CN104590476B - 电力驱动车轮的传动机构以及单轮平衡车和双轮平衡车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力驱动车轮的传动机构，以及使用该传动机构单轮平衡车和双轮平衡车。本申请实施例中，由于传动机构包括：轮架，在该轮架的内壁上固定有电机；所述电机的输出轴连接有第一齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述第二齿轮可转动地耦合在所述轮架上；所述轮架的外围套设有轮毂(或称轮辋)，所述轮毂可转动地耦合到轮架上，所述轮毂的内壁上固定有一齿圈，所述轮毂外壁上固定有轮胎，所述齿圈与所述第二齿轮啮合，以在第二齿轮的驱动下，带动固定在轮毂上的轮胎转动，而所述轮架不发生转动。

Description

电力驱动车轮的传动机构以及单轮平衡车和双轮平衡车

技术领域

本发明属于动力运载工具技术领域，具体地说，涉及一种电力驱动车轮的传动机构以及单轮平衡车和双轮平衡车。

背景技术

在电动车辆上，现有广泛使用的动力传动机构包括减速电机传动方案和直驱电机传动方案。

图15为现有技术总减速电机传动的结构示意图；如图15所示，在减速电机传动方案中，传动机构主要包括：电机1501、联轴器1502、1503、减速器1505、轮毂或称轮辋1506、轮胎1507、1508，电机1501的输出轴通过联轴器1502、1503连接到减速器1505的输入轴上，减速器1505固定到轮架(图中未明示)上，减速器1505的输出轴固定到轮毂1506上，带动轮毂1506旋转；轮胎(可能包含外胎1508和内胎1508)固定到轮毂1506上。

减速电机传动结构的工作过程如下：

电机工作时输出轴旋转并输出转矩。转矩通过联轴器输出到减速器输入轴上，并经过减速器改变转速和转矩，最后通过减速器输出轴输出到轮毂上，轮毂带动轮胎转动。

如上所述，在减速电机传动机构中，由于电机往往与减速器、轮毂串联，其轴向尺寸往往较大，并且减速器由于同时承受扭矩和弯矩，通常需要高强度的壳体和轴承支撑，造成其成本较高，重量较大。尤其是需要低速/大扭矩输出的电机驱动系统，减速比往往较大，需要多级齿轮或皮带减速器，进一步提高了重量和成本。

现有大量外转子结构的永磁直驱电机(俗称直驱轮毂电机，以下同)传动方案，图16为现有技术中直驱电机传动机构示意图；如图16所示，其电机轴即轮轴1601，固定在轮架(未在图中显示)上；定子硅钢片1607和绕组1608通过定子骨架1606固定在轮轴1601上；而电机的转子主体为轮辋1610,以及固定在轮辋上的轮胎1611、1612，轮辋内侧沿圆周设置多个永磁体1609，包括固连在一起的轮辋、两侧轮毂罩、永磁体与轮胎的转子通过轴承可相对转动地与固连在一起的轮轴、定子绕组和定子磁钢、定子骨架的定子()耦合。如图2所示，以下称直驱电机传动机构。

上述直驱电机传动方案还包括螺栓1602、电机端盖1603、密封圈1604、滚动轴承1605，其位置和与其他连接关系在此不再赘述。

上述直驱电机传动机构的工作过程如下：

定子上的绕组按一定规律通电，则固连在转子上的永磁体被驱动转动，带动固连在转子上的轮辋和轮胎围绕轮轴旋转，此方案不存在变速机构，实现了电机直接驱动。

直驱电机的传动机构中不存在减速器，消除了减速器成本和重量，且消除了齿轮啮合噪音。但是，直驱电机为了实现低转速/大扭矩，必须采用增加绕组极对数、增加磁钢极数的方法，因而大大增加了铜线和稀土磁钢的用量；同时，由于其绕组极对数较多，定子绕组直径较大，因此其硅钢片的用量和重量也会大得多，从容导致了整个传动机构的重量大，成本高。

单轮或双轮平衡车产品往往需要非常紧凑的结构和较小的轴向尺寸，因此希望平衡车的相关控制电路和电池等能够装在轮子内部空间，或者希望平衡车动力轮系传动机构轴向尺寸紧凑。

上述减速电机传动机构中，轴向尺寸较大，且减速机重量较大和成本较高，因而限制了所述减速电机传动机构在在单轮或双轮平衡车上的应用。

上述直驱电机传动机构中，轮毂内部有大量空间，但由于所述硅钢片和绕组需要定子骨架支撑，导致很难将相关控制电路装到轮子内部空间。或者安装后导致轮子轴向尺寸增加；并且与减速电机相比，直驱电机传动机构的电机硅钢片、绕组导线和永磁体的用量多，重量大，成本较高，限制了所述直驱电机传动机构在单轮或双轮平衡车上的应用。

名称为“Electricwheelmotorassembly”，专利号为US7,445,067的美国专利公开了一种轮毂电机组合，如其0021段记载，包括一个行星齿轮组合28，该组合包括一个太阳轮32,一个齿圈34以及若干个行星轮36，太阳轮32可以有电机26驱动，太阳轮32通过行星轮36驱动行星架38，行星轮36与齿圈34的齿轮互相啮合，驱动轮轴30旋转，减速比可达到1:2.64。虽然该专利公开了通过齿轮组合实现减速比的调节且实现了紧凑的轴向尺寸，但其仍然是一传统意义上的电机和齿轮箱串联结构,其齿轮箱虽然通过复杂的结构内藏在电机绕组内侧从而缩短了轴向尺寸，但其复杂的结构为了达到高强度,仍然存在体积较大和重量较重的问题。

名称为“自平衡车的轮毂电机驱动结构”，专利号为CN201020207416.8的中国专利公开了一种驱动结构，包括电机、行星齿轮减速机构、与轮毂固装在一起的支架以及内齿圈，在电机与支架之间同轴安装有一行星齿轮减速机构，该行星齿轮减速机构的太阳轮同轴固装电机的输出轴，太阳轮啮合径向均布的四个行星轮，该四个行星轮共同啮合同径的内齿圈，四个行星轮的行星轮轴均固装在支架上。但是，由于其采用多个行星轮，与内齿圈啮合，重量和体积减小有限。

名称为“无轴轮毂电机”、申请号为201410006411.1的中国专利申请公开了一种具有中空结构的轮毂电机方案。该方案通过环状空心的定子和环状空心的轮毂实现了中空结构，定子端盖承担轮架的作用，定子通过轴承结构与转子相对旋转。但是该专利仍然需要采用直径较大的定子硅钢片、绕组和较多的磁钢，成本较高，且轴承结构重量也比较大。

以上专利均为从根本上脱离减速电机传动方案和直驱电机传动方案。以上专利所提出的技术，均存在功率重量比(功率密度)较低、或者重量较大、成本较高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电力驱动车轮的传动机构以及单轮平衡车和双轮平衡车，用以解决或者缓解现有技术中的上述技术问题。

为了解或缓解决上述技术问题，本发明提供了一种电力驱动的传动机构包括：轮架，在轮架的内壁上固定有电机；所述电机的输出轴固连有第一齿轮，以带动第一齿轮转动；所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述第二齿轮可转动地耦合在所述轮架上；所述轮架的外围套设有轮毂，所述轮毂可转动地耦合在所述轮架上，所述轮毂的内壁上固定有一齿圈，所述齿圈与所述第二齿轮啮合，以在第二齿轮的驱动下，带动固定在轮毂上的轮胎转动，而所述轮架不发生转动。为了解决或缓解上述技术问题，本发明提供了一种电力驱动的传动机构包括：轮架，在轮架的内壁上固定有电机；所述电机的输出轴固连有第一齿轮，以带动第一齿轮转动；所述轮架的外围套设有轮毂，所述轮毂可转动地耦合在所述轮架上，所述轮毂的内壁上固定有一齿圈，所述齿圈与所述第一齿轮啮合，以在第一齿轮的驱动下，带动固定在轮毂上的轮胎转动，而所述轮架不发生转动。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单轮平衡车，其包括：

一轮架、一传动机构、一轮毂、轮罩以及脚踏板；

所述传动机构包括：

电机，固定在所述轮架的内壁上；

第一齿轮，与所述电机的输出轴连接；

第二齿轮，可转动地耦合在所述轮架上，所述第一齿轮与第二齿轮啮合；

轮毂，套设在所述轮架的外围，所述轮毂可转动地耦合在所述轮架上，所述轮毂的内壁上固定有一齿圈，所述轮毂外壁上固定有轮胎，所述齿圈与所述第二齿轮啮合，以在第二齿轮的驱动下，带动固定在轮毂上的轮胎转动，而所述轮架不发生转动；

轮罩，设置所述轮架的左右两侧，用于罩住所述传动机构以及所述轮架；

脚踏板，设置在所述轮架或者所述轮罩上且位于所述轮架的两侧低于轮子轴心的位置，用于驾驶者进行驾驶时双脚踩踏站立。

优选地，在单轮平衡车的一实施例中，所述轮架或者所述轮罩左右各设置有一凸缘支架，所述凸缘支架和所述脚踏板上设置相互对应的贯穿孔，以通过一刚性轴穿过所述凸缘支架和所述脚踏板上相互对应的贯穿孔，使所述脚踏板可围绕所述刚性轴转动，以实现所述脚踏板的折叠。

优选地，在单轮平衡车的一实施例中，在操作者双腿可能与所述轮罩接触的位置处设置有缓冲垫，以降低操作者双腿可能受到轮罩的压力而造成的不适。

优选地，在单轮平衡车的一实施例中，在操作者双腿与所述轮罩接触的位置处设置有一带有锁定装置的滑轨或者滑槽及锁紧机构，所述滑轨或者所述滑槽中设置有所述缓冲垫，以使所述缓冲垫的位于轮罩上的上下位置可调，使所述缓冲垫相对于轮罩的上下位置可调，并可在调节后通过锁紧机构锁紧。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双轮平衡车，其主要包括：一控制转向的操纵杆、两个轮架、与两个轮架对应的两个传动机构、与两个轮架对应的轮毂、脚踏板、用于固连所述操纵杆、轮架、脚踏板的机身组件；

每一个传动机构包括：

每一个传动机构包括：

电机，固定在所述轮架的内壁上；

第一齿轮，与所述电机的输出轴连接；

第二齿轮，可转动地耦合在所述轮架上，所述第一齿轮与第二齿轮啮合；

每一个所述轮毂套设在对应的所述轮架的外围，所述轮毂可转动地耦合在所述轮架上，所述轮毂的内壁上固定有一齿圈，所述轮毂外壁上固定有轮胎，所述齿圈与所述第二齿轮啮合，以在第二齿轮的驱动下，带动固定在轮毂上的轮胎转动，而所述轮架不发生转动；

所述脚踏板设置在两个所述轮架之间的机身上，所述脚踏板下面设置判断是否为载人模式的传感机构；

所述机身组件全部或部分设置在两个所述轮架之间并位于所述脚踏板下方。

优选地，在双轮平衡车的一实施例中，所述脚踏板包括脚踏垫以及支撑板，所述支撑板位于所述脚踏垫的下方，所述传感机构位于所述支撑板的下方，均固连在所述机身上。

优选地，在双轮平衡车的一实施例中，所述检测机构包括脚踏板踏下检测传感器，所述脚踏板踏下检测传感器用于将所述脚踏板的整体形变值转换成对应的电信号，以供控制器检测驾驶者是否踩踏了脚踏板。

优选地，在双轮平衡车的一实施例中，所述操纵杆为腿控或者手控操纵杆。

优选地，在上述传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，所述第一齿轮相对于所述第二齿轮来说，为齿数较少的小齿轮。

优选地，在上述传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，所述轮架上设置有一过桥轴，所述第二齿轮为一过桥齿轮，所述过桥齿轮设置在所述过桥轴上，并突出于所述轮架的侧面，以与所述齿圈啮合。

优选地，在上述传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，所述第一齿轮、所述第二齿轮具有相同的模数和不同的齿数，更换第一齿轮和第二齿轮的齿数比，即可更改整个机构的传动比，而无需调整齿圈直径和传动机构外形。

优选地，在传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，所述轮毂与所述轮架相对旋转的接触面上设置有若干个导向机构，用于使所述轮毂与所述轮架通过所述导向机构产生滚动摩擦，消除或减弱两者之间的滑动摩擦。

优选地，在传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，所述导向机构还可用于对所述轮毂和所述轮架进行轴向限位，以避免所述轮毂和所述轮架之间产生轴向窜动或者扭转。

优选地，在传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，所述导向机构包括：轴孔，设置在所述轮毂与所述轮架相对的滑动面上；所述轴孔中穿设有滚轴，所述滚轴上套设有滚子。

优选地，在传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，所述导向机构包括：轴孔，设置在所述轮架与所述轮毂相对的滑动面上；所述轴孔中穿设有滚轴，所述滚轴上套设有滚子。

优选地，在传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，所述滚子整体呈沙漏形状，或其轴向截面为燕尾槽形状，或其轴向截面为若干个方形齿阵列形状。

优选地，在传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，所述轮架的端面设置有弹性材质制成的密封圈，用于防止异物进入造成所述齿圈和所述第二齿轮的啮合故障。

优选地，在传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，每个所述密封圈包括两个唇部，其中一唇部与所述轮架紧密接触，另外一唇部与所述齿圈紧密接触，以防止杂物进入造成所述齿圈和所述第二齿轮的啮合故障。

优选地，在传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，还包括旋转编码器或者旋转变压器或转速传感器，固定在所述电机的电机轴尾端，用于对所述电机进行伺服控制。

优选地，在传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，所述轮架和所述轮毂为空心环状结构。

优选地，在传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，所述电机为1500RPM以上的高速电机，高转速可以使得同样体积和尺寸的电机具备更大的功率。

优选地，在传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，所述空心环状结构的轮架顶部内侧壁设有软质防滑材料，以使此处空心特征作为提手。

优选地，在传动机构或者单轮平衡车或者双轮平衡车的一实施例中，所述第一齿轮、第二齿轮和齿圈为斜齿轮。

与现有的方案相比，本申请实施例中，由于包括电机、第一齿轮、第二齿轮和齿圈的传动机构的存在，因此无须减速电机传动中的减速器及与其附属结构，降低了传动机构的重量和成本。另外，由于本申请中的传动机构减速比可调，因此可以使用高转速、小尺寸和低成本的电机通过减速来获得低转速大扭矩，降低了重量和成本；另外，与直驱电机驱动车轮的方案相比，电机尺寸减小，大幅减少了磁钢、硅钢片和绕组导线用量，降低了整个传动机构的重量和成本。

附图说明

图1为本申请实施例电力驱动车轮的传动机构爆炸结构示意简图；

图2为本申请实施例电力驱动车轮的传动机构的整体示意简图；

图3为本申请实施例传动机构的一侧视图；

图4为图3中AA向的剖视图；

图5为图3中AA向剖视图中导向机构的示意图。

图6为本申请实施例滚子的整体形状示意图

图7为图3中CC向的剖视图；

图8为图3中剖视图的局部放大示意图

图9为本申请实施例设置有密封圈的传动机构的局部剖视图

图10为本申请实施例单轮平衡车的爆炸结构简图；

图11为本申请实施例单轮平衡车的整体示意图；

图12为本申请实施例脚踏板的设置示意图；

图13为本申请实施例双轮平衡车的爆炸结构简图；

图14为本申请实施例双轮平衡车的整体结构示意图；

图15为现有技术总减速电机传动的结构示意图；

图16为现有技术中直驱电机传动机构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。应该理解，以下列举的实施例仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本申请实施例电力驱动车轮的传动机构爆炸结构示意简图；图2为本申请实施例电力驱动车轮的传动机构的整体示意简图；如图1、图2所示，轮架101、电机102、第一齿轮103、第二齿轮104、轮毂(也称轮辋)105、齿圈106，其中：

本实施例中，所述电机102可以为高速电机102。高速电机102通常包括转速超过1000PRM的电机102。对于应用到电动车轮上来说，本实施例采用高速电机102具有以下技术优势：

(1)由于转速高，所以电机102相对直驱电机而言功率密度更高，而体积远小于同等功率的直驱电机，可以有效的节约材料，降低传动机构本身的重量和体积，从而进一步减小电动车辆的重量和体积。

(2)由于可以直接将动力通过第一齿轮103、第二齿轮104输出到轮毂105上的轮胎，无须传统的减速机构外壳、密封和支撑结构，轴向尺寸紧凑，重量轻。

(3)高速电机102转动惯量小，动态响应好。

本实施例中，所述轮架101和所述轮毂105可以为空心环状结构。因此大齿圈106和轮毂(轮辋)105内部可以具有较大的空间，用于放置电机102及其他一些必需的部件比如控制电路和电池，减小了传动机构整体的轴向尺寸，使得传动机构的整体较为紧凑，进一步减小了电动车辆的重量和体积。

本实施例中，所述第一齿轮103、第二齿轮104和齿圈为斜齿轮。

本实施例中，所述第一齿轮103相对于所述第二齿轮104来说，可以为齿数较少的小齿轮。

本实施例中，所述第一齿轮通过所述第二齿轮向齿圈传递动力，所述第一齿轮103、所述第二齿轮104、所述齿圈106具有相同的模数和不同的齿数，可在不改变第一齿轮和齿圈中心距和齿数的情况下，更换第一齿轮和第二齿轮的齿数比，即可更改整个机构的传动比，而无需调整齿圈直径和传动机构外形，因而可以让多种传动比的所述传动机构共用大部分零件，降低了成本，提高了实施方案灵活性。

具体地：

$\begin{array}{c}{N}_{\mathrm{out}}=N_i*\frac{X_1}{X_2}*\frac{X_2}{X_3}\\ =N_i*\frac{X_1}{X_3}\end{array}$

$\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{out}}=P_i*\frac{X_1}{X_2}*\frac{X_2}{X_3}\\ =P_i*\frac{X_1}{X_3}\end{array}$

X3/X1表示所述传动机构的总减速比，Ni表示电机102的输入转速，Nout表示轮胎的转速，Ti表示轮胎的扭矩，X1表示第一齿轮103的齿数，X2表示第二齿轮104的齿数，X3表示齿圈106的齿数。

本实施例中，由于第一齿轮103为小齿轮，而第二齿轮104为一齿数较多的齿轮，因此，可以实现较大的减速比。

在本申请的其他实施例中，第一齿轮103可以为齿数较多齿轮，第二齿轮104为齿数较少的齿轮，以实现较小的减速比。

在本申请的其他实施例中，也可以将所述第一齿轮103与第二齿轮104合二为一，为一个齿轮，该齿轮直接与电机102的输出轴连接，并与齿圈106啮合，实现了固定了减速比，减少了零件数量和成本，有利于所述传动机构的低成本应用。

本实施例中，上述第一齿轮103、第二齿轮104、齿圈106均可以但不局限于由钢或工程塑料制成。

在本申请的其他实施例中，电机102输出轴122到齿圈106之间，也可以由多余两个齿轮的组合，比如三个、四个或更多个，只要通过齿轮之间的啮合，将电机102的动力传动到齿圈106上即可，可以满足上述本申请主要思想到具体产品中的应用即可。比如，如果是代步用的电驱动单轮平衡车，一个第一齿轮103、一个第二齿轮104就可以满足应用需求。

参见图1，本实施例中，上述结构部件的位置关系如下：

电机102固定在轮架101的内壁上，所述电机102的输出轴与第一齿轮103连接，所述第一齿轮103与第二齿轮104啮合，所述第二齿轮104可转动地耦合所述轮架101上。

本实施例中，轮架101可以由铝合金精密压铸成型或者工程塑料注塑成型；为了便于固定电机102到轮架101上，直接对轮架101本身的形状进行了设计，比如如图1所示，在轮架101离地面最近的位处设置了一个中空的结构，该结构直接用来固定电机102。可以在该中空的结构四周设置几个穿孔，而将在电机端面法兰结构上设置螺纹孔，即可简单地用螺钉将电机固定到轮架101上。

但是，一方面，也可以单独设置一个架子，将电机102固定到该架子上，再将该架子与电机102的装配体固定到轮架101的内壁上。另外一方面，至于电机102在轮架101上的固定位置，并无特别限定，可以固定到轮架101内壁的任何位置。比如，如果是单轮平衡车的话，为降低整机重心，可以将电机102固定在轮架101离地面最近的位置处。

本实施例中，所述轮架101上设置有一过桥轴111，所述第二齿轮104为一过桥齿轮，所述过桥齿轮比如通过过轴轴承121设置在所述过桥轴111上，并突出于所述轮架101的侧面，以与所述齿圈106啮合。但是，对于本领域普通技术人员来说，也可以单独在轮架101上设置一架子，将该架子固定在轮架101上，而将第二齿轮104固定在架子上。

所述轮架101的外围套设有所述轮毂105，所述轮毂105可转动地耦合在所述轮架101上，所述轮毂105的内壁上固定有所述齿圈106，所述齿圈106与所述第二齿轮104啮合，所述轮毂105外壁上固定有轮胎100，以在第二齿轮104的驱动下，带动固定在轮毂105上的轮胎100转动，而所述轮架101不发生转动。

本实施例中，轮毂105和齿圈106可以为独立的分体，再装配到一起，也可以是直接一体制造而成，比如用一体金属精密铸造或者注塑成型，以进一步提升轮辋刚性、保证轮辋和齿圈106的同心度。

本实施例中，在轮胎100旋转的过程中，轮架101保持不动，而轮毂105在齿圈106的带动下旋转，轮架101和轮毂105之间存在相对旋转。如果直接滑动摩擦，一方面会产生较大的摩擦阻力，传动效率大幅度低，另外一方面会导致轮架101、轮毂105出现机械磨损导致其失效，存在安全风险。因此，本实施例中，所述轮毂105与所述轮架101相对的滑动面上设置有若干个导向机构，用于使所述轮毂105与所述轮架101滚动接触，并消除或减弱两者之间的滑动摩擦。本实施例中，导向机构可以包括轴孔(图中未示出)、滚轴127、滚子137，详细请参见下述相关内容。

可选但不局限地，为了消除轮毂105和轮架101之间的滑动摩擦，可以通过将滑动摩擦转化为滚动摩擦，从而避免轮毂105与轮架101间直接接触产生的滑动摩擦。可选但不局限地，也可以在轮毂105和轮架101的边缘设置对应的滑道，和/或设置低摩擦率的润滑材料，从而减小两者之间的接触面积和摩擦系数，减弱两者之间的滑动摩擦。

在另外一实施例中，所述轮架101与所述轮毂105相对的滑动面上设置有若干个导向机构，用于使所述轮毂105与所述轮架101间接接触，消除或减弱两者之间的滑动摩擦。

消除或者减弱轮毂105和轮架101之间滑动摩擦的技术手段不局限于上述两种特定的方式，还可以有他方式，比如利用滚动轴承和滑动轴承实现方案可供参考，详细不再赘述。

轮辋和轮架101在车辆行驶的过程中，有可能产生轴向相对位移或者翘曲/扭转，在考虑结构紧凑的前提下，达到结构复用，所述导向机构还用于对所述轮毂105和所述轮架101进行轴向限位以避免轴向窜动或者扭转。

本实施例中，由于所述第一齿轮103、第二齿轮104和齿圈为斜齿轮。由于斜齿轮传动时会产生轴向力，此轴向力可通过上述导向机构或轴向限位机构承载，利用此轴向力起到对上述导向机构或轴向限位机构的预加载、预紧作用。

图3为本申请实施例传动机构的一侧视图；图4为图3中AA向的剖视图；图5为图3中AA向剖视图中导向机构的示意图。如图3、图4和图5所示，所述导向机构107包括：轴孔117，设置在所述轮毂105与所述轮架101相对的滑动面上；所述轴孔中穿设有滚轴127，所述滚轴127上套设有滚子137。滚子的数量不做特别限定。

本实施例中，轮架101和轮毂105之间是通过滚子间接接触的，相互之间是滚动摩擦。

本实施例中，轮辋和轮架101在车辆行驶的过程中，有可能产生轴向相对位移或者翘曲/扭转，因此本实施例中，对上述滚子的形状做了一定的设计，以防止轮辋和轮架101之间产生轴向窜动或者扭转。可选地，所述滚子整体呈沙漏形状；参见图6为本申请实施例滚子的整体形状示意图。可选地，滚子也可以做成燕尾槽形状的轴向截面或者若干个方形槽形状的轴向截面，以强化防止(轮辋)轮毂105和轮架101之间轴向传动的性能。

上述导向机构中滚子也可以由转轴或者滚珠代替，详细不再赘述。

但是，也可以不考虑结构复用的方式，而单独设置一防止轴向窜动或者扭转的结构，例如设置若干个外径很大、内径也比较大的薄壁滚动轴承(常用于关节型机器人的一种轴承)在传动机构中；所述薄壁滚动轴承的内圈固连在轮架上，其外圈固连在轮毂内侧。所述薄壁滚动轴承的内圈和外圈之间本身具有防止轴向传动的设计。

图7为图3中CC向的剖视图；图8为图3中剖视图的局部放大示意图；如图7和图8所示，电机102、轮胎100、第二齿轮104、密封圈108的位置关系。

图9为本申请实施例设置有密封圈的传动机构的局部剖视图；如图9所示，所述轮架101的端面出设置有密封圈108，用于防止杂物进入造成所述齿圈106和所述第二齿轮104的啮合故障。具体地，所述密封圈108包括两个唇部118，其中一唇部118与所述轮架101接触，另外一唇部118与所述齿圈106接触，以防止杂物进入造成所述齿圈106和所述第二齿轮104的啮合故障。

本实施例中，密封圈可以为一弹性体。本实施例，由于通过唇部进行接触，接触面积很小，其摩擦阻力很小，对整体传动效率的影响很小。

在一具体的应用场景中，所述密封圈唇部可以紧密贴合所述轮毂和所述轮架侧壁，当轮毂和轮架相对转动时，密封圈唇部与轮毂侧壁之间紧密贴合并滑动摩擦，用于防止异物进入造成所述齿圈和所述第二齿轮的啮合故障。

图10为本申请实施例单轮平衡车的爆炸结构简图；图11为本申请实施例单轮平衡车的整体示意图；如图10、图11所示，其包括：一轮架101、一传动机构130、一轮毂105、轮罩109以及脚踏板110；

本实施例中，轮架101和轮毂105可以为环形空心结构

所述传动机构150包括上述电机(图中未示出)、第一齿轮(图中未示出)、第二齿轮(图中未示出)。

轮毂105，套设在所述轮架101的外围，所述轮毂105可转动地耦合在所述轮架上101，所述轮毂105的内壁上固定有一齿圈106，所述轮毂105外壁上固定有轮胎100，所述齿圈106与所述第二齿轮104啮合，以在第二齿轮104的驱动下，带动固定在轮毂105上的轮胎100转动，而所述轮架101不发生转动。

本实施例中，轮架101和轮毂105均为环形空心结构。本实施例中，由于轮架101和轮毂105均为环形空心结构，电机可以直接设置在空心轮架101内侧，包括第一齿轮、第二齿轮和齿圈的减速机构的轴向尺寸也比较小，降低了整个机构的轴向尺寸；空心环状轮架的内侧还可用于安装控制电路和电池等装置，进一步使得使用这种机构的单轮或者双轮电动平衡车结构更加紧凑。

本实施例中，如果轮架101和轮毂105均为环形空心结构，齿圈偏置于(轮辋)轮毂105一侧，因此电机的轴向长度可以部分或者全部包络在轮胎宽度之内，因而结构紧凑，电机尾端不会凸出于轮毂侧面或者仅有少量凸出，结构较为紧凑。

轮罩109，设置在所述轮架101的左右两侧，用于罩设住所述传动机构以及所述轮架101；

脚踏板110，设置在所述轮架101或者所述轮罩109上且位于所述轮架101的两侧低于轮子轴心的位置，用于驾驶者进行驾驶时双脚进行站立。

本实施例中，在操作者双腿可能与所述轮罩109接触的位置处设置有缓冲垫119。

本实施例中，有关电源模块和控制电路组件139整体装配到轮架109上的空心位置；具体地，电源模块和控制电路组可以通过螺栓或者卡扣固连在轮罩上，因而间接地固连在动力轮毂之轮架上。

另外，本实施例中，还包括仪表面板129，该仪表面板129设置在左右轮罩109的对接处。

本实施例中，可以在所述空心环状结构的轮架顶部内侧壁设有软质防滑材料，以使此处空心特征作为提手，便于用户携行车辆。

图12为本申请实施例脚踏板的设置示意图；如图12所示，所述轮架101或者所述轮罩109左右各设置有一凸缘支架120，所述凸缘支架120和所述脚踏板110上设置相互对应的贯穿孔，以通过一刚性轴130穿过所述凸缘支架120和所述脚踏板110上相互对应的贯穿孔140，使所述脚踏板110可折叠。

本实施例中，脚踏板上设置有防滑用的软质材料纹路，例如用橡胶或者硅胶、热塑性聚氨酯等材质设置防滑纹路111，以增加脚踩在脚踏板上的摩擦。

在本申请的另外一实施例中，操作者双腿与所述轮罩109接触的位置处可以设置有一滑轨或者滑槽及其锁紧机构，所述滑轨或者所述滑槽中设置有所述缓冲垫，以使所述缓冲垫相对于所述轮罩109上的上下位置可调、调节之后通过锁紧机构锁紧。

图13为本申请实施例双轮平衡车的爆炸结构简图；图14为本申请实施例双轮平衡车的整体结构示意图；如图13和14所示，其包括：

一控制转向的操纵杆160、两个轮架101、与两个轮架101对应地两个传动机构、与两个轮架101对应的轮毂105、脚踏板110，以及机身组件180；

本实施例中，由于双轮平衡车是通过操纵杆主要进行方向等控制的，因此，操纵杆还连接有一转向机构170，该转向机构包括定子171和转子172，定子171固定在机身组件180的上方，转子172固定在操纵杆160的底端，转子172和定子171之间有弹性体(图中未示出)，使其定子和转子之间可以转动并产生轴向回弹力。

本实施例中，机身组件内部还可以设置协调控制电路181、电源等。机身组件180内部还设置备用电池组183安装位置，安装备用电池组可以延长车辆的续航里程。机身组件内部可设置扩展设备安装位置，可以安装各种扩展设备182。

本实施例中，由于轮架和轮毂可以为空心环状结构，因此，在轮子上有大量空间，可以有选择性地将部分必须的结构部件设置在车轮上，而不必将所有结构部件都设置在机身组件180中。

每一个传动机构150包括上述电机、第一齿轮、第二齿轮。

本实施例中，在传动机构150上设置有若干个螺钉孔或者定位销151，通过该若干个螺钉孔或者定位销将每个传动机构装配到机身组件上。

本实施例中，每一个传动机构的电机通过一个电子连接器(图中未示出)与机身组件内的协调控制电路组件相连，包括电源连接和信号传输连接，以确保协调控制电路组件可以协调控制两套传动机构的运转。

每一个所述轮毂105套设在与其对应的所述轮架101的外围，所述轮毂105可转动地耦合在所述轮架101上，所述轮毂105外壁上固定有轮胎100，所述轮毂105的内壁上固定有一齿圈106，所述齿圈106与所述第二齿轮104啮合，以在第二齿轮104的驱动下，带动固定在轮毂105上的轮胎100转动，而所述轮架101不发生转动；

所述脚踏板110设置在两个所述轮架101之间，所述脚踏板110下面设置判断是否为载人模式的传感机构190。

本实施例中，机身组件上方设置有载人模式的传感机构190，该载人模式的传感机构包括若干个脚踏检测传感器191和脚踏软胶垫192，可分别检测双脚是否踏在踏板上，当检测到驾驶者双脚或者其中一只脚已经离开踏板时，可通过内部的协调控制电路组件做出反应，让整机停止运行或者降低功率运行，以确保安全。

本实施例中，该脚踏板踏下检测传感器191可以但不局限是光电开关、微动开关或压力传感器。

本实施例中，在机身组件180上方或者操纵杆上可以设置显示屏184，显示车辆的速度、里程、电量、功率等信息，以便于用户使用。

本实施例中，在机身组件前方还可以设置有用于停车时支撑车身的停车支架(图中未示出)，该停车支架可旋转到收起位置和支撑位置。

本实施例中，在机身组件前方和后方设置有灯泡阵列185，用于在光线不足时警示其他车辆，并可作为刹车灯使用。

在上述实施例的基础上，还可以在在所述电机的电机轴尾端固定旋转编码器或者旋转变压器或转速传感器，用于对所述电机进行伺服控制。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (17)

1.一种电力驱动车轮的传动机构，其特征在于，包括：轮架，在轮架的内壁上固定有电机；所述电机的输出轴固连有第一齿轮，以带动第一齿轮转动；所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述第二齿轮可转动地耦合在所述轮架上；所述轮架的外围套设有轮毂，所述轮毂可转动地耦合在所述轮架上，所述轮毂的内壁上固定有一齿圈，所述齿圈与所述第二齿轮啮合，以在第二齿轮的驱动下，带动固定在轮毂上的轮胎转动，而所述轮架不发生转动,所述第一齿轮、所述第二齿轮具有相同的模数和不同的齿数，通过更换第一齿轮和第二齿轮的齿数比，可更改整个机构的传动比，而无需调整齿圈直径和传动机构外形，所述轮架和所述轮毂为空心环状结构,所述第一齿轮、第二齿轮和齿圈为斜齿轮，所述轮毂与所述轮架相对的滑动面上设置有若干个导向机构，用于使所述轮毂与所述轮架产生滚动接触，并且对所述轮毂和所述轮架进行限位以避免轴向窜动或者扭转，所述轮架上设置有一过桥轴，所述第二齿轮为一过桥齿轮，所述过桥齿轮设置在所述过桥轴上，并突出于所述轮架的侧面，以与所述齿圈啮合。

2.根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于，所述第一齿轮相对于所述第二齿轮来说，为齿数较少的小齿轮。

3.据据权利要求1所述的传动机构，其特征在于，所述导向机构包括：轴孔，设置在所述轮毂与所述轮架相对的滑动面上；所述轴孔中穿设有滚轴，所述滚轴上套设有滚子。

4.根据权利要求3所述的传动机构，其特征在于，所述滚子整体呈沙漏形状，或其轴向截面为燕尾槽形状，或其轴向截面为若干个方形齿阵列形状。

5.根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于，所述轮架的端面处设置有密封圈，用于防止杂物进入造成所述齿圈和所述第二齿轮的啮合故障。

6.根据权利要求5所述的传动机构，其特征在于，所述密封圈包括两个唇部，其中一唇部与所述轮架紧密接触，另外一唇部与所述齿圈紧密接触。

7.根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于，还包括旋转编码器或者旋转变压器或者转速传感器，固定在所述电机的电机轴尾端，用于对所述电机进行伺服控制。

8.根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于，所述空心环状结构的轮架顶部内侧壁设有软质防滑材料，以使此处空心特征作为提手。

9.根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于，所述电机为额定转速在1000RPM以上的高速电机。

10.一种单轮平衡车，其包括：如权利要求1-9中任一所述的传动机构、轮罩以及脚踏板；

轮罩，设置所述轮架的左右两侧，用于罩住所述传动机构以及所述轮架；

脚踏板，设置在所述轮架或者所述轮罩上且位于所述轮架的两侧低于轮子轴心的位置，用于驾驶者进行驾驶时双脚踩踏站立。

11.根据权利要求10所述的单轮平衡车，其特征在于，所述轮架或者所述轮罩左右各设置有一凸缘支架，所述凸缘支架和所述脚踏板上设置相互对应的贯穿孔，以通过一刚性轴穿过所述凸缘支架和所述脚踏板上相互对应的贯穿孔，使所述脚踏板可折叠。

12.根据权利要求10所述的单轮平衡车，其特征在于，在操作者双腿与所述轮罩接触的位置处设置有缓冲垫，用于降低操作者双腿可能受到轮罩的压力而造成的不适。

13.根据权利要求12所述的单轮平衡车，其特征在于，在操作者双腿与所述轮罩接触的位置处设置有一滑轨或者滑槽及其锁紧机构，所述滑轨或者所述滑槽中设置有所述缓冲垫，以使所述缓冲垫相对于轮罩的上下位置可调，并可在调节后锁紧。

14.一种双轮平衡车，其特征在于包括：一控制转向的操纵杆、两个如权利要求1-9中任一所述的传动机构、两个脚踏板、用于固定所述操纵杆、所述两个传动机构和所述脚踏板的机身组件；

所述脚踏板设置在两个所述轮架之间，所述脚踏板下面设置判断是否为载人模式的传感机构；

所述机身组件设置在两个所述轮架之间并位于所述脚踏板下方。

15.根据权利要求14的双轮平衡车，其特征在于，所述脚踏板包括脚踏垫以及支撑板，所述支撑板位于所述脚踏垫的下方，所述传感机构位于所述支撑板的下方。

16.根据权利要求14的双轮平衡车，其特征在于，所述传感机构包括脚踏板踏下检测传感器，所述脚踏板踏下检测传感器用于将所述脚踏板的整体形变值转换成对应的电信号，以供控制器检测驾驶者是否踩踏了脚踏板。

17.根据权利要求14所述的双轮平衡车，其特征在于，所述操纵杆为腿控或者手控操纵杆。