专利名称：借助重力启动与控制的球形独轮车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种内置驱动力的球形滚动装置，它可以用作一种小型的交通运载工具，也可以作为一种童车或者作为一种玩具、一种游乐设施。
背景技术：
现有的电瓶车、摩托车、小汽车等多轮式小型交通工具，安全性、舒适性差，能耗高。特别是小汽车，采取车身平移的运动方式，为保证车辆行驶的安全性和平稳性，设置了沉重的底盘结构和复杂的传动机构，致使自重远远高于载重，浪费掉大部分能源。中国专利申请CN99103781. 2公开了一种独轮摩托及球形车，它是一种机动独轮 车，带有发动机，靠发动机带动独轮接触地面转动(发动机可以是利用任何一种能源的，可以是混合能源方式的，也可以是电动机，藏于此独轮内)，使车子在道路上行驶。车子行驶之中，全车重量几乎全压在此独轮上，全车基本仅靠此独轮着地行；车子转弯时，驾驶员转动方向盘直接提供给全车身某一水平面一对扭力矩(以独轮着地点为转动中心)，扭动整车转一个行驶方向，这时支承全车的独轮整个轮面也同步地转了方向，全车实现转弯。独轮摩托及球形车的独轮可以是圆形的，也可以是非圆形的履带轮。车上还可以带有能沿管(轨)道移动的平衡重物(为减轻车子负荷，重物可以用车上必须的储电池等充当)，以维持车体运行中的平衡，或在车子转弯时促使车身向一侧倾斜产生所需向心力；辅助小轮，这些小轮可以是能够向上收脱离地面或向下放到地面，以维持车子在低于某一速度、刹车、倒车、停车等时车子的平衡；能使外圆环车轮隐身的光纤系统；弹性的外壳。但是，该申请仅仅提供一种抽象的构思和设想，并没有给出可以实施的技术方案，比如如何驱动独轮转动、如何制动、如何转向等基本问题都没有给出具体措施。中国专利申请CN03113914. O公开了一种球形结构的车，该车有驱动控制装置和转向控制装置，此种结构的车只有一个球形车轮，车身各部件置于球形车轮内部，该车的外轮廓完全是一个圆球；轮轴的轴线经过球形车轮的球心，摆动轴的轴线与轮轴的轴线垂直，车体悬挂在摆动轴上，车体可绕摆动轴的轴线转动，车体也可以和驱动桥一起绕轮轴的轴线转动。在静止状态下，车体重心点的位置低于球形车轮的球心。球形车轮起步及正常行驶时，车体的重心点到球形车轮球心的连线与垂直线始终保持一定的角度范围(0-90°之间)。球形结构的车向左(向右)转弯时，车体相对摆动轴向左(向右)转过的角度介于0-90°之间。但是该车主要适用于模型、玩具或娱乐等方面的用途，主要依靠遥控的方式进行驾驭，并没有为载人驾驶提供解决方案。中国专利申请CN03128216. 4公开了一种球形车，内球内装有平衡块，动力机通过传动杆和传动机构相连，外球内装有齿轮传动机构，外球内的齿轮传动机构和内球内的传动机构中的主轴的两端相连。齿轮传动机构包括和主轴两端相连的大盘形齿轮；支架轴，支架轴上装有平行轴齿轮；有一平行轴齿轮轴上装有锥形齿轮，锥形齿轮和大盘形齿轮相啮合，平行轴齿轮和外球内的齿轮轨道相连。该专利申请的传动机构非常复杂，使得加工、装配都非常困难。另外，该专利申请也没有为载人驾驶提供解决方案。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、操控方便的球形独轮车，以克服现有技术的上述缺陷。为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案一种借助重力启动与控制的球形独轮车，包括以下构件轮式外球壳，同时作为车轮和车身，包括轮辋和轮毂，在轮辋和轮毂之间连接有圆弧形的轮辐；主轴，两端可转动地安装在所述轮式外球壳的轮毂中；驱动装置，安装在轮式外球壳的内部并支撑在所述主轴上；内齿圈，安装在所述轮式外球壳轮辋的内壁上，内齿圈的轴线与所述轮 辋的轴线重合；驱动齿轮，与所述驱动装置传动连接并与所述内齿圈相啮合；载重体，直接或间接地连接在主轴上，载重体的重心位于主轴的正下方并可向所述主轴两端偏移；重心偏移机构，用于使所述载重体的重心向所述主轴的两端偏移。优选地,所述驱动装置为电动机、发动机或人力驱动装置。优选地，所述重心偏移机构包括螺杆、螺母和伺服电机，所述螺杆与伺服电机相连接并与螺母相配合，所述主轴的下面固定有两个减振承重座，所述螺杆的两端支撑在减振承重座上，所述载重体固定连接在所述螺母上。优选地,所述轮式外球壳的内部还设有内壳，内壳与所述轮式外球壳之间设有间隙,所述主轴的两端穿过内壳插入所述轮式外球壳的轮毂中。 进一步地，所述载重体包括一滑块，所述重心偏移机构包括一弧形滑道和一拨叉，所述弧形滑道设在内壳上，所述滑块位于弧形滑道上，所述拨叉的一端可转动地安装在主轴上，另一端与所述滑块相接触。进一步地，所述内壳与轮式外球壳之间还设有刹车片。进一步地,所述载重体包括一座椅,座椅的底部设有滚轮，座椅与内壳之间设有减振弹簧，内壳底部与轮式外球壳之间也设有滚轮。进一步地，所述重心偏移机构包括螺杆、螺母和伺服电机，所述主轴为空心轴，所述螺杆、螺母和伺服电机均位于主轴内部，主轴的侧壁上沿轴向开有条形孔，所述螺母穿过所述条形孔与座椅固定连接。优选地，所述主轴的两端伸出轮式外球壳以外，主轴的两端各连接一根垂直于主轴向下可伸缩的撑杆，撑杆的中段安装有可伸缩的弹簧，撑杆的下端安装有辅助滚轮。进一步地，所述撑杆上还安装有车灯。本实用新型的有益效果是1、采用驱动齿轮与内齿圈啮合来驱动作为车身的轮式外球壳滚动的结构模式和运动方式，可以大大减轻自身重量，简化驱动机构，降低能耗，增加内部空间，提高舒适性；2、利用驱动齿轮与内齿圈之间的啮合转动，可以在球形独轮车启动阶段，很自然地形成重心提升，从而借助重力实现车辆的启动；3、本实用新型的主轴与轮式外球壳转动连接，当轮式外球壳滚动时,主轴仅做平移运动,该平移的主轴为各种内部构件的安装提供了基础，也为人员的搭载提供了一个可靠的平台；4、设置了重心偏移机构，通过使载重体的重心偏移实现车辆的平衡与转向，为车辆的灵活驾驭提供了可能；5、通过安装在主轴两端的可伸缩撑杆辅助平衡车身，可以提高车辆行驶的安全性和平稳性。以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细说明。图I是本实用新型球形独轮车的前视结构示意图。图2是本实用新型球形独轮车的侧视结构示意图。图3是本实用新型球形独轮车在启动状态下的示意图(侧视方向)。图4是本实用新型球形独轮车在转弯状态下的示意图(前视方向)。图5是本实用新型一种可载人的球形独轮车的结构示意图。图6是图5中的A-A剖视图。图7是图6中B处的局部放大图。图8是本实用新型另一种可载人的球形独轮车的结构示意图。图9是图8中C向的局部示意图。
图10是本实用新型中一种轮式外球壳的结构示意图。
图11是本实用新型一种电动球形独轮车的结构示意图。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型一种借助重力启动与控制的球形独轮车包括一个轮式外球壳1，轮式外球壳I同时作为车轮和车身，它的一种外形如
图10所示，包括轮辋13和两个轮毂15，在轮辋13和两个轮毂15之间连接有圆弧形的轮辐14，形成球形轮廓。它既可以是如
图10所示的这样一个不封闭的球形骨架；也可以在相邻轮辐14之间安装面板，或直接将轮辐14做成球面形的辐板，形成一个封闭的壳体。如图I、图2所示，结合
图10，在轮式外球壳I的内部设有一根水平的主轴2，主轴2经过轮式外球壳I的球心，其两端通过轴承21可转动地安装在轮式外球壳I的轮毂15中。驱动装置4通过安装支座41安装在轮式外球壳I的内部，安装支座41固定在主轴2上。在轮式外球壳轮辋13的内壁上固定一个内齿圈11，内齿圈11的轴线与主轴2的轴线重合，一个驱动齿轮3与该内齿圈11相啮合，驱动齿轮3与所述驱动装置4传动连接并可驱动内齿圈11及轮式外球壳I转动。驱动装置4可以是电动机、发动机等公知的动力装置，也可以是采用人力驱动的装置(比如脚踏、手摇驱动)，其作用是为驱动齿轮3提供动力。在图I所示的实施例中，驱动装置4安装在主轴2的上方。在车身内部还设有载重体6和重心偏移机构5，载重体6直接或间接地连接在主轴2上，在常态下，载重体6的重心位于主轴2的正下方，整个车辆的重心也位于主轴2的正下方；重心偏移机构5用于使载重体6的重心向主轴2的两端(也就是车身的左右两侧)偏移。在图I所不实施例中，重心偏移机构5包括螺杆53、螺母54和伺服电机52,螺杆53与主轴2平行，螺杆53与螺母54相配合并在端部与伺服电机52相连接，在主轴2的下面固定有两个减振承重座51，螺杆53的两端支撑在减振承重座51上，载重体6与螺母54固定连接。当伺服电机52带动螺杆53转动时，螺母54带动载重体6沿螺杆53左右移动，从而改变载重体6的重心位置。下面结合
图1-3说明本实用新型球形独轮车的启动原理。图2是车辆静止或正常行驶的状态，当车辆由静止状态启动时，驱动装置4带动驱动齿轮3转动，由于轮式外球壳I与地面之间存在摩擦力，轮式外球壳I及内齿圈11处于静止状态，而驱动齿轮3与内齿圈11之间的相对转动会带动主轴2及载重体6转动一定的角度，但主轴2仍保持水平状态，如图3所示，这样载重体6的重心就会向车身的前方偏移，产生一个相对于主轴2的偏心力矩，该偏心力矩最终通过驱动齿轮3作用在内齿圈11和轮式外球壳I上，当该偏心力矩大到一定程度时，轮式外球壳I就可以克服与地面之间的摩擦力滚动起来，实现了借助重力的启动。车辆启动正常行驶后，载重体6的重心重新回到主轴2的正下方(如图2所示)，轮式外球壳I在驱动装置的驱动下持续滚动，而载重体6及主轴2仅作平移运动。下面结合
图1、2、4说明本实用新型球形独轮车转向的原理。如图I所示，当车辆直行时，载重体6的重心(更准确地说，是整个车辆的重心)处于球心的正下方,主轴2保持水平状态；当需要转弯时，重心偏移机构5使载重体6的重心(从而使整个车辆的重心)向车身的左侧或右侧偏移，主轴2发生倾斜，如图4所示，球形独轮车在行驶中就会转向。图5-7所示是本实用新型一种可以载人的球形独轮车，其轮式外球壳为不封闭的球形骨架。在轮式外球壳I的内部设有内壳8，内壳8与轮式外球壳I之间设有间隙，所述 主轴2的两端穿过内壳8插入轮式外球壳的轮毂15中。内壳8内设有座椅61，座椅61的底部设有滚轮62，座椅61与内壳8之间设有设有减振弹簧83。内壳8可以与主轴2固定连接，将内壳8内的载重通过主轴2传递到轮式外球壳I ;或者为减轻主轴2和轮式外球壳
I的球形骨架承受的重量，提高载重能力，还可以在内壳8的底部设置滚轮12，将内壳8直接支撑在轮式外球壳I的轮辋13上。座椅61及乘坐在上面的人员构成本实施例中的一种载重体。如图5、图7所不,本实施例中的重心偏移机构包括螺杆53a、螺母54a和伺服电机52a，其中主轴2为空心轴，螺杆53a、螺母54a和伺服电机52a均位于主轴2的内部，主轴2的侧壁上沿轴向开有条形孔22，一连接件(比如螺钉)穿过所述条形孔22将螺母54a与座椅61固定连接。当伺服电机52a带动螺杆53a转动时，螺母54a带动座椅61 (及乘客)向车身左侧或右侧偏移，以实现车辆转向。滚轮62可以在座椅移动时减小摩擦。在内壳8与轮式外球壳I之间还可以设置刹车片81，坐在座椅61的驾驶员可以踩踏刹车片81，使其与轮式外球壳I接触，实现摩擦制动。如图5所示，为了提高本实用新型在行驶时的安全性和在停靠时的平稳性，还可以在主轴2的两端设置一对可伸缩的撑杆7。主轴2的两端伸出轮式外球壳I以外，撑杆7固定连接在主轴2的端部并垂直于主轴向下，撑杆7上部安装有车灯71，下端安装有辅助滚轮72，中段安装有可伸缩的弹簧73。撑杆7可以限制车身倾斜的最大角度，辅助平衡车身，消除因为瞬间侧向受风或人员晃动等原因对车身平衡的影响，也可以通过设定弹簧73的预紧力，使滚轮72承受部分载重量，提高车辆载重能力。当车辆停靠时，撑杆7支撑在地面上，保证停靠时的平稳性。图8、图9所示是本实用新型另一种可以载人的球形独轮车，与图5所示实施例不同的是，该实施例将驱动装置4布置在主轴2的下方，以降低整车的重心。本实施例将主轴2分为三段，两头为空心管，中间为螺杆53a。座椅61分为前排座椅61a和后排座椅61c,后排座椅61c改为半圆形，与内壳形状相适应，能够更充分地利用车身内的空间。与螺杆53a配合的螺母与一个中间连接体61b固定连接，中间连接体61b同时与前排座椅61a和后排座椅61c相连接，当螺杆53a带动中间连接体61b左右移动时，前排座椅61a和后排座椅61c也同步左右移动，实现重心偏移。
图11是本实用新型一种可以用作玩具或娱乐目的的球形独轮车，其轮式外球壳为封闭的球壳。它采用电动机作为驱动装置4，电池组42固定在内壳8上，可以采用遥控等方式进行控制。本实施例中的载重体包括一滑块56,重心偏移机构包括一弧形滑道82和一拨叉55，弧形滑道82安装在内壳8上，滑块56位于弧形滑道82上，拨叉55的一端可转动地安装在主轴2上，可用另一个电机来驱动使拨叉55摆动，拨叉55的另一端与滑块56相接触，当拨叉55带动滑块56沿弧形滑道82向左侧或右侧偏移时，可以实现车辆转向。本
实施例的启动原理与前述的各实施例相同，直接或间接地连接在主轴2上的内壳8、电动机
4、电池组42及滑块56等构成本实施例中的载重体，利用载重体的向前偏移可以实现车辆启动。
权利要求1.一种借助重力启动与控制的球形独轮车，其特征是，包括以下构件 轮式外球壳，同时作为车轮和车身，包括轮辋和轮毂，在轮辋和轮毂之间连接有圆弧形的轮辐； 主轴，两端可转动地安装在所述轮式外球壳的轮毂中； 驱动装置，安装在轮式外球壳的内部并支撑在所述主轴上； 内齿圈，安装在所述轮式外球壳轮辋的内壁上，内齿圈的轴线与所述轮辋的轴线重合； 驱动齿轮，与所述驱动装置传动连接并与所述内齿圈相啮合； 载重体，直接或间接地连接在主轴上，载重体的重心位于主轴的正下方并可向所述主轴两端偏移； 重心偏移机构，用于使所述载重体的重心向所述主轴的两端偏移。
2.根据权利要求I所述的球形独轮车，其特征是，所述驱动装置为电动机、发动机或人力驱动装置。
3.根据权利要求I所述的球形独轮车，其特征是，所述重心偏移机构包括螺杆、螺母和伺服电机，所述螺杆与伺服电机相连接并与螺母相配合，所述主轴的下面固定有两个减振承重座，所述螺杆的两端支撑在减振承重座上，所述载重体固定连接在所述螺母上。
4.根据权利要求I所述的球形独轮车，其特征是，所述轮式外球壳的内部还设有内壳，内壳与所述轮式外球壳之间设有间隙，所述主轴的两端穿过内壳插入所述轮式外球壳的轮毂中。
5.根据权利要求4所述的球形独轮车，其特征是，所述载重体包括一滑块，所述重心偏移机构包括一弧形滑道和一拨叉，所述弧形滑道设在内壳上，所述滑块位于弧形滑道上，所述拨叉的一端可转动地安装在主轴上，另一端与所述滑块相接触。
6.根据权利要求4所述的球形独轮车，其特征是，所述内壳与轮式外球壳之间还设有刹车片。
7.根据权利要求4所述的球形独轮车，其特征是，所述载重体包括一座椅，座椅的底部设有滚轮，座椅与内壳之间设有减振弹簧，内壳底部与轮式外球壳之间也设有滚轮。
8.根据权利要求7所述的球形独轮车，其特征是，所述重心偏移机构包括螺杆、螺母和伺服电机，所述主轴为空心轴,所述螺杆、螺母和伺服电机均位于主轴内部,主轴的侧壁上沿轴向开有条形孔，所述螺母穿过所述条形孔与座椅固定连接。
9.根据权利要求I所述的球形独轮车，其特征是，所述主轴的两端伸出轮式外球壳以夕卜，主轴的两端各连接一根垂直于主轴向下可伸缩的撑杆，撑杆的中段安装有可伸缩的弹簧，撑杆的下端安装有辅助滚轮。
10.根据权利要求9所述的球形独轮车，其特征是，所述撑杆上还安装有车灯。
专利摘要本实用新型公开了一种借助重力启动与控制的球形独轮车，包括以下构件轮式外球壳，在轮辋和轮毂之间连接有圆弧形的轮辐；主轴两端可转动地安装在轮式外球壳的轮毂中；驱动装置安装在轮式外球壳的内部并支撑在主轴上；内齿圈安装在轮式外球壳轮辋的内壁上，其轴线与轮辋的轴线重合；驱动齿轮与驱动装置传动连接并与内齿圈相啮合；载重体直接或间接地连接在主轴上，其重心位于主轴的正下方并可向主轴两端偏移；重心偏移机构用于使所述载重体的重心向主轴的两端偏移。本实用新型大大减轻车身重量，简化驱动机构，降低能耗，增加内部空间；当轮式外球壳滚动时，主轴仅做平移运动，为各种内部构件的安装提供了基础，也为人员的搭载提供了一个可靠的平台。
文档编号B62K1/00GK202429301SQ20112041722
公开日2012年9月12日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年2月22日
发明者许文彬, 许致远 申请人:许文彬, 许致远