多磁塊不均勻分布的轉盤式傳感元件的製作方法

2023-06-11 02:55:21 1

多磁塊不均勻分布的轉盤式傳感元件的製作方法
【專利摘要】本實用新型多磁塊不均勻分布的轉盤式傳感元件屬於磁感應提供信號的【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。轉動盤上固定設置有圓環形分布的多個永磁塊，且多個永磁塊間距不同，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…；至少有一枚永磁塊為「L」形永磁塊，霍爾設在接近永磁塊的位置。優點：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，便於可對信號進行數字處理；利用多個永磁塊間距不同，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。
【專利說明】多磁塊不均勻分布的轉盤式傳感元件
[0001]【技術領域】
[0002]本實用新型屬於磁感應提供信號的【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】
[0003]野寶車料工業(崑山)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。使用時間長後，彈性件的彈性係數變化就會導致傳感信號與被控電機的控制效果發生變化，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複雜，製造成本高。
[0004]北京科技大學申請的中國專利01201843.0《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生的電信號表示蹬力、速度和轉向。
[0005]缺點(I)用彈性件不耐久:使用時間長後，彈性件的彈性係數變化就會導致傳感信號與被控電機的控制效果發生變化，助力效果變得與人的助力需要不配合，結構複雜，成本聞。
[0006]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01201843.0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，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，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。
[0007]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。
[0008]缺點輸出正弦波使磁片組邊緣距離不能小於4釐米，一般以5釐米為佳，而使可設磁片組數太少，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，由於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釐米的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，01201843.0專利的這種技術方案，用於助力自行車，磁片組數量受限止在8個以內，控制信號太少，人機配合不理想。但如果多於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。[0009]缺點(5)信號盲區達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。
[0010]總之，除用彈性件不耐久又結構複雜外，因霍爾與磁片組的配合結構特點，轉盤大小直徑為20釐米以內，限止了磁片組數量為8組，磁片組數不能隨意增加，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量，其傳感信號又失去助力控制功能。
[0011]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，每個霍爾產生兩個脈衝，則三個霍爾元件產生六個脈衝。分折可得三個特點，四個缺點如下:
[0012]特點(I)為獲得六個脈衝信號，只能是各永磁磁鋼相同磁極在一面:每個霍爾要產生兩個脈衝，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，每個霍爾就只能產生一個脈衝，三個霍爾就只有三個脈衝，這就不合乎該專利說明書記載了。為了增加脈衝數，提高控制效果，只能是各永磁磁鋼相同磁極在一面。
[0013]特點(2)永磁磁鋼用於表示踏板固定位置，三個霍爾表示踏板運動位置:由於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，某一個踏板轉在什麼位置，則對應的永磁磁鋼也轉在什麼位置；但只有轉在有霍爾的位置，才能通過霍爾發出控制信號，指揮助力自行車的電機產生需要的助力轉動。
[0014]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。
[0015]作為助力自行車傳感器的這些特點會有三個缺點:
[0016]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，使其左右腳發生助力需求，可產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。
[0017]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併為一個合併控制信號後才能輸入電機控制器。三個霍爾的傳感參數不可能一樣，特別是由於環境溫度變化、使用時間長後，三個霍爾的傳感參數可能差異很大，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，導致電機產生同一種助力輸出，也產生助力輸出與助力需求不一致的問題。
[0018]缺點(3)合併控制信號易產生信號漂移，使合併控制信號與電機控制器不匹配，助力需求模型失真:由於環境溫度變化、使用時間長後，三個霍爾的傳感參數可能差異很大，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生的合併控制信號就會產生分段性的信號漂移，合併控制信號作為一整體產生信號失真，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生助力輸出與助力需求不一致的問題。
[0019]缺點傳感位點不能隨意增加，傳感位點太少，電機運行就不平穩，使騎車的人感覺很不舒服:由於有缺點(I)和缺點(2)都最因為霍爾數量大於一個造成的，很明顯霍爾數量越量越多，缺點(I)和缺點(2)表現越嚴重。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。
[0020]缺點(5)信號盲區達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。
[0021]總之，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，其合併控制信號又易產生信號漂移，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；霍爾數量越量越多，助力需求模型失真越嚴重，限止了爾了數量，霍爾少數量了又產生電機運行就不平穩，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，和要電機運行平穩這兩個問題上總是顧此失彼，不可兼得。
[0022]國際專利申請W0/099/13558AI公開了用於電動機上控制電動機轉動的傳感器，該傳感器是在轉動盤上設置凹陷，把永磁塊卡入在轉動盤的凹陷中，永磁塊是圓柱形，一個永磁塊只能使霍爾獲得一種磁感應強度，即一個傳感器只有一種傳感模型，不能隨時按需要調節對被控制物的控制模型。

【發明內容】

[0023]本實用新型的目的是提供只用一個霍爾和轉動盤上各個永磁塊獲得速度和加速度信號、且一個傳感器可以調節成多種傳感模型的傳感元件，是一種在可感應區域內，能儘量增加永磁塊數量，最大限度利用轉動盤位移信息，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，電機運行平穩的助力自行車傳感器用傳感元件。
[0024]本實用新型的構思是:要一個傳感器可以調節成多種傳感模型，只要把永磁塊做成「L」形，轉動「L」形的插接柄，「L」形的偏心磁塊就對霍爾產生不同的磁感應強度，使霍爾輸出不同的傳感信號，獲得不同的控制模型。在一個霍爾可感受範圍內，一個轉動盤上用多個永磁塊進行不同的變化方式設置，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，目的使霍爾可獲得有特定位置更精確、控制功能更強、數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，使霍爾產生的信號為矩形波，控制功能更強、數量更多；多個永磁塊位置變化使霍爾產生的信號能表達永磁塊的位置更精確，從而可以表達特定位置的運動狀態。對於助力自行車，表達腳踏板的特定位置是在什麼運動狀態非常重要，因為腳踏板的運動狀態直接表示了人對車的助力需求狀態。
[0025]本實用新型的結構是:
[0026]多磁塊不均勻分布的轉盤式傳感元件，包括一塊轉動盤I和多個永磁塊2，其特徵在於: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；
[0027]半徑錯位分布方式是:該多個永磁塊2分布在一個圓環形6範圍內，在圓環形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；
[0028]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；
[0029]在轉動盤I的某一面，相鄰永磁塊2的磁極性相反，即轉動盤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......；
[0030]至少有一枚永磁塊2為「L」形永磁塊2-1，「L」形永磁塊2-1為插接柄2_2和偏心磁塊2-3組成的「L」形狀，插接柄2-2插入在轉動盤I的孔中，偏心磁塊2-3設在有霍爾3那一面的轉動盤I上；
[0031]還包括一個霍爾3，霍爾3位於轉動盤I的某一面或兩面都有霍爾3，霍爾3設在接近永磁塊2的位置，霍爾3與永磁塊2之間有間距；霍爾3是對相反磁極性產生矩形波輸出信號的霍爾。
[0032]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，轉動盤I要轉動，轉動的中心就是多個永磁塊2成圓環形分布所在圓的中心。
[0033]多個永磁塊2在圓環形6範圍內，成圓環形分布的目的在於可以只用一個霍爾3感受轉動盤上全部永磁塊2的運動狀態，即感受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的運動狀態用一個連續的電信號來表達，又因為全部永磁塊2是分別固定在轉動盤即轉動盤I上的，則霍爾3產生的連續電信號就能表達轉動盤的運動狀態。如果把這個連續電信號用於控制其它物體，這個連續電信號就是控制信號。如果用於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、加速度要素轉換成需要助力多少的助力信號，換算的函數就是助力需求模型，或稱助力模型。
[0034]多個永磁塊2成錯位分布的意義是:使霍爾3產生的電信號中不是完全一樣的脈衝信號，而是脈衝寬度不同的脈衝信號，用有區別的脈衝信號來區別永磁塊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。達到可精確表達轉動盤某個位置，或每個有永磁塊2的運動狀態。如用於助力自行車，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。[0035]永磁塊2半徑錯位分布方式是:有的永磁塊2離轉動盤的轉動中心近，有的永磁塊2離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、能產生電信號的範圍內。能產生電信號的範圍就是內圓形軌跡線5-1與外圓形軌跡線5-2之間的範圍。為保證霍爾3能產生電信號，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電信號的每個脈衝都可以表在永磁塊2,使每個脈衝都可以表一個轉動盤位置。
[0036]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電信號的每個脈衝都可以表示在永磁塊2，使每個脈衝都可以表示一個轉動盤位置。
[0037]霍爾3設在接近永磁塊2並能感受永磁塊2磁通量的位置，目的在於用霍爾3感受永磁塊2的運動狀態，從而感受轉動盤I的運動狀態，即運動位置、速度、加速度。
[0038]相鄰永磁塊2的磁極性相反是很重要的技術特徵，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轉動盤，轉動一周要獲得儘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，產生儘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生矩形波，而相鄰永磁塊2的磁極性相同的結構產生正弦波，特別是用於助力自行車時，作為傳感部件的轉動盤一般限止在直徑為10-15釐米，在這種限範圍要獲得有控制功能的信號，轉動一周，產生矩形波比產生正弦波可提供的脈衝個數多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。
[0039]用「L」形永磁塊2-1的目的是:可以很方便改變「L」形永磁塊2-1的偏心磁塊2_3位置，從而改變「L」形永磁塊2-1附近不同位置的磁通量，用不同位置的磁通量的改變，使霍爾3產生不同的輸出波形， 而獲得不同的控制模型。即在傳感元件各部件不改變的條件，能通過改變「L」形永磁塊2-1的偏心磁塊2-3在轉動盤I上的相對位置，而改變霍爾3產生不同的輸出波形，而獲得不同的控制模型。如果多用幾個「L」形永磁塊2-1，幾個「L」形永磁塊2-1的偏心磁塊2-3的不同排列組合，可以獲大量不同的霍爾3輸出波形，從而獲得大量不同的控制模型。實現一個傳感元件在不同時間，可輸出大量不同輸出波形的目的。
[0040]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，又為了儘量減小永磁塊2的體積，使其在轉動盤I上儘量多的設置永磁塊2，使儘量減小的永磁塊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。
[0041]插接柄2-2的橫截面為等邊三角形、等邊四邊形、等邊五邊形或等邊六邊形的某一種，轉動盤I上用於插接該插接柄2-2的孔的橫截面，其大小和形狀相同於該插接柄2-2的橫截面，即插接柄2-2橫截面的等長多邊形狀與轉動盤I上用於插接該插接柄2-2的孔的橫截面形狀相配合。插接柄2-2的橫截面和轉動盤I上孔的橫截面用形狀相配合的等邊幾何圖形，目的是插接柄2-2可以抽出後改變角度再插入同一個轉動盤I的孔中，使這個轉動盤I的孔位置附近對霍爾3能感受的磁通量發生變化，霍爾3能輸出不同的波形信號。
[0042]轉動盤I在多個永磁塊2的內圓形軌跡線5-1所在圓範圍內設有中心孔。如果轉動盤I要穿套在一個轉動軸上使用，轉動盤I上就要設一個穿套轉動軸的孔；為保證轉動盤I在隨轉動軸轉動時，霍爾3能感受轉動盤I上每個永磁塊2的運動信號，則轉動盤I上的穿套孔應設在多個永磁塊2的內圓形軌跡線5-1所在圓範圍的中心，由於內圓形軌跡線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所在圓範圍的中心，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感受轉動盤I轉動盤上全部永磁塊2的運動信號。
[0043]至少有一個永磁塊間距7的長度不等於其它任何一個永磁塊間距7。不等於其它長度，即特殊長度的永磁塊間距7可用於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的長度不等於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分別對應於兩個腳踏板，用於表示自行車兩個腳踏板的位置。因為自行車腳踏板的圓周運動，判定腳踏板位置對於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。
[0044]轉動盤I是不導磁材料的塑料板、鋁材板、銅材板的某一種。由於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。最好用不導磁材料的塑料板、鋁材板、銅材板，或其它不易變形的轉動盤。
[0045]本實用新型的優點:結構簡單、成本低、永磁塊環上的永磁塊數量不受限止、輸出標準的脈衝信號、沒有信號盲區、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、輸出信號不會失真不漂移、用永磁塊位置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，用於助力自行車，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方便改變輸出波形:在傳感元件各部件不改變的條件下，能通過改變「L」形永磁塊的偏心磁塊在轉動盤I上的轉動角度，而使霍爾3產生不同的輸出波形，而獲得不同的控制模型。即信號模型發生變化，就可以選擇不同的信號模型控制被控制物體，實現個性化控制。如用於助力自行車，可根據不同人的力氣，或用力的習慣、騎在平原或山地而選擇適合的信號模型，即具有隨時按個性化進行調節助力的功能。
[0047]2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01201843.0提供的速度可推算力矩的原理，可用多種數學模型推算助力自行車的力矩參數，用於控制助力自行車的電機，實現助力。不用彈性件、結構簡單、成本低於用彈性件和機械受力的傳感器。避免了長時間使用後，各機械部件變形、無機械故障、配合不佳的問題。
[0048]3磁極性相反，輸出矩形波信號，具有精確控制功能:由於相鄰永磁塊的磁極性相反，並且霍爾選用對相反磁極性產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。如用於助力自行車，用矩形波的輸出信號來控制助力自行車的電機優於用正弦波，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正確的助力需求。
[0049]4相鄰永磁塊的磁極性相反，永磁塊數量不受限止，可儘量增加傳感點位:由於磁極性相反，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、可區分的矩形波信號，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。如用於助力自行車，由於與踏板聯動的轉動盤直徑大小受限止，就可在規定大小的轉動盤上，儘量增加永磁塊數量、儘量增加傳感點位、用儘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。
[0050]相鄰永磁塊的磁極性相反，可設置永磁塊多、傳感點位多，對轉動盤的運動狀態表示精確:對用於助力自行車，固定永磁塊的轉動盤大小受到嚴格限止，一般轉動盤直徑只能在10-15釐米以內，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00.6-0.8釐米，則直徑10-15釐米的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個信號用於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有技術，相鄰永磁塊按5釐米間距，則在直徑10-15釐米轉動盤上，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]。可見，本專利技術比現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，轉動盤轉一周，本專利技術比現有技術增加了 7-9倍的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實際的體驗，當轉動盤上大致均勻的設置15個永磁塊時，基本消除了現有技術只設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。
[0051]6沒有信號盲區，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釐米的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。用於助力自行車，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，能實現任何位置、任何時間有助力就能獲得相應助力的優良技術效果，使車與人的配合良好，騎車人感到省力又舒適。
[0052]7隻用一個霍爾，一個控制信號表示轉動盤的全部運動狀態，控制信號與轉動盤的運動狀態完全一致，控制信號與人的需求完全一致:多個永磁塊是固定在轉動盤上的，永磁塊與轉動盤同步轉動，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轉動盤的運動狀態完全一致，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。即使霍爾傳感參數發生變化，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範圍較寬，變化了的霍爾控制信號的控制效果成系統性改變。如用於助力自行車，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係，騎車人很容易掌握這種助力性能的系統性改變。
[0053]8永磁塊之間有錯位，錯位永磁塊可表示特定位點的運動狀態: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，則特有波間距的控制信號就可以直接表示轉動盤的某一固定永磁塊位點的運動狀態；如每個永磁塊都有自己的特定錯位位點，可達到有多少個永磁塊，就可獲得多少個特定位點的運動狀態信號。如用於助力自行車，轉動盤直徑在10-15釐米以內，轉動盤轉一周，霍爾可獲得35-73個不同位點運動狀態的控制信號，自然知道35-73個位點的助力需求。很明顯，轉動盤轉一周，現有技術最多只能有5-8個助力需求，遠遠不如本專利最多可用35-73個助力需求信號更能真實地、多信息量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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0054]圖1是轉動盤上不均勻分布多個N-S交替永磁塊，並有「L」形永磁塊的傳感元件結構示意圖；
[0055]圖2是轉動盤上高密度不均勻分布多個N-S交替永磁塊，並有「L」形永磁塊的傳感元件結構示意圖；
[0056]圖3是圖1的「L」形永磁塊的偏心磁塊被調節了角度的傳感元件結構示意圖；
[0057]圖4是本實用新型的剖面結構示意圖；
[0058]圖5是「L」形永磁塊的結構示意圖。
[0059]圖中I是轉動盤、2是永磁塊、2_1是「L」形永磁塊、2_2是插接柄、2_3是偏心磁塊、3是霍爾、5_1是內圓形軌跡線、5_2是外圓形軌跡線、6是圓環形、7是永磁塊間距。
【具體實施方式】
[0060]實施例1、多磁塊不均勻分布的轉盤式傳感元件
[0061]如圖1、3、4、5，一塊直徑10.0釐米的高強度塑料轉動盤I的一個面設置直徑0.8釐米的20個永磁塊2，磁通量為146279 (B ? H)max/KJ ? m_3中的某一個值。轉動盤1、永磁塊2、霍爾3的結構如下:
[0062]每個永磁塊2固定在直徑8.5釐米內圓形軌跡線5-1,9.5釐米外圓形軌跡線5_2之間的圓環形6範圍內，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。
[0063]半徑錯位分布方式是:該多個永磁塊2分布在一個圓環形6範圍內，在圓環形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；
[0064]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。
[0065]有兩個永磁塊間距7的長度不等於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用於在助力自行車上表示兩個腳踏板的運動位置。
[0066]在轉動盤I的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的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極……。
[0067]有一枚永磁塊2為「L」形永磁塊2-1，「L」形永磁塊2_1為插接柄2_2和偏心磁塊
2-3組成的「L」形狀，插接柄2-2插入在轉動盤I的孔中，偏心磁塊2-3設在有霍爾3那一面的轉動盤I上；
[0068]插接柄2-2的橫截面為等邊六邊形，轉動盤I上用於插接該插接柄2-2的孔的橫截面，其大小和形狀相同於該插接柄2-2的橫截面等邊六邊形，即插接柄2-2橫截面的等長多邊形狀與轉動盤I上用於插接該插接柄2-2的孔的橫截面形狀相配合。
[0069]用一個霍爾3設在轉動盤I有永磁塊2的那一面，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之間的圓環形6範圍內，霍爾3與轉動狀態的每個永磁塊2保持0.3釐米的間隔距離，使轉動的每個永磁塊2在經過霍爾3時，霍爾3能產生一個對應的矩形波電信號輸出。
[0070]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，中心孔用於套在助力自行車的踏板中軸或轉輪轉軸上用。
[0071]實施例2、高密度磁塊不均勻分布的轉盤式傳感元件
[0072]如圖2、3、4、5，一塊直徑10.0釐米的高強度鋁材轉動盤I的一個面設置直徑0.6釐米的40個永磁塊2。永磁塊2的磁通量為146279 (B ? H) max/KJ ? m—3中的某一個值，霍爾3與轉動狀態的每個永磁塊2保持0.2釐米的間隔距離，使轉動的每個永磁塊2在經過霍爾3時，霍爾3能產 生一個對應的矩形波電信號輸出。其它轉動盤1、永磁塊2、霍爾3的結構同於實施例1。
【權利要求】
1.多磁塊不均勻分布的轉盤式傳感元件，包括一塊轉動盤(I)和多個永磁塊(2)，其特徵在於: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)分布在一個圓環形(6)範圍內，在圓環形(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； 在轉動盤(I)的某一面，相鄰永磁塊(2)的磁極性相反，即轉動盤(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......； 至少有一枚永磁塊(2)為「L」形永磁塊(2-1)，「L」形永磁塊(2-1)為插接柄(2-2)和偏心磁塊(2-3)組成的「L」形狀，插接柄(2-2)插入在轉動盤(I)的孔中，偏心磁塊(2-3)設在有霍爾(3)那一面的轉動盤(I)上； 還包括一個霍爾(3)，霍爾(3)位於轉動盤(I)的某一面或兩面都有霍爾(3)，霍爾(3)設在接近永磁塊(2)的位置，霍爾(3)與永磁塊(2)之間有間距；霍爾(3)是對相反磁極性產生矩形波輸出信號的霍爾。
2.根據權利要求1所述的多磁塊不均勻分布的轉盤式傳感元件，其特徵在於:插接柄(2-2)的橫截面為等邊三角形、等邊四邊形、等邊五邊形或等邊六邊形的某一種，轉動盤(I)上用於插接該插接柄(2-2)的孔的橫截面，其大小和形狀相同於該插接柄(2-2)的橫截面，即插接柄(2-2)橫截面的等長多邊形狀與轉動盤(I)上用於插接該插接柄(2-2)的孔的橫截面形狀相配合。
3.根據權利要求2所述的多磁塊不均勻分布的轉盤式傳感元件，其特徵在於:霍爾(3)設在內圓形軌跡線(5-1)與外圓形軌跡線(5-2)之間。
4.根據權利要求3所述的多磁塊不均勻分布的轉盤式傳感元件，其特徵在於:轉動盤(I)在多個永磁塊(2 )的內圓形軌跡線(5-1)所在圓範圍內設有中心孔。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的多磁塊不均勻分布的轉盤式傳感元件，其特徵在於:至少有一個永磁塊間距(7)的長度不等於其它任何一個永磁塊間距(7)。
6.根據權利要求5所述的多磁塊不均勻分布的轉盤式傳感元件，其特徵在於:轉動盤(I)是不導磁材料的塑料板、鋁材板、銅材板的某一種。
【文檔編號】G01P3/481GK203581297SQ201320437965
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年7月23日 優先權日:2012年7月28日
【發明者】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