軌跡線(5-1)所在圓范圍內設有中心孔。
4.根據(jù)權利要求I或2或3所述的殼體內多磁塊位置和磁通量不均勻分布的傳感元件，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)，且至少有一個永磁塊(2)的磁通量不等于其它任何一個永磁塊(2)的磁通量。
5.根據(jù)權利要求4所述的殼體內多磁塊位置和磁通量不均勻分布的傳感元件，其特征在于轉動盤(I)是不導磁材料的塑料板、鋁材板、銅材板的某一種。
6.根據(jù)權利要求4所述的殼體內多磁塊位置和磁通量不均勻分布的傳感元件，其特征在于環(huán)形凹槽固定盤(40)內圈的外表面與環(huán)形凹槽轉動盤(I)內圈的內表面之間設有軸承(42)ο
專利摘要本實用新型殼體內多磁塊位置和磁通量不均勻分布的傳感元件屬于多點位磁感應提供控制信號的技術。轉動盤和固定盤嵌的內空中設有永磁塊和霍爾，轉動盤上固定設置有圓環(huán)形分布的多個永磁塊，且多個永磁塊的間距和磁通量都不相同，在轉動盤的某一面，相鄰永磁塊的磁極性相反，即轉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…；固定盤上的霍爾設在接近永磁塊的位置。優(yōu)點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，便于可對信號進行數(shù)字處理；利用間距和磁通量都不相同，使矩形波信號能表示永磁塊在轉動盤上的位置，確定不同矩形波的用途，永磁塊與霍爾的相對位置固定，信號輸出可靠。
文檔編號G01L3/00GK202783630SQ20122036795
公開日2013年3月13日 申請日期2012年7月28日 優(yōu)先權日2012年7月28日
發(fā)明者黃強 申請人:成都寬和科技有限責任公司, 黃強, 高松, 歐陽焱雄