有壳体内多磁块均匀分布传感器的助力自行车制造技术

本实用新型专利技术有壳体内多磁块均匀分布传感器的助力自行车属于多点位磁感应提供助力信号的电动助力自行车。传感器包括依次连接的传感元件、助力模型处理器、数模转换器、运算放大器，传感元件包括转动盘和固定盘相嵌的内空中设有永磁块和霍尔，转动盘上固定设置有多个相邻磁极性相反的永磁块，固定盘上的霍尔设在接近永磁块的位置。传感器设在自行车的车轮中心轴上，运算放大器电机控制器连接。优点：永磁块与霍尔的相对位置固定，霍尔可获得矩形波信号，便于传感器经数字处理输出用人为设定助力模型，助力起始、终点、力量合理，使人机能配合又省电。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于助力自行车的
，特别是涉及在一个转动部件上进行多点位磁感应提供助力信号的电动助力自行车。
技术介绍
野宝车料工业(昆山)有限公司申请的中国专利201020295192.0《勾爪式力矩传感装置》公开了一种助力自行车用传感装置，传感装置包括磁性件和弹性件配合，感受力矩的传感装置。使用时间长后，弹性件的弹性系数变化就会导致传感信号与被控 电机的控制效果发生变化，助力效果变得与人的助力需要不配合。而且用弹性件的设计结构复杂，制造成本高。北京科技大学申请的中国专利01201843. 0《电动助力自行车自动检测装置》公开了一种电动助力自行车自动检测装置，无接触检测蹬力、速度和转向，该装置在相对运动的内、外轮盘上分别设磁片，内轮盘上有弹簧，内、外轮盘之间用弹簧复位，用支架上的两个霍尔测内、外轮盘上相对运动的磁片产生的电信号表示蹬力、速度和转向。缺点(I)用弹性件不耐久使用时间长后，弹性件的弹性系数变化就会导致传感信号与被控电机的控制效果发生变化，助力效果变得与人的助力需要不配合，结构复杂，成本闻。缺点(2)输出正弦波使磁片组边缘距离不能小于4厘米，一般以5厘米为佳，而使可设磁片组数太少，人机配合不理想各磁片组相同，则霍尔输出的是正弦波作为控制信号，作为控制信号正弦波必需有一定峰谷差值，由于该专利的磁片组需要一定长度表示正反向运动，在直径为20厘米的环形凹槽转动盘圆形轨迹上最多设8个磁片组，一般以5个为佳，霍尔才能有控制功能的正弦波信号。也就是说，01201843. 0专利的这种技术方案，用于助力自行车，磁片组数量受限止在8个以内，控制信号太少，人机配合不理想。但如果多于8个磁片组，在人踏车较快时，霍尔输出的信号图形接近为一条水平线，该信号没有控制功能，不能控制电动机，使其特别需要助力时，失去助力功能。缺点(3)信号盲区达45度角，启动时需要助力的时候确得不到助力众所周知，人踩自行车脚踏板在顶点力矩最小，从离开顶点10-45度角是最需要助力的区域，但该专利各磁片组之间的夹角为45度，在脚踏板离开顶点10-45度角区域没有一个磁片组，也就没有一个控制信号，其结果是最需要助力的时候，但助力自行车的电机确不能助力。总之，除用弹性件不耐久又结构复杂外，因霍尔与磁片组的配合结构特点，转盘大小直径为20厘米以内，限止了磁片组数量为8组，磁片组数不能随意增加，使人机配合不理想，而且启动时得不到助力，助力需求与提供助力不匹配，骑车人的舒适性差；如强行增加磁片组数量，其传感信号又失去助力控制功能。王乃康申请的中国专利03264387. X《时间型电动助力自行车传感器》公开了不用弹性件，只用动、定两个转盘，动盘上面镶嵌两个永磁磁钢，定盘上面镶嵌三个霍尔元件，自行车踏板转一周，每个霍尔产生两个脉冲，则三个霍尔元件产生六个脉冲。分折可得三个特点，四个缺点如下特点(I)为获得六个脉冲信号，只能是各永磁磁钢相同磁极在一面每个霍尔要产生两个脉冲，则只能是两个永磁磁钢的相同磁极设在动盘的同一面，即在动盘的某一面，两个永磁磁钢都是北极或都是南极。假如在动盘的同一面，一个永磁磁钢为北极，另一个为南极，则踏板转一周，每个霍尔就只能产生一个脉冲，三个霍尔就只有三个脉冲，这就不合乎该专利说明书记载了。为了增加脉冲数，提高控制效果，只能是各永磁磁钢相同磁极在一面。特点(2)永磁磁钢用于表示踏板固定位置，三个霍尔表示踏板运动位置由于踏板与动盘是同步转动，所以在与两个踏板对应的动盘上两个位置分别固定一个永磁磁钢，某一个踏板转在什么位置，则对应的永磁磁钢也转在什么位置；但只有转在有霍尔的位置，才能通过霍尔发出控制信号，指挥助力自行车的电机产生需要的助力转动。特点(3)因为一个霍尔不能表示转一周中不同时段踏板运动的位置，则就不能只用一个霍尔踏板在转一周中的不同时段，对助力需求是有很大差别的，要体现这种助力需求的变化，该专利用三个霍尔分别设在180度角以内的三个位置，两个永磁磁钢分别设在两个踏板位置，踏板转在有霍尔的位置，该霍尔就输出信号表示踏板到达了该霍元的位置。但用多个霍尔又存在下面的缺点。作为助力自行车传感器的这些特点会有三个缺点缺点(I)用两个没有差异性的永磁磁钢分别表示两个踏板的固定位置，就只能用多个霍尔来表示踏板的转动位置两个永磁磁钢没有差异性，优点是可以不分左右脚的分别表示两个踏板的固定位置，使其左右脚发生助力需求，可产生相同的电机助力效果；但缺点是永磁磁钢本身就不能表示踏板的转动位置，而只能用多个霍尔设在不同的转角位置来表示踏板的转动位置，所以不能只用一个霍尔，而必需用多个霍尔。缺点(2)不能只用一个霍尔，而三个霍尔必然造成三个控制信号有原始分段误差，使助力需求模型失真，自然产生助力输出与助力需求不一致助力自行车不论是一个或两个电机，其控制电机的传感信号只能用一个传感信号输入电机控制器才能达到控制电机的目的；而该专利用三个霍尔控制电机，则必需把三个霍尔的三个控制信号合并为一个合并控制信号后才能输入电机控制器。三个霍尔的传感参数不可能一样，特别是由于环境温度变化、使用时间长后，三个霍尔的传感参数可能差异很大，其结果造成相同的助力需求时，不同霍尔的输出的是不同电压，导致电机产生不同的助力输出，助力输出与助力需求不一致；同理相同的助力需求时，不同霍尔的输出的又可能是相同电压，导致电机产生同一种助力输出，也产生助力输出与助力需求不一致的问题。缺点(3)合并控制信号易产生信号漂移，使合并控制信号与电机控制器不匹配，助力需求模型失真由于环境温度变化、使用时间长后，三个霍尔的传感参数可能差异很大，三个霍尔的三个控制信号连接点必然变化，则相同的助力需求产生的合并控制信号就会产生分段性的信号漂移，合并控制信号作为一整体产生信号失真，即助力需求模型失真，造成电机控制器选用三个控制信号的任何一个作为基准都会产生助力输出与助力需求不一致的问题。缺点(4)传感位点不能随意增加，传感位点太少，电机运行就不平稳，使骑车的人感觉很不舒服由于有缺点(I)和缺点(2)都最因为霍尔数量大于一个造成的，很明显霍尔数量越量越多，缺点(I)和缺点(2 )表现越严重。所以，该专利提供的助力自行车只能是使骑车的人感觉舒适性很不好的助力自行车。缺点(5)信号盲区达42度角，启动时需要助力的时候确得不到助力众所周知，人踩自行车脚踏板在顶点力矩最小，从离开顶点10-45度角是最需要助力的区域，但该专利各霍尔之间的夹角为42. 5-43. 5度，在脚踏板离开顶点10-42度角区域没有一个霍尔，也就没有一个控制信号，其结果是最需要助力的时候，但助力自行车的电机确不能助力。总之，该专利是用多个霍尔控制助力模式的技术方案，因为只能用多个霍尔来表示踏板的转动位置，多个霍尔的多个控制信号必然有原始误差，其合并控制信号又易产生信号漂移，都可造成助力需求模型失真，即不同时间的相同助力需求，但获得不同的助力效果；霍尔数量越量越多，助力需求模型失真越严重，限止了霍尔了数量，霍尔少 数量了又产生电机运行就不平稳，使骑车的人感觉很不舒服，而且启动时得不到助力。使其要助力需求模型不失真，和要电机运行平稳这两个问题上总是顾此失彼，不可兼得。
技术实现思路
本技术的目的是提供只用一个霍尔和环形凹槽转动本文档来自技高网...

【技术保护点】
有壳体内多磁块均匀分布传感器的助力自行车，包括电动自行车和传感器，电动自行车的车轮中心轴（51），中心轴（51）的两端与电动自行车的车架（53）固定连接，中心轴（51）外套有花鼓（52），花鼓（52）在中心轴（51）外转动，花鼓（52）与自行车的车轮（54）固定连接，花鼓（52）与车轮（54）同步转动；电动自行车的电池（55）连接电机控制器（29），电机控制器（29）连接车轮上的电机（30）；其特征在于：传感器的结构和部件的连接关系如下：传感器包括依次连接的传感元件、助力模型处理器（21）、数模转换器（27）和运算放大器（28）；［1］传感元件是把环形凹槽转动盘（1）的转动运动变为矩形波信号输出的元件；传感元件包括一块环形凹槽转动盘（1）、环形凹槽固定盘（40）、一个霍尔（3）和多枚永磁块（2），多枚永磁块（2）的大小相同、形状相同、磁通量相同，环形凹槽转动盘（1）和环形凹槽固定盘（40）两者的凹面相对，环形凹槽固定盘（40）嵌合在环形凹槽转动盘（1）的环形凹槽之中，成两个盘能相对转动的嵌合内空外壳，两个盘的凹面夹成一个空心环（41）；在空心环（41）位置的环形凹槽转动盘（1）上固定设置有多枚永磁块（2），该多枚永磁块（2）均匀地呈圆形轨迹分布，即每枚永磁块（2）到圆形轨迹线（5）所在圆中心的距离相同、相邻两枚永磁块（2）之间的距离相同；每枚永磁块（2）磁极性的N极和S极分别在环形凹槽转动盘（1）的两面，相邻两枚永磁块（2）的磁极性相反，一块环形凹槽转动盘（1）上全部永磁块（2）的磁极性分布方式是N极、S极、?N极、S极、?N极、S极……；在空心环（41）的环形凹槽固定盘（40）上固定设置有一个霍尔（3），霍尔（3）设在接近永磁块（2）并能感受每个永磁块（2）磁通量的位置，霍尔（3）与永磁块（2）之间有间距；霍尔（3）是对相反磁极性产生矩形波输出信号的霍尔；［2］助力模型处理器（21）是把转动盘（1）转动的数字信号变为助力模型数字信号的信号形式转换器；助力模型处理器（21）包括模数转换和速度计算器（24）、助力模型存储器（25）和助力模型计算器（26）；模数转换和速度计算器（24）与传感元件的霍尔（3）连接；模数转换和速度计算器（24）把霍尔（3）输入的矩形波信号计算出各矩形波之间的变化速度表示转动盘（1）的转速；模数转换和速度计算器（24）与助力模型计算器（26）连接，助力模型存储器（25）也与助力模型计算器（26）连接；助力模型计算器（26）用模数转换和速度计算器（24）的转动盘（1）转速选择助力模型存储器（25）中的某一种助力模型函数，并将转动盘（1）转速条件代入助力模型函数，计算出适合的助力模型数字信号，即助力模型计算器（26）输出助力模型数字信号；［3］数模转换器（27）是把助力模型数字信号转换成助力模型的模拟信号；助力模型计算器（26）与数模转换器（27）连接，数模转换器（27）把助力模型计算器（26）的助力模型数字信号转换成助力模型模拟信号；［4］运算放大器（28）是把数模转换器（27）的助力模型模拟信号转换成额定电压范围的助力模型模拟信号；传感器与电动自行车的连接关系是：传感器的环形凹槽转动盘（1）和环形凹槽固定盘（40）套在电动自行车的中心轴（51）外，并且环形凹槽固定盘（40）与中心轴（51）固定连接，传感器的环形凹槽转动盘（1）与花鼓（52）固定连接，环形凹槽转动盘（1）伴随花鼓（52）同步转动；环形凹槽转动盘（1）与环形凹槽固定盘（40）内外相套的嵌合成转动连接；环形凹槽转动盘（1）和花鼓（52）两者为相同的转动中心，传感器中运算放大器（28）的信号输出导线与电动自行车的电机控制器（29）的信号输入端连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄强，
申请(专利权)人：成都宽和科技有限责任公司，黄强，高松，欧阳焱雄，
类型：实用新型
国别省市：