CN110622400B - 从移动元件中收集能量的脉冲发生器 - Google Patents
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Abstract
一种脉冲发生器包括一安装件用以保持两个主体靠近彼此。两个磁性元件可移动地保持在所述安装件中，并且所述磁性元件以两个稳定状态之一来彼此对准。一线圈在所述安装件中围绕所述磁性元件，及一施力装置施加一力至所述第一磁性元件，以导致所述第一磁性元件终止所述当前对准并且从而所述第一磁性元件及所述第二磁性元件重新对准至其它的稳定状态。所述磁体的移动在所述线圈中产生一脉冲，所述脉冲可以通过适当的电路检测并且使用。所述装置可以用于计数旋转或线性移动，或用于提供开关或不需要一单独电源的远程控制。
Description
相关申请
本申请基于35USC 119(e)要求2017年3月9日提交的美国临时专利申请No.62/469,110的优先权，其内容通过引用整体并入本文。
发明领域及背景技术
本发明涉及一种从移动元件中收集能量的脉冲发生器，更一般地，涉及一种无需电源或电池由于移动构件的位移而产生电脉冲的设备。
这种装置的一个示例是韦根线，例如在Dlugos等人的美国专利006191687B1中所描述的。在这个示例中，韦根线每次施加交替方向的磁场就能够产生一个脉冲。然后，每个脉冲的能量可以激活电子电路以计数所述脉冲的发生并将结果累积在非易失性存储器中。
韦根线应用的另一个示例在Mehnert等人的美国专利8,283,914B2中被描述。在这个专利中，韦根线脉冲用于确定轴或线性移动元件的位置。
Netzer在美国专利6,628,741B2中描述了另一种类型的脉冲发生器。在这个专利中，将簧片继电器放置在磁场中，并且两个铁磁组件之间的最终接触在围绕的线圈中产生变化的磁场和脉冲。
在所有上述脉冲发生器类型中，电脉冲非常短，并且电脉冲产生的能量极小。例如，可用的韦根线能够在5伏(Volt)时产生大约10纳米库仑(Nano Coulomb)，相当于1.25微瓦(micro-watt)的可用功率。由如此小的能量激活的电子电路的设计需要专门设计的电子装置。因此，这些装置的缺点在于，它们需要针对特定应用开发昂贵且特定的电子接口。
在Villaret的美国专利8,461,830B2中描述了另一种类型的脉冲发生器。在这个专利中，一个电脉冲是通过可磁化材料的小芯部在线圈内的移动所产生的，而这个移动是通过永磁体的接近所引起的。这种类型的发生器能够产生更高能量的电脉冲。例如，一个脉冲发生器用于编码器可以在5伏产生20个微库仑(Micro Coulomb)，相当于50微瓦的可用功率。
然而，这种发生器具有一定的机械复杂性，需要精确制造及安装的弹簧以及可磁化的芯部。另外，在移动元件上需要相对强的力或扭矩。在用作电动机反馈装置(编码器)的情况下，必须在反馈装置的正常运行期间消除力或扭矩扰动。为此，还需要一种阻断机制，从而增加了复杂性及成本。
此外，在进入线圈后，需要一个机械止动器来停止移动的芯部。芯部对机械止动器的冲击需要精心设计的阻尼材料，并且会限制了装置的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单而坚固的脉冲发生器，其从移动元件中收集能量，并且能够产生一定数量的能量，以适应应用需求。
本发明实施例可以提供在两个稳定状态下彼此对准的两个分开的磁性元件。当被迫退出其中一个稳定状态时，它们可能会重新对准至另一个稳定状态，重新对准所涉及的移动会在围绕的线圈或绕组中产生一电脉冲。
所述两个磁性元件可以是可旋转的，并且可以在其磁极对准的两个相对位置之间旋转。
本装置包括适当形状的磁性元件，其通常可以是永磁体，所述磁性元件限制在空腔中并且以一双稳态布置(即，具有两个不同的稳定状态的布置)来组织。在没有外力，例如来自一磁场，的情况下，中间位置具有更高的势能，使得所述装置保持在相同的稳定状态。为了产生电脉冲，当所述装置处于一给定的第一稳定状态时，逐渐施加一力，例如一磁场，所述力倾向于使所述装置向所述第二稳定状态移动，即提高当前位置的所述势能并且降低到达所述第二稳定状态的所述势能。每当所述装置到达最高势能的过渡位置时，即它越过了能垒的顶部，然后，所装置元件开始向所述第二稳定状态加速。根据磁定律及恩萧定理，当所述磁性元件接近所述第二稳定状态时，朝向所述第二稳定状态的吸引力会迅速增加，直到它被腔壁机械地停止，或者当上升的势能超越并且到达随后的势垒时，它被所述上升的势能磁性地停止。
因此，结果是从所述第一稳定状态到所述第二稳定状态的一突然的过渡运动。这种突然的运动导致一迅速变化的磁场。
一线圈可以围绕所述装置的所述磁性元件，并且上述迅速变化的磁场可以在所述线圈中感应出一电脉冲。
通过以交替方向施加磁场，所述装置可以产生交替符号的电脉冲。例如，这可以通过将永磁体从不同方向移向所述装置来实现。
根据本发明的一个方面，提供了一种脉冲发生器，包括：
一安装件，配置成用以保持两个主体靠近彼此；
一第一磁性元件及一第二磁性元件，可移动地保持在所述安装件中，使得所述磁性元件在两个稳定状态的其中之一状态下以一第一对准来彼此对准；
一线圈，在所述安装件中围绕所述磁性元件；
一施力装置，用于施加一力至所述第一磁性元件，所述力导致所述第一磁性元件终止所述第一对准并且导致所述第一磁性元件及所述第二磁性元件在所述第二稳定状态重新对准，从而在所述线圈中产生一脉冲。
在一个实施例中，所述施力装置配置成用以提供一磁场，所述磁场未与所述第一磁性元件对准，从而施加所述力。
在一个实施例中，所述施力装置包括第三磁性元件。
在一个实施例中，所述第一磁性元件、所述第二磁性元件及所述第三磁性元件各自是永磁体。
在一个实施例中，所述两个稳定状态中的每一个包括一相对的磁场取向，并且其中在所述两个稳定状态之间的中间位置具有比所述稳定位置的势能更高的势能。
在一个实施例中，所述施力装置配置成用以逐渐施加所述磁场至所述第一磁性元件。
在一个实施例中，所述磁性元件包括至少两个磁球组成的一行，所述至少两个磁球限制在所述安装件中的至少一个空腔中，并且其中在两个稳定位置中，每一个磁球与在所述行中的一相邻磁球磁性地对准。
一个实施例可以放置多个磁球，所述多个磁球处于所述行中连续的奇数及偶数位置上，并且其中所述两个稳定位置是：
a)在一奇数行位置的一各自球的一北磁半球，面对在一偶数行位置的一球的一南磁半球；及
b)在一奇数行位置的一球的一南磁半球，面对在一偶数行位置的一球的一北磁半球。
在一个实施例中，所述磁性元件包括至少两个磁性圆柱体组成的一有序行，所述至少两个磁性圆柱体在其整个长度上磁化并且限制在至少一个空腔，并且其中在两个稳定位置中，每一个磁性圆柱体与在所述行中的一相邻磁性圆柱体磁性地对准。
在一个实施例中，所述多个磁性圆柱体处于所述行中连续的奇数及偶数位置上。所述两个稳定位置是：
a)在一奇数行位置的一圆柱体的一北磁半面，面对在一偶数行位置的一圆柱体的一南磁半面；及
b)在一奇数行位置的一圆柱体的一南磁半面，面对在一偶数行位置的一圆柱体的一北磁半面。
实施例可以包括一计数器，其中所述线圈连接到所述计数器，以使所述计数器能够计数并且存储一脉冲数。
实施例可以包括一发射器，其中所述线圈连接到所述发射器，以响应于所述脉冲中的一个或多个而发射一信号。
所述脉冲发生器可以在一遥控器内，所述信号配置成用以导致一远程装置的运作。
所述脉冲发生器可以在一物联网装置内，所述信号配置成用于一本地无线电网络。
在一个实施例中，所述施力装置是一旋转元件的一部分，使得所述脉冲发生器计数所述旋转元件的旋转。
在一个实施例中，所述施力装置包括两个相对排列的磁体，其在所述旋转元件上周向地分离。
所述脉冲发生器与对准所述施力装置的一第二脉冲发生器结合。
实施例可以包括一单匝编码器，以测量所述旋转元件的角位置，使得所述脉冲发生器获得转数以及合适的四分之一转位置，并且所述编码器获得精确的当前角位置。
在一个实施例中，所述施力装置是一测量系统的一部分，所述测量系统用于测量沿着一轨道的一移动元件的线性移动。
在一个实施例中，所述施力装置包括多个磁体，所述多个磁体沿着所述线性移动元件均匀地间隔开。
在一个实施例中，所述施力装置包括多个磁体，所述多个磁体沿着所述轨道均匀地间隔开。
在一个实施例中，所述多个磁体具有交替的磁性。
实施例可以包括一电子接口，所述电子接口通过所述电脉冲操作。
在一个实施例中，在每一个电脉冲，所述电子接口配置成用以执行以下动作：
a)从一存储器读取所述移动元件的一先前存储位置；
b)计算增量或减量；
c)更新所述元件的一当前位置；及
d)存储所述元件的所述当前位置。
一种装置用于测量一轴的旋转，可以包括：如上所述的脉冲发生器及一旋转轴。所述施力装置可以位于所述旋转轴上，以根据所述旋转轴的旋转产生脉冲。
在一个实施例中，所述施力装置包括两个相对排列的磁体，其在所述旋转轴上周向地分离。
实施例可以包括一第二脉冲发生器，对准所述施力装置。
实施例可以包括一单匝编码器，以测量所述旋转轴的角位置。
另一种装置用于测量一轨道上的一移动部件的线性运动，包括：如上所述的脉冲发生器，其中所述安装件位于所述移动部件上，并且所述施力装置包括多个交替极化的磁体，所述多个交替极化的磁体沿着所述轨道均匀地间隔开。
在一个实施例中，所述施力装置包括一可旋转盘表面，面对所述安装件。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文描述的那些类似或等同的方法和材料可用于实践或测试本发明的实施方案，但下文描述了示例性方法和/或材料。如有冲突，将控制专利说明书，包括定义。另外，材料，方法和实施例仅是说明性的，并非旨在限制。
附图的数个视图的简要说明
仅通过举例的方式，本文中参考附图描述了本发明的一些实施例。现在详细地具体参考附图，要强调的是，所示的细节是作为示例并且出于说明性讨论本发明的实施例的目的。在这方面，通过附图进行的描述使得本领域技术人员清楚如何实施本发明的实施例。
在附图中：
图1示出了具有两个磁球或圆柱体的本发明的脉冲发生器的一实施例；
图2示出了用于计数沿一固定方向旋转的轴的旋转数的一实施例；
图3示出了用于登记沿任一方向旋转的轴的多圈位置的一实施例；
图4示出了与一单匝编码器结合的另一实施例，用于登记沿任一方向旋转的轴的多圈位置；
图5示出了具有三个球或圆柱体的脉冲发生器的一实施例；
图6示出了用以登记一线性滑动元件的位置的一实施例；
图7示出了通过一旋转的磁体激活所述脉冲发生器的一实施例；及
图8示出了用于一远程控制装置的一脉冲发生器应用程序。
具体实施方式
本发明涉及一种从移动元件中收集能量的脉冲发生器，更一般地，涉及一种无需电源或电池由于移动构件的位移而产生电脉冲的设备。
一种脉冲发生器包括一安装件用以保持两个主体靠近彼此，并且第一磁性元件及第二磁性元件可在所述安装件中移动。所述磁性元件在两个稳定状态的其中之一状态下以一第一对准来彼此对准，并且一线圈在所述安装件中围绕所述磁性元件。一施力装置施加一力至所述第一磁性元件，导致所述第一磁性元件终止所述第一对准并且使得所述两个磁性元件重新对准至所述第二稳定状态。所述磁体的运动在所述线圈中产生一个脉冲，所述脉冲可以被检测到并且可以为连接的电路供电，并且不需要单独的电源。这种装置尤其可以用于计数旋转或线性运动，或者用于提供开关或远程控制，这将在下面更详细地说明。
在一个简化的实施例中，所述装置包括被两个空腔包围的两个磁球，所述空腔被一非磁性的间隔元件或间隔件隔开。所述两个磁球相互吸引，使得它们具有两个稳定状态。在一第一稳定状态下，所述第一个球的磁北半球面对所述第二个球的南半球。在一第二个稳定状态下，所述第一个球的南半球面对所述第二个球的北半球。
当所述装置处于一第一状态时，如果一永磁体磁极逐渐接近成对的所述球中的其中一个球的相同极性的半球，则所述接近的球将被排斥并且趋向旋转，然而另一个球的吸引力会阻止这种旋转，直到所述排斥力变得比另一个球的所述吸引力更强为止。此时，两个球都将突然旋转，以使它们的磁场与所述接近的永磁体对准并且到达所述第二稳定状态。
本实施例的第一个优点是它是可伸缩的。所提出的装置可以设计成具有针对一所需脉冲能量所计算的尺寸。相比之下，韦根装置仅适用于细电线。每当需要更大的能量时，韦根就无法使用。
根据本实施例的装置可以作为不需要电池的遥控器，或者可以用于难以提供电池电力的IoT设备的开关。按下或转动一命令按钮的运动会转移到靠近所述脉冲发生器的一励磁磁铁上。当按下命令按钮时，所述励磁磁铁改变其位置并且翻转所述脉冲发生器中所述磁场的方向，从而激活一个脉冲。然后可以以任何需要的方式使用所述脉冲发生器的能量，例如将一编码后的无线电信号传输到相关设备。
本实施例的第二个优点是它的机械简单。球可以容纳在由塑料制成，线圈可以嵌入，的小空腔中。
本实施例的第三个优点是没有硬性的机械冲击。每个球都旋转，没有强烈的平移运动。可以使用类似于滚珠轴承中使用的标准塑料材料将所述磁球限制在它们的位置。
在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应理解，本发明不一定限于其应用于以下描述中阐述的构造细节和组件和/或方法的布置和/或者在附图和/或示例中示出。本发明能够具有其他实施例或者能够以各种方式实践或实施。
现在参考附图，图1是一简化图，其示出根据本发明一实施例的一装置的一横截面。
脉冲发生器100包括由一空腔107及腔壁111所组成的一安装件120，所述安装件120被设计成保持两个主体靠近彼此。所述两个主体是可移动地保持在所述安装件中的第一磁性元件101a与第二磁性元件101b。磁性元件具有磁极，并且一样的磁极相互排斥，而相反的磁极相互吸引，使得所述两个磁体对准。所述磁体可以通过两个稳定的方式对准，即两个北极都向上或两个北极都向下。箭头110a及110b指示所述对准，箭头指示为北极。任何未对准都会迅速导致磁体回到两个稳定状态中最接近的状态。
通过其两个横截面102a，102b所示出的一线圈在所述安装件中围绕所述磁性元件。
一施力装置103施加一力到所述第一磁性元件101b。所述力可以是机械力或磁力，并且所述力可能足以使所述第一磁体101b充分失准，使得在释放时会导致所述第二磁体旋转。也就是说，当所述磁体试图重新进入一个稳定状态时，所述当前的磁对准会被终止并且引起一急剧的运动。尽管这不是必需的，但通常所述对准会反转。当所述磁体试图重新进入一个稳定状态时的运动会在所述线圈中产生一个小的电脉冲。
更具体地，两个磁球或磁性圆柱体101a及101b被限制在一空腔107中，并且通过一间隔件108隔开，所述间隔件108通过诸如109之类的固定元件固定到所述腔壁111上。
尽管在这里将部件101a及101b示出为磁球，但是应当理解，所述磁体可以是能够在一安装件范围内在两个稳定位置之间移动的任何形状。例如，一磁性圆柱体可以在类似的布置中使用。
所述两个磁球101a及101b彼此吸引并且保持在所述稳定状态，其中两个球磁场都在箭头110a及110b所示的相同方向上。
一线圈，这里显示在两个部分102a与102b中，围绕所述空腔107及所述球101a与101b。所述线圈包括具有两端106a及106b的一绕组，所产生的脉冲可以通过外部设备分接。所述施力装置在此示例性地示为永磁体103，其具有与磁球的磁场方向相反的一磁场方向。因此，所述磁体103提供的磁场未与两个磁体的磁场对准。应当注意的是，由磁体103所提供的磁极根据所述磁球处于两个稳定状态中的哪一个而变化。
使所述磁体103沿箭头104所示的方向移动，从而接近所述磁球101b的下部。每当磁体103与球101b之间的距离低于一特定值时，所述两个球101a及101b就会突然旋转，以使它们的磁场与所述磁体103的磁场对齐。这种突然的旋转导致所述线圈102a-102b内部的磁场急剧变化，从而在绕线端部106a及106b处产生一电脉冲。
所述电脉冲的振幅及能量可以通过所述球尺寸的设计、间隔距离、线圈绕组的数量与几何形状、是否存在铁芯以及磁体103的选择来调整以适应应用需求。
现在参考图2，其为简化示意图，其示出了可以如何使用图1的所述装置来计数一轴的旋转。根据本实施例的一脉冲发生器200计数一轴202沿一给定方向旋转的回转数。两个磁体201a及201b固定到所述轴202。磁体201a及201b径向地磁化并且在它们的外表面上呈现相反极性的北极与南极。当所述轴202旋转时，磁体201a及201b交替地接近脉冲发生器200。脉冲发生器200然后输出交替极性的电脉冲，这些电脉冲被电子电路204所拾取。所述电子电路可以包括一非易失性存储装置及一处理器。在接收到一电脉冲时，所述电子电路204被脉冲的电能所激活并且递增一个值。例如，所述电路可以：a)从一非易失性存储器中读取一先前存储的计数值，b)增加所述计数值，以及c)将所述新增加的计数值存储回所述非易失性存储器中。在本实施例中，所述轴的每个回转有两个电脉冲。图2的实施例可以用作例如水表，风速计及其他旋转或旋转装置中的计数器。计数值被存储在存储器中而不需要电池，使得本实施例对于安装在偏远位置并且难以维修及更换电池的旋转或转动装置是有益的。所述电子电路204可以具有一通信接口，从而可以在需要时通过一主机来读取所述计数值。
现在参考图3，图3是示出了能够确定一轴的四分之一转位置的一轴回转计数器的实施例的一示意图。通过从所述四分之一转位置进行积分，可以获得更高的精度，并且可以获取所述轴的一绝对角位置。可以跟以前一样计数圈数，使得所述计数可以包括累计的圈数，并且可以将结果提供为来自一固定时间起点的角速度的积分。在图3的实施例中，极性相反的两个磁体301a及301b固定到一轴302。磁体301a径向地磁化并且在其外表面处呈现北极。磁体301b径向地磁化并且在其外表面处呈现南极。磁体301a及301b均覆盖所述轴的几乎一半周长，并且显示两个接合位置A及B。将图1所示类型的两个脉冲发生器300a及300b相对于所述轴以彼此成90度角放置，并且将它们都连接到一电子计数器304。在轴302的旋转期间，所述磁体301a及301b交替地靠近脉冲发生器300a及300b，从而使所述脉冲发生器输出电脉冲。在一给定的脉冲发生器上发生一电脉冲，再与另一个脉冲发生器上的最后一个脉冲的符号相结合，可提供有关位置A或B是否已通过两个脉冲发生器中的任何一个以及在哪个方向通过的信息，因此将所述轴位置定义为四分之一转的分辨率级别。可以将所述轴302沿逆时针方向排序的四个四分之一位置定义如下：
四分之一位置1：位置A在脉冲发生器300a附近
四分之一位置2：位置A在脉冲发生器300b附近
四分之一位置3：位置B在脉冲发生器300a附近
四分之一位置4：位置B在脉冲发生器300b附近
每当位置A及B中的任何一个靠近一脉冲发生器时，都会在那个脉冲发生器中产生一电脉冲。所述脉冲具有取决于所述旋转方向的一符号，例如，如果按照磁体外表面从南向北传播，则这个脉冲为正。
例如，下表可用于确定发生脉冲时的所述轴位置。
在每次出现脉冲时，所述电子接口都会从所述非易失性存储器中读取每个脉冲发生器的最后计算出的多圈位置、最后一个四分之一位置及最后一个脉冲的符号。然后，它通过一增量I来计算一新的多圈位置，并且将脉冲的符号、所述新的四分之一位置及所述新的多圈位置存储在所述非易失性存储器中。所述新的四分之一位置可以从上表推导而出。
增量I的计算过程如下：
最后两个四分之一位置之间的差D被评估：
D＝(新四分之一位置)-(之前的四分之一位置)
然后要考虑三种情况：
如果(绝对值(D)＝1)，则(I＝D/4)
如果(D＝3)那么(I＝-1/4)
如果(D＝-3)然后(I＝1/4)
使用相同实施例来计算多圈位置的其他过程对于本领域技术人员可能是显而易见的，例如基于检测到的旋转速度来计算分数，并且以上过程被示出为示例。
因此，图3的实施例可以用以连续地登记所述轴302的所述多圈位置，而不需要一外部电源或电池。图3的实施例可以有利地与一传统供电的单匝编码器结合使用以实现一高分辨率编码器。一传统的单匝编码器能够提供所述轴的一高分辨率角位置值，但是在断电时无法评估所述轴执行的转数。结合图3的实施例，可以通过将转述与高分辨率单匝位置数据相结合来计算一高分辨率的多圈位置。当上电时，所述编码器从所述电子接口304获取所述多圈位置，并且加入一圈高分辨率信息以获得一高分辨率多圈位置数据。
图4是使用根据图1的脉冲发生器及单匝编码器的多圈位置登记的示意图。示意性示出的一单匝编码器405能够为所述轴402的角位置提供至少一半圈的分辨率。有多家这样的编码器的制造商。这些编码器中的一些使用固定在轴上的磁体及多个霍尔传感器来感测由所述磁体产生的磁场方向。磁体固定在所述轴上，使得所述磁体产生的磁场也旋转，并且磁场的方向揭示所述轴402的所述角位置。在图4的实施例的范围内可以使用其他可用的单匝编码器。
四个磁体401a至401d以交替的极性固定到所述轴上。磁体401a及401b在其外表面处呈现北极，磁体401b及401d在其外表面处呈现南极。图1所示类型的一脉冲发生器400放置在所述磁体附近，并且连接到包括一非易失性存储器的一电子接口404。在所述轴旋转时，在四个位置处，靠近所述脉冲发生器400的磁体的极性从北极向南极或从南极向北极过渡。如上所述，这些过渡产生一电脉冲，所述电脉冲被传输到所述电子接口404。在每个脉冲发生时，所述电子接口从一非易失性存储器中检索一先前登记的多圈位置α，从所述单匝编码器405读取所述轴θ的所述角位置，并且根据以下过程更新所述多圈位置：
a)计算先前记录的多圈位置的角位置：
θ1＝模数(α，一圈)
b)从最后一次脉冲发生起评估所述轴角运动：
δ＝θ-θ1
c)选择方向
如果(δ>半圈)δ＝δ-半圈
如果(δ<-半圈)δ＝δ+半圈
d)更新多圈位置：
如果(δ>0)α＝α+1/4
如果(δ<0)α＝α-1/4
因此，一个脉冲发生器400与一单匝编码器的组合提供了所述轴的所述多圈位置的一登记，而无需任何外部电源。
所述单匝编码器的分辨率可能较低。一个可能的要求是，单匝分辨率应大于或等于四分之一圈。这样的低分辨率编码器可以以低成本获得，从而可以实现低一成本的多圈绝对位置登记。
在本实施例的范围内，一单匝编码器可以指的是以至少四分之一圈的分辨率测量所述轴的所述角位置的任何装置。
为了获得一更高能量的脉冲，一种可能性是可以增加磁球的数量。
图5是示出根据本发明的另一实施例的一脉冲发生器的示意图，所述脉冲发生器通过三个磁球实现。所述脉冲发生器的功能类似于以上参考图1描述的所述脉冲发生器的功能。
三个磁球501a、501b及501c被限制在空腔507中，并且通过间隔件506a和506b与它们的相邻者保持一定距离。当磁体503沿箭头504的方向移动时，所述磁球突然旋转并且在所述线圈502中产生一电脉冲。
使用三个球，可以构建一个封闭所有球的较长线圈，因此允许更多的绕线，从而产生一更高能量的脉冲。
很明显，也可以使用三个以上的球。
上述实施例将所述磁性元件称为磁性材料的球。然而，如已经指出的，显然可以使用其他形状，并且这些形状可以包括圆柱体及平行六面体，它们可以根据相同的原理来使用。圆形(例如球或圆柱)可以提供更平滑的操作，但是根据应用需要可以使用其他形状。
在图2、3及4中描述的本发明的实施例适用于一轴或任何旋转元件的旋转的登记。
本发明的实施例可以用于登记一线性移动元件的所述位置。
现在参考图6，其示出用于登记一线性移动元件的所述位置的一线性电动机及本发明的线性实施例的示意图，所述线性实施例使用与上述图3所示相同的原理并且使用图1的所述脉冲发生器。
一移动元件603沿着平行于一静态元件608的一路径或轨道依箭头607所示的方向滑动。在静态元件上，多个永磁体601a-601f及602a-602e对准，并且按固定间隔设置。沿着所述路径或轨道的多个连续的永磁体具有交替的极性。这些磁体可以在垂直于所述移动元件的滑动路径的方向上被磁化。磁体601a-601f具有例如面对移动元件603的北极，并且磁体602a-602e具有面对移动元件603的南极。磁体通过以间距p表示的固定间隔设置，间距p为两个极性相同的磁铁之间的距离，并且由箭头605表示。
根据本实施例，在所述移动元件603上固定有两个脉冲发生器600a及600b。这些脉冲发生器可以连接到一电子接口604，例如包括一处理器及一非易失性存储器。如箭头606所示，两个脉冲发生器600a及600b可以在移动方向上以间距p的四分之一来分开，如箭头606所示，并且定位成与所述磁体601a-601f及602a-602e接近。可以使用与关于图3的实施例描述的相同的计数方法来以四分之一的周期分辨率来登记所述移动元件603的所述位置。在这个线性实施例中，间距长度起到与图3的所述轴的一圈相同的作用。
在一种变型中，交替的磁体可以放置在所述移动元件上，并且一个或多个脉冲发生器可以放置在所述轨道或路径上。
因此，图6中所示的实施例原理可以提供一种系统，其能够以四分之一间距分辨率来测量所述移动元件603的线性位移。
现在参考图7，其示意性地示出了本发明的一个实施例，其中如图1所示类型的一脉冲发生器被一旋转磁盘所激活。
在一旋转轴701的末端固定有径向地磁化的一磁盘702。将根据本发明的一脉冲发生器703放置在所述旋转的磁盘703附近。
所述磁盘703在虚线704所示的方向上产生一磁场。这个磁场横穿所述脉冲发生器703。每当所述轴701旋转时，所述磁盘702也会旋转，并且磁场的方向也会改变方向，因此激活所述脉冲发生器703。
所述脉冲发生器可用于需要少量能量的各种应用中，因此可避免使用电池。
在图8中这种应用的示例为家电的一远程控制装置。这样的一种远程控制装置可以用作例如一无线灯开关。另一个应用是用于开门检测器，例如门或窗的开门检测器，例如作为安全系统的一部分，或者只是在有人进入或离开房屋时打开或关闭电灯及其他系统。
所述远程控制装置800包括根据本实施例的一脉冲发生器801，其通过位于其附近的一磁盘807所激活。由于按钮或微动开关809的操作，其操作依序运转了所述盘上的一齿条808及小齿轮806，使得所述磁盘807被旋转了半圈。在旋转时，所述盘磁体的南极接近所述脉冲发生器并且产生一第一脉冲。当释放所述按钮809时，弹簧810将按钮809恢复到其起始位置，并且所述盘磁体返回到其原始位置，其中北极靠近所述脉冲发生器801，从而产生一第二脉冲。
这两个脉冲的能量可以通过电线802传输到一无线电发射器803。然后，所述无线电发射器803发射一编码后的无线电信号，示意性地以804表示，其通过一天线805发射。
所述编码后的信号可以被所述家电直接接收，以控制所述家电，或者打开灯等。可替代地，所述信号可以被一互联网连接的装置接收，以控制互联网连接的装置或提供数据。
这里以使用齿条808及小齿轮806的机械系统为例。应当理解，可以设计许多机械的甚至是磁性的布置，以及磁体的替代形状。机械系统及形状可以设计为在激活时改变靠近脉冲发生器的磁极的极性。
可以预期，在本申请到期的专利有效期内，将开发许多相关的致动装置和发射器，并且相应术语的范围应优先包含所有此类新技术。
术语“包括”、“包含”、“包括”、“包括”、“具有”及其结合意味着“包括但不限于”。
术语“由...组成”表示“包括但限于”。
如本文所使用，单数形式“一”、“一个”和“所述”包含复数形式，除非上下文另有明确说明。
应当理解，为了清楚起见，在单独的实施方案的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施方案中组合提供，并且以上描述应被解释为好像所述组合是明确书写的。相反，为了简洁起见，在单个实施方案的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独提供或以任何合适的子组合提供，或者适合于本发明的任何其他描述的实施方案，并且以上描述是被解释为好像这些单独的实施例是明确写出的。
在各种实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的必要特征，除非所述实施例在没有那些元件的情况下不起作用。
尽管已经结合本发明的具体实施方案描述了本发明，但显然许多替代，修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，旨在涵盖落入所附权利要求的精神和广泛范围内的所有这些替代、修改和变化。
本说明书中提及的所有出版物，专利和专利申请均通过引用整体并入本说明书中，其程度如同每个单独的出版物，专利或专利申请被具体和单独地指出通过引用并入本文。另外，本申请中任何参考文献的引用或标识不应被解释为承认这样的参考文献可用作本发明的现有技术。在使用章节标题的范围内，它们不应被解释为必然限制。
Claims (30)
1.一种脉冲发生器，包括：
一安装件，配置成用以保持两个主体靠近彼此；
一第一磁性元件及一第二磁性元件，可移动地保持在所述安装件中，使得所述磁性元件在一第一稳定状态时以一第一对准来彼此对准，并且在一第二稳定状态时以一第二对准来进一步对准，在没有施加外力的情况下，可以保持所述第一稳定状态及所述第二稳定状态；
一线圈，在所述安装件中围绕所述磁性元件；
一施力装置，用于施加一力至所述第一磁性元件，所述力导致所述第一磁性元件终止所述第一对准并且导致所述第一磁性元件及所述第二磁性元件在所述第二稳定状态重新对准，所述第二稳定状态处于不同于所述第一对准的所述第二对准，从而在所述线圈中产生一脉冲。
2.如权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：所述施力装置配置成用以提供一磁场，所述磁场未与所述第一磁性元件对准，从而施加所述力。
3.如权利要求2所述的脉冲发生器，其特征在于：所述施力装置包括第三磁性元件。
4.如前述权利要求中任一项所述的脉冲发生器，其特征在于：所述第一磁性元件、所述第二磁性元件及第三磁性元件各自是永磁体。
5.如权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：所述第一稳定状态及所述第二稳定状态中的每一个包括一相对的磁场取向，并且其中在所述第一稳定状态及所述第二稳定状态之间的中间位置具有比所述稳定状态的势能更高的势能。
6.如权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：所述施力装置配置成用以逐渐施加一磁场至所述第一磁性元件。
7.如权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：所述磁性元件包括至少两个磁球组成的一行，所述至少两个磁球限制在所述安装件中的至少一个空腔中，并且其中在所述第一稳定状态及所述第二稳定状态中，每一个磁球与在所述行中的一相邻磁球磁性地对准。
8.如权利要求7所述的脉冲发生器，其特征在于：所述脉冲发生器具有多个磁球，所述多个磁球处于所述行中连续的奇数及偶数位置上，并且其中所述第一稳定状态及所述第二稳定状态包括：
a)在一奇数行位置的一各自球的一北磁半球，面对在一偶数行位置的一球的一南磁半球；及
b)在一奇数行位置的一球的一南磁半球，面对在一偶数行位置的一球的一北磁半球。
9.如权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：所述磁性元件包括至少两个磁性圆柱体组成的一有序行，所述至少两个磁性圆柱体在其整个长度上磁化并且限制在至少一个空腔，并且其中在所述第一稳定状态及所述第二稳定状态中，每一个磁性圆柱体与在所述行中的一相邻磁性圆柱体磁性地对准。
10.如权利要求9所述的脉冲发生器，其特征在于：所述脉冲发生器具有多个磁性圆柱体，所述多个磁性圆柱体处于所述行中连续的奇数及偶数位置上，并且其中所述第一稳定状态及所述第二稳定状态是：
a)在一奇数行位置的一圆柱体的一北磁半面，面对在一偶数行位置的一圆柱体的一南磁半面；及
b)在一奇数行位置的一圆柱体的一南磁半面，面对在一偶数行位置的一圆柱体的一北磁半面。
11.如权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：更包括一计数器，其中所述线圈连接到所述计数器，以使所述计数器能够计数并且存储一脉冲数。
12.如权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：更包括一发射器，其中所述线圈连接到所述发射器，以响应于所述脉冲中的一个或多个而发射一信号。
13.如权利要求12所述的脉冲发生器，其特征在于：所述脉冲发生器在一遥控器内，所述信号配置成用以导致一远程装置的运作。
14.如权利要求12所述的脉冲发生器，其特征在于：所述脉冲发生器在一物联网装置内，所述信号配置成用于一本地无线电网络。
15.如权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：所述施力装置是一旋转元件的一部分，使得所述脉冲发生器计数所述旋转元件的旋转。
16.如权利要求15所述的脉冲发生器，其特征在于：所述施力装置包括两个相对排列的磁体，其在所述旋转元件上周向地分离。
17.如权利要求15所述的脉冲发生器，其特征在于：所述脉冲发生器与对准所述施力装置的一第二脉冲发生器结合。
18.如权利要求15所述的脉冲发生器，其特征在于：更包括一单匝编码器，以测量所述旋转元件的角位置。
19.如权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：所述施力装置是一测量系统的一部分，所述测量系统用于测量沿着一轨道的一移动元件的线性移动。
20.如权利要求19所述的脉冲发生器，其特征在于：所述施力装置包括多个磁体，所述多个磁体沿着所述移动元件均匀地间隔开。
21.如权利要求19所述的脉冲发生器，其特征在于：所述施力装置包括多个磁体，所述多个磁体沿着所述轨道均匀地间隔开。
22.如权利要求20或21所述的脉冲发生器，其特征在于：所述多个磁体具有交替的磁性。
23.如权利要求15所述的脉冲发生器，其特征在于：更包括一电子接口，所述电子接口通过一电脉冲操作。
24.如权利要求23所述的脉冲发生器，其特征在于：在所述电脉冲，所述电子接口配置成用以执行以下动作：
a)从一存储器读取移动元件的一先前存储位置；
b)计算增量或减量；
c)更新所述元件的一当前位置；及
d)存储所述元件的所述当前位置。
25.如权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：所述施力装置包括一可旋转盘表面，面对所述安装件。
26.一种装置用于测量一轴的旋转，包括：
如权利要求1至14任一项所述的脉冲发生器；及
一旋转轴；并且其中所述施力装置位于所述旋转轴上，以根据所述旋转轴的旋转产生脉冲。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于：所述施力装置包括两个相对排列的磁体，其在所述旋转轴上周向地分离。
28.如权利要求26或27所述的装置，其特征在于：更包括一第二脉冲发生器，对准所述施力装置。
29.如权利要求26所述的装置，其特征在于：更包括一单匝编码器，以测量所述旋转轴的角位置。
30.一种装置用于测量一轨道上的一移动部件的线性运动，包括：
如权利要求1至14任一项所述的脉冲发生器，其中所述安装件位于所述移动部件上，并且所述施力装置包括多个交替极化的磁体，所述多个交替极化的磁体沿着所述轨道均匀地间隔开。
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