一种承重式门窗自动开关器的制作方法

本发明涉及一种能在特定条件下，如遇风雨、有害气体超标、无线遥控、远程控制，实现平移窗、门自动关闭或打开的装置。

背景技术：

检索得知，在已公布的同技术领域的发明中，存在着安装复杂，受限窗户尺寸，尤其是只有简单传动，没有过载保护，待机状态下，窗扇无法自由移动，需要交流供电，布线困难等缺陷。

技术实现要素：

本发明采用一体设计，无需布线，安装简便，用承重轮替代窗扇原滑轮功能，承载窗扇一半重量，使承重轮与窗扇导轨间有足够摩擦力。承重轮轴向可调，以适应各种窗扇导轨。设置的双坡面离合器，在待机时，将窗扇与动力部分分离，窗扇可自由移动。设置的过载保护装置，在窗扇卡住超出设定时间时，启动延时保护电路，暂停开关窗，避免持续过载。承重钢架为全钢结构，可承载大型门窗重量。根据需要可选择室内或室外安装，室外安装时，有线风雨传感器和开关器主体为一体化构造，安装在窗户外扇上。选择室内安装时，开关器主体和无风雨传感器为分体构造，风雨信号通过无线风雨传感器传输，开关器主体安装在窗户内扇上，无线风雨传感器安装在室外。当嵌入集成到成品窗窗扇边框内时，传动部分采用行星齿轮减速，以减小自动开关器体积。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在壳体内动力及传动装置、双坡面离合器、承重轮、承重架、离合传感开关过载保护装置、控制电路、无线射频模块、窗扇位置传感开关、马达、锂电池组，及壳体外的有线风雨传感器、无线风雨传感器顺序安装和电连接，承重轮替代原窗扇滑轮功能，承载窗扇一半重量，承重轮位置可轴向调整，开关器主体通过安装钢架，安装在开窗方向一侧窗扇边框侧面，或嵌入在成品窗窗扇边框内，通过调整开关器主体上的部件，可配置有线或无线风雨传感器，分别用于安装在室外或室内。配置有线风雨传感器时，叶片式风力传感器和雨水探头，分别固定在开关器主体顶部和前面板上，太阳能电池板安装在前面板上，为一体化构造，开关器主体安装在窗户外扇上。配置无线风雨传感器时，开关器主体安装在室内窗户内扇上，太阳能电池板安装在侧面，雨水探头位置更换为手控触摸面板。由碗形风力传感器和雨水探头构成的无线风雨传感器独立设置，安装在室外。两种构造均可无线遥控或wifi接入互联网远程控制。承重部分采用全钢结构，以承载大型门窗的重量，安装钢架高度可调，以消除安装误差和磨损间隙。当自动开关器嵌入成品窗窗扇内时，承重轮使用尼龙轮套，窗扇导轨顶端设置相应齿牙，两者相齿合。

本发明所述的动力及传动装置，有马达、变速箱、传动齿轮、伞形齿轮组、方轴齿轮、方轴套、橡胶轮套顺序安装构成，马达动力经变速箱减速后，通过传动齿轮将动力传递给双坡面离合器主动坡面轮，离合器结合后动力由被动轮输出，经由伞形齿轮组驱动整个承重轮转动。

本发明所述的双坡面离合器，由主轴、主动坡面轮、被动坡面轮、复位弹簧、阻尼器、限位钢片、离合拨叉、离合传感开关顺序安装电连接构成，主动坡面轮与来自减速箱的动力输出齿轮齿合，被动坡面轮与阻尼器相连，并套在主轴上，当主动坡面轮带动被动坡面轮旋转时，在坡面和阻尼器作用下，主动坡面轮轴向移动，与主轴上的被动轮结合，完成动力输出，主动坡面轮持续旋转时，受被动坡面轮限位爪限制，主、被动坡面轮克服阻尼器阻力一起旋转，当主动坡面轮反转时，在复位弹簧作用下，离合器自动分离，离合拨叉随主动坡面轮同步移动，离合器分离到底时，离合拨叉触动离合传感开关闭合，控制电路以此判断离合器所处位置状态。

本发明所述的承重轮，由方轴齿轮、方轴套、调节螺杆、调节螺杆限位片、夹紧钢片、橡胶轮套、尼龙轮套、阻尼盘、柱形永磁体顺序安装构成，橡胶轮套或尼龙轮套与阻尼盘装配在方轴套上，用夹紧钢片夹紧，套在方轴齿轮上，方轴齿轮旋转时，方轴套、阻尼盘、橡胶轮套或尼龙轮套随之一起旋转，方轴齿轮一端设有调节螺栓，旋转螺栓，方轴套可轴向移动，改变承重轮轴向位置，窗扇阻力异常超过阻尼盘阻力时，阻尼盘与方轴套通过阻尼油滑动，缓冲输出动力，保护传动部件，当自动开关器嵌入集成到成品窗窗扇内时，承重轮外部使用有齿的尼龙轮套，窗扇导轨顶端设置对应齿牙，两者相齿合。

本发明所述的承重架，由前支架、后支架、定位架、开关器主体后盖、安装钢架顺序安装构成，前支架和后支架在定位架上定位后相互扣紧，安装钢架根据不同安装方向，从侧面卡入前、后支架，用螺栓固定于开关器主体后盖，构成一个承重整体，安装钢架上的高度调节顶板，顶在后支架高度调节凹槽内，调节安装钢架顶部的螺丝，可以调整开关器主体与安装钢架的相对高度。也即可以调整窗扇高度。

本发明所述的过载保护装置，由方轴齿轮、柱形永磁体、霍尔元件、控制电路、顺序安装和电连接构成，柱形永磁体安装在方轴齿轮上，霍尔元件设置在主体后盖凹槽内，柱形永磁体随方轴齿轮一起旋转时，其磁力使霍尔元件持续输出方波信号，当窗扇被卡住方轴齿轮停转，无方波信号输出超过预设时间，延时保护电路启动，如程序设定的再次尝试开关窗失败，则在设定时间内，控制电路不再响应除手动触摸意外的开关窗指令，防止自动开关器持续循环过载。

本发明所述的有线风雨传感器，由雨水探头、叶片式风力传感器顺序安装构成，其中叶片式风力传感，由前壳、叶轮、转轴、永磁体、后壳、磁敏传感开关顺序安装构成，柱形永磁体设置在叶轮一侧，叶轮受风力影响旋转时，磁敏传感开关受磁力作用，输出方波信号，叶片转速与风力大小成正比，超过设定值时，控制电路响应，发出关窗指令，调整控制电路响应阈值可调整风力关窗启动阈值。雨水探头由两个电极构成，雨水在两个电极间等效为一个电阻，当雨水产生的电阻小于设定值时，控制电路响应执行关窗。雨水探头和叶片式风力传感器分别设置在开关器主体的前部和上部。

本发明的无线风雨传感器，由雨水探头、碗形风力传感器、太阳能电池、锂电池、射频收发控制电路、后盖、安装底座顺序安装及电连接构成，其中碗形风力传感由碗形风叶、旋转架、固定架、可旋转底座、霍尔元件、薄片形永磁体构成，碗形风力传感器可通过调整角度，选择垂直或水平安装，霍尔元件设置在固定架内，薄片形永磁体设置在旋转架上，旋转架随碗形风叶旋转时，霍尔元件受薄片形永磁体影响，输出方波信号，碗形风叶转速与风力大小成正比，超过设定值时，控制电路响应，发射无线传感信号给开关器主体，调整控制电路响应阈值可调整风力关窗启动阈值。采用单片机智能控制，在雨水探头持续有雨水时自动调整雨水传感间隔时间，以减少无线风雨传感器功耗。太阳能电池在环境光足够强的情况下，除给无线风雨传感器供电外，同时给锂电池充电，在光线较暗时，则由锂电池供电。

本发明所述的控制电路，由有线风雨传感器、无线风雨传感器，无线射频模块、手动触摸控制单元、wifi模块、升压模块、离合传感开关、霍尔元件、窗扇位置传感开关、主控电路板顺序安装电连接构成，离合传感开关与控制电路配合，用于检测双坡面离合器位置状态，窗扇位置传感开关与窗扇位置传感磁铁方形永磁体配合，用于判断窗扇位置状态，过载保护电路中的霍尔元件与方轴齿轮上的柱形永磁体配合，用以检测开关窗过程中有否过载。升压模块将输入的5v电压提升到8.4v给电池充电。

当遇有特定条件，如有风雨、风力信号输入，射频遥控、手动触摸、wifi远程控制关窗信号输入时，控制电路驱动马达正转，双坡面离合器自动结合，承重轮转动关窗，当窗扇关闭到位时，主体后盖底部设置的窗扇位置传感开关，受对向窗扇上设置的方形永磁体影响闭合，控制电路驱动马达反转，双坡面离合器分离，离合传感开关被触动闭合，控制电路控制马达停转，关窗完成，自动开关器进入待机状态。

当遇有燃气泄漏、室内危害气体超标、用户控制开窗时，控制电路驱动马达反转执行开窗，工作过程与关窗相似，只是马达旋转方向相反。开窗幅度按常用窗扇宽度分档预设，由程序通过控制马达转动时间实现。当自动开窗功能设置为有效时，控制电路按记忆的上次关窗位置打开窗扇。

在开、关窗过程中，当窗扇处于任意位置时，给出中止信号，控制电路即驱动马达反转，离合器分离，离合拨叉触动离合传感开关闭合，马达停转，自动开关器进入待机状态，窗扇停在当前位置。每次开、关窗动作完成后，双坡面离合器最终处于分离状态。由开窗变为关窗或关窗变为开窗时，控制电路忽略对离合传感开关检测，直接执行开窗或关窗指令。

当开关窗过程中，窗扇被卡住，霍尔元件无方波信号输出超过设定时间时，延时保护电路启动，防止自动开关器持续过载。

本发明的有益效果是：一体化设计，无布线，安装调试简单，安装后不改变用户用窗习惯，能在各种尺寸平移窗户、门上方便安装，解决了过载保护，待机状态下窗扇自由移动问题。当嵌入到成品窗扇边框内时，不占空间，更加美观。可根据需要灵活选择室内或室外安装。采用微功耗待机设计，待机时间长，在光线充足地方，太阳能电池提供的电能可以做到免充电，是目前平移窗智能开关的一个较好的解决方案。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明主体及无线风雨传感器外观透视图。图中：a.开关器主体。b.无线风雨传感器。其中：tx.射频天线。led.工作状态指示灯。cm.触摸控制板。cd1.充电口1。dy.电源开关。mb.主体前盖。cz.承重轮。dk.主体后盖。tb1.太阳能电池1。ys.雨水探头。tb2.太阳能电池2。dz.安装座。cd2.充电口2。fl1.风力传感器1。

图2是本发明主体及有线风雨传感器外观透视图。图中：a.开关器主体。fl2.风力传感器2。其中：led.工作状态指示灯。cj.连接插件。ys.雨水探头。cd1.充电口1。dy.电源开关。tb1.太阳能电池1。mb.主体前盖。cz.承重轮。dk.主体后盖。zs.侧面装饰盖板。

图3是本发明主体内部构造透视图。图中：tx.射频天线。tg.钢架高度调节螺丝。kz.控制电路板。bs.变速箱。sc.伞形齿轮组。gd.固定螺丝。qj.前支架。cz.承重轮。xl.橡胶轮套。hj.后支架。ac.高度调节凹槽。db.高度调节顶板。lh.双坡面离合器组件。gj.安装钢架。md.直流马达。

图4是本发明主体后盖及部分组件透视图。图中:1.离合拨叉。wz.窗扇位置传感开关。md.马达。kz.控制电路板。bs.变速箱。lw.离合传感开关。dw.定位架。dx.霍尔元件导线槽。he.霍尔元件。

图5是本发明双坡面离合器透视图：图中:1.离合拨叉。2.主轴支架。3.塑料轴套。4.被动轮。5.主动坡面轮。6.被动坡面轮。7.阻尼器。8.限位钢片。lw.离合传感开关。

图6是本发明双坡面离合器分解透视图：图中:1.离合拨叉。2.主轴支架。3.塑料轴套。4.被动轮。5.主动坡面轮。6.被动坡面轮。7.阻尼器。8.限位钢片。lw.离合传感开关。th.复位弹簧。xw.限位爪。

图7是本发明承重轮透视图。图中:d.橡胶轮套承重轮。e.尼龙轮套承重轮。yc.柱形永磁体。

图8是本发明承重轮侧视图。图中:f.橡胶轮套承重轮。e.尼龙轮套承重轮。

图9是本发明承重轮分解透视图。图中：9.承重轮轴。10.调节螺杆限位片。11.调节螺杆。12.方轴齿轮。13.夹紧钢片固定螺丝。14.夹紧钢片。16.阻尼盘。17.方轴套。yc.柱形永磁体。xl.橡胶轮套。cl.尼龙轮套。

图10是尼龙轮套承重轮与带有齿牙窗扇导轨的齿合示意图。图中：cl.尼龙轮套。dg.窗扇导轨。cy.齿牙。

图11是本发明无线风雨传感器分解透视图。图中：18.轴帽。19.碗形风叶。20.旋转架。22.固定架。24.可旋转底座。25.电路板。26.电池。27.后盖板。cd2.充电孔2。tb2.太阳能电池2。dz.安装座。

图12是本发明无线风雨传感器风力传感部分分解透视图。图中：18.轴帽。19.碗形风叶。20.旋转架。21.薄片形永磁体。22.固定架。23.霍尔元件安装孔。24.可旋转底座。

图13是本发明无线风力传感器水平方向安装示意图。图中：19.碗形风叶。24.可旋转底座。ys.雨水探头。tb2.太阳能电池2。dz.安装座。

图14是本发明有线风力传感器整体透视图。图中：28.前壳。29.叶轮。31.后壳。32.安装孔。cj.连接插件。

图15是本发明有线风力传感器分解透视图。图中：28.前壳。29.叶轮。30.永磁体。31.后壳。32.安装孔。33.霍尔元件安装槽。cj.连接插件。

图16是本发明在窗户内扇上实际安装示意图。图中：a.开关器主体。b.无线风雨传感器。其中：az.安装钢架固定螺栓。gj.安装钢架。ns.窗户内扇。tj.窗扇滑轮高度调节螺丝。ls.主体固定螺丝。cz.承重轮。xl.橡胶轮套。dg.窗扇导轨。wt.方形永磁体。cm.触摸控制板。ys.雨水探头。tb1.太阳能电池1。fl1.风力传感器1。

图17是本发明在窗户内扇上安装完毕透视图。图中：a.开关器主体。b.无线风雨传感器。其中：ns.窗户内扇。cz.承重轮。dg.窗扇导轨。ys.雨水探头。fl1.风力传感器1。

图18是本发明在窗户外扇上实际安装示意图。图中：az.安装钢架固定螺栓。ys.雨水探头。gj.安装钢架。ws.窗户外扇。wt.方形永磁体。tj.窗扇滑轮高度调节螺丝。ls.主体固定螺丝。cz.承重轮。xl.橡胶轮套。dg.窗扇导轨。zs.侧面装饰盖板。lf2.风力传感器2。tb1.太阳能电池1。

图19本发明在窗户外扇上安装完毕透视图。图中：fl2.风力传感器2。ys.雨水探头。ws.窗户外扇。tb1.太阳能电池1。cz.承重轮。dg.窗扇导轨。zs.侧面装饰盖板。

图20是本发明嵌入成品窗内扇边框的实际安装示意图。图中：b.无线风雨传感器。ns.窗户内扇。cm.触摸控制板。mb.主体前盖。gj.安装钢架。cz.承重轮。cl.尼龙轮套。dg.窗扇导轨。cy.齿牙。ys.雨水探头。fl1.风力传感器1。

图21是本发明嵌入成品窗内扇边框安装完毕透视图。图中：b.无线风雨传感器。ns.窗户内扇。cm.触摸控制板。mb.主体前盖。cz.承重轮。dg.窗扇导轨。ys.雨水探头。fl1.风力传感器1。

图22是本发明嵌入成品窗外扇边框的实际安装示意图。图中：ws.窗户外扇。ns.窗户内扇。ys.雨水探头。wt.方形永磁体。mb.主体前盖。gj.安装钢架。cz.承重轮。cl.尼龙轮套。dg.窗扇导轨。cy.齿牙。

图23是本发明嵌入成品窗外扇边框安装完毕的透视图。图中：ys.雨水探头。tb1.太阳能电池1。ws.窗户外扇。ns.窗户内扇。mb.主体前盖。cz.承重轮。dg.窗扇导轨。

图24是本发明控制电路示意图。图中：h.远程控制部分示意。k.射频遥控发射、接收示意。l.无线风雨传感示意，m.其它传感器。n.手动触摸控制示意。o.接口电路示意。p.主控电路板。j.有线传感信号示意。其中：fl1.风力传感器1。u1.单片机1。u2.单片机2。md.马达。he.霍尔元件。wz.窗扇位置传感开关。lw.离合传感开关。ys.雨水探头。fl2.风力传感器2。无线风雨传感器采用单片机智能控制，在雨水探头持续有雨水时自动调整雨水传感间隔时间，减少功耗。

具体实施方式

在图16所示的本发明采用无线风雨传感器，在窗户内扇上安装的实例中：将安装钢架（gj）用安装钢架固定螺栓（az）固定在窗户内扇（ns）边框上。用改锥逆时针调节窗扇滑轮高度调节螺丝（tj），使原窗扇滑轮不再承重。将开关器主体（a）与安装钢架（gj）卡紧，拧紧主体固定螺丝（ls）完成安装。图中为右开窗，左开窗安装时，将安装钢架（gj）与太阳能电池1（tb1）互换位置即可。无线风雨传感器（b）安装在室外，根据现场情况，可选择垂直或水平安装。用户在室内使用触摸控制板（cm）可手动控制开关窗。

当遇有风雨信号、无线遥控、手动或远程关窗信号时，自动开关器执行关窗指令，传动部分驱动承重轮（cz），进行关窗。当窗户关闭到位时，开关器主体背面的窗扇位置传感开关，受对向窗扇上的方形永磁体（wt）影响闭合，控制电路使马达停转，完成关窗。关窗过程所需时间，由控制电路同步记忆，作为自动开窗幅度的依据。开窗过程与关窗类似只是马达转向不同不再赘述。

在图18所示的本发明采用有线风雨传感器，在窗户外扇上安装的实例中：风力传感器2（fl2）固定在开关器主体上部，雨水探头安装在原触摸控制板位置。太阳能电池1（tb1）安装在开关器主体前面，侧面装饰盖板（zs）安装在侧面。对于右开窗，将安装钢架（gj）和侧面装饰板（zs）互换即可。其安装、开窗、关窗过程与图16相同，不再赘述。

在图20所示的开关器主体嵌入窗扇边框，采用无线风雨传感器的实际安装实例中：自动开关器的主体部件安装在窗户内扇（ns）的边框中，减速部分用行星齿轮减速。承重轮（cz）直接替代窗扇的一个滑轮。通过触摸控制板（cm），可手动控制开关窗。当无线遥控、远程控制、无线风雨传感器或其他传感器发出信号时，开关器主体完成相应的开关窗动作，其开关窗过程与图16相同，不再赘述。

在图24所示的控制电路示意图中，电路加电自检完毕后单片机u1、u2进入低功耗待机状态，当雨水探头（ys）、叶片式风力传感器（fl2）有信号输出，或手动触摸控制、遥控、远程有关窗信号时，控制电路控制马达（ｍｄ）正转，自动离合器接合，进行关窗，窗扇关闭到位时，窗扇位置传感开关（wz）受设置在对向窗扇上的方形永磁体影响闭合，马达（ｍｄ）反转，离合器自动分离，离合拨叉触动离合传感开关（lw）闭合，马达（ｍｄ）停转，关窗完成。当远程、遥控、手动、有害气体超标需要开窗时，控制电路控制马达（ｍｄ）反转，执行开窗。开窗幅度以上次记忆的开窗幅度为准，由程序通过控制马达转动时间实现。使用远程终端控制时，在可视化界面上，按预设的分档幅度控制开关窗幅度。

在开关窗过程中，当窗扇被卡住，承重轮停转，控制电路在超出设定时间检测不到过载保护传感开关（he）发送的脉冲信号时，延时保护电路启动，在由程序设定的，再次尝试关窗失败后，控制马达（md）反转，离合器分离，离合传感开关（lw）闭合，马达（ｍｄ）停转，中止关窗。在预设的延时时间内，除手动触摸控制外，控制电路不再响应其它控制信号，直到延时结束。以可防止在有连续开关窗信号输入的情况下，自动开关器连续循环过载。

雨天有人值守时开窗换气功能，是通过雨水信号触发自动关窗后，在设定时间内给出开窗信号来实现的。例如，当雨水信号触发关窗，窗扇关闭到位，窗扇位置磁敏传感开关（wz）闭合后３秒内，用手动触摸、遥控给出开窗信号，则控制电路在设定时间，如30分钟内不再响应雨水信号，保持窗扇打开状态，直到设定时间结束。超过３秒开窗则雨天开窗功能无效。