CN102712211A

CN102712211A - 全方位轮

Info

Publication number: CN102712211A
Application number: CN2010800454184A
Authority: CN
Inventors: 威廉·科迪亚德
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-10-03
Also published as: CA2689706A1; JP2013507283A; BR112012007119A2; EP2485902A1; CA2715699C; CA2715699A1; EP2485902A4; WO2011041915A1; US20120181846A1

Abstract

一种全方位轮，其具有用于安装轮胎的轮圈、用于使轮可旋转地附接到交通工具的轮毂以及用于连接轮圈和轮毂的装置。轮的轮圈具有这样一部分，该部分可旋转地连接到轮毂，并且当围绕轮毂径向旋转时，该部分接合安装在轮圈上的轮胎的表面，以用于在轮圈上滚动轮胎。因此，当轮接合地面时，轮胎在轮圈上的滚动引起轮在与轮当附接到交通工具时的法向旋转平面正交的平面中的侧向运动。一种实心轮胎，其用于与全方位轮一起使用，其具有用于接合轮圈的可旋转部分的胎面图案或螺旋线圈形状。一种用于制造实心轮胎的方法也被提供。

Description

全方位轮

发明领域

本发明涉及轮的结构和操作。特别地，本发明涉及用于控制交通工具在任意方向的运动的全方位轮。

发明背景

在现有技术中已经有各种进展，其中已经做出尝试来提供能够提供交通工具在任意方向的受控制运动的轮。例如，2010年1月5日颁布的美国专利第7,641,288号(Baker等人)公开了一种全方位轮，当安装到框架的四个转角并被独立地驱动时，该全方位轮允许安装框架的全方位运动。全方位轮的设计允许使用具有直径地相对的、背对背装配的键孔和定位柱的两个同样的冲层(stamping)或模胚，其中弹性体或橡胶外滚轴在与旋转轴线成一角度处安装在二者之间。

2003年4月15日颁布的美国专利第6,547,340号(Harris)公开了一种用于全方位交通工具的全方位轮，其展现出恒定的装载高度、低振动以及减小的最大地面接触压力。该全方位轮包括可旋转地连接到全方位交通工具底盘的轮组件。轮组件包括轮毂，自由旋转的滚轮(free spinning roller)以与轮轴线成一角度可旋转地安装在该轮毂上。颁予Harris的另一个专利是美国专利第6,796,618号，其公开了一种用来设计全方位轮的方法。

2002年10月24日公布的美国专利申请第2002/0153205号(Zinanti)公开了一种具有摩擦偏置的全方位轮，其支持不同于侧向运动的前向运动和后向运动。该全方位轮包括框架、至少两个壁以及中心空腔，框架具有用于将框架粘贴到负重表面的下侧的上部，中心空腔由用于接纳至少一个球形轮和至少两个轮轴承的侧壁来界定，轮轴承轴线对齐地连接到侧壁以用于轮围绕固定轴线的旋转。

1980年9月23日颁布的美国专利第4,223,753号(Bradbury)公开了一种装置，其用于产生或测量装置在相对光滑但不一定是二维表面上的全方位运动，并且/或者用于产生或测量表面相对于装置的全方位运动。运输设备包括框架以及具有周边滚轴的至少两个轮，轮围绕非平行轴线旋转。设备相对于给定表面的任何期望运动可以通过到轮的合适旋转输入来实现。

有围绕全方位轮的现有技术设计的已知问题。特别地，依赖设置在大体上圆形结构中的多个小轮或滚轴形成较大轮的现有技术轮设计已知具有由于特别是在重载作用下的不平坦行驶和振动的有限运输速度。另外，这种轮的使用凭借与表面的不均匀接触而在某些表面上并且在不利的天气情况下可能严格地受限制。

而且，涉及多个小轮或滚轴的设计显得过于复杂，并且包括可能易于造成机械故障或需要重大维护的多个部件。此外，这种轮由于多个连接接头而似乎具有限制性负载。相应地，提供设计简单并且足够且准备好在各种范围的交通工具中使用而不需要对交通工具的现有底盘或驱动机构的显著改变的全方位轮可能是合意的。

发明概述

因此，本发明的目的是提供解决现有技术内存在的缺陷的全方位轮。

本发明通过其设计和操作的性质克服了上述缺陷。

根据本发明的实施方式，提供了全方位轮，该全方位轮包括用于安装轮胎的轮圈；用于使轮可旋转地附接到交通工具的轮毂；以及用于连接轮圈和轮毂的装置，轮圈具有这样一部分，该部分可旋转地连接到轮毂，并且当围绕轮毂径向旋转时，该部分接合安装在轮圈上的轮胎的表面以用于在轮圈上滚动轮胎，由此，当轮接合地面上，轮胎在轮圈上的滚动引起轮在与轮当附接到交通工具时的法向旋转平面正交的平面中的侧向运动。

根据本发明的另一个实施方式，提供了用于与全方位轮一起使用的实心轮胎。该轮胎可以具有胎面图案，或螺纹表面或螺旋线圈形状。

根据本发明的又一个实施方式，提供了用于制造具有或不具有压缩凹槽的圆管状实心轮胎或者具有螺旋线圈形状的轮胎的方法，该方法包括以下步骤：迫使轮胎合成物进入具有在其中切割或钻孔的螺旋状凹槽或空腔的图案的模具或模塑设备中，该模具或模塑设备被定形为使得生产的轮胎具有管状形状和直形；固化轮胎合成物并将直形轮胎从模具或模塑设备中取出；以及将直形轮胎的两端带到一起并紧密地接合或熔合轮胎的两端，使得形成具有包括或不包括压缩凹槽的光滑圆形形状的圆管状轮胎或者具有螺旋线圈形状的轮胎。

附图简述

从本发明的优选实施方式的结合附图的下列详细描述中，本发明将被进一步理解，在附图中：

图1是根据本发明的实施方式的具有实心轮胎的轮组件的前视图；

图2是具有装入轮胎线圈的图1的轮组件的后视图；

图3是图1的轮组件和轮胎的剖视图；

图4是没有轮胎的图1的轮组件的侧视图；

图5是根据本发明的另一个实施方式的双轮组件和轮胎的剖视图；

图6是没有轮胎的图5的双轮组件的侧视图；

图7是根据本发明的实施方式的直形轮胎的俯视图；

图8是示出了加强环的实心轮胎的侧视图；

图9是直形橡胶装入线圈的视图；

图10是图9的线圈的视图；

图11是由图9的橡胶装入线圈获得的轮胎的视图；以及

图12是图6的侧剖视图，示出了根据本发明实施方式的轮的轮毂内部的内部机构。

本发明的详细描述

对于本领域技术人员来说，本发明的更好理解及其目的和优势将从下列详细描述中变得明显，其中仅仅通过图示为实施本发明而考虑的一种模式描述了本发明的优选实施方式。如将被实现的，本发明能够在各种显著方面中修改，全部不偏离本发明的范围和实质。相应地，描述应被认为是本质上例证的且不被认为是以任何方式限制的。

参考图1，示出了根据本发明的实施方式的全方位轮的前视图，该全方位轮具有外轮毂7、可旋转外轮圈3以及具有压缩凹槽的实心轮胎20。轮毂进入板10被设置用于进入轮的内部机构。

参考图2，示出了图1的全方位轮的后视图，该全方位轮具有内轮毂9、可旋转内轮圈4以及装入线圈的轮胎21。轮圈驱动齿轮18可以用来将来自马达的旋转运动传递到内轮圈4。轮圈驱动齿轮18可以由一个或多个小齿轮14来致动，一个或多个小齿轮14中的每一个例如借助于小齿轮螺栓13可旋转地连接到轮组件。图2示出了一个实施方式，其中小齿轮14可以被设置用来致动轮圈驱动齿轮18并且因此实现内轮圈4的旋转。多个轮爪螺母孔2可以设置在内轮毂9上，用于使轮附接到交通工具。

参考图3，示出了图1的轮组件和轮胎的剖视图。在本发明的实施方式中，在轮组件内部，特别地在轮毂内部，可以设置用于致动内轮圈4的旋转的马达37。在一个实施方式中，马达37可以连接到与小齿轮14相啮合的驱动齿轮15。每一个小齿轮14接合内轮圈驱动齿轮18，用于内轮圈4相对于轮组件轴线的旋转。当内轮圈4转动时，封装在制动盘8中的锥齿轮16接触每一个轮圈3、4上的轮圈齿轮17，从而实现相对的轮圈3的旋转。

轮圈3、4可以通过连接到轮毂制动盘8的锥齿轮16来有选择地固定抵抗旋转。固定到轮毂7、9的轮毂制动盘8被设置以用于使制动能量和加速转矩从轮毂9传递到轮胎1并从轮胎1传递到轮毂9，同时使作用在轮圈3、4以及可以被设置以实现轮毂3、4的旋转的齿轮14、15、16、17、18上的应变达到最小。

在优选实施方式中，马达37可以围绕大轮毂进入板(未示出)转动并附接到大轮毂进入板，大轮毂进入板独立于轮毂7运动并附接到外轮圈3。

参考图4，示出了没有轮胎1的轮组件的侧视图。轮胎1由轮圈3、4的螺旋状螺纹图案完全地支撑，以便，当轮圈3、4围绕轮的例如通过次级驱动轴38界定的轴线旋转时，轮胎1围绕其例如通过加强环26界定的轴线旋转，引起接合地面的轮组件在与轮当附接到交通工具时的法向旋转平面正交的平面中平行于轮轴线侧向地运动。轮胎1围绕由加强环26界定的轴线的旋转可以通过反转轮圈3、4的旋转来反转。轮毂制动盘8可以设有以水平凹槽形式的制动螺纹12，制动螺纹12可以被确定尺寸和确定结构以使在轮胎1的侧滚期间的摩擦力达到最小，并且因为制动压力或方向转矩建立，所以也用于防止轮胎1围绕制动盘8的意外滑动。

现在参考图5和图6，分别示出了根据本发明的另一个实施方式的双轮组件和轮胎的剖视图和侧视图。双轮组件可以设计有连接到延伸穿过驱动轴板36的驱动轴35的一个马达37。在双轮组件的情况下，内旋转轮圈6和外旋转轮圈3各自分开地连接到两个轮胎1中的一个轮胎。另外，双轮组件包括反转螺纹内旋转轮圈4和反转螺纹外旋转轮圈5。

双轮组件的构型与以上详细说明的单轮组件的构型相似，并且此外还包括中心轮毂11、两个轮毂制动盘8以及与此关联的齿轮机构，以用于通过实现轮圈3、4、5、6的旋转来使轮和两个轮胎以相似的方式操作，使得两个轮胎围绕其轴线滚动，以用于接合地面的双轮组件向侧面的或沿着平行于驱动轴35的方向的位移。

如对于本发明的领域中的技术人员来说已知的，涂层和润滑剂可以施加到轮圈的表面。加强环可以被润滑以使摩擦力减到最小。

现在参考图7-11，示出了适合于在本发明中使用的示例性轮胎。适合于在本发明中使用的轮胎包括但不局限于实心轮胎20、装入线圈的轮胎21、或者对于某些应用的充气轮胎(未示出)。轮胎优选以直形22、23来制造，以使滚动阻力减到最小。在优选实施方式中，直形轮胎可以设有例如孔25的形式的阳重叠端部分以用于当轮胎的两端对齐并紧密地结合或附接在一起时紧密地接纳凸缘24以便生成具有管形的圆形轮胎。然而，用于结合直形轮胎的两端的任何其他手段或方法可以被采用，以获得本发明的结果。制造具有管状的圆形轮胎的该方法可以提供贯穿侧滚轮胎在对转轮圈(counter-rotating rim)3、4、5、6上的旋转的一致并均衡的张力。

优选地，润滑加强环26可以被插入实心轮胎内部并通过合适的手段例如粘合、焊接等与轮胎的端部一起分别地熔合。

在另一个实施方式中，装入线圈的轮胎21可以通过将端部以具有本发明的领域中的技术的人员已知的任何方式结合或熔合在一起而以相似的方式从直形制成圆形。装入线圈的轮胎21可以具有装入的单独线圈圆周，即允许在外轮胎表面上打开间隙同时内轮胎表面被压缩，或者线圈从总体上看可以以实心样式装入。装入线圈的轮胎21也可以由双重相对螺旋形网眼例如螺旋缠绕线或任何其他合适的材料来加强。轮胎实施方式的各种组合可以被可选择地使用，以生成用于其预期用途的合适轮胎，例如但不局限于具有加强环26的装入线圈的轮胎21。

在另一个实施方式中，轮胎1胎面图案可以包括压缩凹槽和/或与轮圈3、4、5、6的螺纹对齐的力放大螺旋凹槽。凹槽可以被如本发明的领域中的技术人员已知地同中心地、纵向地、或有角度地定向，使得传输以使轮胎1在轮圈3、4、5、6上滚动的转矩达到最大并且使轮胎1的侧滚阻力达到最小。可选择地，牵引、压缩和力放大效果可以通过在轮胎1的表面或部分表面上提供缺口或突起的图案来辅助。

参考图12，示出了图6的侧剖视图。在该实施方式中，轮圈3、4、5、6支撑在轴承布置34上，其中轴承在轴承外座圈33和轴承内座圈32之间。

在优选实施方式中，螺旋状螺纹图案设置在轮圈3、4、5、6以及制动盘8的表面上，因为该区域与轮胎1接触。通过可旋转轮圈3、4、5、6和制动盘8以及轮胎1之间的减少材料接触的使用，轮胎1完全地支撑在轮圈19和制动盘8的螺旋状螺纹上以使摩擦力达到最小。单一螺旋状螺纹或多个螺旋状螺纹可以用于轮胎1的较大轴向运动。在轮圈上的多起点螺纹也可以包含在最佳化的高度或间距或二者方面的差异，以便滚动轮胎1来实现接合地面的单一或多个轮组件的侧向运动。

任何合适的材料例如天然或合成橡胶以及添加剂例如碳黑和硅土可以与活化剂、抗氧化剂和抗臭氧剂一起被用于轮胎构建和制造。

实体部分例如轮毂11、制动盘8、可移动轮圈3、4、5、6、齿轮、加强圈26以及线圈28可以由本发明的领域中的普通技术人员根据期望用途所选择的金属的、合成的、塑料的或其他合适的材料制成。

以上描述的本发明的实施方式的修改、变化以及适应在由附加到此的权利要求所限定的本发明的范围内是可能的。

工业适用性

本发明提供了全方位轮。来源于使用本发明的益处可以被享受例如在与例如军事、商业、工业、医疗以及娱乐用途有关的能够控制在任意方向运动的交通工具结构中。

Claims

1.一种全方位轮，包括：

轮毂，所述轮毂用于使所述轮可旋转地附接到交通工具；

轮圈，所述轮圈用于安装轮胎，所述轮圈限制所述轮毂并连接到所述轮毂，

所述轮圈具有环形构件，所述环形构件可旋转地连接到所述轮毂，并且当围绕所述轮毂径向旋转时所述环形构件接合安装在所述轮圈上的所述轮胎，以用于使所述轮胎在所述轮圈上围绕所述轮胎的圆周轴线旋转，

由此，当所述轮接合地面时，所述轮胎在所述轮圈上围绕所述轮胎的所述圆周轴线的滚动或旋转引起所述轮在大体上与所述轮当附接到交通工具时的法向旋转平面正交的平面中的侧向运动。

2.根据权利要求1所述的全方位轮，其中所述轮圈具有可旋转地连接到所述轮毂的两个环形构件，所述两个构件沿相反的方向旋转，以用于接合所述轮胎，以用于使所述轮胎在所述轮圈上围绕所述轮胎的所述圆周轴线旋转。

3.根据权利要求2所述的全方位轮，其中所述轮毂具有在所述轮圈的所述两个可旋转构件之间中心地设置的固定制动装置。

4.根据权利要求2或3所述的全方位轮，还包括用于旋转所述轮圈的所述两个可旋转构件中的至少一个可旋转构件的致动装置。

5.根据权利要求2或3所述的全方位轮，还包括用于沿着相反的方向旋转所述轮圈的所述两个可旋转构件的致动装置。

6.根据权利要求4或5所述的全方位轮，还包括齿轮机构，所述齿轮机构用于将来自所述致动装置的旋转运动传递到所述可旋转轮圈构件，以用于围绕所述轮胎的所述圆周轴线旋转所述轮胎。

7.根据权利要求4到6中的任一项所述的全方位轮，其中所述致动装置是在所述轮的轮毂内部的马达。

8.根据权利要求3到7中的任一项所述的全方位轮，其中所述制动装置具有制动螺纹。

9.根据权利要求8所述的全方位轮，其中所述制动螺纹是水平凹槽。

10.根据权利要求1到9中的任一项所述的全方位轮，其中所述轮圈具有用于支撑所述轮胎并用于接合所述轮胎以围绕所述轮胎的所述圆周轴线旋转的螺纹图案或凹槽。

11.根据权利要求10所述的全方位轮，其中所述轮圈的所述螺纹图案是螺旋状的。

12.根据权利要求1到11中的任一项所述的全方位轮，还包括从由实心轮胎、装入线圈的轮胎以及充气轮胎组成的组中选择的轮胎。

13.根据权利要求12所述的全方位轮，其中所述轮胎的表面具有与所述轮圈的所述螺纹图案或凹槽对齐的胎面图案。

14.根据权利要求13所述的全方位轮，其中所述轮胎的所述表面上的所述胎面图案是压缩凹槽、力放大螺旋形凹槽或者其组合。

15.根据权利要求13或14所述的全方位轮，其中所述轮胎的所述表面上的所述胎面图案被同中心地、纵向地、有角度地或者其组合地定向。

16.根据权利要求13到15中的任一项所述的全方位轮，其中所述轮胎的所述表面具有用于牵引、压缩和力放大作用的缺口或突起的图案。

17.根据权利要求1到16中的任一项所述的全方位轮，其中所述轮圈的所述可旋转构件支撑在连接到所述轮毂的轴承布置上。

18.一种用于制造实心轮胎的方法，所述实心轮胎具有胎面图案表面或螺旋线圈形状以用于与权利要求1所述的全方位轮一起使用，所述方法包括以下步骤：

迫使轮胎合成物进入具有凹槽或空腔的图案的模具或模塑设备中，所述模具或模塑设备被成形为使得生产的轮胎具有管状形状和直形；

固化所述轮胎合成物并将直形轮胎从所述模具或模塑设备中取出；以及

将直形轮胎的两端带到一起并紧密地接合或熔合所述轮胎的两端，使得形成圆管状轮胎。

19.根据权利要求18所述的方法，其中加强材料被插入到所述轮胎合成物中并在所述轮胎的模塑期间与所述轮胎一起共固化。

20.一种实心轮胎，其具有胎面图案表面或螺旋线圈形状，用于与权利要求1到18中的任一项所述的全方位轮一起使用。