带有可调节dc-dc开关的玩具车的制作方法
【专利说明】带有可调节DC-DC开关的玩具车
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本发明涉及于2014年8月5日提交的美国申请14/451,712，其是于2014年7月16日提交的美国申请14/332,599的延续并且是请求于2014年4月23日提交的美国申请61/983，189的权益的美国非临时申请。一种玩具滑板，尤其涉及包括可移除的机动组件外壳的玩具滑板。
发明领域
[0003]本发明涉及玩具滑板，尤其涉及包括可移除机动组件外壳的玩具滑板。
[0004]发明背景
[0005]多年来，玩具滑板已成为儿童玩具中的主流。玩具滑板通常称为手指板，因为玩具滑板的用户在操作该玩具时使用其两只手指。玩具滑板的熟练操作者能够用手模仿滑板动作。这些滑板极其流行，但自1990年代的引入以来，其能够接触更宽受众群的能力已变得停滞。
[0006]因而，已经提出了各种类型的玩具滑板。此类滑板的范围从带安装有塑像(figurine)的简单上发条玩具滑板到带有塑像的更先进的无线电控制的玩具滑板，该更先进的玩具滑板的塑像可在某种程度上被控制成描绘身体在进行滑板动作和特技期间的运动。这些机动滑板一般包括可移动电池组、可改变的电动机位置、和可互换的轮重量，以提供不同的平衡中心，以调整各种动作特性。另外，一些机动滑板包括驱动机构但没有导航机构。因而，此类滑板仅能通过塑像的身体运动来动作，如同在实际滑板中一样，因此对此类滑板的控制可能较不如期望，尤其对于拥有较不高阶技巧的用户而言。有此需求的情况下，应提供一种玩具滑板，其提供机动玩具滑板和带有简易控制系统的非机动玩具滑板两项的乐趣，在不一定采用玩具塑像的情况下允许各种动作特性。
[0007]发明概述
[0008]本发明提供各个实施例和各方面的组合，其将在本文中更详细地描述。在第一实施例中，提供可转换的玩具滑板组件。该滑板组件包括板身、一对非机动轮架组件和后部机动轮架组件。该玩具滑板还是可转换的；因为非机动轮架组件之一可易于与后部机动轮架组件容易地交换。这允许该玩具滑板抑或具有一对非机动轮架组件(其允许操作者使用其手指操纵并移动玩具滑板)；抑或具有一个非机动轮架组件和一个机动轮架组件(其允许操作者使用远程控制单元来控制和移动该玩具滑板)。
[0009]各实施例各处所使用的非机动轮架组件通常固定到板身的下表面。非机动轮架组件包括在附接时横向地定位到板身的纵轴的一对自由旋转轮。机动后轮架组件包括外壳，其配置成可移除地附连至板身。这可包括卡夹、紧固、或本领域公知的其他附接手段。机动轮架组件配置成容纳至少(i)电池、(ii)处理器、(iii)与该处理器通信的接收机、和(iv) —对电动机，每个电动机分别控制一对后轮中的一个后轮，其中该一对后轮横向地定位到板身的纵轴并定位于一对前轮的后方。该接收机配置成接收信号用于控制该一对后轮的运动。
[0010]如所提及，该玩具滑板可因此包括两种配置:第一配置被定义成使前部非机动轮架组件附连至朝向板身的前部区域的下表面并使后部非机动轮架组件可移除地附连至朝向板身的后部区域的下表面。在该第一配置中，板身的上表面定义用于使得用户的手指接合并移动该玩具滑板的手指接合区域。第二配置定义成移除后部非机动轮架组件并将机动轮架组件附连至朝向板身的后部区域的下表面，其中该玩具滑板的运动是可通过处理器响应于由接收机收到的信号来控制的。
[0011]根据一个或多个实施例，玩具滑板可包括与处理器和电池通信的电路。该电路配置成将电池电压改变成固定电压，用于从电池产生更一致性能，这可包括降低或提高电压。该改变帮助增加来自该玩具滑板的乐趣，因为随着电池电量下降，该玩具滑板不再看上去迟缓。另外，远程控制单元可包括一个或更多个信号以发起处理器上的预编程指令集，以控制一对后轮执行一个或更多个滑板动作。这些滑板动作可包括但不限于滑板技巧、爬坡、可变速度控制、和用户记录输入回放。
[0012]各实施例中的任一项中的滑板还可定义成使(来自一对电动机的)第一电动机耦合到(来自一对后轮的)第一后轮，且处理器配置成检测通过对该第一后轮的手动操纵引起的第一电动机的旋转生成的反电动势(EMF)电压。该处理器还配置成包括至少休眠状态和唤醒状态并配置成在检测出的反EMF电压达到预定值时在该休眠状态和该唤醒状态之间过渡。该处理器还可在检测出的反EMF电压达到预定值时，根据导致触觉响应的一个或更多个预编程运动来控制电动机。另外，该处理器还可配置成检测因在相反方向上手动操纵第一后轮引起第一电动机在相反方向上的旋转而生成的第二反EMF电压。当可检测出的反EMF电压中的任一项达到预定值时，处理器还配置成根据导致触觉响应的以下预编程运动中的一项或更多项来控制第一电动机:(a)瞬间地移动第一后轮，(b)连续移动第一后轮，(C)瞬间地抵抗第一后轮的运动，(d)连续抵抗第一后轮的运动，(e)瞬间地摆动第一后轮，以及(f)连续摆动第一后轮。
[0013]在一个或多个实施例中，机动后轮架组件包括定义成包括基本上与板身的朝向后部区域的下表面的一部分相符的顶部轮廓的外壳。在该实例中，电池、处理器、接收机、和一对电动机完全定位于该外壳之内位于该外壳的该顶部轮廓之下并因此位于板身的下表面之下。该外壳还可包括前端和后端以及其两者之间的中间区域。这提供了电池空间和电动机空间，为电池定义的两个空间具有分开地定位于外壳的前端和后端的两个电池隔室。一对后轮定位于这两个电池隔室之间。包含电池隔室之一的外壳的后端可向上倾斜成与板身的后端的角度相匹配，从而包含在该电池隔室中的至少一个电池倾斜。
[0014]在本文中公开的一个或更多个实施例中，接收机可定义为用于从远程控制单元接收信号的IR传感器。该IR传感器可定位于在机动后轮架组件中定义的朝向其前部并位于板身的下表面下方的窗口中，以使得该IR传感器定位成接收从滑板的板身的下方表面反射的信号。在另一方面，玩具滑板可包括可移除地固定到板身的一部分以调节重心并配置成调节转动(spin)中心的配重件(weight)。
[0015]如一个或更多个方面所定义的，该玩具滑板可被均衡(poise)，以定义在无需位于板身上表面上的物体的情况下可被控制的机动玩具滑板。该玩具滑板无需用链接件带有塑像、以及板身中的控制机构来适当地进行动作。另外，该玩具滑板可包括封装前轮架和机动后轮架的轮架组件外壳。该轮架组件可被移除并用一对非机动轮架组件替换，以使用户能够手动操作滑板。
[0016]除玩具滑板以外，本发明可提供可包括一个或更多个元件的玩具，这些元件诸如滑板上的轮、玩具机器人或人物上的附属物、或玩具车上的推进器。这些元件外置于该玩具并且由电动机分别地移动/控制。处理器配置成包括至少休眠状态和唤醒状态，还配置成在这两种状态之间过渡。实施例的另一方面是该元件易感于(accessible)用户、操作者或人类操纵，该元件在运动时将进而使电动机旋转。当用户操纵该元件时，使电动机旋转，电动机的旋转生成反电动势(下文中称为EMF)电压。处理器配置成检测反EMF电压，并还配置成在检测出的反EMF电压达到预定值时在两个状态之间过渡。
[0017]在该实施例的另一方面，当检测出的反EMF电压达到预定值时，处理器还配置成根据当执行是导致触觉响应的一个或更多个预编程运动来控制电动机。
[0018]根据本发明的一实施例，提供了具有通过高频交换电压在高到足以产生连续导通的频率下供能的低电感电动机的玩具车(vehicIe)。该车包括配置成控制电动机的方向的H桥电路和配置成将电源电压转换成比该电源电压低的输出电压的可调节高频DC-DC开关，该输出电压由该H桥电路用来在向前或相反方向上对该低电感电动机供能。处理器具有配置成将来自该DC-DC开关的输出电压从第一电压改变成第二电压的指令。
[0019]在该实施例的不同方面，电动机可具有近似小于500uH并优选地约为140uH的电感。该DC-DC开关可在大于250KHz的频率下并优选地约在100kHz或更高的频率下工作。另外，该DC-DC开关可被数字地改变。
[0020]另外，来自该DC-DC开关的输出电压可由分压器选择，其具有由来自处理器的指令选择的第一电阻值和第二电阻值，以使得来自该DC-DC开关的输出电压可定义第一输出电压和第二输出电压。在其他方面，该DC-DC开关还可配置成定义第三输出电压。该第二电阻值可从一对电阻器选择，其被分离地定义成分别产生第一输出电压和第二输出电压，并串联地定义来产生第三输出电压。另外，处理器还包括去往H桥电路以仅控制电动机的方向的指令。
[0021]本发明的多个其他优势和特性将根据以下对本发明及其实施例的详细描述、根据权利要求并根据附图变得显而易见。
[0022]附图简要描述
[0023]对前述内容的更充分理解可通过参照附图来获得，其中:
[0024]图1是解说根据本发明的一个实施例的一对前轮架和后轮架的玩具滑板的立体图；
[0025]图2是根据本发明的一个实施例的来自图1的玩具滑板的分解图；
[0026]图3A是解说根据本发明的一个实施例的前轮架组件和机动后轮架组件的来自图1的玩具滑板板身的部分分解图；
[0027]图3B是来自图3A的玩具滑板的下部视图；
[0028]图4A是根据本发明的一个实施例的非机动轮架组件之一的立体图；
[0029]图4B是根据本发明的一个实施例的图4A的分解图；
[0030]图4C是根据本发明的一个实施例的来自图4B的组件的下部的视图；
[0031 ]图5A是根据本发明的一个实施例的机动玩具滑板的立体图；
[0032]图5B是根据本发明的一个实施例的来自图5A的机动玩具滑板的下部视图；
[0033]图5C是根据本发明的一个实施例的来自图5A的机动玩具滑板的下部视图；
[0034]图6是根据本发明的一个实施例的进一步用非机动轮架组件对比非机动前轮架组件和机动后轮架组件以进一步解说两种配置的来自图1的玩具滑板板身的侧视图；
[0035]图7A是根据本发明的一个实施例的组装的机动后轮架组件的立体图；
[0036]图7B是根据本发明的一个实施例的来自图7A的组装的机动后轮架组件的下部视图；
[0037]图8是根据本发明的一个实施例的来自图7A的机动后轮架组件的分解图；
[0038]图9是根据本发明的一个实施例的来自图7A的机动后轮架组件的部分分解图；
[0039]图10是根据本发明的一个实施例的来自图7A的来自机动后轮架组件的外壳的立体图；
[0040]图11是根据本发明的一个实施例的来自图7A的来自机动后轮架组件的齿轮外壳隔室的部分立体图；
[0041]图12是根据本发明的一个实施例的来自图1的齿轮外壳隔室的分解图；
[0042]图13是根据本发明的一个实施例的来自图7A的组装的机动后轮架组件的侧视立体图；
[0043]图14A是根据本发明的一个实施例的解说使用直接接线来触发车中的不同功能性状态的机动玩具滑板的电示意图；
[0044]图14B是根据本发明的一个实施例的机动玩具滑板的电示意图；
[0045]图15是根据本发明的一个实施例的解说使用增压器部件来触发车中的不同功能性状态的机动玩具滑板的电示意图；
[0046]图16是根据本发明的一个实施例的解说使用FET部件来触发车中的不同功能性状态的机动玩具滑板的电示意图；
[0047]图17是根据本发明的一个实施例的解说使用下拉电阻器部件来触发车中的不同功能性状态的机动玩具滑板的电示意图；
[0048]图18是根据本发明的一个实施例的解说使用串联电阻器部件来触发车中的不同功能性状态的机动玩具滑板的电示意图；
[0049]图19是使用卡夹来将机动轮架组件固定到板身的滑板的立体图；
[0050]图20A是附连技巧(trick)配重件的滑板的立体图；
[0051]图20B是图20A的其中技巧配重件从滑板板身移除的滑板的立体图；
[0052]图21A是示出为手动生成的反EMF电压监视一个或更多个电动机的处理器的玩具的一实施例的框图；
[0053]图21B是示出为手动生成的反EMF电压监视一个或更多个电动机的处理器的另一玩具的一实施例的框图；
[0054]图22A-22E解说具有不同电池隔室的各种外壳配置的玩具滑板的各种实施例；
[0055]图23是表示根据本发明的一个实施例的用于与机动玩具滑板一起使用的发射机的图示；
[0056]图24是根据本发明的一个实施例的用于与机动玩具滑板一起使用的远程控制单元的电示意图；
[0057]图25是根据本发明的一个实施例的用于与机动玩具滑板一起使用的发射机的框图；
[0058]图26A是根据本发明的一个实施例的解说使用DC到DC开关来改变对电动机供应的电压功率的机动玩具滑板的电示意图；
[0059]图26B是根据本发明的一个实施例的解说使用DC到DC开关来改变对电动机供应的电压功率的机动玩具滑板的电示意图；
[0060]图27是根据本发明的一个实施例的滑板的流程图；
[0061]图28是根据本发明的一个实施例的滑板中的用于设定电压和H桥电路的系统的流程图；
[0062]图29A-29C解说在三种不同PWM频率1kHz、10kH和100kHz下电动机中的电流波形；
[0063]图30是带有连接到电动机的四个驱动晶体管和四个回扫(flyback)二极管的简化H桥电动机驱动器的电示意图；
[0064]图31是一对简化!1桥电动机驱动器的电不意图，其中各自连接到一对电动机，该一对电动机进一步阻性地连接来提供按照本发明一特征的附加EMF检测；以及
[0065]图32是一对简化H桥电动机驱动器的等效电路的电示意图，其中各自连接到一对电动机，该对电动机进一步阻性地连接来当任一驱动MOSFET晶体管中的均未被供能时提供按照本发明一特征的附加EMF检测。
[0066]附图详细描述
[0067]本发明可应用于许多不同形式的实施例，本发明的各种实施例中的一些实施例在附图中示出并将在此详细描述。然而，应理解，本公开要被认为是对本发明的原理的示范，而不是要限制本发明和/或对所解说实施例的保护的精神或范围。
[0068]现在参照附图，特别参照图1到3B，根据本发明的一个实施例的玩具滑板被解说并一般性地标示为数字标记100。玩具滑板100包括带有上表面103和下表面104的板身102。如图1和3A所解说的，滑板100包括朝向板身102的前端106而固定的前轮架组件110和朝向板身102的后端108而固定的后轮架组件120或机动后轮架组件200。用操作者可容易地移除的紧固件109来将各轮架固定到板身102。前部和后部非机动轮架组件110和120可以彼此相同的方式配置，然而，轮架组件取向可反向。
[0069]现在参照图4A到4C，解说了非机动轮架组件(110/120)之一，其包括轴壳架122，具有横向延伸到板身102并穿过轴壳架122的一对轴124。轮126分别安装在轴对124的相对端并由螺母128固定到轴上。优选地，轮126彼此独立地旋转，从而滑板可在无绑定的情况下实现转弯。螺母128可与允许用户替换或交换轮以自定义滑板的更普遍的保持件来替换。轴壳架122附连至基板130，基板130固定到板身102的下表面104。基板130包括接收从轴壳架122延伸出来的枢转构件134的枢轴杯132(图4C)。中心销136定位在基板上的凿孔140中并穿过轴壳架122中的开口 142与固定在端部的中心销螺母138对准；一对套管144定位于轴壳架122中的开口 142的每侧。
[0070]本发明的一个或更多个实施例的重要方面在于板身102的厚度在整个板长而言相对的小。这使得板身102能够由操作者如图1所示地在没有电动机组件或用远程控制单元控制(在后轮架组件120被移除并被机动后轮架组件200替换时)的情况下使用。由此，机动后轮架组件200是完全自包含的。如在现有技术中所发现地，机动玩具滑板在大型构造板身中包括一个或更多个部件。这些部件可以是电池、电路板、金属链接、电动机和/或齿轮。如本文中所解说，机动后轮架组件200是完全自包含的，因此可容易地被移除并用非机动后轮架组件120替换。
[0071]现在参照图5A到6，根据本发明的一实施例，解说了带有前轮架组件110和机动后轮架组件200的滑板100。如本文中提供的，在采用了机动后轮架组件200时滑板100仍保持在相似配置中的表面上(如同滑板100包括非机动后轮架组件120)(见图6)并且在不一定要将任何部件放置在过大的板身组件中的情况下达成此举。然而，在装有电动机时，可由操作者通过远程控制单元300来控制滑板100的可操作性。因此，开发了两种完整的游戏模式。首先，使用非机动轮架组件120，滑板100可用作典型手指板。其次，通过移除紧固件109，非机动轮架组件120可被移除并用自包含的机动轮架组件220替换，并随后用相同紧固件109来固定到板身。
[0072]现在参照图7A到12，机动后轮架组件200包括外壳202，该外壳202与板身102的下表面104基本上相匹配的上表面204或上轮廓203—起延长，帮助将所有部件保持成基本上在板身的下表面之下并当轮靠在一表面上时允许一对后轮206沿着前轮126相似的平面基本对齐。紧固板210定位于外壳202的上表面204的部分205上。上表面204的部分205包括开口 207，开口 207与紧固板210中的螺纹开口 209对准并与穿过板身102的后向开口对准，从而紧固件109可易于通过紧固板210来固定和松开整个外壳202，且由此配置成松开或紧固后部电动机轮架组件200。
[0073]外壳202包括齿轮外壳隔室220、位于齿轮外壳隔室220之前的第一电池隔室222，并包括位于齿轮外壳隔室220之后的第二电池隔室。第一电池隔室222在齿轮外壳隔室220之前容适第一电池214，而第二电池隔室224在齿轮外壳隔室220之后容适一对电池214。第一和第二电池隔室可从外壳202下方接触并用电池门226固定。电池通过各种接线228连接到电路板230。为了帮助将接线228固定就位，第二电池隔室224可包括固定在隔室224之上的电池托架225。
[0074]外壳202还包括用于放置与电路板230通信的IR传感器234的的前向窗口 232;其控制可在图14的电示意中示出并解说。IR传感器234定位成从远程控制单元300接收信号。从俯视图来看，电路板230定位于前向窗口 232之上，其中PCB盖240固定在电路板230之上并固定到外壳202的前向段。因为所有部件定位于外壳之内并在板身的下表面之下，所以IR传感器234定位成接收来自远程控制单元205的从表面S反弹的信号。另外，来自远程控制单元300的IR发射机305向下倾斜成帮助确保信号被向下朝着该表面发送。
[0075]齿轮外壳隔室200保持分别驱