專利名稱：用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于助力自行車的技術(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)提供助力信號(hào)的電動(dòng)助力自行車。
背景技術(shù)：
[0002]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(shí)間長后，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。[0003]北京科技大學(xué)申請的中國專利01201843. O《電動(dòng)助力自行車自動(dòng)檢測裝置》公開 了一種電動(dòng)助力自行車自動(dòng)檢測裝置，無接觸檢測蹬力、速度和轉(zhuǎn)向，該裝置在相對運(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 爾測內(nèi)、外輪盤上相對運(yùn)動(dòng)的磁片產(chǎn)生的電信號(hào)表示蹬力、速度和轉(zhuǎn)向。[0004]缺點(diǎn)(I)用彈性件不耐久使用時(shí)間長后，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。[0005]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. O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。[0006]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)力矩最小，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)域沒有一個(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。[0007]總之，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。[0008]王乃康申請的中國專利03264387. X《時(shí)間型電動(dòng)助力自行車傳感器》公開了不 用彈性件，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[0009]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極。假如在動(dòng)盤的同一面，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。[0010]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)踏板對應(yīng)的動(dòng)盤上兩個(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)。[0011]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)。[0012]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)[0013]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。[0014]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題。[0015]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。[0016]缺點(diǎn)(4)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。[0017]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)力矩最小，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。[0018]總之，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[0019]本實(shí)用新型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)永磁塊轉(zhuǎn)動(dòng)獲 得自行車踏板的速度信號(hào)、并對信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理成為有助力模型信號(hào)傳感器的助力自 行車；是一種在霍爾可感應(yīng)區(qū)域內(nèi)，能盡量增加永磁塊數(shù)量，最大限度利用自行車踏板位移 信息，傳感器是用一個(gè)組合件固定霍爾和多個(gè)永磁塊的助力自行車；在使用助力自行車上， 騎車人的助力需求與電機(jī)提供的助力匹配良好，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)的助力自行車。[0020]本實(shí)用新型的構(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。[0021]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)永磁塊的相對位置，使其傳感 信號(hào)穩(wěn)定可靠。[0022]把霍爾輸出的矩形波信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，方使對霍爾的數(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?？梢钥朔F(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。[0023]環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤與環(huán)形凹槽固定盤內(nèi)外相套的嵌合成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤 和中軸兩者為相同的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，使凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤與腳踏板同步轉(zhuǎn)動(dòng)，則使凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的多 枚永磁塊與腳踏板同步轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾就能采集到腳踏板的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以，傳感器就能感受到 騎車的助力需求。[0024]本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)是[0025]用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車，包括電動(dòng)自行車和傳感器，電動(dòng) 自行車有中軸51，中軸51中間段套有套管52，中軸51與套管52轉(zhuǎn)動(dòng)連接；中軸51上固定 有鏈盤53，中軸51兩端分別固定有腳踏板54 ;電動(dòng)自行車上電池55連接電機(jī)控制器29， 電機(jī)控制器29連接車輪上的電機(jī)30 ;其特征在于[0026]傳感器的結(jié)構(gòu)和部件的連接關(guān)系如下[0027]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 ；[0028][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；[0029]傳感元件包括一塊環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤1、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，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，一塊環(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......；[0030]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是對相反 磁極性產(chǎn)生矩形波輸出信號(hào)的霍爾；[0031][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；[0032]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 ；[0033]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；[0034]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中的某一種助力模型函數(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)；[0035][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)；[0036]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)；[0037][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)。[0038]傳感器與電動(dòng)自行車的連接關(guān)系是傳感器的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I和環(huán)形凹槽固定 盤40套在電動(dòng)自行車的中軸51外，并且環(huán)形凹槽固定盤40與中軸51外的套管52固定連 接，傳感器的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I與電動(dòng)自行車的中軸51固定連接，環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I伴隨 中軸51同步轉(zhuǎn)動(dòng)；環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I與環(huán)形凹槽固定盤40內(nèi)外相套的嵌合成轉(zhuǎn)動(dòng)連接；環(huán) 形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I和中軸51兩者為相同的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，傳感器中運(yùn)算放大器28的信號(hào)輸出導(dǎo) 線與電動(dòng)自行車的電機(jī)控制器29的信號(hào)輸入端連接。[0039]一、對傳感器工作原理的說明以工作原理把傳感器分為信號(hào)獲取和信號(hào)處理，以 便說明傳感器的各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)關(guān)系和作用。信號(hào)獲取由傳感元件的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤1、環(huán) 形凹槽固定盤40、永磁塊2和霍爾3進(jìn)行合理設(shè)置而執(zhí)行獲取信號(hào)功能；信號(hào)處理由助力模型處理器21、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28依次連接把霍爾3輸出的信號(hào)處理成電動(dòng)自行車的電機(jī)控制器29能使用的助力模型模擬信號(hào)。[0040][一]對傳感元件的說明[0041]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)有關(guān)，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。[0042]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時(shí)，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。而本實(shí)用新型用矩形波信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，不會(huì)產(chǎn)生控制失真的問題。[0043]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。[0044]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?；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)，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)速度、加速度。[0046]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。[0047][二]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；[0048]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)。[0049][三]對數(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)。[0050]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)。[0051][四]對運(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)。[0052]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。[0053]二、對傳感器與電動(dòng)自行車連接組成助力自行車的說明[0054]為說明實(shí)物安裝，從實(shí)物方面?zhèn)鞲衅鞣譃闄C(jī)械部件和傳感部件，以說明傳感器的 各個(gè)實(shí)物與電動(dòng)自行車各有關(guān)實(shí)物的結(jié)構(gòu)關(guān)系。機(jī)械部件由環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I和環(huán)形凹槽 固定盤40相卡接相嵌成轉(zhuǎn)動(dòng)連接關(guān)系，組成有環(huán)形內(nèi)空的殼體結(jié)構(gòu)。殼體環(huán)形內(nèi)空中裝有 傳感部件，傳感部件的多個(gè)永磁塊2固定在殼體環(huán)形內(nèi)空中的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I的內(nèi)表面， 永磁塊2與環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使多個(gè)永磁塊2與自行車腳踏板54同步轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá) 到用多個(gè)永磁塊2表示騎自行車人對助力需求的機(jī)械動(dòng)作的目的。傳感部件的霍爾3、助 力模型處理器21、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28固定在殼體環(huán)形內(nèi)空中環(huán)形凹槽固定盤 40的內(nèi)表面，環(huán)形凹槽固定盤40與自行車車架的套管52固定，使環(huán)形凹槽固定盤40不隨 環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在環(huán)形凹槽固定盤40上的傳感部件霍爾3、助力模型處理器 21、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28也不隨環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I轉(zhuǎn)動(dòng)，使其霍爾3能用一個(gè)固 定位置感受全部永磁塊2的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，從而可以把騎自行車人對助力需求的機(jī)械動(dòng)作全部 變?yōu)殡娦盘?hào)，再通過傳感部件助力模型處理器21、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28，把霍爾 3的助力需求電信號(hào)變?yōu)槿藱C(jī)匹配的助力模型電信號(hào)，運(yùn)算放大器28把人機(jī)匹配的助力模 型電信號(hào)傳給電機(jī)控制器29，電機(jī)控制器29控制電機(jī)30按人機(jī)匹配的方式轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn) 助力自行車按人的需求方式運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)人機(jī)匹配的效果。[0055]本實(shí)用新型傳感器中各信號(hào)處理部件輸出的信號(hào)為[0056]霍爾3輸出矩形波信號(hào)；[0057]助力模型處理器21輸出助力模型數(shù)字信號(hào)；[0058]模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計(jì)算器24把矩形波信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，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)；[0059]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[0060][0061][0062]號(hào);[0063]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)。[0064]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。[0065]霍爾3、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)感到夏天和冬天助力效果不同的問題。[0066]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)的長度為O. 001秒。[0067]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化。[0068]本實(shí)用新型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[0069]霍爾3的信號(hào)輸出端3腳連接單片機(jī)31的12腳INTO [P32]；[0070]單片機(jī)31的39腳POO連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的12腳B8[0071]單片機(jī)31的38腳POl連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的11腳B7[0072]單片機(jī)31的37腳P02連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的10腳B6[0073]單片機(jī)31的36腳P03連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的9腳B5[0074]單片機(jī)31的35腳P04連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的8腳B4[0075]單片機(jī)31的34腳P05連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的7腳B3[0076]單片機(jī)31的33腳P06連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的6腳B2[0077]單片機(jī)31的32腳P07連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的5腳BI[0078]數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的4腳連接運(yùn)算放大器28的2腳；[0079]數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的2腳連接運(yùn)算放大器28的3腳；[0080]運(yùn)算放大器28的6腳為模擬信號(hào)輸出端。[0081]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1. 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。[0082]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之間能長時(shí)間保持良好的相對轉(zhuǎn)動(dòng)。[0083]傳感器的環(huán)形凹槽固定盤40外表面設(shè)有圓形凹陷58 ;圓形凹陷58與電動(dòng)自行車中軸51外的套管52卡接，成套管52卡套在圓形凹陷58內(nèi)固定連接的結(jié)構(gòu)。用環(huán)形凹槽固定盤40的圓形凹陷58與電動(dòng)自行車中軸51外的套管52卡接固定有裝配簡單、方便清洗、外 形美觀的效果。[0084]霍爾3設(shè)在正對多枚永磁塊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。[0085]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要穿套在一個(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)一個(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)。[0086]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、銅材板的某一種。由于本實(shí)用新型是相鄰永磁塊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)。[0087]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)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(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。[0088](I)結(jié)構(gòu)簡單，不用彈性件，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. O提供的速度可推算力矩的原理，可用多種數(shù)學(xué)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(jī)，實(shí)現(xiàn)助力。不用彈性件、結(jié)構(gòu)簡單、成本低于用彈性件和機(jī)械受力的傳感器。避免了長時(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。[0089](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。[0090](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，由于與踏板聯(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)。[0091 ] (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，對環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤的運(yùn)動(dòng)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(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Φ0. 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?，本專利技術(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，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。本實(shí)用新型請人根據(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。[0092](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度角的位置就有一個(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。[0093](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。[0094](7)用能相對轉(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。[0095](8)可以對霍爾信號(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)。總之，就是把磁 塊轉(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，則本實(shí)用新型的傳感器可輸出 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)，也就無法對霍爾信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，其控制模型只能是對霍爾信號(hào) 進(jìn)行局部修改，所以不能實(shí)現(xiàn)輸出人機(jī)配合的控制信號(hào)。[0096](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)。[0097]能實(shí)現(xiàn)人機(jī)配合的電機(jī)工作方式助力模型計(jì)算器用助力模型存儲(chǔ)器中的與助力 需求配合的助力數(shù)學(xué)模型，并把磁塊轉(zhuǎn)速計(jì)算器提供的速度參數(shù)代入助力數(shù)學(xué)模型，助力 模型計(jì)算器就能計(jì)算出助力模型數(shù)字信號(hào)。該助力模型數(shù)字信號(hào)就是能使人與電動(dòng)自行車 能配合的、用于控制電機(jī)用的控制信號(hào)。助力模型計(jì)算器是數(shù)字處理器，它能接受任何數(shù) 字化的數(shù)學(xué)模型，則助力模型存儲(chǔ)器就可以向助力模型計(jì)算器提供任何人為設(shè)定的數(shù)學(xué)模 型，有了人任意設(shè)定數(shù)學(xué)模型這個(gè)條件，人就可以設(shè)定能使人與電動(dòng)自行車能配合的數(shù)學(xué) 模型。助力模型存儲(chǔ)器有人設(shè)定的，能使人與電動(dòng)自行車能配合的數(shù)學(xué)模型，則就能實(shí)現(xiàn)人 與電動(dòng)自行車配合的電機(jī)工作方式；人設(shè)定數(shù)學(xué)模型還可以使電機(jī)有最合理的啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn) 模型、最省電的工作方式。所以，本實(shí)用新型的助力自行車是人與電動(dòng)自行車配合的省電助 力自行車。[0098](10)但現(xiàn)有助力自行車腳踏板的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)，霍爾只能輸出不到10個(gè)正弦 波信號(hào)，正弦波信號(hào)不能變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，不能人為加入助力模型控制電動(dòng)自行車的電機(jī)，這 種助力自行車的助力模型即不能實(shí)現(xiàn)人機(jī)配合，也不能使電機(jī)有最合理、省電的工作方式。[0099](11)省電效果和意義用本實(shí)用新型的助力自行車與市上購買的有8個(gè)永磁塊同 面為相同磁極作為傳感部件的助力自行車進(jìn)行省電比較，用同一個(gè)電動(dòng)自行車換用不同傳感器的方式，相同的騎車人在相同路段乘騎測實(shí)，結(jié)果是用本實(shí)用新型的助力自行車乘騎 110公里后，電池還余有少量的電；但用該市上購買的助力自行車乘騎45公里后，電池已沒 有余電。該省電的意義在于充滿電的本實(shí)用新型的助力自行車能滿足全天乘騎不充電，解 決了人在途中而車已不能助力這個(gè)現(xiàn)有助力自行車的大難題。


[0100]圖1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；[0101]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；[0102]圖3是自行車的中軸和套管與傳感器連接關(guān)系的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；[0103]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；[0104]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；[0105]圖6是傳感器設(shè)在電動(dòng)自行車的中軸上組成本實(shí)用新型助力自行車的連接關(guān)系 示意圖。[0106]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、51是中軸、52是套管、53是鏈盤、54是腳踏板、 55是電池、58是圓形凹陷、59是電路板。
具體實(shí)施方式
[0107]實(shí)施例1、用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車[0108]如圖1、3、4、6，把本實(shí)用新型中的傳感器安裝在現(xiàn)有的電動(dòng)自行車的中軸51上， 將傳感器的信號(hào)輸出線與電動(dòng)自行車的電機(jī)控制器29連接，就得到本實(shí)用新型的助力自 行車。[0109]一、與安裝傳感器有關(guān)的電動(dòng)自行車部件和結(jié)構(gòu)電動(dòng)自行車有中軸51，中軸51 中間段套有套管52，中軸51與套管52轉(zhuǎn)動(dòng)連接；中軸51上固定有鏈盤53，中軸51兩端分 別固定有腳踏板54 ;套管52的內(nèi)表面與中軸51轉(zhuǎn)動(dòng)連接，套管52的外表面與電動(dòng)自行車 的車架固定連接；電動(dòng)自行車上電池55連接電機(jī)控制器29，電機(jī)控制器29連接車輪上的 電機(jī)30。[0110]二、傳感器的結(jié)構(gòu)和部件的連接關(guān)系如下[0111]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 ；[0112][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；[0113]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，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。[0114]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)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1、永磁塊2、霍爾3的結(jié)構(gòu)如下[0115]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。[0116]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。[0117]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)對應(yīng)的矩形波電信號(hào)輸出。[0118]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51上。[0119][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；[0120]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 ；[0121]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；[0122]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)。[0123][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)。[0124]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。[0125][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)。[0126]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。[0127]三、傳感器與電動(dòng)自行車的連接成助力自行車把傳感器的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I和 環(huán)形凹槽固定盤40套在電動(dòng)自行車的中軸51外，并且環(huán)形凹槽固定盤40與中軸51外的 套管52固定連接，傳感器的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I與電動(dòng)自行車的中軸51固定連接，環(huán)形凹槽 轉(zhuǎn)動(dòng)盤I伴隨中軸51同步轉(zhuǎn)動(dòng)；環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I與環(huán)形凹槽固定盤40內(nèi)外相套的嵌合成轉(zhuǎn)動(dòng)連接；環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤I和中軸51兩者為相同的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，傳感器中運(yùn)算放大器28 的信號(hào)輸出導(dǎo)線與電動(dòng)自行車的電機(jī)控制器29的信號(hào)輸入端連接。這樣，環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤 I上的永磁塊2伴隨中軸51同步轉(zhuǎn)動(dòng)，永磁塊2就與自行車腳踏板54同步轉(zhuǎn)動(dòng)，永磁塊2 的轉(zhuǎn)動(dòng)就與腳踏板54轉(zhuǎn)動(dòng)相同角度、相同速度。環(huán)形凹槽固定盤40上的霍爾3就通過感受永磁塊2的轉(zhuǎn)動(dòng)而感受到腳踏板54轉(zhuǎn)動(dòng)角度和速度?；魻?把感受永磁塊2轉(zhuǎn)動(dòng)的速度電信號(hào)，即代表腳踏板54轉(zhuǎn)動(dòng)的速度電信號(hào)傳給電路板59上的電子部件助力模型處理器21、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28進(jìn)行信號(hào)處理。運(yùn)算放大器28與電動(dòng)自行車的電機(jī)控制器29連接，實(shí)現(xiàn)了傳感器用電信號(hào)控制電動(dòng)自行車的目的，即用運(yùn)算放大器28的助力模型模擬信號(hào)，或稱標(biāo)準(zhǔn)助力模型模擬信號(hào)控制電動(dòng)自行車，得到助力自行車。[0128]由于運(yùn)算放大器28輸出的助力模型模擬信號(hào)是能使助力自行車電機(jī)30運(yùn)動(dòng)與騎車人的助力需求相一致的信號(hào)，所以，本實(shí)施例的助力自行車是人機(jī)能相配合的助力自行車。[0129]實(shí)施例2、高密度用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車[0130]如圖2、3、4、6，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。霍爾3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)對應(yīng)的矩形波電信號(hào)輸出。其它轉(zhuǎn)動(dòng)盤1、永磁塊2、霍爾3的結(jié)構(gòu)同于實(shí)施例1。[0131]實(shí)施例3、有具體電路的用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車[0132]如圖1、3、5、6，如實(shí)施例1，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 ；[0133][I]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1 ;[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。[0135][3]數(shù)模轉(zhuǎn)換器27選用ADC-C8E。[0136][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1. 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。[0137]各電子部件連接關(guān)系如下[0138]霍爾3的信號(hào)輸出端3腳連接單片機(jī)31的12腳INTO [P32]；[0139]單片機(jī)31的39腳POO連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的12 腳 B8[0140]單片機(jī)31的38腳POl連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的11 腳 B7[0141]單片機(jī)31的37腳P02連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的10 腳 B6[0142]單片機(jī)31的36腳P03連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的9 腳 B5 ;[0143]單片機(jī)31的35腳P04連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的8 腳 B4 ;[0144]單片機(jī)31的34腳P05連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的7 腳 B3 ;[0145]單片機(jī)31的33腳P06連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的6腳B2 ;[0146]單片機(jī)31的32腳P07連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的5腳BI ;[0147]數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的4腳連接運(yùn)算放大器28的2腳；[0148]數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的2腳連接運(yùn)算放大器28的3腳；[0149]運(yùn)算放大器28的6腳為模擬信號(hào)輸出端。[0150][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化。
權(quán)利要求1.用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車，包括電動(dòng)自行車和傳感器，電動(dòng)自行車有中軸(51)，中軸(51)中間段套有套管(52)，中軸(51)與套管(52)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；中軸(51)上固定有鏈盤(53 )，中軸(51)兩端分別固定有腳踏板(54 );電動(dòng)自行車上電池(55 )連接電機(jī)控制器(29)，電機(jī)控制器(29)連接車輪上的電機(jī)(30);其特征在于 傳感器的結(jié)構(gòu)和部件的連接關(guān)系如下 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； 傳感元件包括一塊環(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，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； 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)中的某一種助力模型函數(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)； 傳感器與電動(dòng)自行車的連接關(guān)系是傳感器的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)和環(huán)形凹槽固定盤(40)套在電動(dòng)自行車的中軸(51)外，并且環(huán)形凹槽固定盤(40)與中軸(51)外的套管(52)固定連接，傳感器的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)與電動(dòng)自行車的中軸(51)固定連接，環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)伴隨中軸(51)同步轉(zhuǎn)動(dòng)；環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)與環(huán)形凹槽固定盤(40)內(nèi)外相套的嵌合成轉(zhuǎn)動(dòng)連接；環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤(I)和中軸(51)兩者為相同的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，傳感器中運(yùn)算放大器(28)的信號(hào)輸出導(dǎo)線與電動(dòng)自行車的電機(jī)控制器(29)的信號(hào)輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車，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所述的用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車，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。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車，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)所述的用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車，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所述的用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車，其特征在于傳感器的環(huán)形凹槽固定盤(40)外表面設(shè)有圓形凹陷(58);圓形凹陷(58)與電動(dòng)自行車中軸(51)外的套管(52)卡接，成套管(52)卡套在圓形凹陷(58)內(nèi)固定連接的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車，其特征在于霍爾(3)設(shè)在正對多枚永磁塊(2)的圓形軌跡線(5)的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車，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。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車，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、銅材板的某一種。
專利摘要本實(shí)用新型用殼體內(nèi)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車屬于多點(diǎn)位磁感應(yīng)提供助力信號(hào)的電動(dòng)助力自行車。傳感器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)盤和固定盤相嵌的內(nèi)空中設(shè)有永磁塊和霍爾，轉(zhuǎn)動(dòng)盤上固定設(shè)置有多個(gè)相鄰磁極性相反的永磁塊，固定盤上的霍爾設(shè)在接近永磁塊的位置。傳感器套在自行車的中軸外，運(yùn)算放大器電機(jī)控制器連接。優(yōu)點(diǎn)永磁塊與霍爾的相對位置固定，霍爾可獲得矩形波信號(hào)，便于傳感器經(jīng)數(shù)字處理輸出用人為設(shè)定助力模型，助力起始、終點(diǎn)、力量合理，使人機(jī)能配合又省電。
文檔編號(hào)B62M6/50GK202847954SQ201220367978
公開日2013年4月3日 申請日期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) 申請人:成都寬和科技有限責(zé)任公司, 黃強(qiáng), 高松, 歐陽焱雄