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CN203893816U - 角度传感器 - Google Patents

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CN203893816U
CN203893816U CN201420343523.1U CN201420343523U CN203893816U CN 203893816 U CN203893816 U CN 203893816U CN 201420343523 U CN201420343523 U CN 201420343523U CN 203893816 U CN203893816 U CN 203893816U
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CN
China
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hall element
magnet
steering mechanism
hall
angular transducer
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Application number
CN201420343523.1U
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English (en)
Inventor
陈中元
蒋旭东
王野
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Ninebot Tianjin Technology Co Ltd
Original Assignee
Ninebot Tianjin Technology Co Ltd
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Publication date
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Application filed by Ninebot Tianjin Technology Co Ltd filed Critical Ninebot Tianjin Technology Co Ltd
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

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Abstract

本实用新型公开了一种角度传感器，属于角度计量的技术领域。其包括：霍尔元件和设置在固定架上的磁铁，所述霍尔元件作为转子，所述磁铁作为定子；或者，所述霍尔元件作为定子，所述磁铁作为转子。所述转子与转向机构连接，所述霍尔元件产生并输出霍尔电压，以根据所述霍尔电压确定所述转向机构的转向角度。由于利用在转向机构的带动下，磁铁构成的磁场随之旋转，或者，霍尔元件随之旋转，从而导致施加到霍尔元件上的磁场发生变化，最终引起霍尔元件输出的霍尔电压发生变化，据此获得转向机构的转向角度。由此可见，转向结构带动磁铁旋转过程中，磁铁与霍尔元件并没有任何的机械接触，避免了现有技术中电位器的磨损，提高了角度传感器的稳定性。

Description

角度传感器
技术领域
本实用新型属于角度计量的技术领域，具体地说，涉及一种角度传感器。
背景技术
电动平衡车或者机平衡车是一种先进的短途代步车，比如目前市场上的ninebot系列自平衡代步机器人，直接利用电能作为动力，并通过内置的微机陀螺仪和加速度计组成姿态测量传感器，感测车身的姿势状态，通过高速处理器计算出控制指令，驱动马达来移动车身。
现有技术中，平衡车转向功能的实现主要依赖于电位器，通过监测电流的变化，控制车子的转向。图1为现有转向功能中使用的电位器的简要结构示意图；如图1所示，该电位器具有三个端子ABC、转轴101、电阻体102、电刷103，在平衡车转向的过程中，会导致电刷103沿着电阻体102移动，从而获得与位移量对应的电阻变化、电流变化，据此控制平衡车的转向角度。但是，这种电位器由于要控制转向角度，直接依赖于电刷103沿着电阻体102移动引起的电流变化，电刷103与电阻体102要必不可少的有机械接触。因此，通常会存在机械磨损，导致电位器的寿命较短，转向控制的稳定性较差。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种角度传感器，用以解决现有技术中电位器寿命较短，转向控制稳定性较差等技术问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种角度传感器，其包括：霍尔元件和设置在固定架上的磁铁，所述霍尔元件作为定子，所述磁铁作为转子，所述转子与转向机构连接，用于在所述磁铁在转向机构带动下旋转导致所述霍尔元件产生并输出霍尔电压，以根据所述霍尔电压确定所述转向机构的转向角度。
为了解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种角度传感器，其包括：焊接在PCB板上的霍尔元件和设置在固定架上的磁铁，所述霍尔元件作为转子，所述磁铁作为定子，所述转子与转向机构连接，用于在所述霍尔元件在转向机构带动下旋转导致其产生并输出霍尔电压，以根据所述霍尔电压确定所述转向机构的转向角度。
优选地，在本实用新型的一实施例中，所述固定架为限位块。
优选地，在本实用新型的一实施例中，所述固定架采用非金属材料。
优选地，在本实用新型的一实施例中，上述角度传感器还包括保护罩，用于保护并定位所述霍尔元件。
优选地，在本实用新型的一实施例中，所述保护罩采用非金属材料。
与现有的方案相比，由于利用在转向机构的带动下，磁铁构成的磁场随之旋转，或者，霍尔元件随之旋转，从而导致施加到霍尔元件上的磁场发生变化，最终引起霍尔元件输出的霍尔电压发生变化，据此获得转向机构的转向角度。由此可见，转向结构带动磁铁旋转过程中，磁铁与霍尔元件并没有任何的机械接触，因此，避免了现有技术中电位器的磨损，进一步提高了角度传感器的稳定性。
附图说明
图1为现有转向功能中使用的电位器的简要结构示意图；
图2为本申请实施例一角度传感器的简要结构示意图；
图3为本申请实施例二角度传感器的简要结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和优选实施例对本实用新型的技术方案进行详细地阐述。应该理解，以下列举的实施例仅用于说明和解释本实用新型，而不构成对本实用新型技术方案的限制。
本实用新型下述实施例中，由于利用在转向机构的带动下，磁铁构成的磁场随之旋转，或者，霍尔元件随之旋转，从而导致施加到霍尔元件上的磁场发生变化，最终引起霍尔元件输出的霍尔电压发生变化，据此获得转向机构的转向角度。由此可见，转向结构带动磁铁旋转过程中，磁铁与霍尔元件并没有任何的机械接触，因此，避免了现有技术中电位器的磨损，进一步提高了角度传感器的稳定性。
本申请的核心思想：
本申请下述实施例中提供的角度传感器，其核心包括：霍尔元件和设置在固定架上的磁铁，所述霍尔元件作为转子，所述磁铁作为定子；或者，所述霍尔元件作为定子，所述磁铁作为转子。所述转子与转向机构连接，所述霍尔元件产生并输出霍尔电压，以根据所述霍尔电压确定所述转向机构的转向角度。
下述实施例中，具体以所述霍尔元件作为定子，所述磁铁作为转子来对本申请的角度传感器做示意性说明。需要说明的是，在本申请下述实施例的启发下，本领域普通技术人员无须创造性劳动，也可以所述霍尔元件作为转子，以所述磁铁作为定子来实现本申请的上述核心思想。
图2为本申请实施例一霍尔角度传感器的简要结构示意图；如图2所示，在由两个磁铁101组成的磁场中设置有一霍尔元件102。霍尔元件102作为定子时，磁铁101作为转子；或者，磁铁101作为定子时，霍尔元件102作为转子。上述这两种情形均会导致霍尔元件102输出霍尔电压。
具体地，在霍尔元件102的正上方和正下方设置有磁铁101两块磁铁101，用以构建一磁场，以引起霍尔电压的产生，磁铁101作为转子，随着转向机构的转动而旋转。本实施例中，磁铁101和霍尔元件102在垂直方向上的设置位置完全对齐，使得霍尔元件204处于磁铁101搭建磁场的中心。
在另外一实施例中，磁铁101和霍尔元件102在垂直方向上的设置位置也可以不对齐，即两者之间处于偏置位置关系。本实施例中，为了便于磁铁101的固定，将磁铁101固定在一固定架(图中未示出)上，固定支架205与外部的转向机构连接。本实施例中，该固定架(图中未示出)具体可以采用一限位块，置磁铁101于其中。为了减轻重量以及避免电磁干扰，该限位块可采用非金属材料制成。
需要说明的是，在具体实施时，两个磁铁101、霍尔元件102并无特殊的限定。比如，可以将霍尔元件102直接焊接在PCB板上，而磁铁101与平衡车转向机构固定；或者，磁铁101直接固定在PCB上，而霍尔元件102与平衡车转向机构固定；在转向机构的带动下转子转动。
霍尔元件102霍尔元件102测得在转向的过程中磁场变化引起的霍尔电压及进一步的电流变化。
需要说明的是，为了对霍尔元件起到保护和定位作用，本实施例中，霍尔元件102的外围还可以具体设置在一保护罩(图中未示出)，保护罩和霍尔元件的固定关系并无特殊限定。为了减轻重量以及避免电磁干扰，该保护罩优选采用非金属材料制成。
需要说明的是，图2所示的实施例中，磁铁101在转向机构的带动下，围绕着霍尔元件102旋转，改变施加到霍尔元件102上的磁场强度，从而获得对应霍尔电压变化，据此获得转向机构的转向角度。
需要说明的是，霍尔电压变化与转向角度之间的具体关系，与霍尔元件的规格、磁铁的属性参数等有关。比如，在一具体应用实例中，霍尔电压变化与转向角度之间关系为：
Uout＝Uo+Aθ(-180°≤θ<180°)
Uout表示霍尔元件的实时输出电压，Uo表示霍尔元件初始位置时的输出电压，A表示霍尔元件与磁场的相关系数。
需要说明的是，在上述公式中，Uo可能会不完全固定，与实际产品的具体设计有关。
图3为本申请实施例二角度传感器的简要结构示意图；如图3所示，本实施例中，考虑到“冗余”，即霍尔器件出现故障是的应对情况。与上述图1所示实施例不同的是，本实施例中，在由两个磁铁101组成的同一磁场中设置了至少两个霍尔元件102，一个作为备用霍尔元件。这两个霍尔元件101在竖直方向上可以对齐设置。
霍尔元件102作为定子时，磁铁101作为转子；或者，磁铁101作为定子时，霍尔元件102作为转子。上述这两种情形均会导致霍尔元件102输出霍尔电压。
需要说明的是，在本实施例中，两个霍尔元件102共用同一磁场。在另外一实施例中，也可以分别给每一个霍尔元件102设置一磁场，详细不再赘述。
下面对上述图2中两个霍尔元件102的切换原理做一简要说明，本领域普通技术人员根据本申请实施例的记载无须创造性劳动即可详细实现。
控制器接收并对当前工作的霍尔元件102的输出电压进行监控，如果判定其输出电压超出设的正常区间，比为0V或者大于等于5V，则表明该霍尔元件102出现异常，无法正常工作。因此，主控制器则关闭对输出电压异常的霍尔元件的信号接收，启动对另一霍尔元件输出电压的接收，据此进行转向角度的计算。另外，还可以发出语音或者灯光报警，以提示客户更换霍尔元。
上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种角度传感器，其特征在于，包括：霍尔元件和设置在固定架上的磁铁，所述霍尔元件作为定子，所述磁铁作为转子，所述转子与转向机构连接，用于在所述磁铁在转向机构带动下旋转导致所述霍尔元件产生并输出霍尔电压，以根据所述霍尔电压确定所述转向机构的转向角度。
2.根据权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，所述固定架为限位块。
3.根据权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，所述固定架采用非金属材料。
4.根据权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，还包括保护罩，用于保护并定位所述霍尔元件。
5.根据权利要求4所述的角度传感器，其特征在于，所述保护罩采用非金属材料。
6.一种角度传感器，其特征在于，包括：焊接在PCB板上的霍尔元件和设置在固定架上的磁铁，所述霍尔元件作为转子，所述磁铁作为定子，所述转子与转向机构连接，用于在所述霍尔元件在转向机构带动下旋转导致其产生并输出霍尔电压，以根据所述霍尔电压确定所述转向机构的转向角度。
7.根据权利要求6所述的角度传感器，其特征在于，所述固定架为限位块。
8.根据权利要求6所述的角度传感器，其特征在于，所述固定架采用非金属材料。
9.根据权利要求6所述的角度传感器，其特征在于，还包括保护罩，用于保护并定位所述霍尔元件。
10.根据权利要求9所述的角度传感器，其特征在于，所述保护罩采用非金属材料。
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