阅读说明：本技术 适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知方法、系统、介质及设备 (Magnetic shoe moving distance sensing method, system, medium and equipment suitable for magnetic control resistance wheel ) 是由 乔同舟 于 2020-04-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知方法、系统、介质及设备,包括：磁场形成步骤：将第一磁性部件23和第二磁性部件25设置于非导磁骨架22上,第一磁性部件23和第二磁性部件25之间形成连续强弱变化的磁场；第一安装步骤：将非导磁骨架22连接在螺母滑块16上,霍尔元件24安装在PCB板部件26上面,并且处于第一磁性部件23和第二磁性部件25所形成的磁场中；第一感知结果获取步骤：在霍尔元件24的的A、C两端施加设定工作电压后,获取第一霍尔感知结果信息。本发明能够大幅延长感应器件的寿命,具有更高的位置精度。(The invention provides a magnetic shoe moving distance sensing method, system, medium and equipment suitable for a magnetic control resistance wheel, comprising the following steps: a magnetic field forming step: arranging a first magnetic component 23 and a second magnetic component 25 on a non-magnetic-conductive framework 22, and forming a magnetic field with continuously changing strength between the first magnetic component 23 and the second magnetic component 25; a first mounting step: connecting the non-magnetic conducting framework 22 to the nut slider 16, wherein the Hall element 24 is arranged on the PCB component 26 and is positioned in the magnetic field formed by the first magnetic component 23 and the second magnetic component 25; a first sensing result obtaining step: after the set operating voltage is applied across A, C of the hall element 24, the first hall sensing result information is obtained. The invention can greatly prolong the service life of the induction device and has higher position precision.)

适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知方法、系统、介质及 设备

技术领域

本发明涉及霍尔测距领域，具体地，涉及适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感 知方法、系统、介质及设备，尤其是一种感知内外磁控阻力轮中磁瓦移动距离的霍 尔方案。

背景技术

很多健身运动器材中，如健身车、椭圆机、划船机等器械，在运动中需要有一 定的阻尼来刺激人体肌肉的发力。如图5、图6所示，铝圈2紧紧固定在金属飞轮 1的内圈里，他们是一体的，在外力的作用下可以围绕轴12做旋转运动，其余部分 通过塑料底盘3和法兰13固定在轴12上。左右两边各3片磁瓦4固定在铁环5上， 6片磁瓦分布成环状，产生磁场，当金属飞轮1围绕轴12旋转时，固定在金属飞轮 1内圈的铝圈2切割该磁场，产生涡流，该涡流也会产生磁场，两个磁场相互作用， 在金属飞轮1上形成阻尼力矩。控制磁瓦4和铝圈2之间的间隙大小，就可以控制 相互之间磁场作用的强弱，从而达到控制金属飞轮1上阻尼力矩的大小。以下发明 就是改良该间隙的检测方法。如图5所示，通过减速马达11的输出轮10的旋转， 将钢丝绳9缠绕其上，钢丝绳9拉动滑块6在滑槽8中上下移动，通过另一个短钢 丝绳7，拉动磁瓦绕H点旋转，从而调整磁瓦4和铝圈2之间的间隙距离。这个间 隙大小由减速马达11的输出轮10旋转弧度决定，由图6可知，输出轮10对称面 装有一个旋转式滑动变阻器111，输出轮10的旋转带动其动臂114同步旋转，所 以，输出轮10不同角度状态下，动臂114会停留在环状电阻膜115的相应的位置 上，只要检测动臂114的电阻值，就可以确定输出轮10的位置，也就是可以确定磁 瓦4和铝圈之间的间隙距离。由于滑动变阻器111的阻值变化是由动臂114通过金 属触点在电阻膜115的涂层上机械滑动摩擦形成的，所以存在以下弊端：机械摩擦 容易导致阻值粉脱落、触头氧化等问题，机械寿命短；由于阻值受油污、潮湿等环 境影响比较大，波动比较大。如图7所示为另一种调节磁瓦4和铝圈2间隙距离的 技术方案，电机20旋转带动蜗杆18旋转，蜗杆18驱动蜗轮19旋转，蜗轮19和 丝杆17为一体化的，丝杆17和蜗轮19永远是同步旋转的，丝杆17的旋转带动套 在其上的螺母滑块16做上下运动，通过链接螺母16和磁瓦铁环5的连杆15，拉/ 推动磁瓦4绕H点做旋转运动，从而改变磁瓦4和铝圈2之间的惊喜距离。如图7 所示，套在丝杆17上的螺母滑块16除了带动连杆15外，还带动滑动变阻器21的 滑动臂214一起跟随上下运动，滑动臂214的移动速度和位置完全跟随滑块螺母16 的位置移动，其阻值实时反映了滑块螺母16的位置状态和移动方向及移动速度，即 反应了磁瓦4和铝圈2之间的间隙距离变化。如图8所示，滑动臂214在电阻膜212上滑动，其阻值通过导体213引出，这个过程中滑动臂214和电阻膜212以及滑动 臂214和导体213之间都是机械簧片接触，其本质上和旋转式滑动变阻器存在一样 的问题，即机械寿命、接触可靠性等问题。可见，这个方案存在的弊端：滑动变阻 器的阻值变化是由动臂在涂层上滑动产生的，这种机械的摩擦，电阻粉容易脱落、 触头氧化等问题，寿命短；阻值受油污、粉尘、潮湿、温度等环境影响大，阻值波 动大。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知方法、系统、介质及设备。

根据本发明提供的一种适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知方法，包括：磁 场形成步骤：将第一磁性部件23和第二磁性部件25设置于非导磁骨架22上，第 一磁性部件23和第二磁性部件25之间形成连续强弱变化的磁场；第一安装步骤： 将非导磁骨架22连接在螺母滑块16上，霍尔元件24安装在PCB板部件26上面， 并且处于第一磁性部件23和第二磁性部件25所形成的磁场中；第一感知结果获取 步骤：当螺母滑块16做上下运动时，骨架22带动由第一磁性部件23和第二磁性 部件25形成的磁场做上下运动，在霍尔元件24的的A、C两端施加设定工作电压 后，当非导磁骨架22带动第一磁性部件23和第二磁性部件25一起移动时，霍尔 元件24在磁场中的相对位置发生改变，使得霍尔元件24的B端就会输出不同的电 压值，获取第一霍尔感知结果信息。霍尔元件24可以精确的感知移动的距离，供 PCB板或其他外部电路控制使用。

优选地，还包括：第二安装步骤：将非导磁骨架22链接在齿条滑块27上，将 霍尔元件24安装在PCB板部件26上，并且处于第一磁性部件23和第二磁性部件25所形成的磁场中；第二感知结果获取步骤：当齿条滑块27做上下运动时，非导 磁骨架22带动由第一磁性部件23和第二磁性部件25形成的磁场做上下运动，获 取第二感知结果信息。霍尔元件24可以精确的感知移动的距离，供PCB板部件或其 他外部电路控制使用。

优选地，还包括：第三安装步骤：将第一磁性部件23设置于铁环5上，将霍尔 元件24安装于PCB板部件26靠近第一磁性部件23的预定位置；第三感知结果获 取步骤：当磁瓦4移动时，设置于铁环5上的第一磁性部件23也跟随一起移动，第 一磁性部件23和霍尔元件(24)之间的距离发生变化，获取第三感知结果信息。霍尔 元件可以精确感知，并输出信号供PCB板部件或其他外部电路控制使用。

优选地，还包括：第四安装步骤：将第一磁性部件23和第二磁性部件25安装 于输出轮10对称面，输出轮10的旋转带动其动臂114同步旋转；第四感知结果获 取步骤：当输出轮10旋转时，第一磁性部件23和第二磁性部件25同步跟随一起 转动，获取第四感知结果信息。霍尔元件24在23和25的磁场中的相对位置发生 变化，霍尔元件24将位置变化信息提供给外部控制电路使用。

根据本发明提供的一种适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知系统，包括：磁 场形成模块：将第一磁性部件23和第二磁性部件25设置于非导磁骨架22上，第 一磁性部件23和第二磁性部件25之间形成连续强弱变化的磁场；第一安装模块： 将非导磁骨架22连接在螺母滑块16上，霍尔元件24安装在PCB板部件26上面， 并且处于第一磁性部件23和第二磁性部件25所形成的磁场中；第一感知结果获取 模块：当螺母滑块16做上下运动时，非导磁骨架22带动由第一磁性部件23和第 二磁性部件25形成的磁场做上下运动，在霍尔元件24的的A、C两端施加设定工 作电压后，使得霍尔元件24的B端就会输出不同的电压值，获取第一霍尔感知结果 信息。

优选地，还包括：第二安装模块：将非导磁骨架22链接在齿条滑块27上，将 霍尔元件24安装在PCB板部件26上，并且处于第一磁性部件23和第二磁性部件 25所形成的磁场中；第二感知结果获取模块：当齿条滑块27做上下运动时，非导 磁骨架22带动由第一磁性部件23和第二磁性部件25形成的磁场做上下运动，获 取第二感知结果信息。

优选地，还包括：第三安装模块：将第一磁性部件23设置于铁环部件5上，将 霍尔元件24安装于PCB板部件26靠近第一磁性部件23的预定位置；第三感知结 果获取模块：当磁瓦4移动时，设置于铁环部件5上的第一磁性部件23也跟随一 起移动，第一磁性部件23和霍尔元件(24)之间的距离发生变化，获取第三感知结果 信息。

优选地，还包括：第四安装模块：将第一磁性部件23和第二磁性部件25安装 于输出轮10对称面上，输出轮10的旋转带动其动臂114同步旋转；第四感知结果 获取模块：当输出轮10旋转时，第一磁性部件23和第二磁性部件25同步跟随一 起转动，获取第四感知结果信息。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知方法的步骤。

根据本发明提供的一种适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知设备，包括：控 制器；

所述计算机程序被处理器执行时实现适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知 方法的步骤；或者，所述控制器包括适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知系统。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明能够有效地避免机械摩擦容易导致阻值粉脱落、触头氧化等问题，机 械寿命短，由于阻值受油污、潮湿等环境影响比较大，波动比较大等问题；

2、本发明能够在不同磁场强度中的特性变化来探测器距离的变化，无任何机械接触、不受环境温度、潮湿、油污等影响；

3、本发明可以分离安装，增加安装方案的柔性度；

4、本发明能够大幅延长感应器件的寿命，具有更高的位置精度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的将霍尔方案替代滑动变阻器应用在丝杆螺母结构上测距结构示意图。

图2为本发明提供的将霍尔方案代替滑动变阻器应用在齿轮齿条结构上测距结构示意图。

图3为本发明提供的将上述霍尔应用于检测磁瓦4即铁环5的移动位置上测距 结构示意图。

图4为本发明提供的将上述霍尔应用于传统减速马达上测距结构示意图。将上 述霍尔应用于传统减速马达上。

图5为现有技术中第一种调节磁瓦和铝圈间隙距离装置的示意图。

图6为现有技术中第二种调节磁瓦和铝圈间隙距离装置的示意图。

图7为现有技术中第三种调节磁瓦和铝圈间隙距离装置的示意图。

图8为现有技术中第四种调节磁瓦和铝圈间隙距离装置的示意图。

图9为本发明实施例中的霍尔距离感知原理示意图

图中：

金属飞轮1 连杆15

铝圈2 螺母16

塑料底盘3 丝杆17

磁瓦4 蜗杆18

铁环5 蜗轮19

滑块6 电机20

短钢丝绳7 滑动变阻器21

滑槽8 变阻器固定端A211

长钢丝绳9 变阻器电阻膜212

输出轮10 变阻器动臂引出线213

减速马达11 变阻器滑动臂214

轴12 变阻器固定端B215

固定法兰13 非导磁骨架22

轴承14 磁性材料A23

输出轮10 霍尔元件24

减速马达11 磁性材料B25

滑动变阻器111 PCB板26

变阻器固定端A112 齿条滑块27

变阻器固定端B113 减速箱28

滑动臂114

电阻膜115

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于 本发明的保护范围。

如图1-图9所示，根据本发明提供的一种适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知方法，包括：磁场形成步骤：将第一磁性部件23和第二磁性部件25设置于非导磁骨架 22上，第一磁性部件23和第二磁性部件25之间形成连续强弱变化的磁场；第一安装步 骤：将非导磁骨架22连接在螺母滑块16上，霍尔元件24安装在PCB板部件26上面， 并且处于第一磁性部件23和第二磁性部件25所形成的磁场中；第一感知结果获取步 骤：当螺母滑块16做上下运动时，骨架22带动由第一磁性部件23和第二磁性部件25 形成的磁场做上下运动，在霍尔元件24的的A、C两端施加设定工作电压后，当非导磁 骨架22带动第一磁性部件23和第二磁性部件25一起移动时，霍尔元件24在磁场中的 相对位置发生改变，使得霍尔元件24的B端就会输出不同的电压值，获取第一霍尔感 知结果信息。霍尔元件24可以精确的感知移动的距离，供PCB板或其他外部电路控制 使用。在霍尔测距中，其感知精度可达到微米级，这个精度完全可以满足该应用中位置 探测的要求。我们用这套霍尔方案替代原来的滑动/旋转变阻器，由于其非接触、高精 度、低成本的特性，将有效解决滑动变阻器产生的一系列问题。第一磁性部件23和第 二磁性部件25可以同时使用，也可以使用其中任意一个，只是探测距离和感应参数做 相应调整即可。

优选地，还包括：第二安装步骤：将非导磁骨架22链接在齿条滑块27上，将霍尔 元件24安装在PCB板部件26上，并且处于第一磁性部件23和第二磁性部件25所形成 的磁场中；第二感知结果获取步骤：当齿条滑块27做上下运动时，非导磁骨架22带动 由第一磁性部件23和第二磁性部件25形成的磁场做上下运动，获取第二感知结果信 息。霍尔元件24可以精确的感知移动的距离，供PCB板部件或其他外部电路控制使用。

优选地，还包括：第三安装步骤：将第一磁性部件23设置于铁环5上，将霍尔元 件24安装于PCB板部件26靠近第一磁性部件23的预定位置；第三感知结果获取步骤： 当磁瓦4移动时，设置于铁环5上的第一磁性部件23也跟随一起移动，第一磁性部件 23和霍尔元件(24)之间的距离发生变化，获取第三感知结果信息。霍尔元件可以精确感 知，并输出信号供PCB板部件或其他外部电路控制使用。

优选地，还包括：第四安装步骤：将第一磁性部件23和第二磁性部件25安装于输出轮10对称面，输出轮10的旋转带动其动臂114同步旋转；第四感知结果获取步骤： 当输出轮10旋转时，第一磁性部件23和第二磁性部件25同步跟随一起转动，获取第 四感知结果信息。霍尔元件24在23和25的磁场中的相对位置发生变化，霍尔元件24 将位置变化信息提供给外部控制电路使用。

具体地，在一个实施例中，一种适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知方法利用霍 尔元件在不同磁场中的特性变化电压变化这一特点，其精确感知位置原理示意图如图9所示，23磁性材料A和25磁性材料B固定在非导磁骨架22上面，这两个磁性材料之 间便形成了一个连续强弱变化的磁场，在霍尔元件24的的A、C两端施加一个工作电压 后，当骨架22带动磁性材料A23和B25一起移动时，霍尔元件24在磁场中的相对位置 发生改变，霍尔元件24的B端就会输出不同的电压值，其感知精度可达到微米级，这 个精度完全可以满足该应用中位置探测的要求。我们用这套霍尔方案替代原来的滑动/ 旋转变阻器，由于其非接触、高精度、低成本的特性，将有效解决滑动变阻器产生的一 系列问题。磁性材料23和25可以同时使用，也可以使用其中任意一个，只是探测距离 和感应参数做相应调整即可。

将霍尔方案替代滑动变阻器应用在丝杆螺母结构上，如图1所示，将非导磁骨架22连接在螺母滑块16上，磁性材料23和25固定在骨架22上面，霍尔元件24安装在PCB 版26上面，并且处于磁性材料23和25所形成的磁场中，当螺母滑块16做上下运动 时，骨架22带动由磁性材料23和25形成的磁场做上下运动，霍尔元件24可以精确的 感知移动的距离，供PCB板或其他外部电路控制使用。

将霍尔方案代替滑动变阻器应用在齿轮齿条结构上，如图2所示，将霍尔方案中的非导磁骨架22链接在齿条滑块27上，将霍尔元件24安装在PCB板26上，并且处于磁 性材料23和25所形成的磁场中，当齿条滑块27做上下运动时，骨架22带动由磁性材 料23和25形成的磁场做上下运动，霍尔元件24可以精确的感知移动的距离，供PCB 板或其他外部电路控制使用。

将上述霍尔应用于检测磁瓦4即铁环5的移动位置上，如图3所示，将磁性材料23通过非导磁方法固定于铁环5上，将霍尔元件24安装于PCB板26靠近磁性材料23的 适当地方，当铁环带动磁瓦4移动时，固定于铁环5上的磁性材料23也跟随一起移动， 磁性材料23和霍尔元件24之间的距离发生变化，霍尔元件可以精确感知，并输出信号 供PCB板或其他外部电路控制使用。

将上述霍尔应用于传统减速马达11上，取代旋转式变阻器111，如图4所示，将磁性材料23和25安装与原旋转式变阻器111的位置，代替原变阻器111的上动臂114， 当输出轮10旋转时，磁性材料23和25同步跟随一起转动，霍尔元件24在23和25的 磁场中的相对位置发生变化，霍尔元件24将位置变化信息提供给外部控制电路使用。

本领域技术人员可以将本发明提供的适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知方法， 理解为本发明提供的适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知系统的一个实施例。即，所 述适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知系统可以通过执行所述适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知方法的步骤流程实现。

根据本发明提供的一种适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知系统，包括：磁场形 成模块：将第一磁性部件23和第二磁性部件25设置于非导磁骨架22上，第一磁性部 件23和第二磁性部件25之间形成连续强弱变化的磁场；第一安装模块：将非导磁骨架 22连接在螺母滑块16上，霍尔元件24安装在PCB板部件26上面，并且处于第一磁性 部件23和第二磁性部件25所形成的磁场中；第一感知结果获取模块：当螺母滑块16 做上下运动时，非导磁骨架22带动由第一磁性部件23和第二磁性部件25形成的磁场 做上下运动，在霍尔元件24的的A、C两端施加设定工作电压后，使得霍尔元件24的 B端就会输出不同的电压值，获取第一霍尔感知结果信息。

优选地，还包括：第二安装模块：将非导磁骨架22链接在齿条滑块27上，将霍尔 元件24安装在PCB板部件26上，并且处于第一磁性部件23和第二磁性部件25所形成 的磁场中；第二感知结果获取模块：当齿条滑块27做上下运动时，非导磁骨架22带动 由第一磁性部件23和第二磁性部件25形成的磁场做上下运动，获取第二感知结果信 息。

优选地，还包括：第三安装模块：将第一磁性部件23设置于铁环部件5上，将霍 尔元件24安装于PCB板部件26靠近第一磁性部件23的预定位置；第三感知结果获取 模块：当磁瓦4移动时，设置于铁环部件5上的第一磁性部件23也跟随一起移动，第 一磁性部件23和霍尔元件(24)之间的距离发生变化，获取第三感知结果信息。

优选地，还包括：第四安装模块：将第一磁性部件23和第二磁性部件25安装于输出轮10对称面上，输出轮10的旋转带动其动臂114同步旋转；第四感知结果获取模 块：当输出轮10旋转时，第一磁性部件23和第二磁性部件25同步跟随一起转动，获 取第四感知结果信息。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序 被处理器执行时实现适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知方法的步骤。

根据本发明提供的一种适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知设备，包括：控制器；

所述计算机程序被处理器执行时实现适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知方法 的步骤；或者，所述控制器包括适用于磁控阻力轮的磁瓦移动距离感知系统。

本发明能够有效地避免机械摩擦容易导致阻值粉脱落、触头氧化等问题，机械寿命 短，由于阻值受油污、潮湿等环境影响比较大，波动比较大等问题；本发明能够在不同磁场强度中的特性变化来探测器距离的变化，无任何机械接触、不受环境温度、潮湿、 油污等影响；本发明可以分离安装，增加安装方案的柔性度。

该发明应用于健身和运动器材行业，用于健身车、椭圆车、划船机等盘式金属轮阻力调节机构，当磁性材料磁瓦和旋转的金属环铝圈之间的间隔距离发生改变时，作用在 金属环上的磁场发生改变，从而导致金属环旋转时阻力发生改变。所以对磁性材料和金 属环的间隔距离的感知是控制阻力大小的关键。该发明旨在将霍尔元件应用于该间隙距 离的探测，以便控制器精确测量距离，从而根据需要，驱动电机，实现更为精准和可靠 的阻力调节。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及 其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制 器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装 置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、 模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、 单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特 定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意 相互组合。