CN101496281A - 非接触式开关系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非接触式开关系统。该非接触式开关系统包含连接至少两个开关元件的微控制器。两个开关元件中的至少一个与其他开关元件不同。微控制器连接到至少两个电气附件以控制附件的功能。

Description

非接触式开关系统

技术领域

本发明涉及一种非接触式开关系统，具体地说，本发明涉及一种非接触式电子开关系统。

背景技术

摩托车有多种电气系统，例如头灯、近光灯、红外灯、转向灯、喇叭、自启动器等，在上述所有电气系统中，从来源于电池的电能通过开关被供应给合适的装置。目前，每个电气装置都通过一个独立的开关与电池串联。通常，将一个或多个开关置于摩托车红外灯上以便于操作。开关最好是成组的以便形成右手开关模块和左手开关模块。

一般来说，右手开关模块容纳执行以下功能的开关：

灯光控制

通过将尾灯、停车灯和头灯连接到电源而打开上述装置。

发动机启动

开关电池与启动电机之间的供给。

发动机停止或发动机的运行被切断

在运行时关掉发动机。

左手开关模块容纳执行以下功能的开关：

近光灯

在近光和远光之间瞬时接通和切断供电。

红外灯

触发远光到近光的开关模式。串联RH上的头灯开关。

转向灯或转弯指示灯

开启和关闭向左转向灯和右转向灯的电池供电。

喇叭

开启和关闭电池供电和喇叭。

如上所述，集成到开关模块中的每个开关都通过组件的机械运动进行操作，促使活动接头接触或脱离固定的接头。目前的开关模块的结构没有作任何防备以控制进水。因而，洗刷摩托车时或下雨时，水会渗入开关并留在接触位置。由于水渗入接触位置/点，接头受到腐蚀，导致开关出现故障。

同样，现有开关模块的结构中也没有作任何防备以控制尘粒的进入。因而，开关模块提升时，接触点附近/接触点上收集了相当多的灰尘。鉴于上述，在接触点形成碳沉积，导致开关寿命和可靠性降低。

除了以上问题以外，由于接触点的正常磨损和破损，开关的寿命和可靠性也受到影响。

因而需要提供一种改进的开关系统，克服上述问题中的至少一个并增加开关系统的总操作周期(寿命)。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种非接触式开关系统。

本发明的另一目的提供一种开关系统总操作周期(寿命)有所增加的改进的开关系统。

本发明的再一个目的是提供摩托车用非接触式电子开关系统。

本发明克服了(二轮)摩托车用开关的目前存在的问题，通过提供非接触式电开关系统，增加了产品的总操作周期。

因而，本发明涉及一种非接触式开关系统，包含：

至少两个开关元件，所述两个开关元件中的至少一个具有霍尔效应传感器单元，用以产生指示“开启状态”的第一信号或指示“关闭状态”的第二信号；

微控制器，用于从所述至少两个开关元件接收输入，并用于生成至少两个信号以控制与微控制器连接的至少两个附件的工作；

其特征在于：

所述至少两个开关元件包含至少一个第一开关元件和至少一个第二开关元件，其中所述第一开关元件与所述第二开关元件不同。

在本发明另本发明一实施例中，如果开关元件的数目为‘n’，所述非接触式开关系统包含‘m’个第一开关元件，‘a’个第二开关元件，以及在‘n-(m+a)’中任选的x个开关元件；其中，‘n’值大于2；‘m’值大于0小于n；‘a’值大于0小于‘n-m’，‘x’值大于0小于‘n-(m+a)’。

在本发明的再一实施例中，开关元件包含固定的支承元件和可移动的元件，该可移动的元件可从对应“关闭状态”的第一位置移动到至少一个对应“开启状态”的另一位置。

在本发明的再一实施例中，至少两个开关系统中的一个是接触式开关元件。

在本发明的再一实施例中，霍尔效应传感器单元包含至少一个产生磁场的第一部件和至少一个感应磁场并产生对应的电信号的第二部件。

在本发明的再一实施例中，霍尔效应传感器单元的第一部件安装在可移动的元件上，霍尔效应传感器单元的第二部件安装在固定元件上，反之亦然。

在本发明的再一实施例中，开关元件从包含拨动开关、按钮式开关、选择器开关、操纵杆开关、旋转开关、三态开关的组中选出。

在本发明的再一实施例中，微控制器通过驱动电路连接到附件。

在本发明的再一实施例中，霍尔效应传感器单元的第一部件是磁体，霍尔效应传感器单元的第二部件是安装在印制电路板上的霍尔效应传感器。

在本发明的再一实施例中，霍尔效应传感器单元的第一部件与第二部件之间的一个位置上的磁链实质上大于另一位置上的磁链。

在本发明的再一实施例中，微处理器用于提供至少一个功能。

附图说明

为了更容易地理解和应用本发明，现参照所示附图说明示范性实施例，各图中相同的附图标记用于相同或功能相似的元件。附图结合详细说明一起并入说明书中形成说明书的一部分，用于进一步地表示实施例并说明根据本发明的多种原理和优点。

图1(a)和1(b)表示常规的接触式开关的结构。

图2表示常规的左手手柄开关总成的结构。

图3表示常规的右手手柄开关总成的结构。

图4表示本发明的非接触式模块的电路结构。

图5(a)和(b)表示根据本发明一实施例的基本开关机构。

图6(a)、6(b)和6(c)表示根据本发明的用于左手手柄开关总成的非接触式机构。

图7(a)和7(b)表示根据本发明的用于右手手柄开关总成的非接触式机构。

图8是用于喇叭功能的非接触式机构的示例性图示。

图9(a)、9(b)和9(c)是用于灯光功能的非接触式开关的结构的示范性图示。

图10是用于转向灯功能的非接触式机构的示例性图示。

图11详细表示根据本发明一实施例的对应DC供电的电路图。

图12详细表示根据本发明另一实施例的对应AC供电的电路图。

附图的目的在于使本领域技术人员理解本发明。附图不一定按比例绘制，并且为提高对本发明的理解，为了与另一零件相对比，所示物件的一个或多个零件可能会被较大程度地放大。

具体实施方式

在下文中参照附图说明本发明的多个实施例，以便更好地理解本发明。

对根据本发明的详细实施例进行说明之前，应当明白，实施方式主要在于非接触式开关系统的多种组件的组合，其能增加整个非接触式开关系统的工作寿命周期。

因而，图中非接触式开关系统的组件由常规标记恰当地表示，表示的仅是与理解本发明的实施方式有关的具体细节，以使得对于所属技术领域的技术人员而言将是显而易见的细节更为清楚，有利于此处的说明。

术语“包含”及其变化的目的在于覆盖非排他性的包含，这样包含一组零件的系统或机械不是仅包括所述零件，还可以包括未清楚列出的或这种机械或系统固有的其他零件或组件。除非有更多的限制，由“包含...”限定的元件并不排除系统或机械中其他同样的元件的存在。

图1(a)和(b)中，分别表示关闭状态和开启状态的常规接触开关(10)的结构。开关(10)包含固定的支承元件(11)和可从对应关闭状态的第一位置移动到对应打开状态的至少一个第二位置的可移动的元件(12)。每个固定的支承元件和可移动的元件都具有接头(13)，该接头在开启状态相互接触而在关闭状态实质上不相互接触。

图2中表示集成了接触式开关的常规左手手柄开关总成件(20)的结构。左手手柄开关总成集成有提供“通过”功能的按钮式开关(21)、提供“红外灯”功能的拨动型开关(22)、提供“喇叭”功能的按钮式开关(24)和提供“转向灯”功能的开关(23)。

图3中表示集成了接触式开关的常规右手手柄开关总成(30)的结构。右手手柄开关总成集成有提供“发动机启动”功能的按钮式开关(31)、提供“发动机停止”功能的按钮式开关(33)和提供“头灯和停车灯控制”功能的开关(32)。

虽然对于所属技术领域的技术人员而言上述功能是公知的，但是下面再简要说明这些功能：

1.头灯和停车灯控制：通过将尾灯、停车灯和头灯连接到电源而打开这些装置。

2.发动机开启：开关电池与启动电机之间的供电。

3.发动机停止或发动机的运行被切断：运行时关掉发动机。

4.近光灯：在近光和远光之间接通和切断供电。

5.红外灯：触发从远光到近光的开关模式。

6.转向灯或转弯指示灯：开启和关闭向左转向灯和右转向灯的电池供电。

7.喇叭：开关电池供电和喇叭。

图4中表示了本发明的非接触式开关系统的简化框图。如图4所示，本发明的非接触式开关系统(40)包含连接到微处理器(44)的至少一个第一开关元件(41)和至少一个第二开关元件(42)。第一开关元件和第二开关元件都产生指示打开状态的第一信号或关闭状态的第二信号。除了第一和第二开关元件以外，至少一个开关元件具有霍尔效应传感器单元(43)。设置开关使得第一开关元件的输出控制第一附件(45)的工作，第二开关元件的输出控制第二附件(46)的工作。更具体地，微控制器(44)基于收到的第一开关元件(41)的输出，产生第一输出信号控制第一附件(45)的工作，同样，微控制器(44)基于收到第二开关元件(42)的输出，产生第二输出信号控制第二附件(46)的工作。

虽然在图4中，所示开关元件(41)由霍尔效应传感器单元(43)组成，但实际上，第二开关元件可以具有霍尔效应传感器单元(43)。霍尔效应传感器单元(43)包含产生磁场的磁体和感应磁场并产生对应的电信号的霍尔效应传感器(49)。磁体的位置设置成使其可以从第一位置移动到第二位置，在其中一个位置磁体与霍尔效应传感器之间的磁链实质上大于另一个位置的磁链。作为替换，霍尔效应传感器可以相对于磁体移动。

微控制器的输出通过驱动电路(47)供给附件，在目前的情况下该附件是摩托车的电气装置或电子装置或电机装置。

驱动电路(47)用于修正微控制器的输出，使其适合于驱动附件。举例来说，微控制器输出的电压和/或电流可能不足以驱动装置。在这种情况下，放大或减小微控制器输出的电压和/或电流的大小，以适合于最终的使用。

图5(a)和(b)中，表示分别处于关闭状态和打开状态的根据第一实施例的拨动型非接触式开关元件(50)的结构。从图5(a)和(b)中可以注意到，开关元件(50)包含固定支承元件(51)和可从对应关闭状态的第一位置移动到对应打开状态的至少第二位置的可移动的元件(52)。为了理解简单，非接触式开关元件(50)的外部结构表示为基本与如图1所示的常规的接触开关(10)相同。图1所示的常规开关(10)的内部构造与图5(a)和(b)所示的非接触式开关元件的区别在于，非接触式开关使用安装到可移动元件(52)上的磁体(48)，和安装到固定支承元件(51)上产生指示关闭状态/打开状态信号的霍尔效应传感器(49)。

本发明中，修改至少一个手手柄开关总成的结构，以包括至少一个非接触式开关(或换言之，具有霍尔效应传感器单元的开关)。具体说，每个手手柄开关总成的结构被修改为内部包括至少一个非接触式开关，更具体地，每个手手柄开关总成的结构被修改为由非接触式开关替换实质上上所有的接触式开关。

图6(a)中表示根据本发明的实施方式的集成非接触式开关的左手手柄开关总成(60)整体示意图。如图6(b)剖视图所示，左手手柄开关总成集成有提供“通过”功能的按钮式开关(61)、提供“红外灯”功能的拨动型开关(62)提供“转向灯”功能的开关(63)和提供“喇叭”功能的按钮式开关(64)。图6(c)是剖开的左手手柄开关总成的立体图。

图7(a)中表示根据本发明的实施方式的集成非接触式开关的右手手柄开关总成(70)整体示意图。如图7(b)剖视图所示，右手手柄开关总成集成有提供“发动机启动”功能的按钮式开关(71)、提供“头灯和停车灯控制”功能的开关(72)和提供“发动机停止”功能的按钮式开关(73)。图7(c)是右手手柄开关总成的剖视图。

仅通过示例的方式表示图6和7所示的手柄开关总成的结构。手柄开关总成可以在不同的结构中使用。手柄开关总成的结构差异包括开关的空间分布的差异、每个手柄开关总成上的开关数目的差异以及置于具体的手手柄开关总成上的开关类型的差异。

以下段落中通过实例说明手柄开关总成中含有的一些具体的开关的详细结构。

图8中表示了可以安装到左手手柄开关总成上提供喇叭功能的非接触式按钮型开关的结构。但应当理解的是图8所示的按钮型开关还可以用于提供除喇叭功能以外的其他功能。例如，图8所示的按钮型开关可以用于提供通过功能、电开启功能或发动机停止功能。图8(a)表示未按下旋钮(未启动)状态的非接触式按钮型开关的剖视图，图8(b)表示按下旋钮(启动)状态的非接触式按钮型开关的剖视图。

参照图8(a)和(b)，可以注意到非接触式按钮型开关(80)包含可被手指启动的旋钮元件(81)。旋钮元件安装成使其绕枢轴(82)旋转。旋钮元件(81)的内部具有磁体(83)。固定的支承元件(未表示)安装有霍尔效应传感器(84)。非启动状态下，磁体与霍尔效应传感器的距离为X1，启动状态下，磁体与霍尔效应传感器的距离为X2，其中X1实质上大于X2。旋钮元件具有弹簧(未表示)，这样，一旦启动力被解除，旋钮元件便返回其初始状态，也就是未启动的状态。

图9中表示可以安装到右手手柄开关总成上提供头灯和停车灯控制功能的非接触式开关的结构。但是，应当理解的是图9所示的开关还可以用于提供除头灯和停车灯控制功能以外的功能。例如，图9所示的开关可以被适当修改以提供转向灯功能。图9(a)表示处于第一位置的开关的剖视图，第一位置表示关闭状态，图9(b)表示处于第二位置的开关的剖视图，第二位置表示第一功能的开启状态(更具体地为停车灯开启状态)，图9(c)表示处于第三位置的开关的剖视图，第三位置表示第二功能的开启状态(更具体地为头灯开启状态)。图9所示的开关是可滑动的类型，意味着从第一位置移动到第二位置和/或从第一位置移动到第三位置和/或从第二位置移动到第三位置，反之亦然，用户必须滑动启动按钮。

图9所示的非接触式可滑动的开关(90)包含一个位于按钮元件(92)底部的磁体(91)和两个霍尔效应传感器(93和94)。两个霍尔效应传感器被安装到PCB(95)上。按钮元件可以在第一位置(图9(a)所示的对应灯光关闭状态的最右边的位置)、第二位置(图9(b)所示的对应停车灯开启状态的中间位置)和第三位置(图9(c)所示的对应灯光开启状态的最左边的位置)之间移动。两个霍尔传感器相对于磁体的位置如下：

(a)在第一位置，磁体与第一霍尔传感器和第二霍尔传感器都不在同一直线上；

(b)在第二位置，磁体与第一霍尔传感器在同一直线上；

(c)在第三位置，磁体与第二霍尔传感器在同一直线上。

图10中表示可以安装到左手手柄开关总成上提供转向灯功能的非接触式开关的结构。但是，应当理解的是图10所示的开关还可以用于提供除转向灯功能外的其他功能。例如，图10所示的开关可以被适当修改以提供头灯和停车灯控制功能。图10(a)表示处于第一位置的开关的剖视图，第一位置表示关闭状态，图10(b)表示处于第二位置的开关的剖视图，第二位置表示左转向灯开启状态，图10(c)表示处于第三位置的开关的剖视图，第三位置表示右转向灯开启状态。图10所示的开关是可绕枢轴旋转的类型，意味着从第一位置移动到第二位置和/或从第一位置移动到第三位置和/或从第二位置移动到第三位置，反之亦然，用户必须施加角向力以启动旋钮。

如图10所示，用于提供转向灯或转弯指示灯功能的非接触式开关(100)包含一个位于按钮元件(102)底部的磁体(101)和两个霍尔效应传感器(103和104)。两个霍尔效应传感器(103和104)被安装到PCB(105)上。安装到枢轴(106)的按钮元件可以在第一位置(图10(a)所示的对应转向灯和转弯指示灯关闭状态的中间位置)、第二位置(图10(b)所示的对应右转指示灯状态的右边位置)和第三位置(图10(c)所示的对应左转指示灯状态的左边位置)之间移动。两个霍尔传感器相对于磁体的位置如下：

(a)在第二位置，磁体与第一霍尔传感器在同一直线上；

(b)在第三位置，磁体与第二霍尔传感器在同一直线上；

(c)在第一位置，磁体与第一霍尔传感器和第二霍尔传感器都不在同一直线上。

提供转向灯和转弯指示灯的非接触式开关(也就是开关100)与提供灯光功能的非接触式开关(也就是开关90)的相似之处在于二者都包含两个霍尔效应传感器和一个磁体。但是，它们的内部结构和内部连接实质上是不同的。但是仍可以不改变内部结构，通过仅改变电连接便可以像操作提供灯光功能的开关一样操作提供转向灯和转弯指示灯的非接触式开关。

图11表示用DC直流电源向电路供电时，描绘开关、微控制器和不同的附件之间的多种互连的详细电路图。图11所示电路可以适当改变以使用AC交流电源，如图12所示，其描绘开关、微控制器和不同的附件与AC交流电源之间的互连。

本发明的较佳实施方式中，非接触式开关系统包含至少一个开关元件和微控制器。至少一个开关元件是具有霍尔效应传感器单元的非接触式开关元件。然而，其他开关元件可以是接触式的或非接触式的(可以包含或不包含霍尔效应传感器单元)。霍尔效应传感器单元被配置成产生至少一个指示至少一个“开启状态”的信号和另一个指示“关闭状态”的信号。类似地，其他开关元件被配置成产生至少一个指示至少一个“开启状态”的信号和另一个指示“关闭状态”的信号。微控制器的输入连接至开关元件，微控制器的输出连接至附件。微控制器从至少两个开关元件接收输入信号，产生至少两个信号控制至少两个附件的工作。可以注意到微控制器用于处理至少两个信号，以便同时控制至少两个附件。换言之，微处理器被至少两个开关元件和至少两个附件共享。

开关元件包含至少一个第一开关元件和至少一个第二开关元件，其中所述第一开关元件与所述第二开关元件不同。开关元件可以是结构、功能、启动模式或工作原理不同。例如，第一开关可以是非接触式开关，第二开关可以是接触式开关。在另一实例中，第一开关可以是按钮型非接触式开关，而第二开关可以是拨动型非接触式开关。在再一实例中，第一开关可以是提供喇叭功能的按钮型非接触式开关，第二开关可以是提供通过功能的按钮型非接触式开关。

如果我们设想开关的总数为二，在这种情况下，系统将包含第一开关元件和第二开关元件。如果本系统中存在的开关的总数为三，则系统可以包含：

(a)1个第一开关元件和2个第二开关元件；

(b)2个第一开关元件和1个第二开关元件；以及

(c)1个第一开关元件、1个第二开关元件和1个第三开关元件。

如果我们设想系统中开关的总数为四，则系统可以包含：

(a)1个第一开关元件和3个第二开关元件；

(b)1个第二开关元件和3个第一开关元件；

(c)2个第一开关元件和2个第二开关元件；

(d)1个第一开关元件、1个第二开关元件和2个第三开关元件；

(e)1个第一开关元件、2个第二开关元件和1个第三开关元件；

(f)2个第一开关元件、1个第二开关元件和1个第三开关元件；

(g)1个第一开关元件、1个第二开关元件、1个第三开关元件和1个第四开关元件。

同样，如果我们用‘n’表示本发明的系统中提供的开关总数，第一开关元件的数目由‘m’表示，第二开关元件的数目由‘a’表示，其他开关元件的数目(可以与第一开关元件和第二开关元件的数目不同或相同)由‘x’表示，则给出的‘n’、‘m’、‘a’和‘x’值为：

‘n’的值大于或等于2(也就是‘n’≥2)；

‘m’的值大于0且小于‘n’(也就是‘n’＞‘m’＞0)；

‘a’的值大于0且小于‘n-m’(也就是‘n-m’＞‘a’＞0)；

‘x’大于或等于0且小于或等于‘n-(m+a)’(也就是‘n-(m+a)’≥‘x’≥0)。

开关元件可以从包含但不限于两位置开关、三位置开关、可滑动开关、拨动开关、旋转开关、操纵杆开关等的群组中选择，其可以是接触式或非接触式的。

下面是非接触式开关系统的一些设计考虑：

a)达到100万次操作的高可靠性

b)没有接触磨损和破损

c)没有接触拱形(Contact arching)

d)尺寸小

本发明的优点：

a)将车辆的产品可靠性从2年增加到最少5年。

b)开关操作舒畅易用。

c)车辆因使用电子功能而具有更多功能。

d)因更好控制而使车辆安全

e)用起来舒服。

前述详细的说明仅说明了本发明的许多可能的实施方法中的一少部分。因而仅通过示例的方式给出详细说明，这部分中的任何部分都不用来限制本发明范围。仅由权利要求及其等同物限制权利主张。

Claims (12)

1、一种非接触式开关系统，包含：

至少两个开关元件，所述两个开关元件中的至少一个具有霍尔效应传感器单元，用以产生指示“开启状态”的第一信号或指示“关闭状态”的第二信号；

微控制器，用于从所述至少两个开关元件接收输入，并用于生成至少两个信号以控制与微控制器连接的至少两个附件的工作；

其特征在于：

所述至少两个开关元件包含至少一个第一开关元件和至少一个第二开关元件，其中所述第一开关元件与所述第二开关元件不同。

2、根据权利要求1所述的非接触式开关系统，其特征在于，如果开关元件的数目为‘n’，所述非接触式开关系统包含‘m’个第一开关元件，‘a’个第二开关元件，以及在‘n-(m+a)’内任选的x个开关元件；其中，‘n’值大于2；‘m’值大于0小于n；‘a’值大于0小于‘n-m’，‘x’值大于0小于‘n-(m+a)’。

3、根据权利要求1和2所述的非接触式开关系统，其特征在于开关元件包含固定的支承元件和可移动的元件，该可移动的元件可从对应“关闭状态”的第一位置移动到至少一个对应“开启状态”的另一位置。

4、根据前述权利要求中的任一个所述的非接触式开关系统，其特征在于至少两个开关元件中的一个是接触式开关元件。

5、根据前述权利要求中的任一个所述的非接触式开关系统，其特征在于霍尔效应传感器单元包含至少一个产生磁场的第一部件，和至少一个感应磁场并产生对应的电信号的第二部件。

6、根据前述权利要求中的任一个所述的非接触式开关系统，其特征在于霍尔效应传感器单元的第一部件安装在可移动的元件上，霍尔效应传感器单元的第二部件安装在固定支承元件上，反之亦然。

7、根据前述权利要求中的任一个所述的非接触式开关系统，其特征在于开关元件从包含拨动开关、按钮式开关、选择器开关、操纵杆开关、旋转开关、三态开关的组中选出。

8、根据前述权利要求中的任一个所述的非接触式开关系统，其特征在于微控制器通过驱动电路连接到附件。

9、根据前述权利要求中的任一个所述的非接触式开关系统，其特征在于霍尔效应传感器单元的第一部件是磁体，霍尔效应传感器单元的第二部件是安装在印制电路板上的霍尔效应传感器。

10、根据前述权利要求中的任一个所述的非接触式开关系统，其特征在于霍尔效应传感器单元的第一部件与第二部件之间的一个位置的磁链实质上大于其他位置的磁链。

11、根据前述权利要求中的任一个所述的非接触式开关系统，其特征在于微处理器用于提供至少一个功能。

12、实质上如参照附图说明的非接触式开关系统。

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