轮胎机电换能中动子抗离心力切向位移的测量装置转让专利
申请号 : CN201010123738.9
文献号 : CN101799272B
文献日 : 2011-09-28
发明人 : 林土胜 , 杜灿鸿 , 林上港 , 陈启沛 , 黄国佳
申请人 : 华南理工大学
摘要 :
本发明公开了一种轮胎机电换能中动子抗离心力切向位移的测量装置，包括轮胎及转动机构、总体支承板和电路控制板共同构成，轮胎安装在转动机构上，固定连接于轮胎的总体支承板上设置有滑动机构，滑动机构连接有空心模拟动子，电路控制板与总体支承板固定连接。本发明提供了一种轮胎机电换能中动子抗离心力切向位移的测量平台，能在不同轮胎转动速度下直观测量动子在离心力状态中的实际切向位移，所测量的动子切向位移量与轮胎转动速度的关系数据，能为汽车机电换能的效率提供设计依据。
权利要求 :
1.一种轮胎机电换能中动子抗离心力切向位移的测量装置，其特征是，包括轮胎及转动机构、总体支承板和电路控制板，所述轮胎安装在转动机构上，固定连接于轮胎的总体支承板上设置有滑动机构，所述滑动机构连接有空心模拟动子，所述电路控制板与总体支承板固定连接；
所述滑动机构包括楔状滑槽活动体、楔状滑槽固定体，所述楔状滑槽固定体固定在总体支承板上，所述楔状滑槽活动体通过楔状滑槽与楔状滑槽固定体滑动连接，所述楔状滑槽活动体两侧还分别连接有限位螺杆，所述限位螺杆分别与垂直固定在总体支承板两侧的支承板相连接；
所述空心模拟动子通过动子连接体固定在楔状滑槽活动体的垂直面上；
所述电路控制板上设置有微型反射式红外光电传感头，所述楔状滑槽活动体正对微型反射式红外光电传感头的传感面的一端设置有黑白相间栅状线；
所述总体支承板还分别设置有电池供电组件、平衡配重体，所述电池供电组件通过电源线与电路控制板相连接；所述电路控制板上还设置有绿色LED灯、红色LED灯；
所述电路控制板上的电路包括反射式红外光检测电路、脉冲整形电路、中央微处理器电路、位移状态指示电路，所述反射式红外光检测电路通过反射式红外光检测电路信号线与脉冲整形电路相电气连接，所述中央微处理器电路分别通过脉冲整形电路信号线、位移状态指示电路信号线与脉冲整形电路、位移状态指示电路相电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种轮胎机电换能中动子抗离心力切向位移的测量装置，其特征是，所述反射式红外光检测电路由微型反射式红外光电传感头U1、电阻R1、R2共同电气连接构成。
3.根据权利要求1所述的一种轮胎机电换能中动子抗离心力切向位移的测量装置，其特征是，所述脉冲整形电路由集成件U2电气连接构成。
4.根据权利要求1所述的一种轮胎机电换能中动子抗离心力切向位移的测量装置，其特征是，所述中央微处理器电路由集成件U3、晶体振荡器CY、电容C1～C3、电阻R5、手动按键S1共同电气连接构成。
5.根据权利要求1所述的一种轮胎机电换能中动子抗离心力切向位移的测量装置，其特征是，所述位移状态指示电路由绿色LED灯VL1、红色LED灯VL2、电阻R3、R4共同电气连接构成。
说明书 :
轮胎机电换能中动子抗离心力切向位移的测量装置
技术领域
[0001] 本发明涉及在汽车轮胎离心力状态下的动子切向位移测量技术领域，具体是指一种轮胎机电换能中动子抗离心力切向位移的测量装置。
背景技术
[0002] 从最基本的电磁感应原理可知，线圈作切割磁力线的机械运动就能产生电能。如果运用这一原理把汽车轮胎转动的机械能转换成为电能，对轮胎内置制动监测机构提供耗能补充，将能大为提高轮胎内置电池的使用时限。然而，与常态的运动状态不同，轮胎转动时产生的离心力会对动子(线圈或磁性体)的切向运动产生阻碍作用，这种阻碍力还与轮胎转动的速度成正比，使切向运动的位移减少，而切向位移量直接影响到机电换能的效率。实践中，需要对轮胎不同转动速度所产生的动子切向位移量进行测量，以便为机电换能效率提供设计依据。
发明内容
[0003] 本发明的目的就是为了解决上述现有技术中的测量需要，提供一种轮胎机电换能中动子抗离心力切向位移的测量装置。该装置建立了一个测试平台，通过在轮胎不同转动速度下对动子切向运动位移的测量，以获取位移量与转动速度的关系数据。
[0004] 本发明的目的通过下述技术方案实现：所述一种轮胎机电换能中动子抗离心力切向位移的测量装置，包括轮胎及转动机构、总体支承板和电路控制板共同构成，所述轮胎安装在转动机构上，固定连接于轮胎的总体支承板上设置有滑动机构，所述滑动机构连接有空心模拟动子，所述电路控制板与总体支承板固定连接。
[0005] 为了更好地实现本发明，所述滑动机构包括楔状滑槽活动体、楔状滑槽固定体共同构成，所述楔状滑槽固定体固定在总体支承板上，所述楔状滑槽活动体通过楔状滑槽与楔状滑槽固定体滑动连接，所述楔状滑槽活动体两侧还分别连接有限位螺杆，所述限位螺杆分别与垂直固定在总体支承板两侧的支承板相连接。所述空心模拟动子通过动子连接体固定在楔状滑槽活动体的垂直面上。所述电路控制板上设置有微型反射式红外光电传感头，所述楔状滑槽活动体正对微型反射式红外光电传感头的传感面的一端设置有黑白相间栅状线。所述总体支承板还分别设置有电池供电组件、平衡配重体，所述电池供电组件通过电源线与电路控制板相连接。所述电路控制板上还设置有绿色LED灯、红色LED灯。所述电路控制板上的电路包括反射式红外光检测电路、脉冲整形电路、中央微处理器电路、位移状态指示电路共同电气连接构成，所述反射式红外光检测电路通过反射式红外光检测电路信号线与脉冲整形电路相电气连接，所述中央微处理器电路分别通过脉冲整形电路信号线、位移状态指示电路信号线与脉冲整形电路、位移状态指示电路相电气连接。
[0006] 本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0007] 1、本发明提供了一种轮胎机电换能中动子抗离心力切向位移的测量平台，填补了现有技术中的技术空白。
[0008] 2、本发明能在不同轮胎转动速度下直观测量动子在离心力状态中的实际切向位移。
[0009] 3、本发明所测量的动子切向位移与轮胎转动速度的关系数据，能为汽车机电换能的效率提供设计依据。
[0010] 4、本发明的测试操作简便，属非接触采样方式，响应敏捷。
附图说明
[0011] 图1是本发明的结构示意图；
[0012] 图2是本发明中电路控制板的电路方框图；
[0013] 图3是本发明中电路控制板的电路原理图。
具体实施方式
[0014] 下面结合附图和实施例，对本发明做进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。
[0015] 如图1所示，本发明所述一种轮胎机电换能中动子抗离心力切向位移的测量装置，包括轮胎及转动机构1、总体支承板2和电路控制板8，轮胎安装在相应的转动机构上，总体支承板2固定安装在轮胎的轮毂上，空心模拟动子3通过动子连接体4固定在楔状滑槽活动体7的垂直面上，使空心模拟动子3能跟随楔状滑槽活动体7沿楔状滑槽固定体13左右滑动，楔状滑槽固定体13固定安装在总体支承板2上，并使楔状滑槽活动体7能沿着楔状滑槽左右滑动，右侧支承板5和左侧支承板14分别垂直安装在总体支承板2的左右两侧，右侧限位螺杆6和左侧限位螺杆15能在右侧支承板5和左侧支承板14的各自螺孔中进退旋动，并调节与楔状滑槽活动体7左右两个侧面的限位间距，楔状滑槽活动体7的顶面设置有黑白相间栅状线11，电路控制板8固定在总体支承板2的上方，电路控制板设置有微型反射式红外光电传感头9，其中传感面正对着黑白相间栅状线11，绿色LED灯10和红色LED灯12分别设置在电路控制板8的左右两侧，5V电池供电组件17安装在总体支承板2的中间部位，通过5V电源线16与电路控制板8相连接，平衡配重体18安装在总体支承板
2的下方，使整个装置达到重量对称平衡。
2的下方，使整个装置达到重量对称平衡。
[0016] 如图2所示，本发明所述电路控制板上的电路包括反射式红外光检测电路19、脉冲整形电路20、中央微处理器电路21、位移状态指示电路22共同电气连接构成，其相互连接关系为：反射式红外光检测电路19通过反射式红外光检测电路信号线与脉冲整形电路20相电气连接，中央微处理器电路21分别通过脉冲整形电路信号线、位移状态指示电路信号线与脉冲整形电路20、位移状态指示电路22相电气连接。
[0017] 本发明的工作原理为：按照轮胎不同转动速度所估算的动子切向位移量，分别旋转左、右侧支承板14和5上的左、右侧限位螺杆15和6，使之与楔状滑槽活动体7的左右两个侧面保持所需的限位间距；轮胎转动时，当空心模拟动子3、动子连接体4和楔状滑槽活动体7三者的总重量，能抵消因离心力在楔状滑槽活动体7与楔状滑槽固定体13之间所产生的摩擦力时，空心模拟动子3就能沿着楔状滑槽13左右移动；空心模拟动子3一旦发生位移，楔状滑槽活动体7上的黑白相间栅状线11就会被微型反射式红外光电传感头9扫描感知，产生通断变化的脉冲信号，通过电路控制板8的控制，由绿色LED灯10和红色LED灯12以交替点亮的形式直观指示出来；如果空心模拟动子3不发生位移，则只有其中一种LED灯发亮且一直不变；由于位移量会随轮胎转动速度的增大而减少，转动速度与动子位移量的对应关系数据，可通过改变左、右两侧限位螺杆15和6与楔状滑槽活动体7左右两个侧面的限位间距来进行实际测量；具体做法就是每缩减一次限位间距就启动一次轮胎旋转过程，并且把转动速度逐步从低往高加大，如果两灯交替发亮，表示空心模拟动子3仍能左右滑动，记下限位间距和速度值关系，重复这种测量过程，直至限位间距缩减到某一限度且速度加大到某一数值时出现只有一个灯发亮的情况，此即空心模拟动子3抗离心力切向滑动的位移量和速度值的极限关系。
[0018] 如图3所示，在本发明中电路控制板的电路中，反射式红外光检测电路由微型反射式红外光电传感头U1、电阻R1、R2共同电气连接构成；脉冲整形电路由集成件U2电气连接构成；中央微处理器电路由集成件U3、晶体振荡器CY、电容C1～C3、电阻R5、手动按键S1共同电气连接构成；位移状态指示电路由绿色LED灯VL1、红色LED灯VL2、电阻R3、R4共同电气连接构成。
[0019] 本发明的电路工作原理是：当轮胎转动使动子位置每经过左右两个垂直弧度方向时，楔状滑槽活动体上的黑白相间栅状线会往返掠过微型反射式红外光电传感头U1的传感面，若遇到黑线区则吸收发射端VL0的发射光，接收端TR0截止而输出高电平，经施密特反相器U2整形和反相后输出负脉冲，送到中央微处理器U3的外中断入口INTO端，引起外部中断，经中断服务程序处理后从T0端输出低电平，使红色LED灯VL1点亮，同时从T1端输出高电平，使绿色LED灯VL2熄灭；若遇到白线区则反射发射端VL0的发射光，接收端TR0导通而输出低电平，经施密特反相器U2整形和反相后输出正脉冲，对中央微处理器U3不产生控制作用；当再次遇到后续的黑线区，过程同上所述，会再次引起中央微处理器U3的外部中断，但经中断服务程序处理后变成为从T0端和T1端输出同时反相的电平，使红色LED灯VL1熄灭而绿色LED灯VL2点亮；后续每次使中央微处理器U3的外部中断触发时均使两个LED灯的控制信号反相，从而达到红色LED灯和绿色LED灯轮流点亮的指示作用；如果动子没有位移，则不会有后续第二次的外部中断信号产生，LED灯的控制信号便不会反相，出现的是一种不变的LED灯指示状态；另外，晶体振荡器CY、电容C1、C2提供U3的工作时序基准，电容C3和电阻R5供作中央微处理器U3的系统上电复位，而按键S1供作U3的系统手动复位。
[0020] 发明人经过研究试验，认为实现本发明的优选方式可以为：(1)按图1所示，轮胎及转动机构1由实际汽车轮胎和相应功率的可调速马达担任，并安装到可靠的金属机架上；可选用厚金属平板或木板加工成400×240mm的总体支承板2；空心模拟动子3和动子连接体4的大小视具体测量需要确定，实施例中的空心模拟动子3为外径18mm、内径10mm、长40mm的环氧树脂成型体；楔状滑槽活动体7与楔状滑槽固定体13配对件选用市售
50×15×6mm的金属导轨套件；左、右侧支承板14和5用55×40×2mm的铝板制作；左、右侧限位螺杆15和6采用直径3mm、长35mm的金属螺杆，用以调整与楔状滑槽活动体7两个侧面之间的限位距离在10mm之内，这是实际切向位移量的最大估算值；(2)如图2和3所示，制作95×20mm大小的电路板8，并筛选元器件后进行安装连接，例如，微型反射式红外光电传感头U1可选用TLP947型，集成件U2可选用74HC14型，U3可选用89C2051型，晶体振荡器CY可选12MHZ型，S1可选用小按钮开关，VL1可选用直径3mm的红色LED，VL2可选用直径3mm的绿色LED；可按图2和3所示以及所述连接关系进行电路控制板安装连接，并与相关部件进行电气连接，其中微型反射式红外光电传感头U1的传感面与楔状滑槽活动体7上的黑白栅状线保持1mm间距，黑白线区之间的间距在1.5mm之内，是本实施例中所用型号器件的响应值，条数视位移量而定，进行简单加电调试，就能用于轮胎旋转时动子切向位移量与转动速度关系的测量。
50×15×6mm的金属导轨套件；左、右侧支承板14和5用55×40×2mm的铝板制作；左、右侧限位螺杆15和6采用直径3mm、长35mm的金属螺杆，用以调整与楔状滑槽活动体7两个侧面之间的限位距离在10mm之内，这是实际切向位移量的最大估算值；(2)如图2和3所示，制作95×20mm大小的电路板8，并筛选元器件后进行安装连接，例如，微型反射式红外光电传感头U1可选用TLP947型，集成件U2可选用74HC14型，U3可选用89C2051型，晶体振荡器CY可选12MHZ型，S1可选用小按钮开关，VL1可选用直径3mm的红色LED，VL2可选用直径3mm的绿色LED；可按图2和3所示以及所述连接关系进行电路控制板安装连接，并与相关部件进行电气连接，其中微型反射式红外光电传感头U1的传感面与楔状滑槽活动体7上的黑白栅状线保持1mm间距，黑白线区之间的间距在1.5mm之内，是本实施例中所用型号器件的响应值，条数视位移量而定，进行简单加电调试，就能用于轮胎旋转时动子切向位移量与转动速度关系的测量。
[0021] 如上所述，即可较好地实施本发明。