用殼體內(nèi)多磁塊不均勻分布傳感器的助力自行車制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)用殼體內(nèi)多磁塊不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)盤上設(shè)置有多個(gè)相鄰磁極性相反、間距不同的多個(gè)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(duì)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)能最佳配合又省電。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于助力自行車的
，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。
技術(shù)介紹
野寶車料工業(yè)(昆山)有限公司申請(qǐng)的中國(guó)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(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)專利01201843. 0《電動(dòng)助力自行車自動(dòng)檢測(cè)裝置》公開了一種電動(dòng)助力自行車自動(dòng)檢測(cè)裝置，無接觸檢測(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(cè)內(nèi)、外輪盤上相對(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. 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(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)(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(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(zhǎng)度表示正反向運(yùn)動(dòng)，在直徑為20厘米的轉(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，01201843.0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。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。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。王乃康申請(qǐng)的中國(guó)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。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(duì)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(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)。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)。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)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。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(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題。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。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)候確得不到本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
用殼體內(nèi)多磁塊不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（1）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（1）、環(huán)形凹槽固定盤（40）、一個(gè)霍爾（3）和多枚永磁塊（2），環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤（1）和環(huán)形凹槽固定盤（40）兩者的凹面相對(duì)，環(huán)形凹槽固定盤（40）嵌合在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤（1）的環(huán)形凹槽之中，成兩個(gè)盤能相對(duì)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（1）上固定設(shè)置有多個(gè)永磁塊（2），多個(gè)永磁塊（2）成圓環(huán)形分布，且多個(gè)永磁塊（2）成錯(cuò)位分布，錯(cuò)位分布是半徑錯(cuò)位分布方式或間距錯(cuò)位分布方式的某一種；或即有半徑錯(cuò)位分布方式，又有間距錯(cuò)位分布的組合方式；半徑錯(cuò)位分布方式是：該多個(gè)永磁塊（2）分布在一個(gè)圓環(huán)形（6）范圍內(nèi)，在圓環(huán)形（6）的內(nèi)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(nèi)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(gè)永磁塊（2）到內(nèi)圓形軌跡線（5?1）所在圓中心的距離不相同；間距錯(cuò)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(zhǎng)短不相同；在環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤（1）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(zhuǎn)動(dòng)盤（1）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……；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(duì)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）是把環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤（1）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)換和波寬識(shí)別器（22）、助力起點(diǎn)選擇器（23）、磁塊轉(zhuǎn)速計(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)換和波寬識(shí)別器（22）與傳感元件連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換和波寬識(shí)別器（22）把傳感元件中霍爾（3）輸入的矩形波信號(hào)進(jìn)行識(shí)別各個(gè)矩形波的寬度，將各個(gè)矩形波信號(hào)變?yōu)椴煌臄?shù)字信號(hào)，對(duì)每個(gè)矩形波進(jìn)行標(biāo)注，模數(shù)轉(zhuǎn)換和波寬識(shí)別器（22）輸出標(biāo)注有磁塊位置秩序的磁塊運(yùn)動(dòng)數(shù)字信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換和波寬識(shí)別器（22）分別與助力起點(diǎn)選擇器（23）和磁塊轉(zhuǎn)速計(jì)算器（24）連接，助力起點(diǎn)選擇器（23）與磁塊轉(zhuǎn)速計(jì)算器（24）連接；磁塊轉(zhuǎn)速計(jì)算器（24）用模數(shù)轉(zhuǎn)換和波寬識(shí)別器（22）輸入的標(biāo)注有磁塊位置秩序的磁塊運(yùn)動(dòng)數(shù)字信號(hào)計(jì)算出環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤（1）的轉(zhuǎn)速，并把環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤（1）的轉(zhuǎn)速數(shù)字信號(hào)傳給助力起點(diǎn)選擇器（23），助力起點(diǎn)選擇器（23）用標(biāo)注有磁塊位置秩序的磁塊運(yùn)動(dòng)數(shù)字信號(hào)，和環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤（1）的轉(zhuǎn)速數(shù)字信號(hào)這兩個(gè)信號(hào)確定在某種轉(zhuǎn)速條件下的助力起點(diǎn)對(duì)應(yīng)的某一個(gè)矩形波，即確定助力起點(diǎn)磁塊；助力起點(diǎn)選擇器（23）和磁塊轉(zhuǎn)速計(jì)算器（24）分別都與助力模型計(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）用助力起點(diǎn)選擇器（23）的助力起點(diǎn)磁塊，和用磁塊轉(zhuǎn)速計(jì)算器（24）的環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤（1）轉(zhuǎn)速這兩個(gè)條件選擇助力模型存儲(chǔ)器（25）中的某一種助力模型函數(shù)，并將助力起點(diǎn)磁塊和環(huán)形凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)盤（1）轉(zhuǎn)速這兩個(gè)條件代入助力模型函數(shù)，計(jì)算出適合這兩個(gè)條件的助力模型數(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（1）和環(huán)形凹槽固定盤（40）套在電動(dòng)自行車的中軸（51）外，...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃強(qiáng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：成都寬和科技有限責(zé)任公司，黃強(qiáng)，高松，歐陽焱雄，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：