[发明专利]脚踏车的角量传感器

说明书

本发明涉及脚踏车的角量传感器。这里所用的词组“角量”总体上用以表示以某些方式和旋转运动关联或相关的物理量，例如角位置、角速度、角加速度、角矩、扭矩等等。

本发明方案的改进尤其关注对于脚踏车，例如赛车的可能的应用，尤其意在电机驱动的变速器中的可能的应用和/或实现诸如检测链条的运动、检测所述运动的方向、自行车底托架的角位置(“相位”)或速度(踏板节奏)等的功能。

所设想的在脚踏车上的应用利用了一个传感器的关键性的结构上和操作上的连接。目标在于传感器应当具有内在的坚固性、连接的简易性、高精确性、以及恒定的性能，这些特征构成了利用现有的方案难于获得的质量。

例如，电势式传感器的使用与内在的关键性因素有关。这类传感器通常包括相互滑动接触的至少两部分(在绝大多数情况下，它们是在一个电阻槽上滑动的一个管脚或电刷)。为了正确地协作，这些部分必须精确地连接并且一定不能受到由于振动和/或相关于旋转方向的改变而产生的应力的影响，而这种影响实际上几乎不可避免，或者还要对环境因素非常敏感，例如部件特性随温度或吸收的潮气的变化，上述所有的因素都不利于电势式传感器。

光学式传感器(也就是，目前称做光学“编码器”的类型)至少部分地克服了上述缺陷。然而，这种传感器有些昂贵，已证实它对应力敏感，并且通常需要大量接头以提供360度的完全检测。此外，编码器类型的光学传感器本质上是数字传感器，其检测行为基于被检测的旋转运动通向经过光学传感器前面的交替的亮和暗带或部分。

本发明的目的在于提供一种用于脚踏车的角量传感器，它能够克服在先技术方案的固有缺陷。

根据本发明，上述目的通过具有如所附权利要求所述的特征的传感器而实现。

简单地说，本发明的方案基于优选地使用了线性霍耳效应传感器和模拟输出端的结合，即，为了生成传感信号，其可能的值在一个连续的范围内，而不是例如如同在数字类型的角度传感器的情况下的离散的范围内，后者的输出信号只能表现为不同的值(即，“0”和“1”)。

优选地，本发明使用一对机械式霍耳效应传感器，二者相互交错90度，并且磁性部分不相接触。这样就可能产生相互呈90度异相的两个电信号，具有优选的正弦特性曲线，或者其他的线性特性曲线，或者是根据重复/周期函数而变化的特性曲线。

另一方面，由现有技术可知，使用霍耳效应半导体传感器能够在输出端提供和感应成比例的电压。尤其是，这类传感器既可以在输出端提供线性的模拟信号也可以提供具有单或双极性的数字信号。

通过将不同的传感器和/或不同极性的磁极结合在一起可能将不同的传感器功能结合在一起，包括检测转速、转向、和位置的功能。

实际上正是上述的特征以及大范围的实施(还关于温度变化)和显著的可靠性促使上述传感器成功地应用于汽车界和家庭应用，尤其是用于控制发动机。

例如，由US-A-5 332 965可知一种传感器，设计为检测诸如蝶形阀的部件的角位置，它包括一个霍耳效应传感器和多个磁通集中器。磁通集中器结构设计为完成霍耳效应传感器的输出特性的线性化作用。通过改变磁通集中器和磁体之间的距离来校准传感器。在一个实施例中，磁通转换器完成传感器的温度补偿作用，其中该传感器气密密封从而不受磨损和/或振动现象的影响。

由EP-B-0 733 881可知另一种非接触式角位置传感器，它包括一个位于环形磁铁中心位置的霍耳效应传感器。

还有，由US-A-6 104 187可知一种非接触式磁阻角度传感器，它包括两个各向异性的磁阻(AMR)元件，它们相互转过45度并包含在各自的电阻桥内。所论传感器设计为用在连接于蝶形阀或诸如踏板的元件上的位置检测器中，特别注意保证传感器的零位是温度稳定的。

下面参照附图仅以非限制性的示例的方式说明本发明，附图中：

图1是本发明的传感器的轴向截面图；

图2是沿图1的II-II线的截面图；

图3和4示出本发明的传感器产生信号时可能的曲线；以及

图5以框图的形式示出本发明的传感器的可能的连接结构和相应的信号处理电路结构。

图1中，标号1总体上表示一个脚踏车的角量传感器(关于词组“角量”的含义，读者可以参见本说明书开始时所做的术语澄清说明)，它基本由一个以2表示的固定部分或者定子以及一个以3表示的可动部分或者转子构成。