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一种用于 车轮俘能装置的微型张开装置及控制方法

阅读：1029发布：2020-05-25

专利汇可以提供一种用于车轮俘能装置的微型张开装置及控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种用于车轮俘能装置的微型张开装置及控制方法，张开装置包括有传动装置、控制模块和电源，其中控制模块与传动装置中的步进电机连接并控制步进电机的工作，电源与传动装置和控制模块相连接，其方法为：步骤一、检测是否处于发电状态；步骤二、开始检测外部RF射频信号；步骤三、解读信号含义；步骤四、发电装置与底座相切与否；步骤五、检测压电发电装置与底座垂直与否；步骤六、使压电发电装置运动到与底座相切的位置；步骤七、使压电发电装置运动到与底座垂直的位置；步骤八、通过发射模块反馈当前状态；步骤九、进入下一个循环。有益效果：使用蜗轮与蜗杆锁止时无需耗费电能，解决了压电发电装置安装时影响装胎的问题。，下面是一种用于车轮俘能装置的微型张开装置及控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于车轮俘能装置的微型张开装置，其特征在于：包括有传动装置、控制模块和电源，其中控制模块与传动装置中的步进电机连接并控制步进电机的工作，电源与传动装置和控制模块相连接，电源为控制模块和传动装置提供电力，传动装置与压电发电装置的枢接轴相连接，传动装置通过枢接轴驱使压电发电装置进行转动，传动装置、控制模块、电源和压电发电装置的底座均固定在轮毂上。
2.根据权利要求1所述的一种用于车轮俘能装置的微型张开装置，其特征在于：所述的电源为高能量密度的锂电池。
3.根据权利要求1所述的一种用于车轮俘能装置的微型张开装置，其特征在于：所述的控制模块为一芯片，芯片的型号为CC2530，芯片内集成有RF射频信号接收器、滤波器、放大器和电源稳压器，供电电压为2.1-3.6V，传输速率为250kbps，接收灵敏度为-95dBm，抗干扰能力为39dB，RF射频信号传输协议为Zigbee，Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，RF射频信号传输频率为2.4GHz。
4.根据权利要求1所述的一种用于车轮俘能装置的微型张开装置，其特征在于：所述的传动装置是由步进电机、蜗杆、蜗轮、第一锥齿轮和第二锥齿轮组成，蜗杆与步进电机的输出轴相连接，蜗杆由步进电机驱使进行转动，蜗杆与蜗轮相啮合，第一锥齿轮装配在蜗轮轴上，蜗杆转动时驱使蜗轮转动从而带动第一锥齿轮与蜗轮同步转动，第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，第二锥齿轮和第一锥齿轮之间的轴角为90度，第二锥齿轮的中心轴与压电发电装置的枢接轴相连接，第二锥齿轮转动时带动压电发电装置进行转动。
5.根据权利要求1所述的一种用于车轮俘能装置的微型张开装置，其特征在于：所述的步进电机为两相四线微型步进电机。
6.根据权利要求4所述的一种用于车轮俘能装置的微型张开装置，其特征在于：所述的蜗轮和蜗杆的模数为0.5，蜗杆为单头蜗杆，蜗轮齿数为28，传动比为28，蜗杆导程角小于蜗轮与蜗杆的当量摩擦角，蜗轮与蜗杆之间能够实现摩擦力自锁。
7.根据权利要求4所述的一种用于车轮俘能装置的微型张开装置，其特征在于：所述的第一锥齿轮的直径小于第二锥齿轮的直径，第一锥齿轮和第二锥齿轮的模数为0.2，第一锥齿轮的齿数为18或20或22，第二锥齿轮的齿数为36或40或44，第一锥齿轮和第二锥齿轮之间的传动比为2。
8.一种用于车轮俘能装置的微型张开装置的控制方法，其特征在于：其方法如下所述：
步骤一、检测压电发电装置是否处于发电状态，如果“是”则进入步骤九，如果“否”则进入步骤二；
步骤二、压电发电装置处于未发电状态，控制芯片中的RF射频信号接收器开始检测外部RF射频信号，如果“检测到信号”则转入步骤三，如果“未检测到信号”则继续执行步骤二；
步骤三、将检测到的信号通过Zigbee通讯协议解读信号含义，如果信号含义为“完成拆装轮胎”则转入步骤五，如果信号含义为“准备拆装轮胎”则转入步骤四，如果信号含义不属于上述两种情况，为“其他”，转入步骤二；
步骤四、检测压电发电装置与底座相切与否，如果“相切”则转入步骤二，如果“不相切”则转入步骤六；
步骤五、检测压电发电装置与底座垂直与否，如果“垂直”则转入步骤二，如果“不垂直”则转入步骤七；
步骤六、控制芯片控制步进电机旋转使压电发电装置运动到与底座相切的位置，同时继续执行步骤二，与此同时转入步骤八；
步骤七、控制芯片控制步进电机旋转使压电发电装置运动到与底座垂直的位置，同时继续执行步骤二，与此同时转入步骤八；
步骤八、经过Zigbee协议加密的RF射频信号通过发射模块反馈当前状态；
步骤九、一个循环流程结束，进入下一个循环。

说明书全文

一种用于车轮俘能装置的微型张开装置及控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种微型张开装置及控制方法，特别涉及一种用于车轮俘能装置的微型张开装置及控制方法。

背景技术

[0002] 专利201310097978.X涉及了一种利用压电材料实现无源供电的装置，但在实际装胎过程中，整个装置受其结构与工作原理所限，装胎较为困难。

[0003] 发明专利201610159948.0所述的一种用于车轮压电发电装置的张开装置，在实际实施时，在狭小的空间内布置一个竖直的大传动比蜗轮蜗杆装置较为困难。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了解决现有的车轮压电发电装置存在的安装问题而提供的一种用于车轮俘能装置的微型张开装置及控制方法。

[0005] 本发明提供的用于车轮俘能装置的微型张开装置包括有传动装置、控制模块和电源，其中控制模块与传动装置中的步进电机连接并控制步进电机的工作，电源与传动装置和控制模块相连接，电源为控制模块和传动装置提供电力，传动装置与压电发电装置的枢接轴相连接，传动装置通过枢接轴驱使压电发电装置进行转动，传动装置、控制模块、电源和压电发电装置的底座均固定在轮毂上。

[0006] 电源为高能量密度的锂电池。

[0007] 控制模块为一芯片，芯片的型号为CC2530，芯片内集成有RF射频信号接收器、滤波器、放大器和电源稳压器，供电电压为2.1-3.6V，传输速率为250kbps，接收灵敏度为-95dBm，抗干扰能力为39dB，RF射频信号传输协议为Zigbee，Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，RF射频信号传输频率为2.4GHz。

[0008] 传动装置是由步进电机、蜗杆、蜗轮、第一锥齿轮和第二锥齿轮组成，蜗杆与步进电机的输出轴相连接，蜗杆由步进电机驱使进行转动，蜗杆与蜗轮相啮合，第一锥齿轮装配在蜗轮轴上，蜗杆转动时驱使蜗轮转动从而带动第一锥齿轮与蜗轮同步转动，第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，第二锥齿轮和第一锥齿轮之间的轴角为90度，第二锥齿轮的中心轴与压电发电装置的枢接轴相连接，第二锥齿轮转动时带动压电发电装置进行转动。

[0009] 步进电机为两相四线微型步进电机。

[0010] 蜗轮和蜗杆的模数为0.5，蜗杆为单头蜗杆，蜗轮齿数为28，传动比为28，蜗杆导程角小于蜗轮与蜗杆的当量摩擦角，蜗轮与蜗杆之间能够实现摩擦力自锁。

[0011] 第一锥齿轮的直径小于第二锥齿轮的直径，第一锥齿轮和第二锥齿轮的模数为0.2，第一锥齿轮的齿数为18或20或22，第二锥齿轮的齿数为36或40或44，第一锥齿轮和第二锥齿轮之间的传动比为2。

[0012] 上述的步进电机、电源和压电发电装置均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

[0013] 本发明提供的用于车轮俘能装置的微型张开装置的控制方法，其方法如下所述：

[0014] 步骤一、检测压电发电装置是否处于发电状态，如果“是”则进入步骤九，如果“否”则进入步骤二；

[0015] 步骤二、压电发电装置处于未发电状态，控制芯片中的RF射频信号接收器开始检测外部RF射频信号，如果“检测到信号”则转入步骤三，如果“未检测到信号”则继续执行步骤二；

[0016] 步骤三、将检测到的信号通过Zigbee通讯协议解读信号含义，如果信号含义为“完成拆装轮胎”则转入步骤五，如果信号含义为“准备拆装轮胎”则转入步骤四，如果信号含义不属于上述两种情况，为“其他”，转入步骤二；

[0017] 步骤四、检测压电发电装置与底座相切与否，如果“相切”则转入步骤二，如果“不相切”则转入步骤六；

[0018] 步骤五、检测压电发电装置与底座垂直与否，如果“垂直”则转入步骤二，如果“不垂直”则转入步骤七；

[0019] 步骤六、控制芯片控制步进电机旋转使压电发电装置运动到与底座相切的位置，同时继续执行步骤二，与此同时转入步骤八；

[0020] 步骤七、控制芯片控制步进电机旋转使压电发电装置运动到与底座垂直的位置，同时继续执行步骤二，与此同时转入步骤八；

[0021] 步骤八、经过Zigbee协议加密的RF射频信号通过发射模块反馈当前状态；

[0022] 步骤九、一个循环流程结束，进入下一个循环。

[0023] 本发明的工作原理：

[0024] 本发明提供的用于车轮俘能装置的微型张开装置通过高能量密度锂电池供电，通过开发板的模块来实现对脉冲的周期的远程调制，从而控制步进电机的转速在一定的合理范围内，步进电机产生的动力经由蜗杆传经蜗轮降速，传动传至第一锥齿轮，动力再传动至第二锥齿轮，再经第二锥齿轮带动压电发电装置绕枢接轴进行转动，此时转速相比步进电机转速已经下降很多，实现压电发电装置由安装位置缓慢张开至径向的工作位置，同时利用蜗轮与蜗杆的自锁特性实现了对压电发电装置的工作位置的固定，保证了在车轮运动过程中压电发电装置的位置稳定，从而保证了压电发电装置的可靠性，简化并优化了张开装置的结构。另外使用蜗轮与蜗杆锁止时无需耗费电能，解决了压电发电装置安装时影响装胎的问题。

[0025] 在拆装轮胎的时候需要改变压电发电装置的位姿状态，以保证压电发电装置和轮胎不会相互干涉。通过RF射频信号发射设备产生RF射频信号，RF射频信号无线传输至集成在控制芯片上的RF射频信号接收器；RF射频信号接收器通过芯片电路将控制信号传递给控制芯片，控制芯片通过线束和蓄电池相连接，蓄电池为控制芯片提供电能；控制芯片通过线束将接收到的控制信号转换成步进电机的控制信号，并将其传递给步进电机；步进电机旋转运动，通过蜗轮与蜗杆装置，第一锥齿轮和第二锥齿轮二级减速后，旋转运动传递给压电发电装置的枢接轴控制压电发电装置转动。

[0026] 本发明的有益效果：

[0027] 本发明提供的用于车轮俘能装置的微型张开装置利用蜗轮与蜗杆的自锁特性实现了对压电发电装置的工作位置的固定，保证了在车轮运动过程中压电发电装置的位置稳定，从而保证了压电发电装置的可靠性，简化并优化了张开装置的结构，将蜗轮与蜗杆放在一级传动位置，使得空间安排更加合理。另外由于使用蜗轮与蜗杆锁止时无需耗费电能，解决了压电发电装置安装时影响装胎的问题。附图说明

[0028] 图1为本发明所述微型张开装置整体结构示意图。

[0029] 图2为本发明所述传动装置结构示意图。

[0030] 图3为本发明所述控制方法流程图。

[0031] 上图中的标注如下：

[0032] 1、传动装置2、控制模块3、电源4、步进电机5、压电发电装置

[0033] 6、枢接轴7、轮毂8、蜗杆9、蜗轮10、第一锥齿轮

[0034] 11、第二锥齿轮。

具体实施方式

[0035] 请参阅图1至图3所示：

[0036] 本发明提供的用于车轮俘能装置的微型张开装置包括有传动装置1、控制模块2和电源3，其中控制模块2与传动装置1中的步进电机4连接并控制步进电机4的工作，电源3与传动装置1和控制模块2相连接，电源3为控制模块2和传动装置1提供电力，传动装置1与压电发电装置5的枢接轴6相连接，传动装置1通过枢接轴6驱使压电发电装置5进行转动，传动装置1、控制模块2、电源3和压电发电装置5的底座均固定在轮毂7上。

[0037] 电源3为高能量密度的锂电池。

[0038] 控制模块2为一芯片，芯片的型号为CC2530，芯片内集成有RF射频信号接收器、滤波器、放大器和电源稳压器，供电电压为2.1-3.6V，传输速率为250kbps，接收灵敏度为-95dBm，抗干扰能力为39dB，RF射频信号传输协议为Zigbee，Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，RF射频信号传输频率为2.4GHz。

[0039] 传动装置1是由步进电机4、蜗杆8、蜗轮9、第一锥齿轮10和第二锥齿轮11组成，蜗杆8与步进电机4的输出轴相连接，蜗杆8由步进电机4驱使进行转动，蜗杆8与蜗轮9相啮合，第一锥齿轮10装配在蜗轮轴上，蜗杆8转动时驱使蜗轮9转动从而带动第一锥齿轮10与蜗轮9同步转动，第一锥齿轮10与第二锥齿轮11相啮合，第二锥齿轮11和第一锥齿轮10之间的轴角为90度，第二锥齿轮11的中心轴与压电发电装置5的枢接轴6相连接，第二锥齿轮11转动时带动压电发电装置5进行转动。

[0040] 步进电机4为两相四线微型步进电机。

[0041] 蜗轮9和蜗杆8的模数为0.5，蜗杆8为单头蜗杆，蜗轮9齿数为28，传动比为28，蜗杆8导程角小于蜗轮9与蜗杆8的当量摩擦角，蜗轮9与蜗杆8之间能够实现摩擦力自锁。

[0042] 第一锥齿轮10的直径小于第二锥齿轮11的直径，第一锥齿轮10和第二锥齿轮11的模数为0.2，第一锥齿轮10的齿数为18或20或22，第二锥齿轮11的齿数为36或40或44，第一锥齿轮10和第二锥齿轮11之间的传动比为2。

[0043] 上述的步进电机4、电源3和压电发电装置5均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

[0044] 本发明提供的用于车轮俘能装置的微型张开装置的控制方法，其方法如下所述：

[0045] 步骤一、检测压电发电装置5是否处于发电状态，如果“是”则进入步骤九，如果“否”则进入步骤二；

[0046] 步骤二、压电发电装置5处于未发电状态，控制芯片中的RF射频信号接收器开始检测外部RF射频信号，如果“检测到信号”则转入步骤三，如果“未检测到信号”则继续执行步骤二；

[0047] 步骤三、将检测到的信号通过Zigbee通讯协议解读信号含义，如果信号含义为“完成拆装轮胎”则转入步骤五，如果信号含义为“准备拆装轮胎”则转入步骤四，如果信号含义不属于上述两种情况，为“其他”，转入步骤二；

[0048] 步骤四、检测压电发电装置5与底座相切与否，如果“相切”则转入步骤二，如果“不相切”则转入步骤六；

[0049] 步骤五、检测压电发电装置5与底座垂直与否，如果“垂直”则转入步骤二，如果“不垂直”则转入步骤七；

[0050] 步骤六、控制芯片控制步进电机4旋转使压电发电装置5运动到与底座相切的位置，同时继续执行步骤二，与此同时转入步骤八；

[0051] 步骤七、控制芯片控制步进电机4旋转使压电发电装置5运动到与底座垂直的位置，同时继续执行步骤二，与此同时转入步骤八；

[0052] 步骤八、经过Zigbee协议加密的RF射频信号通过发射模块反馈当前状态；

[0053] 步骤九、一个循环流程结束，进入下一个循环。

[0054] 本发明的工作原理：

[0055] 本发明提供的用于车轮俘能装置的微型张开装置通过高能量密度锂电池供电，通过开发板的模块来实现对脉冲的周期的远程调制，从而控制步进电机4的转速在一定的合理范围内，步进电机4产生的动力经由蜗杆8传经蜗轮9降速，传动传至第一锥齿轮10，动力再传动至第二锥齿轮11，再经第二锥齿轮11带动压电发电装置5绕枢接轴6进行转动，此时转速相比步进电机4转速已经下降很多，实现压电发电装置5由安装位置缓慢张开至径向的工作位置，同时利用蜗轮9与蜗杆8的自锁特性实现了对压电发电装置5的工作位置的固定，保证了在车轮运动过程中压电发电装置5的位置稳定，从而保证了压电发电装置5的可靠性，简化并优化了张开装置的结构。另外使用蜗轮9与蜗杆8锁止时无需耗费电能，解决了压电发电装置5安装时影响装胎的问题。

[0056] 在拆装轮胎的时候需要改变压电发电装置5的位姿状态，以保证压电发电装置5和轮胎不会相互干涉。通过RF射频信号发射设备产生RF射频信号，RF射频信号无线传输至集成在控制芯片上的RF射频信号接收器；RF射频信号接收器通过芯片电路将控制信号传递给控制芯片，控制芯片通过线束和蓄电池相连接，蓄电池为控制芯片提供电能；控制芯片通过线束将接收到的控制信号转换成步进电机4的控制信号，并将其传递给步进电机4；步进电机4旋转运动，通过蜗轮9与蜗杆8装置，第一锥齿轮10和第二锥齿轮11二级减速后，旋转运动传递给压电发电装置5的枢接轴6控制压电发电装置5转动。

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