專利名稱：飛輪上設(shè)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：
本實用新型屬于助力自行車的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及在一個轉(zhuǎn)動部件上進(jìn)行多點位磁感應(yīng)提供助力信號的電動助力自行車。
背景技術(shù)：
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(dǎo)致傳感信號與被控電機(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)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。北京科技大學(xué)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(zhuǎn)向，該裝置在相對運(yùn)動的內(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，用支架上的兩個霍爾測內(nèi)、外輪盤上相對運(yùn)動的磁片產(chǎn)生的電信號表示蹬力、速度和轉(zhuǎn)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(dǎo)致傳感信號與被控電機(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(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，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(yùn)動，在直徑為20厘米的轉(zhuǎn)動盤圓形軌跡上最多設(shè)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(shù)方案，用于助力自行車，磁片組數(shù)量受限止在8個以內(nèi)，控制信號太少，人機(jī)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(jī)，使其特別需要助力時，失去助力功能。缺點(3)信號盲區(qū)達(dá)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(jié)果是最需要助力的時候，但助力自行車的電機(jī)確不能助力。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，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(qiáng)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(zhuǎn)盤，動盤上面鑲嵌兩個磁磁鋼，定盤上面鑲嵌三個霍爾元件，自行車踏板轉(zhuǎn)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，則只能是兩個磁磁鋼的相同磁極設(shè)在動盤的同一面，即在動盤的某一面，兩個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(zhuǎn)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(yùn)動位置由于踏板與動盤是同步轉(zhuǎn)動，所以在與兩個踏板對應(yīng)的動盤 上兩個位置分別固定一個永磁磁鋼，某一個踏板轉(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，指揮助力自行車的電機(jī)產(chǎn)生需要的助力轉(zhuǎn)動。特點(3)因為一個霍爾不能表示轉(zhuǎn)一周中不同時段踏板運(yùn)動的位置，則就不能只用一個霍爾踏板在轉(zhuǎn)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(shè)在180度角以內(nèi)的三個位置，兩個磁磁鋼分別設(shè)在兩個踏板位置，踏板轉(zhuǎn)在有霍爾的位置，該霍爾就輸出信號表示踏板到達(dá)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(zhuǎn)動位置兩個磁磁鋼沒有差異性，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(jī)助力效果；但缺點是永磁磁鋼本身就不能表示踏板的轉(zhuǎn)動位置，而只能用多個霍爾設(shè)在不同的轉(zhuǎn)角位置來表示踏板的轉(zhuǎn)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(jī)，其控制電機(jī)的傳感信號只能用一個傳感信號輸入電機(jī)控制器才能達(dá)到控制電機(jī)的目的；而該專利用三個霍爾控制電機(jī)，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(jī)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(jié)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(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，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。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(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(jī)控制器選用三個控制信號的任何一個作為基準(zhǔn)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(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(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(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(5)信號盲區(qū)達(dá)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(jié)果是最需要助力的時候，但助力自行車的電機(jī)確不能助力。總之，該專利是用多個霍爾控制助力模式的技術(shù)方案，因為只能用多個霍爾來表示踏板的轉(zhuǎn)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(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，而且啟動時得不到助力。使其要助力需求模型不失真，和要電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)這兩個問題上總是顧此失彼，不可兼得。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供只用一個霍爾和飛輪上各個永磁塊獲得自行車腳踏板的速度信號、并對信號進(jìn)行數(shù)字化處理成為有最佳助力模型信號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位移信息，傳感器輸出信息多的助力自行車；騎車人的助力需求與電機(jī)提供的助力匹配，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)的助力自行車。本實用新型的構(gòu)思是在一個霍爾可感受范圍內(nèi)，一個飛輪上用相同的多個永磁塊進(jìn)行磁極性變化，使霍爾產(chǎn)生的信號為矩形波，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)動狀態(tài)的信息量更多。本實用新型下述的飛輪與轉(zhuǎn)動盤為相同意義。本實用新型的結(jié)構(gòu)是飛輪上設(shè)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車，包括電動自行車和傳感器，電動自行車的后車輪上有飛輪1，電動自行車有車架53，電動自行車上電池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 ；[I]傳感元件是把飛輪I的轉(zhuǎn)動運(yùn)動變?yōu)榫匦尾ㄐ盘栞敵龅脑?；傳感元件包括一塊飛輪I和相同的多枚永磁塊2，多枚永磁塊2的大小相同、形狀相同、磁通量相同，飛輪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；在飛輪I的某一面，相鄰兩枚永磁塊2的磁極性相反，即飛輪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......；還包括一個霍爾3，霍爾3位于飛輪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是對相反磁極性產(chǎn)生矩形波輸出信號的霍爾。[0029][2]助力模型處理器21是把飛輪I轉(zhuǎn)動的數(shù)字信號變?yōu)橹δＰ蛿?shù)字信號的信號形式轉(zhuǎn)換器；助力模型處理器21包括模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器24、助力模型存儲器25和助力模型計算器26 ； 模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器24與傳感元件的霍爾3連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器24把霍爾3輸入的矩形波信號計算出各矩形波之間的變化速度表示飛輪I的轉(zhuǎn)速；模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器24與助力模型計算器26連接，助力模型存儲器25也與助力模型計算器26連接；助力模型計算器26用模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器24的飛輪I轉(zhuǎn)速選擇助力模型存儲器25中的某一種助力模型函數(shù)，并將飛輪I轉(zhuǎn)速條件代入助力模型函數(shù)，計算出適合的助力模型數(shù)字信號，即助力模型計算器26輸出助力模型數(shù)字信號；[3]數(shù)模轉(zhuǎn)換器27是把助力模型數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成助力模型的模擬信號；助力模型計算器26與數(shù)模轉(zhuǎn)換器27連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器27把助力模型計算器26的助力模型數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成助力模型模擬信號；[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轉(zhuǎn)換成額定電壓范圍的助力模型模擬信號；傳感器與電動自行車的連接關(guān)系是霍爾3固定在接近永磁塊2的車架53上能感受永磁塊2磁通量的位置，傳感器中運(yùn)算放大器28的信號輸出導(dǎo)線與電動自行車的電機(jī)控制器29的信號輸入端連接?！?、對傳感器工作原理的說明以工作原理把傳感器分為信號獲取和信號處理，以便說明傳感器的各個部件的結(jié)構(gòu)關(guān)系和作用。信號獲取由傳感元件的飛輪I、永磁塊2和霍爾3進(jìn)行合理設(shè)置而執(zhí)行獲取信號功能；信號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輸出的信號處理成電動自行車的電機(jī)控制器29能使用的助力模型模擬信號。[一]對傳感元件的說明使用傳感元件時，飛輪I要轉(zhuǎn)動，所以飛輪I又稱轉(zhuǎn)動盤，轉(zhuǎn)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(nèi)，成圓環(huán)形分布的目的在于可以只用一個霍爾3感受轉(zhuǎn)動盤上全部永磁塊2的運(yùn)動狀態(tài)，即感受轉(zhuǎn)動盤上全部永磁塊2的運(yùn)動速度，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(yùn)動狀態(tài)用一個連續(xù)的電信號來表達(dá)，又因為全部永磁塊2是分別固定在轉(zhuǎn)動盤即飛輪I上的，則霍爾3產(chǎn)生的連續(xù)電信號就能表達(dá)轉(zhuǎn)動盤的運(yùn)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(jī)，還需要用單片機(jī)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(zhuǎn)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。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，目的在于用霍爾3感受永磁塊2的運(yùn)動狀態(tài)，從而感受飛輪I的運(yùn)動狀態(tài)，即運(yùn)動位置、速度、加速度。相鄰兩個磁塊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，因為作為大小受限止的轉(zhuǎn)動盤，轉(zhuǎn)動一周要獲得盡量多的精確變化信號，當(dāng)然應(yīng)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(nèi)，產(chǎn)生盡量多的有控制意義的信號。相鄰兩個磁塊2的磁極性相反的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生矩形波，而相鄰兩個磁塊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，作為傳感部件的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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，相鄰兩個磁塊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。[二]助力模型處理器21的說明助力模型處理器21是把飛輪I轉(zhuǎn)動的數(shù)字信號變?yōu)橹δＰ蛿?shù)字信號的信號形式轉(zhuǎn)換器；助力模型處理器21包括模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器24、助力模型存儲器25和助力模型計算器26 ;把傳感元件中霍爾3的矩形波信號，用模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器24變?yōu)楸硎撅w輪I轉(zhuǎn)動速度的數(shù)字信號，再用轉(zhuǎn)速數(shù)字信號從助力模型存儲器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)字信號代入助力模型計算器26，計算出適合這種速度的助力模型數(shù)字信號。即助力模型計算器26就能輸出助力模型數(shù)字信號。 [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)字信號轉(zhuǎn)換成助力模型的模擬信號。助力模型計算器26與數(shù)模轉(zhuǎn)換器27連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器27把助力模型計算器26的助力模型數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成助力模型模擬信號。以便向只能處理模擬信號的電機(jī)控制器29輸出助力模型的模擬信號。[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轉(zhuǎn)換成額定電壓范圍的助力模型模擬信號。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雖然解決了助力模型問題，但助力模型信號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轉(zhuǎn)換成額定電壓范圍需要的助力模型模擬信號，才能傳輸給電機(jī)控制器29。二、對傳感器與電動自行車連接組成助力自行車的說明為說明實物安裝，從實物方面?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實物與電動自行車各有關(guān)實物的結(jié)構(gòu)關(guān)系。傳感部件包括霍爾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，把霍爾3固定在接近永磁塊2的車架53位置，使霍爾3能感受到飛輪I上永磁塊2的轉(zhuǎn)動信號。也可以把傳感部件的霍爾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固定在一個裝置上。但因為霍爾3要固定在能感受永磁塊2磁通量的特有位置，則可以把霍爾3與助力模型處理器21、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28這三個部件分離開，只把助力模型處理器21、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28這三個部件固定在一個裝置上。把全部傳感部件或傳感部件中的助力模型處理器21、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28這三個部件固定在一個裝置上，有利于一個有形的裝置承載傳感部件，用承載物把傳感部件固定在電動自行車的車架53上?；魻?能用一個固定位置感受全部永磁塊2的轉(zhuǎn)動位置，從而可以把騎自行車人對助力需求的機(jī)械動作全部變?yōu)殡娦盘?，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的助力需求電信號變?yōu)槿藱C(jī)匹配的助力模型電信號，運(yùn)算放大器28把人機(jī)匹配的助力模型電信號傳給電機(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，最終實現(xiàn)助力自行車按人的需求方式運(yùn)動，即實現(xiàn)人機(jī)匹配的效果。本實用新型傳感器中各信號處理部件輸出的信號為霍爾3輸出矩形波信號；助力模型處理器21輸出助力模型數(shù)字信號；磁塊轉(zhuǎn)速計算器24計算并輸出飛輪I的轉(zhuǎn)速數(shù)字信號；助力模型存儲器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；助力模型計算器26計算并輸出將用于控制功能的助力模型數(shù)字信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換器27輸出把助力模型數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成的助力模型模擬信號；運(yùn)算放大器28輸出把助力模型模擬信號轉(zhuǎn)換成額定電壓范圍的助力模型模擬信號;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，即標(biāo)準(zhǔn)助力模型模擬信號。為解決助力模型模擬信號漂移問題設(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。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，又有處理模擬信號功能，很易隨溫度變化而使信號參數(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輸出的信號進(jìn)行信號漂移修正，獲得不受溫度變化影響的標(biāo)準(zhǔn)助力模型模擬信號，將標(biāo)準(zhǔn)助力模型模擬信號通過電機(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感到夏天和冬天助力效果不同的問題。助力模型處理器21是單片機(jī)31，單片機(jī)31上連接有時鐘電路32。用單片機(jī)31完成模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器24、助力模型存儲器25和助力模型計算器26的功能。時鐘電路32的時鐘信號是用于對霍爾3輸入的矩形波信號進(jìn)行區(qū)分的作用，優(yōu)選每個時鐘信號的長度為O. 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)械部件包括飛輪1，傳感器的傳感部件包括多個永磁塊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28四個電子元件設(shè)在一塊電路板59上；電路板59設(shè)在車架52上的位置能使霍爾3感受永磁塊2的磁通量，并且電路板59的位置使霍爾3能根據(jù)永磁塊2的運(yùn)動輸出電信號。本實用新型的傳感器各部件的優(yōu)選型號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 ;[0071]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腳輸出的模擬信號電壓范圍穩(wěn)定在O. 8—4. 2V之間?；魻?設(shè)在正對多枚永磁塊2的圓形軌跡線5的位置。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，使其在飛輪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。飛輪I上設(shè)有可視標(biāo)記?？梢晿?biāo)記為顏色標(biāo)記、物體形狀標(biāo)記或轉(zhuǎn)動角度標(biāo)記的某一種或者其結(jié)合。乘騎本實用新型的助力自行車用時，使腳踏自行車的腳踏板與傳感器指揮電動機(jī)能配合的方法在有飛輪I和永磁塊2的車輪上作一個或多個定位用的標(biāo)記，標(biāo)記可以是實物或顏色，標(biāo)記也可以設(shè)在飛輪I上。用標(biāo)記與自行車的車架某一位置關(guān)系、或標(biāo)記與自行車的輪胎上的護(hù)泥板某一位置關(guān)系、或標(biāo)記與水平夾角位置關(guān)系等位置參照物，確定飛輪I上各個永磁塊2與自行車的腳踏板的位置關(guān)系，也就是說，腳踏板在某個位置時，表示腳踏板位置的永磁塊2也在某一位置。實現(xiàn)特定某一永磁塊2表示腳踏板位置的目的。如果騎人認(rèn)為助力自行車電動機(jī)的助力時間與自己的要求不相配合，如助力時間啟動太快或太慢，可以改變標(biāo)記與車架的位置，即改變表示腳踏板位置的永磁塊2與腳踏板的相對夾角位置關(guān)系，就可以調(diào)節(jié)助力時間啟動快慢，使人的助力需求時間與電機(jī)提供助力的時間相配合。但控制電機(jī)的助力模型不變。本實用新型的優(yōu)點結(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、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(yùn)動狀態(tài)、輸出信號不會失真不漂移，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)簡單，不用彈性件，無機(jī)械故障用霍爾感受多個永磁塊轉(zhuǎn)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(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，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。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(jī)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(yùn)動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(yùn)動速度，以便用踏板精確的速度推算出該運(yùn)動狀態(tài)正確的助力需求。[0085](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)動的轉(zhuǎn)動盤直徑大小受限止，就可在規(guī)定大小的轉(zhuǎn)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(yùn)動速度，精確表示運(yùn)動狀態(tài)。(4)相鄰永磁塊的磁極性相反，可設(shè)置永磁塊多、傳感點位多，對轉(zhuǎn)動盤的運(yùn)動狀態(tài)表示精確對用于助力自行車，固定永磁塊的轉(zhuǎn)動盤大小受到嚴(yán)格限止，一般轉(zhuǎn)動盤直徑只能在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，其永磁塊的直徑至少為Φ0. 6-0. 8厘米，則直徑10-15厘米的轉(zhuǎn)動盤的周邊無間隙的可設(shè)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(zhuǎn)一周，霍爾可獲得35-73個信號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厘米轉(zhuǎn)動盤上，最多只能設(shè)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(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個永磁塊[35-5=30 ;73_8=65]。所以，轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)一周，本專利技術(shù)比現(xiàn)有技術(shù)增加了 7-9倍的轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)動位點信號。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。本實用新型請人根據(jù)實際的體驗，當(dāng)轉(zhuǎn)動盤上大致均勻的設(shè)置15個永磁塊時，基本消除了現(xiàn)有技術(shù)只設(shè)5-8個永磁塊使助力車那種一快一慢不舒服的感覺；當(dāng)轉(zhuǎn)動盤上大致均勻的設(shè)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厘米的轉(zhuǎn)動盤周邊最多可設(shè)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(yùn)行時，腳踏板從離開頂點10-45度角的35度區(qū)域內(nèi)，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(yīng)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(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)只用一個霍爾,一個控制信號表不轉(zhuǎn)動盤的全部運(yùn)動狀態(tài),控制信號與轉(zhuǎn)動盤的運(yùn)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轉(zhuǎn)動盤上的，永磁塊與轉(zhuǎn)動盤同步轉(zhuǎn)動，用一個霍爾感受全部的永磁塊運(yùn)動信號，則霍爾輸出的控制信號與轉(zhuǎn)動盤的運(yùn)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(jī)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(guān)系，騎車人很容易掌握這種助力性能的系統(tǒng)性改變，使控制信號中加入與轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)速配合的控制模型。(7)可以對霍爾信號進(jìn)行數(shù)字化處理，把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成帶有轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)速要素的助力模型數(shù)字信號，再把助力模型數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成助力模型模擬信號，最后把助力模型模擬信號變?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。總之，就是把磁塊轉(zhuǎn)動的信號進(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中，含有加入的助力模型。因為數(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，則本實用新型的傳感器可輸出能實現(xiàn)人機(jī)配合的控制信號。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，也就無法對霍爾信號進(jìn)行數(shù)字化處理，其控制模型只能是對霍爾信號進(jìn)行局部修改，所以不能實現(xiàn)輸出人機(jī)最佳配合的控制信號。(8)最后輸出的控制信號不會有信號漂移用熱敏電阻R6對運(yùn)算放大器的輸出信號進(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。(9)能實現(xiàn)人機(jī)最佳配合的電機(jī)工作方式能實現(xiàn)人機(jī)配合的電機(jī)工作方式助 力模型計算器用助力模型存儲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)速計算器(24)提供的速度參數(shù)代入助力數(shù)學(xué)模型，助力模型計算器就能計算出助力模型數(shù)字信號。該助力模型數(shù)字信號就是能使人與電動自行車能配合的、用于控制電機(jī)用的控制信號。助力模型計算器是數(shù)字處理器，它能接受任何數(shù)字化的數(shù)學(xué)模型，則助力模型存儲器就可以向助力模型計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)模型這個條件，人就可以設(shè)定能使人與電動自行車能配合的數(shù)學(xué)模型。助力模型存儲器有人設(shè)定的，能使人與電動自行車能配合的數(shù)學(xué)模型，則就能實現(xiàn)人與電動自行車配合的電機(jī)工作方式；人設(shè)定數(shù)學(xué)模型還可以使電機(jī)有最合理的啟動和運(yùn)轉(zhuǎn)模型、最省電的工作方式。所以，本實用新型的助力自行車是人與電動自行車配合的省電助力自行車。但現(xiàn)有助力自行車腳踏板的一個轉(zhuǎn)動周期內(nèi)，霍爾只能輸出不到10個正弦波信號，正弦波信號不能變?yōu)閿?shù)字信號，不能人為加入最佳助力模型控制電動自行車的電機(jī)，這種助力自行車的助力模型即不能實現(xiàn)人機(jī)最佳配合，也不能使電機(jī)有最合理、省電的工作方式。(10)省電效果和意義用本實用新型的助力自行車與市上購買的有8個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，用同一個電動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，結(jié)果是用本實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現(xiàn)有助力自行車的大難題。

圖I是飛輪多個N-S交替永磁塊的傳感元件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是飛輪上高密度多個N-S交替永磁塊的傳感元件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是自行車的后車輪和車架與作傳感器的轉(zhuǎn)動盤飛輪和霍爾的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是霍爾、助力模型處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器的信號流向方框圖；[0098]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6是傳感器設(shè)在電動自行車飛輪和車架上組成本實用新型助力自行車的連接關(guān)系不意圖。圖中I是飛輪、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)換和速度計算器、25是助力模型存儲器、26是助力模型計算器、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是時鐘電路、53是車架、55是電池、59是電路板。
具體實施方式
實施例I、飛輪上設(shè)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車如圖1、3、4、6，—、與安裝傳感器有關(guān)的電動自行車部件和結(jié)構(gòu)包括電動自行車和傳感器，包括電動自行車和傳感器，電動自行車的后車輪上有飛輪1，電動自行車有車架53，電動自行車上電池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 ；二、傳感器的結(jié)構(gòu)和部件的連接關(guān)系如下[I]傳感元件是把飛輪I的轉(zhuǎn)動運(yùn)動變?yōu)榫匦尾ㄐ盘栞敵龅脑?；傳感元件是用飛輪I的一個面設(shè)置直徑O. 6厘米的20個永磁塊2，磁通量為146279 (B · H)max/KJ · m_3中的某一個值。飛輪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，每個永磁塊2固定在直徑9. O厘米圓形軌跡線5上，即每個永磁塊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。全部永磁塊2均勻地呈圓形軌跡分布，每個永磁塊2固定在直徑9. O厘米圓形軌跡線5上，即每個永磁塊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。在飛輪I 一個面設(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，即飛輪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極......。用一個霍爾3設(shè)在飛輪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)在每個永磁塊2所在圓形軌跡線5范圍內(nèi)，霍爾3與轉(zhuǎn)動狀態(tài)的每個永磁塊2保持O. 3厘米的間隔距離，使轉(zhuǎn)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(yīng)的矩形波電信號輸出。[2]助力模型處理器21是把飛輪I轉(zhuǎn)動的數(shù)字信號變?yōu)橹δＰ蛿?shù)字信號的信號形式的轉(zhuǎn)換器；助力模型處理器21包括模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器24、助力模型存儲器25和助力模型計算器26 ；模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器24與傳感元件的霍爾3連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器24把霍爾3輸入的矩形波信號計算出各矩形波之間的變化速度表示飛輪I的轉(zhuǎn)速；模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器24與助力模型計算器26連接，助力模型存儲器25也與助力模型計算器26連接；助力模型計算器26用模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器24的飛輪I轉(zhuǎn)動速度的數(shù)字信號選擇助力模型存儲器25中的某一種助力模型函數(shù)，最后把轉(zhuǎn)速數(shù)字信號代入助力模型計算器26，計算出適合這種飛輪I轉(zhuǎn)速的助力模型數(shù)字信號。即助力模型計算器26就能輸出助力模型數(shù)字信號。[3]數(shù)模轉(zhuǎn)換器27是把助力模型數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成助力模型的模擬信號。助力模型計算器26與數(shù)模轉(zhuǎn)換器27連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器27把助力模型計算器26的助力模型數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成助力模型模擬信號。以便向只能處理模擬信號的電機(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轉(zhuǎn)換成額定電壓范圍的助力模型模擬信號。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雖然解決了助力模型問題，但助力模型信號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轉(zhuǎn)換成額定電壓范圍需要的助力模型模擬信號，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。飛輪I上設(shè)有可視標(biāo)記?？梢晿?biāo)記為顏色標(biāo)記、物體形狀標(biāo)記或轉(zhuǎn)動角度標(biāo)記的某一種或者其結(jié)合。三、傳感器與電動自行車的連接成助力自行車傳感器的霍爾3固定在接近永磁塊2的車架53上能感受永磁塊2磁通量的位置；信號處理元件的助力模型處理器21、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27和運(yùn)算放大器28依次相連后，霍爾3與助力模型處理器21相連，運(yùn)算放大器28與電動自行車的電機(jī)控制器29相連。實現(xiàn)了傳感器用電信號控制電動自行車的目的，即用運(yùn)算放大器28的助力模型模擬信號，或稱標(biāo)準(zhǔn)助力模型模擬信號控制電動自行車，得到助力自行車。實施例2、高密度飛輪上設(shè)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車如圖2、3、4、6，直徑10. O厘米的飛輪I的一個面設(shè)置直徑O. 6厘米的40個永磁塊
2。永磁塊2的磁通量為146、-279 (B · H)max/KJ · m_3中的某一個值，霍爾3與轉(zhuǎn)動狀態(tài)的每個永磁塊2保持O. 2厘米的間隔距離，使轉(zhuǎn)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(yīng)的矩形波信號輸出。其它結(jié)構(gòu)同于實施例I。實施例3、有具體電路的飛輪上設(shè)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車如圖1、3、5、6，如實施例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 ；[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)換和速度計算器24、助力模型存儲器25和助力模型計算器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[0130]霍爾3的信號輸出端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)械部件包括飛輪1，傳感器的傳感部件包括多個永磁塊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28四個電子元件設(shè)在一塊電路板59上；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的位置。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28四個電子元件設(shè)在一塊電路板59上，有利于這四個電子元件集成化、模塊化、小型化，方便把這四個電子元件整體統(tǒng)一固定在車架53上。
權(quán)利要求1.飛輪上設(shè)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車，包括電動自行車和傳感器，電動自行車的后車輪上有飛輪(I )，電動自行車有車架(53)，電動自行車上電池(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]傳感元件是把飛輪(I)的轉(zhuǎn)動運(yùn)動變?yōu)榫匦尾ㄐ盘栞敵龅脑? 傳感兀件包括一塊飛輪(I)和相同的多枚永磁塊(2),多枚永磁塊(2)的大小相同、形狀相同、磁通量相同，飛輪(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；在飛輪(I)的某一面，相鄰兩枚永磁塊(2)的磁極性相反，即飛輪(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......； 還包括一個霍爾(3),霍爾(3)位于飛輪(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)是對相反磁極性產(chǎn)生矩形波輸出信號的霍爾； [2]助力模型處理器(21)是把飛輪(I)轉(zhuǎn)動的數(shù)字信號變?yōu)橹δＰ蛿?shù)字信號的信號形式轉(zhuǎn)換器； 助力模型處理器(21)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器(24)、助力模型存儲器(25)和助力模型計算器(26); 模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器(24)與傳感元件的霍爾(3)連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器(24)把霍爾(3)輸入的矩形波信號計算出各矩形波之間的變化速度表示飛輪(I)的轉(zhuǎn)速； 模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器(24)與助力模型計算器(26)連接，助力模型存儲器(25)也與助力模型計算器(26)連接；助力模型計算器(26)用模數(shù)轉(zhuǎn)換和速度計算器(24)的飛輪(I)轉(zhuǎn)速選擇助力模型存儲器(25)中的某一種助力模型函數(shù)，并將飛輪(I)轉(zhuǎn)速條件代入助力模型函數(shù)，計算出適合的助力模型數(shù)字信號，即助力模型計算器(26)輸出助力模型數(shù)字信號; [3]數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)是把助力模型數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成助力模型的模擬信號； 助力模型計算器(26)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(27)把助力模型計算器(26)的助力模型數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成助力模型模擬信號； [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轉(zhuǎn)換成額定電壓范圍的助力模型模擬信號； 傳感器與電動自行車的連接關(guān)系是霍爾(3)固定在接近永磁塊(2)的車架(53)上能感受永磁塊(2)磁通量的位置，傳感器中運(yùn)算放大器(28)的信號輸出導(dǎo)線與電動自行車的電機(jī)控制器(29)的信號輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的飛輪上設(shè)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所述的飛輪上設(shè)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)械部件包括飛輪(1)，傳感器的傳感部件包括多個永磁塊(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)四個電子元件設(shè)在一塊電路板(59)上；電路板(59)設(shè)在車架(52)上的位置能使霍爾(3)感受永磁塊(2)的磁通量，并且電路板(59)的位置使霍爾(3)能根據(jù)永磁塊(2)的運(yùn)動輸出電信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的飛輪上設(shè)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腳為模擬信號輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任何一項所述的飛輪上設(shè)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。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的飛輪上設(shè)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車，其特征在于飛輪(I)上設(shè)有可視標(biāo)記。
專利摘要本實用新型飛輪上設(shè)多磁塊均勻分布傳感器的助力自行車于多點位磁感應(yīng)提供助力信號的電動助力自行車。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，作為傳感元件的飛輪上固定設(shè)置有多個相鄰磁極性相反的永磁塊，傳感元件的霍爾設(shè)在接近永磁塊的車架上，運(yùn)算放大器電機(jī)控制器連接。優(yōu)點霍爾可獲得矩形波信號，便于傳感器經(jīng)數(shù)字處理輸出用人為設(shè)定的助力模型，助力起始、終點、力量合理，使人機(jī)能配合又省電。
文檔編號G01D5/244GK202783668SQ201220368010
公開日2013年3月13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