感应玩具交通工具的制作方法

专利名称：感应玩具交通工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及提供感应功率到玩具交通工具。
背景技术：
电动竞赛轨道玩具是已知的。一些用于在有槽轨道表面上使用，并称为槽轨车。这些玩具交通工具或槽轨车设计为在装备有槽的用于接收附接到车的导销的分段带电轨道表面上使用，以及在槽的每一侧上还在车底部的一对电触点，其用于接触嵌入轨道的配线以提供功率到车的电动机。其他车是无槽的，并且被任一侧上的边或壁保持在轨道部段上。 在无槽车的情况下，如果不是所有也是大部分的轨道表面装备有电触点以提供功率到车的电动机。玩具车典型地由手持控制器控制，该控制器由导线连接到供应到轨道的功率。通过改变电功率，例如通过变阻器或数位地，车速能够根据使用者的决定变化。在槽轨车的情况下，转向通常是不可用的，因为槽和销钉布局阻止轨道包含的槽偏差。在无槽车中，一些控制通过改变车速并通过利用基本转向输入是可用的。这些玩具车(有槽或无槽)获得从轨道表面运动所需的电功率。因此，良好的导电性和物理接触在整个轨道表面上被需要，或者车可不规律地停止或执行。因此，电触点通常必须在轨道上和车上被保持是清洁的。因为轨道经常放置在有灰尘的区域(例如地面)，并且电吸引绒头和其他颗粒(例如灰尘)，使用者为了良好性能经常需要清洁轨道和车触电。轨道部段有关的其他其他涉及轨道部段的相互连接。因为轨道形成电路以从每个轨道部段导电到下一个，通常需要部段之间的强连接。连接通常必须提供相邻轨道部段之间的显著强度，还保持可简单地拆卸以用于轨道的重新设计或存储。随着时间的推移，轨道部段之间的这些接触区域能够变得磨损并且传导性退化。另外地，嵌入轨道表面的导线能够在暴露于空气时氧化，减小传导可能性并降低性能。使用者通常将以擦除器或触点清洁器清洁导线以去除氧化。这是耗时的并且会是困难的，取决于将清洁的轨道长度。需要解决上述问题并提供更多灵活性和使用者娱乐性的竞赛轨道玩具。

发明内容
上述问题由本发明克服，其中交通工具玩家系统消除了交通工具和轨道上的电接触，以感应元件代替它们。无线远程控制允许使用者操作交通工具而不用电连接。本公开的玩具交通工具系统的一个实施例包括至少一个感应线圈充电部分的轨道，一个或多个玩具交通工具，每个具有感应线圈充电设备，一个或多个无线控制器用于操作玩具交通工具，和功率源，其提供功率到至少一个感应线圈充电轨道部分。
本公开的另一实施例包括感应线圈轨道部分，其特征在于初级感应线圈接近轨道表面使得交通工具接近表面以接收充电。本公开的另一实施例包括玩具交通工具，其具有感应次级线圈用于从装备感应线圈的轨道部段接收电功率。本公开的另一实施例包括玩具交通工具，其具有感应次级线圈用于从源接收电功率，该源还连接到电功率存储装置，例如电容器，电池或其组合。本发明的另一实施例包括感应初级线圈轨道部段，其通过感应搜寻次级感应线圈的存在来检测玩具交通工具的存在，该次级感应线圈例如包含在玩具交通工具或远程控制装置内。本公开的实施例包括玩具交通工具，其具有通过无线控制装置到包含在交通工具内的接收器的速度/油门和/或转向控制播放。本公开的实施例包括玩具交通工具，其基于与轨道相关联的检测的信号可以第一和第二速度设置操作，交通工具包括电磁传感器，机械传感器，或光学传感器。本公开的实施例包括玩具交通工具，其具有使用无线远程控制由继电器装置操作的转向。本公开的实施例包括玩具交通工具或远程控制器，其具有功率水平或其他性能指示器，例如发光二极管(LED)以显示信息，例如充电水平余量(charge level remaining).本公开的实施例包括玩具交通工具，其具有由电动机操作的转向。本公开的实施例包括玩具交通工具，其具有计算机控制用于监控性能，训练目的， 并提供娱乐变量。本公开的实施例包括具有初级感应线圈的轨道部分。轨道部分可包括传感器以检测交通工具的存在，并提供功率到交通工具的机载次级线圈。本公开的另一实施例是玩具交通工具，其装备有次级感应线圈，初级感应线圈功率站，和远程控制装置用于操作玩具交通工具。本发明的这些和其他目标，优点和特征将通过参照当前实施例的描述和附图而被完全理解和认识。将容易地理解，本公开的部件(如本文一般描述和在图中示出的)可以多种不同构造被布置和设计。因此，本公开的装置，系统和方法的实施例的下面更详细的描述(如附图中呈现的)不旨在限制本公开如权利要求所限定的范围，但是仅仅是本公开的所选实施例的代表。在全部说明书中对“一个实施例”或“实施例”(或类似的)的参考意味着结合实施例描述的具体特性，结构或特征包括在本公开的至少一个实施例中。因此，在全部说明书中的各个位置中的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的表示不必须全部引用相同实施例。此外，所述特性，结构或特征可在一个或多个实施例中以任何适合方式被结合。在下面的描述中，例如提供了很多特殊细节，以提供对本公开的实施例的透彻理解。然而本领域技术人员将认识到本公开能够被实践而不用一个或多个特殊细节，或其他方法，部件，材料，等等。在其他情况中，公知的结构，材料或操作没有详细示出和描述从而避免本公开的模糊方面。
本公开的所示实施例将是参照附图的最佳理解，其中贯穿全部，相同部件由相同附图标记或其他标志指代。下面描述仅通过示例，并简单地示出了与本文权利要求所限定的本公开一致的装置，系统和过程的某些所选实施例。


图1是根据本发明的实施例的轨道和相关联的玩具交通工具的透视图。图2A-D根据本公开的至少一个实施例公开了竞赛轨道玩具。图3根据本公开的至少一个实施例公开了竞赛轨道玩具。图4A-D公开了多个竞赛轨道玩具实施例。图5A-B根据本公开的至少一个实施例公开了玩具交通工具。图6根据本公开的至少一个实施例公开了玩具交通工具。图7根据本公开的至少一个实施例公开了多个玩具交通工具和远程控制器。图8根据本公开的至少一个实施例公开了玩具交通工具，其具有次级感应线圈和控制器，以及具有初级感应线圈和功率源控制系统的轨道部段。图9根据本公开的至少一个实施例公开了具有感应感测电路的感应功率轨道部段的电路图。图10根据本公开的至少一个实施例公开了具有近程检测器的感应功率轨道部段的电路图。图11根据本公开的至少一个实施例公开了电路图，其用于具有使用红外(IR)调制的感测电路的感应功率轨道段。图12根据本公开的至少一个实施例公开了本公开的电路图，其包括使用磁相互作用和霍尔效应传感器的感测电路。图13根据本公开的至少一个实施例公开了电路图，其用于使用感应耦合以确定初级充电线圈附近的玩具交通工具位置的感测电路。图14公开了用于使能和禁能充电电路的流程图。图15根据本公开的至少一个实施例公开了流程图，其用于在装备有初级感应线圈的轨道部段上为车或远程控制充电。图16根据本公开的至少一个实施例公开了传感器序列，其使用感应传感器以在初级感应线圈轨道部段中打开和关闭功率。图17根据本公开的至少一个实施例公开了传感器序列，其使用光，IR或磁传感器以在轨道部段初级线圈中调转功率。图18根据本公开的至少一个实施例公开了传感器序列，其使用光，IR或磁传感器以在轨道部段初级线圈中打开或关闭功率。图19根据本公开的至少一个实施例公开了玩具交通工具和远程控制器之间的互操作性的图，由此在二者中能量存储被感应充电。图20根据本公开的至少一个实施例公开了用于充电和玩具交通工具内部的能量存储系统的图。图21根据本公开的至少一个实施例公开了用于充电和包括保护开关和二极管的玩具交通工具内部的能量存储系统的电路图。
图22根据本公开的至少一个实施例公开了电路图，其示出了 AC电源功率，其被变换和整流以提供DC功率到无线功率源。图23根据本公开的至少一个实施例公开了电路图，其示出了多个轨道部段，其具有初级感应线圈，该线圈由驱动控制器监控。图M根据本公开的至少一个实施例公开了电路图，其示出了多个轨道部段，其具有初级感应线圈，该线圈由多个驱动控制器监控。图25公开了根据本公开的至少一个实施例电路图，其示出了 AC电源功率，其被变换和整流以为包含初级感应线圈的多个轨道部段提供功率。图沈根据本公开的至少一个实施例公开了电路图，其示出了装备感应线圈的轨道部段的射频(RF)通信。图27根据本公开的至少一个实施例公开了电路图，其示出了交通工具和远程控制器的离散驱动和转向控制。图观根据本公开的至少一个实施例公开了电路图，其示出了车和远程控制器的驱动和转向控制的连续(成比例)控制。图四根据本公开的至少一个实施例公开了玩具交通工具和包含感应线圈的启动 /终点线。图30根据本公开的至少一个实施例公开了玩具交通工具和包含感应线圈的停车
站/加油站。图31根据本公开的至少一个实施例公开了玩具火车和包含感应线圈的铁路。图32根据本公开的至少一个实施例公开了船和包含感应线圈的船坞/池边。图33根据本公开的至少一个实施例公开了玩具直升机和包含感应线圈的着陆平台。图34根据本公开的至少一个实施例公开了玩具飞机和包含感应线圈的跑道。
具体实施例方式参照图1，示出了玩具交通工具系统，其包括电感动力的玩具交通工具40，至少一个轨道部段42和相关联的控制模块44。交通工具40在包括至少一个部段42的轨道上是可驱动的，至少一个部段42具有无线功率源以产生感应场，其中交通工具40当其穿过轨道部段42时从感应场接收功率。尽管示出为适于在由多个互连的轨道部段42形成的电路上使用，玩具交通工具40还可结合任何适合驱动表面仅与单个轨道部段42 —起使用。参照图2A-2D，轨道部段42可为直的，弯曲的，二者的组合，或其他形状，例如交叉或维修加油支道轨道部段。塑料或其他可成型材料可用于构造轨道部段，其可选地包括连接器(未示出) 以将其他轨道部段结合在一起。这些连接器轨道部段之间的光滑过渡表面或结合以此来允许玩具车或交通工具通过不受阻碍段之间。另外地，可选连接器还允许使用者快速断开轨道部段更换轨道布局或组装新电路。如图2B所示，轨道部段42是具有不变半径的弯曲，以允许交通工具进行90度转弯。然而轨道部段42可由任何形状形成，例如交叉，大弯或其他形状。可选侧向壁垒或防护轨43可用于在轨道表面上包含玩具交通工具，因为玩具交通工具能够是可转向的并且导销是不需要的。防护轨43能够有助于防止交通工具离开轨道部段42，除非使用装备有出口坡道(未示出)的特殊部段，其中省略了栅栏。轨道部段42能够容易地呈现图2C所示的电路形式，其中多个直的和弯曲的部段42或部分被布置以形成电路。使用轨道部段42的集成连接器，图ID中示出了完整电路45，由此交通工具由于防护轨 43可重复绕圈而不离开电路45。具有初级感应元件46的轨道部段42在图3中示出。初级感应元件46能够为任何传导元件，其可操作以在受到时变电流时产生磁场，例如包括线圈。功率和控制单元48 从例如壁装电源插座的外部源(未示出)接收AC电源功率，并使其变换和整流以供应功率到轨道部段42。至少一个可选传感器50，52示出为到轨道部段42的部件。传感器50，52能够检测进入和/或离开轨道部段42的交通工具的存在。在一个实施例中，信号可从传感器 50，52传送至功率和控制单元48以在传感器50，52指示交通工具进入轨道部段42时电源启动初级线圈46，并且在交通工具离开部段42时使初级线圈46电源中断。另外地，传感器 50，52可为选竞赛状态显示单元M提供信息。可选竞赛状态显示单元M可显示例如交通工具的圈速和其他性能参数(例如单圈时间，名次或其他相关数据)的信息。可选地，交通工具40可使用特殊共振信号或其他电标志独特标识，例如数字技术，并且显示单元M能够确定哪个交通工具已经进入轨道部段42，或如果多个交通工具40进入，它们的名次能够被精确确定。可选传感器50，52可嵌入轨道表面56，护栏42内或可使用紧固方法(例如卡扣或粘结)附接。以此方式，另外的传感器50，52能够围绕轨道45放置以测量电路部分的性能， 例如赛车辅助器材或性能仪表。尽管图3的轨道部段42中示出了一个初级感应线圈46，多个初级线圈可包括在轨道部段42或其他应用内，所述应用适于线圈形状，例如衬垫，启动/ 终点线，或用于与交通工具接合的其他适合表面。例如，多个初级线圈以交错图案或线圈列布置以允许功率以多种变体传送到具有次级线圈的交通工具。图4A-D是各种竞赛轨道布置的图示。初级感应线圈部段或充电部分56作为竞赛轨道电路44的一部分示出。仅为了示出目的，示出了椭圆形；然而可构造任何形状的电路。 初级感应线圈部段56连接到功率，控制和竞赛状态单元58，其提供电源功率并可选地处理赛车性能数据，该数据来自包括在轨道部段(一个或多个)56中的传感器(未示出)。在图4B 所示的其他实施例中，两个初级感应线圈部段56示出为竞赛轨道电路45的一部分。对于两个部段56，功率，控制和竞赛状态单元连接可被提供。在图4C所示的其他实施例中，三个初级感应线圈部段56示出为竞赛轨道电路45的一部分。每个可具有到功率，控制和竞赛状态单元58的连接。在图4D所示的其他实施例中，四个初级感应线圈部段56示出为竞赛轨道电路45的一部分。每个具有到功率和竞赛和控制单元58的连接。通过利用多个初级线圈轨道部段56，玩具交通工具40 (例如赛车60)可接收另外的充电机会；数据可在轨道的多个段围绕其性能聚集，以及其他性能或娱乐数据。例如，一个初级线圈部段56可位于停车区域，使得交通工具40可暂停并通过感应充电而“加油”。另外地，控制单元可通过发送信号到交通工具而使交通工具40保持在部段42中以使其在一段时间内停用，以此来进行处罚或“黑旗(停车)令”。本公开的其他特征是具有感应线圈46的轨道部段56装备有用于与现有和其他轨道电路和交通工具一起使用的适配器的适配性，或作为不需要轨道电路的交通工具的独立操作的另外配件。例如，附接到具有感应线圈的轨道部段的适配器可插入轨道系统，允许装备有感应次级线圈的交通工具使用轨道电路。此外，远程控制器由于其自己的机载次级线圈可还从感应轨道部段56接收充电。
图5A-B是根据本公开的至少一个实施例的赛车60的图示。如图5A所示，赛车60 能够包括体壳62和具有各种部件的底盘64。图5B示出了除去体壳62的赛车60，示出了具有各种部件的底盘64。示出了驱动马达66，其装备有齿轮，该齿轮啮合位于连接到一对轮的驱动轴上的第二齿轮。注意在该实施例中，赛车60的后轮是驱动轮，但是在其他实施例中，赛车60可具有前轮驱动或全轮驱动。另外地，可使用用于提供功率到轮的其他装置，例如带驱动系统，或独立马达可位于一些或全部轮处。底盘64的底部是次级感应元件68，其当接近包含初级感应线圈46的轨道部段42时选择地接收电功率。次级感应元件68能够为任何传导元件，其适于当受到时变磁场时产生电流，例如包括次级线圈。在该实施例中， 能量存储系统70示出为在底盘64的中间部分，但是可位于底盘64的任何位置。当线圈68 被激励时，电功率被传送到能量存储系统70，其可包括电池，电容器，二者的组合，或其他适合能量存储装置。微控制器72包括RF接收器或其他无线通信装置并且可选地位于底盘64 上。微控制器72从控制单元(未示出)接收信号，该控制单元由使用者，由轨道控制单元或由内部控制电路系统操作，例如开路车或辅助器材。微控制器72能够调节赛车速度，转向， 和其他控制特征，例如灯。在当前实施例中，转向机构74包括继电器，伺服马达，或用于改变前轮方向前轮方向使赛车60转向的其他装置。另外地，后轮或全部轮特征还可在于另外的性能的转向。如图6所示，次级线圈68能够可选地延伸超过车60的轴距的长度和宽度， 或圆周地包围四个牵引轮的每个。该构造能够实现增强的功率传送，次级线圈68可选地在竞赛期间用作车60的减震器。图7示出了赛车控制器76和赛车60。另外的赛车78可由具有补偿的无干扰的独立无线通信的另外的控制器80控制。控制器76示出为具有多个控制选择，例如速度设置， 转向和制动。其他不同的或更少的控制器还可被包括，例如图形显示器，其提供车数据，灯控制，车和控制器中的电池功率余量，以及其他特征。无线链接可在控制器76和赛车60之间建立。如果需要的话，该链接允许使用者围绕轨道电路45或轨道电路45外侧操作或驱动车60。车60可通过将其驱动到初级线圈轨道部段56或轨道部段的其他实施例上或上方来再充电，例如停车站或加油站(未示出)。无线通信可为RF，红外，蓝牙，或一些其他无线通信方法。可选地，控制器76可包括可变速度控制和连续转向控制来代替离散转向输入。图8是包括位于车底盘64上的次级感应线圈68的玩具赛车60的剖面图，次级感应线圈68接收能量并将其传送到存储装置70。能量可在可选整流单元82中整流。功率控制84和微控制器86从存储装置70接收能量，存储装置70可为电池，电容器，二者的组合或其他适合能量存储装置。RF通信电路88从功率控制84和微控制器86接收能量，和能够接收和发送无线信号到使用者控制器(未示出)以操作赛车60。示出了驱动和速度FWD/REV (前/后)单元90，其在该实施例中是后驱动轮，包括电动机和齿轮系统。转向控制器92在赛车60的前部示出，其从微控制器86接收信号，其转而从使用者远程控制(未示出)接收使用者希望赛车向哪个方向运动的信号指令。ID单元94在赛车60内示出，其包括独特车信息，其可传送至竞赛轨道功率和竞赛控制单元(未示出)。这种ID信息可包括交通工具类型，性能水平，驾驶员ID或其他信息。驱动马达66能够基于与轨道45的一部分相关联的检测的信号以多个速度设置操作。例如，第一速度设置可由交通工具微控制器86设置以防止驱动马达66太快使能量存储装置70用光。第二速度设置可由微控制器86设置以在短间隔期间提供增加的交通工具
10速度，在所述间隔中需要增加的交通工具速度，例如，在到坡道或圈的助跑。微控制器86能够响应于与轨道45的一部分(例如，电感动力的轨道部段56)相关联的信号在速度设置之间切换。通过可选地通过次级线圈68或RF电路88接收信号，微控制器86可控制驱动马达以增加或减小从存储装置70汲取的功率。驱动马达控制中的变化可为瞬时的(即，一段时间的预设)或长久的(即，在交通工具围绕轨道的运动过程期间连续直到检测第二信号)。 如下面更详细讨论的，信号还能够例如由结合霍尔效应传感器的磁体，结合光电二极管的 LED,或结合致动器的机械开关产生。还如图8所示，包括初级感应线圈46的无线功率源106示出为嵌入轨道部段42。 换流器96示出为连接到初级线圈46，以及微控制器98，其在当前实施例中从感测电路100 接收信号以当赛车60接近轨道部段42时激活。DC/DC转换器102连接到换流器96和微控制器98并从DC输入104接收功率。如图9所示，感测电路100能够为感应感测电路108。 功率由电源输入110供应，其然后被电源整流器112整流。感应感测电路108监控初级线圈 46的阻抗并产生信号，该信号由控制单元114分析以确定交通工具40 (例如赛车60)是否接近初级线圈46。感应感测电路108还可确定赛车60的赛车60的标识并监控性能。例如性能信息还能够用于监控圈数和竞赛状态。整流功率通过DC/DC转换器116和换流器118 发送，其在赛车60接近时激励感应线圈68。在如图10所示的其他实施例中，感测电路100 能够为交通工具近程感测电路或近程检测器120。通过使用近程检测器120，当赛车60接近时(例如，当赛车60穿过轨道部段42时)，能量仅由轨道部段42内的激励初级线圈46保存。另外地，由于每个交通工具的独特标识，近程检测器120的激活可用于记录圈或其他性能数据。功率由电源输入110供应，然后其由电源整流器112整流。近程检测器120确定交通工具是否接近并且产生信号，其由控制单元114分析。整流功率通过DC/DC转换器116 和换流器118发送，其在交通工具接近时激励初级感应线圈46。图11是使用例如图8所示的顶或无线调制的感测电路100的一个实施例的框图。 IR或其他无线发送器122位于赛车60上，其发送信号到感测电路100。IR或无线传感器和解调器IM接收信号，其在被发送至信号调节器1 之前被放大器1 放大，该信号调节器 128发送输出信号到控制单元(未示出)并从整流器(未示出)接收功率。每个赛车60可装备有顶发送器或其他无线发送器122，其发射编码的独特信号，该信号在车60存在于感测电路100附近(例如可位于初级感应线圈轨道部段56中)时被检测。发送的信号上的编码的信息用于识别车，其性能或其他信息。另外地，还可使用光学传感器，例如光电眼。图12是例如图8所示的霍尔效应近程感测电路100的一个实施例的框图。磁体 130位于每个赛车60上。霍尔效应传感器132基于每个车的机载的每个磁体130的独特磁信号将具体车区别开。磁体130的不同尺寸布置和极取向允许车识别的多个组合。霍尔效应传感器132产生的信号在被通入信号调节器1 之前进入放大器126，该信号调节器1 输出信号到控制单元(未示出)并从整流器(未示出)接收功率。图13是感应感测电路108的框图，示出了赛车60或远程控制器76，其任一个在初级线圈46附近装备有次级感应线圈68。初级线圈46可位于轨道部段42或其他适合位置中，例如充电站或套，或车库停车位置。感应传感器和信号发生器134当车60接近感应轨道部段56时可选地基于初级线圈检测的阻抗变化，检测接近初级线圈46的负载68的存在，并且在感测电路108连续从整流器(未示出)接收功率时发送信号到放大器126，然后放大的信号通入信号调节器1 用于输出到控制单元(未示出)。图14示出了流程图，其描绘了赛车或远程充电序列的一个实施例。具有传感器单元100的初级线圈46，例如封闭在轨道段42内，使用运动传感器120或感应感测电路108 确定是否存在车60。如果不存在车，初级线圈46保持被去能(不被激励)(de-energize)。 然而如果车或远程设备存在，控制单元被电源启动，其使用传感器确定车标识，速度，和其他数据，并发送数据到功率和竞赛控制单元58。在车60存在期间功率然后被施加到初级线圈46。一旦赛车60在不存在初级线圈46的情况下通过，或检测到外物，初级线圈46不接激励直到其他赛车60进入初级线圈46附近。因此，初级线圈46以对应于赛车连续穿过感应充电部段56的增量提供无线功率到车60。图15示出了流程图，其描绘了赛车或远程充电序列的其他实施例。具有传感器单元100的初级线圈46，例如封闭在轨道段42内，使用运动传感器120或感应感测电路108 确定是否存在车60或远程控制器。如果不存在车60或远程设备76，初级线圈46保持被去能。然而如果车60或远程设备76存在，控制单元144被电源启动，其使用传感器确定车标识，速度，和其他数据，并发送数据到功率和竞赛控制单元58。在车60或远程设备76存在期间功率然后被施加到初级线圈46。一旦赛车60在不存在初级线圈46的情况下通过，远程设备76存在，或检测到外物，初级线圈46不接激励直到其他赛车60或远程设备76进入初级线圈46附近，或直到外物被除去。因此，初级线圈46以对应于赛车连续穿过感应充电部段56的增量提供无线功率到车60。图16是传感器序列的一个实施例的图，其使用感应传感器来激励和去能初级感应器线圈。在段A，感应传感器134周期地检查赛车60的存在。在车60进入传感器134的范围内时，感应传感器134检测负载68的存在并激活初级线圈46，激励其以提供功率到赛车60。一旦赛车60已经通过到感应传感器134的范围以外，初级线圈46被停用并且感应传感器134返回周期检查模式，直到下一个赛车60进入感应传感器134的范围。图17是传感器序列的一个实施例的图，其使用各种感测技术，包括光，IR，磁传感器，或其他无线通信。例如在赛车靠近传感器时，其被无线检测，并且传感器信号被传送至控制单元，该控制单元激励位于轨道部段中的初级线圈。传感器继续检测车的存在，并维持发送至控制单元的信号。图18是传感器序列的一个实施例的图，其使用各种感测技术，包括光，IR，磁传感器，或其他无线通信。例如在赛车靠近传感器时，其被无线检测，并且传感器信号被传送至控制单元，该控制单元激励位于轨道部段中的初级线圈。传感器继续检测车的存在，并维持发送至控制单元的信号。在一段时间周期后，车离开传感器的范围，并且初级线圈被去能。图19是示出了感应无线功率源106，玩具交通工具40和交通工具控制器76的互操作性的框图。如上面结合图14所述，无线功率源106能够包括DC/DC转换器116，该DC/ DC转换器116连接到换流器118和微控制器98并从DC输入104接收功率。无线功率源 106示出为包括感应感测电路108，还能够包括近程检测器120，其如上面结合图10所述。 玩具交通工具40和远程控制器76均能够包括次级感应线圈68，上面结合图9所述的整流和充电控制电路85，和交通工具能量存储单元70。在操作中，无线功率源106提供变化磁场以在玩具交通工具40和远程控制器76的相应的次级线圈68中感生交流电。一旦被整流器和充电控制电路85整流，由次级线圈供应的电流能够存储在能量存储单元70中。如
12图20所示，交通工具能量存储装置能够包括充电控制单元136，存储装置138和保护/调节装置140。存储装置138能够包括电池，电容器，二者的组合，或其他存储装置。在保护 /调节装置140中电压被调节至用于随后电路元件的适当值。输出信号由保护/调节装置 140产生，该信号指示存储装置138的充电状态并被发送至车控制单元(未示出)。如图21 所示，交通工具能量存储单元70包括在电压输入点之后的保护开关142和二极管144。开关142允许能量存储电路70的隔离(如果需要的话)并且二极管144约束仅流入充电控制电路块。图22是在DC功率源146中变换和整流的AC电源功率的电路图的一个实施例，其能够使用缆线148离无线竞赛轨道功率源106远程地定位，，允许大轨道电路和免去电源功率出口位置。图23是电路图的一个实施例，其示出了被单个驱动控制器114监控、供能和控制的多个感应轨道部段56。电源电压110供应到无线功率源106。当电压进入功率源时，其首先通入整流器112，在其之后感测电路100在多个轨道部段监控赛车(或其他装备次级线圈的装置)的存在。单个驱动控制单元114连接到多个轨道部段，每个具有其自己的初级线圈46。当赛车进入各个线圈附近时，感测电路检测其负载并允许功率在存在车的时间段期间供应到存在车的具体线圈。图M是电路图的一个实施例，其示出了被多个驱动控制器114监控、供能和控制的多个感应轨道部段56。电源电压110供应到无线功率源106。当电压进入功率源时，其首先通入整流器112，在其之后感测电路100在多个轨道部段监控赛车(或其他装备次级线圈的装置)的存在。多个驱动控制单元114连接到多个轨道部段，每个具有其自己的初级线圈46。当赛车进入各个线圈附近时，感测电路检测其负载并允许功率在存在车的时间段期间供应到存在车的具体线圈。图25是电路图，其示出了被变换和整流以为多个感应轨道部段提供功率的电源功率，包括使用缆线的电源整流和DC/DC转换与竞赛轨道的其他部分的分隔。电源电压被供应到DC功率源146，其包含整流器和DC/DC转换器。连接到DC功率源的是缆线148，其允许DC功率源和无线功率源106的分隔，该无线功率源106包括内部功率源150，其连接到感测和感测控制单元100，该单元在多个轨道部段监控赛车(或其他装备次级线圈的装置) 的存在。多个驱动控制单元114连接到多个轨道部段，每个具有其自己的初级线圈46。当电压进入功率源时，其首先通入整流器112，在其之后感测电路100在多个轨道部段监控赛车(或其他装备次级线圈的装置)的存在。多个驱动控制单元114连接到多个轨道部段，每个具有其自己的初级线圈46。当赛车进入各个线圈附近时，感测电路检测其负载并允许功率在存在车的时间段期间供应到存在车的具体线圈。图沈是电路图，其示出了竞赛轨道的感应部段的RF远程通信的一个实施例，其允许功率源的无线控制和部件之间的通信。远程控制单元76包括输入和控制接口 153，存储功率装置70 (例如电池，和RF或无线电路152)，其连接到可选天线154。远程控制单元76 使用RF，红外，蓝牙或其他类型的无线通信与无线功率源106通信。电源功率被供应到无线功率源。在那里，电源功率被供应到RF/无线通信电路156，尽管也可使用DC功率。电源功率被整流器112整流，在其之后输出被功率源控制单元114和感测电路100监控，感测电路 100还连接到RF通信电路。DC/DC转换器处理整流功率并将其发送至换流器118，在其之后功率被发送至初级线圈46，该初级线圈46位于轨道部段42或其他适合位置。远程控制器 76，玩具交通工具40，或感应轨道部段56能够包括充电状态指示器(未示出)以在远程控制器76或玩具交通工具40的任一个中基于存储装置70中的可用充电余量提供指示。图27公开了电路图，其示出了车和远程控制器76的离散驱动和转向控制。在控制器内是连接到输入和控制接口 153的RF发送和接收电路152，其特征在于操作控制，例如向前/向后，转右/左，和其他交通工具控制。远程控制器76由存储功率装置70提供功率， 该存储功率装置70可为电池，电容器，二者的组合，或其他适合功率存储装置。远程控制器 76还包括天线154，其可在外部或内部。车驱动控制电路170位于交通工具(未示出)内并包括充电存储装置，该充电存储装置可为电池，电容器，二者的组合，或其他适合功率存储装置。充电存储装置156连接到DC/DC转换器160，其提供功率到RF发送和接收电路158。 来自电路158的信号被中继到微控制器86，微控制器86还由DC/DC转换器160提供功率。 微控制器控制转向控制电压单元162和轮驱动电压单元164。驱动马达168从轮驱动电压单元接收调节的电压，其根据远程控制器76上的使用者输入导致交通工具速度变化。转向螺线管166从转向控制电压单元162接收调节的电压，其根据远程控制器76上的使用者输入导致交通工具方向变化。如上面结合图沈所述的，远程控制76，玩具交通工具40或感应轨道部段56能够包括充电状态指示器(未示出)以在远程控制器76或玩具交通工具40的任一个中基于存储装置70中的可用充电余量提供指示。
图观公开了电路图，其示出了车60和远程控制器76的驱动和转向控制器的连续(成比例)控制。在控制器内是连接到输入和控制接口 153的RF发送和接收电路152，其特征在于操作控制，例如向前/向后，转右/左，和其他交通工具控制。远程控制器由存储功率装置70提供功率，该存储功率装置70可为电池，电容器，二者的组合，或其他适合功率存储装置。远程控制器76还包括天线154，其可在外部或内部。车驱动控制电路170位于交通工具(未示出)内并包括充电存储装置，该充电存储装置可为电池，电容器，二者的组合，或其他适合功率存储装置。充电存储装置连接到DC/DC转换器160，其提供功率到RF发送和接收电路158。来自电路158的信号被中继到微控制器86，微控制器86还由DC/DC转换器 160提供功率。微控制器控制成比例转向控制电压单元172和成比例轮驱动电压单元174。 驱动马达168从轮驱动电压单元接收调节的电压，其根据远程控制器76上的使用者输入导致交通工具速度变化。转向螺线管166从成比例转向控制电压单元172接收调节的电压， 其根据远程控制器76上的使用者输入导致交通工具方向变化。图四公开了感应充电部段56的一个实施例，其包括启动/终点线200，功率源202 和初级感应线圈(未示出)位于启动/终点线内。包含次级感应线圈68和控制系统(未示出) 的车60由无线远程控制器(未示出)控制，还包含由使用者操作的次级线圈。当使用者驱动车60跨过启动/终点线200时，充电被交通工具的次级线圈68接收并被交通工具机载存储装置存储。该充电允许交通工具连续操作。例如，使用者能够将启动/终点线200在区域中定位并产生定制竞赛电路，或简单地将启动/终点线200放置在区域中，在该区域使用者决定操作交通工具。启动/终点线200和/或交通工具60上包含的显示器(未示出)和其控制器为使用者提供充电水平信息。可选地，充电部段56能够包括一个或多个坡道或斜面203，其从充电部段56的侧边缘延伸以允许车60驱动到充电部段56上和从充电部段56驱动走。图30公开了充电部段56，其包括充电站或停车站204，功率源202和初级感应线圈(未示出)位于停车站204内。包含次级感应线圈68和控制系统(未示出)的车60由无线远程控制器(未示出)控制，还包含由使用者操作的次级线圈。当使用者驱动车60跨过停车站204时，充电被交通工具的次级线圈68接收并被交通工具机载存储装置存储。该充电允许车60连续操作。例如，使用者能够将停车站204在区域中定位并产生定制竞赛电路，或简单地将停车站放置在区域中，在该区域使用者决定操作车60。停车站204和/或车60上包含的显示器(未示出)和其控制器为使用者提供充电水平信息。适合装饰(例如气泵206) 可用于识别充电位置。可选地，充电部段56能够包括一个或多个坡道或斜面203，其从充电部段56的侧边缘延伸以允许车60驱动到充电部段56上和从充电部段56驱动走。尽管结合可沿玩具竞赛轨道运动的赛车在上面描述，本发明还能够包含其他玩具交通工具，例如包括玩具火车192，玩具船194，玩具直升机196，或玩具飞机198。如图31所示，本发明能够包括可沿装备有初级感应线圈46的铁道轨道176运动的火车192。机载火车是根据本公开的无线控制单元170，并且根据本公开的功率和控制单元为铁道轨道初级线圈提供功率。当使用者控制火车192时，火车在并入铁道轨道段的感应线圈46上运动。 这样做的话，充电被火车192机载次级线圈68接收，充电被存储在适合存储装置中。火车的电动机然后围绕铁道轨道为火车提供功率，并当其再次在装备有轨道部段的初级线圈上通过时接收其他充电。在该实施例中，火车发动机，有轨电车，台车或其他轨道车辆可装备有次级线圈，能量存储装置和其他控制器，该其他控制器可由使用者无线控制，或自动操作。 另外地，如上所述，装备有次级线圈和能量存储装置的无线远程控制装置用于控制火车，尽管也可使用传统功率源，当功率由感应线圈供应时，该装置通过轨道发送数字信号。在其他实施例中，初级感应线圈46可并入其他铁道装备中，例如建筑物，景观或轨床。关于火车布局定位感应线圈提供功率建筑物，路灯，和其他装饰而不用传统布线。如图32所示，电感动力的交通工具能够包括电动船194，其具有如上所述的次级线圈68和控制系统170。例如船194能够由包括次级线圈68的无线远程控制器76控制， 并且初级感应线圈46和相关联的功率源系统电路系统106能够并入船坞的一部分或池边 178的一部分。当使用者经由远程控制器76操作船194时，船194和/或控制器76能够包括充电状态指示器(未示出)以显示船的机载能量存储装置和控制系统(未示出)中的充电水平余量，如上所述。显示能够允许使用者确定何时靠近装备初级线圈的船坞或池边178 的部分。使用者能够从船舶完全充电时的位置使船194运动，或者如果需要的话较早地离开。例如为了维持接近装备初级线圈的部分178，可使用磁体180或其他抑制装置，其可被放置以防止船40离开直到全部充电被接收。图33公开了如上所述的具有次级感应线圈68和控制系统170的直升机196。直升机196由无线远程控制器(未示出)控制，还具有次级感应线圈。初级感应线圈46和功率源系统并入着陆平台182或其他适合物体。使用者使用远程控制器使直升机196飞行，并且在着陆平台182使其着陆以接收充电。控制器和/或直升机196为使用者提供充电水平状态。当使用者需要时，并且直升机足够充电时，其可起飞并根据使用者的决定继续飞行。 初级线圈46可并入着陆平台旁边的其他物体中，例如并入飞行游戏的目标。图34公开了如上所述的具有次级感应线圈68和控制系统的飞机198。飞机40由无线远程控制器控制，还具有次级感应线圈(未示出)。初级感应线圈46和功率源系统并入跑道184或其他适合物体。使用者使用控制器使飞机198飞行，并且在跑道184使其着陆以充电。控制器和/或飞机198为使用者提供充电水平状态。当使用者需要时，并且飞机 198足够充电时，其可起飞并根据使用者的决定继续飞行。初级线圈46可并入其他飞行相关的物体中，例如滑行道或飞机载体。因此，另外的交通工具可利用如上所述的感应充电技术。例如，玩具飞机(例如直升机或飞机)可装备有感应线圈和能量存储装置，以及控制系统。着陆平台或跑道还可装备有初级感应线圈和功率源，让使用者能够使飞行器着陆在这种表面上(类似于竞赛轨道中的轨道部段，并接收用于机载存储能量存储装置的充电。使用者然后能够使用无线远程控制命令飞行器起飞，并且玩其他电动力飞行。火车还可装备有感应充电技术。例如，火车头可包括感应线圈，能量存储装置，和控制系统，并且铁道部段可包括初级线圈和功率源。使用者利用控制单元能够命令火车在该部段上运动，接收存储的机载充电。该部段可为例如火车站，加煤站，或与火车轨道布局间隔开的多个部段，每个提供充电到火车头，或由火车牵拉的其他车厢。马达船还可装备有感应充电技术。具有次级线圈的船能够靠近船坞，例如，其可包括固定装置(例如磁体)用于将船保持在船坞。初级线圈和功率源在船坞内。船当完全充电时通过船坞或使用者被释放，并且能够关于水面或水下驱动(如果在潜水艇中使用)。尽管本公开的说明性实施例已经在本文参照附图描述，将理解的是本公开不限于那些精确实施例，并且其中各种其他变体和修改可由本领域技术人员做出而不脱离本公开的范围或精神。上面所述是本发明的当前实施例。各种替换和变体能够在不脱离在所附权利要求中限定的本发明的精神和广泛方面的情况下做出，该权利要求根据包括等同体教义的专利法的原则被解释。单数的对任何元件的参考(例如，使用冠词“一”，“一个”，“该”或“所述”) 不被约束为将元件限制为单数。
权利要求
1.一种玩具交通工具系统，包括轨道，其包括充电部分，所述充电部分具有初级线圈，所述初级线圈可操作以产生感应场；和交通工具，其适于沿所述轨道运动，所述交通工具包括次级线圈和电连接到所述次级线圈的负载，其中，当所述交通工具穿过所述轨道的所述充电部分时，所述负载从所述次级线圈接收电功率。
2.如权利要求1所述的玩具交通工具系统，其中所述充电部分包括功率控制单元，以当所述交通工具接近所述充电部分时提供时变电流到所述初级线圈。
3.如权利要求2所述的玩具交通工具系统，进一步包括传感器，其操作地连接到所述充电部分并且适于当接近所述充电部分时检测所述交通工具。
4.如权利要求1所述的玩具交通工具系统，其中所述轨道包括多个互连的轨道部段以形成闭合电路；和所述充电部分基本上被包括在所述多个轨道部段中的一个内。
5.如权利要求1所述的玩具交通工具系统，其中所述轨道包括上表面以支撑所述交通工具，所述初级线圈放置在邻近所述上表面的所述轨道内。
6.如权利要求1所述的玩具交通工具系统，其中所述充电部分包括感测电路，当所述交通工具接近所述竞赛轨道的所述充电部分时，基于所述初级线圈的检测的阻抗变化，所述感测电路可操作以在接近所述轨道的所述充电部分时检测所述交通工具的存在。
7.如权利要求1所述的玩具交通工具系统，其中所述负载包括能量存储装置，所述交通工具系统进一步包括充电状态指示器，其放置在所述交通工具和所述轨道中的一个上并且可操作以基于所述能量存储装置中的可用充电余量提供指示。
8.如权利要求1所述的玩具交通工具系统，其中所述轨道包括状态显示单元，其显示所述交通工具性能的特征给使用者，其中所述特征包括单圈时间和圈速中的至少一个。
9.如权利要求1所述的玩具交通工具系统，其中所述负载包括驱动马达，所述交通工具进一步包括电功率存储装置，其电连接在所述次级线圈和所述驱动马达之间。
10.如权利要求9所述的玩具交通工具系统，其中所述驱动马达可基于与所述轨道相关联的检测的信号可以第一和第二速度设置操作。
11.如权利要求10所述的玩具交通工具系统，其中所述交通工具包括传感器以检测与所述轨道相关联的所述信号，所述传感器是电磁传感器，机械传感器和光学传感器中的一个。
12.如权利要求1所述的玩具交通工具系统，其中所述交通工具进一步包括微控制器以调节所述交通工具的操作参数；和所述操作参数包括所述交通工具速度和所述交通工具转向中的至少一个。
13.如权利要求1所述的玩具交通工具系统，进一步包括控制单元，其由使用者操作以提供操作指令到所述交通工具；和无线通信单元，其与所述交通工具相关联以从所述控制单元接收操作指令。
14.一种竞赛轨道系统，包括第一和第二交通工具，其均包括次级线圈，电功率存储装置和驱动马达，其中所述电功率存储装置在所述相应的第一和第二交通工具的每个中连接在所述次级线圈和所述驱动马达之间；轨道，其包括沿所述轨道的第一部分的第一充电部段，所述第一充电部段包括初级线圈和功率控制单元以提供时变电流到所述初级线圈以产生第一感应场，其中当所述第一和第二交通工具分别穿过所述轨道的所述第一部分时，所述第一和第二交通工具从所述第一感应场接收功率。
15.如权利要求14所述的竞赛轨道系统，其中所述轨道是闭合电路，其包括上表面以支撑交通工具，所述初级线圈邻近所述上表面放置以当接近所述第一充电部段时提供感应功率到所述第一和第二交通工具的任一个。
16.如权利要求14所述的竞赛轨道系统，其中所述轨道进一步包括沿所述轨道的第二部分的第二充电部段，所述第二充电部段包括初级线圈和功率控制单元以提供时变电流到所述初级线圈以产生第二感应场，其中当所述第一和第二交通工具分别穿过所述轨道的所述第二部分时，所述第一和第二交通工具从所述第二感应场接收功率。
17.如权利要求14所述的竞赛轨道系统，其中所述轨道包括多个互连的轨道部段，其中所述多个互连的轨道部段中的一个包括所述第一充电部段。
18.如权利要求17所述的竞赛轨道系统，其中所述多个互连的轨道部段适于由使用者重新放置以形成多个成型轨道中的一个。
19.如权利要求14所述的竞赛轨道系统，其中所述功率控制单元包括感测电路以在接近所述轨道的所述第一部分时检测所述第一和第二交通工具中的至少一个的存在。
20.如权利要求19所述的竞赛轨道系统，其中所述感测电路可操作以使所述第一交通工具与所述第二交通工具区分开。
21.如权利要求19所述的竞赛轨道系统，其中所述感测电路包括霍尔效应传感器以在接近所述轨道的所述第一部分时检测所述第一交通工具的存在。
22.如权利要求19所述的竞赛轨道系统，其中所述感测电路包括红外发送器和红外接收器中的一个以在接近所述轨道的所述第一部分时检测所述第一交通工具的存在。
23.如权利要求19所述的竞赛轨道系统，其中当所述第一交通工具接近所述轨道的所述第一部分时，基于所述初级线圈的检测的阻抗变化，所述感测电路可操作以在接近所述竞赛轨道的所述第一部分时检测所述第一交通工具的存在。
24.如权利要求14所述的竞赛轨道系统，其中当所述第一交通工具在接近所述轨道的所述充电部分而被检测时，所述功率控制单元可操作以停用所述第一交通工具的所述驱动马达。
25.如权利要求14所述的竞赛轨道系统，进一步包括第一控制器以提供操作指令到所述第一交通工具，所述第一交通工具包括无线通信单元以从所述第一控制器接收操作指令；和第二控制器以提供操作指令到所述第二交通工具，所述第二交通工具包括无线通信单元以从所述第二控制器接收操作指令。
26.如权利要求25所述的竞赛轨道系统，其中所述操作指令包括交通工具速度和交通工具转向中的至少一个。
27.如权利要求14所述的竞赛轨道系统，其中所述第一充电部段可操作以对应于所述第一和第二交通工具连续穿过所述第一充电部段的增量提供无线功率到所述第一和第二交通工具。
28.一种电感动力的玩具交通工具系统，包括交通工具，其包括次级线圈，电功率存储装置，马达和无线通信单元，其中所述电功率存储装置连接在所述次级线圈和所述驱动马达之间；感应功率站，其包括初级线圈，感测电路和功率控制单元，所述感测电路可操作以基于所述初级线圈的检测的阻抗变化检测所述交通工具的存在，所述功率控制单元可操作以当所述交通工具接近所述感应充电站时提供时变电流到所述初级线圈；和远程控制装置以提供操作指令到所述交通工具无线通信单元。
29.如权利要求观所述的电感动力的玩具交通工具系统，其中所述交通工具是玩具车，玩具火车，玩具船，玩具直升机和玩具飞机中的至少一个。
30.如权利要求观所述的电感动力的玩具交通工具系统，进一步包括显示单元以提供所述电能存储装置中的充电水平余量的指示。
31.如权利要求观所述的电感动力的玩具交通工具系统，其中当所述交通工具在接近所述感应功率站而被检测时，所述功率控制电路可操作以停用所述交通工具的所述马达。
32.如权利要求观所述的电感动力的玩具交通工具系统，其中所述远程控制装置包括次级线圈和能量存储装置，当所述远程控制装置接近所述感应功率站时，所述能量存储装置可操作以从所述次级线圈接收功率。
全文摘要
电感动力的玩具交通工具(40)和具有感应充电部段(42)的相关联的轨道。交通工具可包括次级线圈(68)，驱动马达(66)，连接在所述次级线圈和所述驱动马达(46)之间的电功率存储装置(72)和无线通信单元(86)。充电部段可包括初级线圈(46)，基于初级线圈的检测的阻抗变化可操作以检测交通工具存在的感测电路(100)，以及当交通工具穿过充电部段(42)时可操作以提供时变电流到初级线圈的功率控制单元(98)。初级线圈放置在邻近轨道上表面的竞赛轨道内。交通工具驱动马达可以第一和第二速度设置操作，并且远程控制装置能够提供操作指令到交通工具无线通信单元。
文档编号A63H30/04GK102232000SQ200980146376
公开日2011年11月2日 申请日期2009年11月20日 优先权日2008年11月21日
发明者D.W.巴亚曼, H.D.阮, J.B.泰勒, R.B.布伊斯马, W.T.小斯托纳 申请人:捷通国际有限公司