CN106029486A - 动力单轮车设备 - Google Patents

Abstract

一种动力单轮车设备，包括：单个的轮；适合于驱动轮的马达；通过控制马达适合于保持单轮车设备的前后平衡的平衡控制系统；至少一个用于支撑单轮车设备的使用者的足部平台；和包括至少两个适合于在封闭构型和打开构型之间可移动的壳体部分的壳体，在该封闭构型中轮的外部轮缘大体上被覆盖，在该打开构型中轮的外部轮缘的至少一部分是暴露的，以用于接触地面表面。

Description

动力单轮车设备

发明领域

本发明涉及带动力的具有单个的轮的设备，并且更具体地涉及具有自平衡功能的动力单轮车。

发明背景

用于在竖立的同时使用的动力自平衡交通工具是已知的。这样的交通工具包括双轮交通工具和单轮交通工具(即，单轮车)。

通常，在动力自平衡单轮车中，在适当方向上控制轮的电子或机械系统通常用于实现前后平衡(fore-and-aft balance)。这种类型的自动的前后平衡技术是已知的，并且例如在专利号为6,302,230的美国专利中被描述。传感器和电子配件通常被提供。由传感器和电子元件检测到的信息被传递到马达。马达在适当的方向上驱动轮，并且在足够的速度下保持前后平衡。

动力自平衡单轮车的已知实施方案不包括由轴支撑的手柄杆。例如，申请序列号12/281,101的美国专利展示了耦合到框架的单个的轮，两个平台(在轮的每侧各一个)附接到该框架。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了一种动力单轮车设备，包括：单个的轮；马达，其适合于驱动轮；平衡控制系统，其适合于保持单轮车设备的前后平衡；至少一个足部平台，其用于支撑单轮车设备的使用者；和壳体，其包括适合于在封闭构型和打开构型之间可移动的至少两个壳体部分，在该封闭构型中轮的外部轮缘大体上被覆盖，在该打开构型中轮的外部轮缘的至少一部分是暴露的，以用于接触地面表面。

提出了一种具有自平衡功能的动力单轮车，该动力单轮车当不使用时可由使用者携带，其中壳体包封轮并且保护轮以免例如与外部物体或使用者接触。因此，可在搬运期间保护轮免遭损伤。而且，当携带单轮车时，壳体可保护使用者或外部物体以免与出现在轮上的泥土、流体和/或灰尘接触。

实施方案通过从封闭(例如，存放)构型可移动到打开(例如，激活)构型以允许快速的部署，其中在封闭构型中轮是由壳体包住的，其中在打开构型中轮的外部轮缘的一部分是暴露的，以用于接触地面支撑表面。

为了避免疑义，提到的单个的轮应被当作是意为大体上圆形的单元，该大体上圆形的单元定位在使用者的腿部之间，并且适合于绕着轴线旋转，以在使用期间在一个方向上驱使单轮车。因此，单个的轮可由一个或多个耦合在一起的(例如，通过差速器)轮胎和/或轮毂形成。例如，实施方案可包括具有单个的轮缘的单个的轮，多个单独的轮胎安装在该单个的轮缘上。可替代地，实施方案可包括由多个轮缘(每个轮缘具有安装在其上的相应的轮胎)形成的单个的轮，其中该多个轮缘通过差速轴承装置耦合在一起。

实施方案可采用适合于将壳体从封闭构型移动到打开构型的激活系统。根据指示了使用者需要使用单轮车的一个或多个预定状态的发生，这样的激活系统可用于暴露轮的外部轮缘的一部分。因此，这样的实施方案可使得能够从封闭构型(其中轮被覆盖以用于保护)快速且简单地部署到打开的构型(其中轮为与地面接触做好准备)。这种部署可能需要少量或不需要来自使用者的输入，然而可能当使用者和/或单轮车进行一个或多个预定的动作或移动时自动地实现。

实施方案可包括一个或多个手柄。这样的手柄可用于将单轮车保持在地面上方，例如使使用者能够提升、携带、搬运或放置单轮车。手柄也可形成激活系统的一部分，使得手柄(或手柄的一部分)可用于发动激活系统，并且将壳体从封闭构型移动到打开构型。

激活系统可响应于使用者意在使用单轮车设备的指示。这样的指示可通过以下被提供：检测单轮车设备的移动的加速度计系统；用于接收使用者输入的输入界面；激活系统的一部分相对于壳体的移动；开关的启动或它们的任何组合。

通过使手柄相对于壳体移动，至少一个足部平台在存放位置和工作位置之间是可移动的。例如，手柄可设计成使得当它从壳体被拉动或被推到壳体时，它引起激活系统将单轮车从封闭构型移动到打开构型。

在实施方案中，第一壳体部分可适合于相对于第二壳体部分旋转。例如，第一壳体部分可适合于绕着旋转的轴线(该旋转的轴线可与轮的旋转轴线相同，或偏离轮的旋转轴线)旋转，而第二壳体部分可保持在固定位置。可选地，第一壳体部分和第二壳体部分均可适合于绕着共有的旋转轴线的在相反方向上旋转，其中该共有的旋转轴线可与轮的旋转轴线是相同的，或是偏离轮的旋转轴线。

在实施方案中，至少一个足部平台可耦合到第一壳体部分。以这种方式，通过将壳体从封闭构型移动到打开构型，足部平台可从存放位置移动到暴露位置。

轮可以是无轮毂的，并且单轮车还可包括由所述马达驱动且与轮的内轮缘接触的驱动轮。

附图简述

现在将参照附图来描述本发明的示例，在附图中：

图1是在封闭构型中的动力单轮车设备的实施方案的立体图；

图2是图1的壳体内部的部件的分解简图；

图3A和图3B分别是图1的实施方案的侧视图和前视图，其中壳体是在封闭构型和打开构型之间是移动的；

图4A和图4B分别是图1的实施方案的侧视图和前视图，其中壳体是在打开构型中的，并且足部平台是在存放构型中的；

图5是图1的实施方案的等轴侧视图，其中壳体是在打开构型中的，并且足部平台是在存放构型中的；

图6A和图6B分别是图1的实施方案的侧立面图和主立面图，其中壳体是在打开构型中的，并且足部平台是在工作构型中的；

图7是图1的实施方案的等轴侧视图，其中壳体是在打开构型中的，并且足部平台是在工作构型中的；

图8A是布置成在封闭构型中的可选实施方案的立体图；以及

图8B是图8A的实施方案的立体图，其中壳体已被移动到打开构型。

详细描述

图1至图5示出了一种动力单轮车设备100的实施方案。图1示出了具有壳体110的动力单轮车设备100，壳体110为封闭构型，以便该壳体将单个的轮120包住。在此实施方案中，壳体110由覆盖轮120的上半部(最上面半部)的第一上部部分110A和覆盖轮120的下半部(最下面半部)的第二下部部分110B形成。图2图示了壳体110内部的部件(即轮120和驱动装置135)的分解图。

返回参考图1，轮120绕着中心轴线125自旋。壳体的第一上部部分110A相对于中心轴线125保持在固定位置，而壳体的第二下部部分110B适合于绕着中心轴线125旋转。第二下部部分110B绕着中心轴线125的旋转使壳体在封闭构型和打开构型(如在图3至图4图示的)之间移动。在封闭构型中(在图1中示出)，壳体110包封轮120，使得轮120的外部轮缘130不暴露。在打开构型中(在图5中示出)，轮120的外部轮缘130是暴露的，使得它可以接触地面表面。

现在参考图2，单个的轮120的旋转由驱动装置135驱动。驱动装置135包括附接到相应的电池145的面向外的侧面的导向轮140。在此实施方案中，存在两对导向轮140，其中每对中的两个导向轮共用相同的旋转轴线(例如，通过共用相同的轮轴)，并且间隔定位以提供在两个导向轮之间的间隙。

肋150环绕轮120的内轮缘设置，并且适配到每对中的两个导向轮140之间的间隙中。因此，导向轮140适合于与轮120的内轮缘接触，在该情况下，它们连同轮120自旋，并且通过肋150将轮120保持在适当的位置。当然，应理解，其它装置，包括每个电池145仅具有一个导向轮的那些装置，是可能的。

电池145安装在马达155上，该马达沿着轮120的内轮缘驱动定位在最下面点处的驱动轮160。电池145向马达155供应动力，并且，在此实施方案中，存在两个电池，以便产生体积和重量的平衡分布。然而，采用两个电池145不是必须的。而且，可使用可选的能源储存装置，例如，诸如飞轮、电容器和其它已知的动力储存设备。

驱动轮160适合于接触轮120的内轮缘。在此实施方案中，驱动轮160包括在中心具有凹槽的宽滚轮，肋150适配进该凹槽中。通过与轮120的内轮缘接触，驱动轮160将力矩从马达155传递到轮120。应理解，此驱动系统通过摩擦运行，并且可优选的避免在驱动轮160和轮120的内轮缘之间的滑动。将驱动轮160定位在最下面点处使得使用者的重量能够提供力，该力使驱动轮160压抵轮120的内轮缘，从而帮助减少或避免滑动。

参考图5至图7，两个足部平台165耦合到壳体110的第二下部部分110B，其中在轮120的每侧上各有一个足部平台165。在打开构型中，足部平台165在存放构型和工作构型之间是可移动的，其中在存放构型中足部平台是大体平行于轮的平面的(如图5中所示)，其中在工作构型中足部平台则是大体垂直于轮的平面的(如图6至图7中所示)，以便支撑使用者的重量。因此，在此实施方案中，足部平台165在以下两者之间是可移动的：(i)存放构型，其中，足部平台165平靠在轮的侧面上，并且可以绕着中心轴线125旋转(随着壳体的第二下部部分110B)，以便被定位在壳体的第一上部部分110A的内部(并且由壳体的第一上部部分110A覆盖)；和(ii)工作构型，其中，足部平台165从轮的侧面向外突出以提供用于使用者足部的支撑表面。因此，足部平台165是可向上折叠成存放构型的，这使单轮车100的轮廓变窄以促进储存和携带。在使用中，足部平台被移动到工作构型，并且使用者在每个平台165上用一只脚站立。

驱动装置135包括陀螺仪或加速度计系统170，该陀螺仪或加速度计系统170感应设备相对于地面表面的向前和向后的倾斜，并且相应地调节马达155以保持设备直立。以这种方式，通过改变施加到足部平台165的各个区域的压力向使用者提供了一种控制单轮车加速和减速的方式。陀螺仪或加速度计系统170也使单轮车能够在前后平面中自调节其平衡。

当不使用时，足部平台165被移动成存放构型，并且随后绕着中心轴线125旋转(随着壳体的第二下部部分110B)，以便将壳体移动到封闭构型。因此，在封闭构型中，足部平台165储存在壳体的内部(由壳体的第一上部部分110A覆盖)。

图1至图7的实施方案也包括通过多个杆185耦合到驱动装置135的提升手柄180。提升手柄180定位在壳体110的顶部处、在轮120上方，并且可用于单轮车在地面上方持握单轮车100，例如使得使用者能够提升、携带、搬运或放置单轮车100。

还提供了可伸缩的携带条带190，并且该可伸缩的携带条带附接到壳体100的顶部。携带条带190可用于例如越过使用者的肩膀携带单轮车100。可在壳体的底部提供钩以从携带条带190生成背包状的带。

在此实施方案中，手柄180也适合于触发激活系统，该激活系统使壳体在封闭构型和打开构型之间移动。更具体地，如用带箭头标记的“A”所描绘的，手柄相对于壳体110在向外方向上(远离轮120的中心)的移动触发激活系统，这又引起壳体的第二下部部分110B绕着中心轴线旋转，以从封闭构型移动到打开构型。壳体的第二下部部分110B从封闭构型旋转到打开构型的这个过程由图3至图4描绘。

因此，应理解，在此实施方案中，提升手柄180可用于发动激活系统并且将壳体从封闭构型移动到打开构型。因此，当使用者通过手柄单轮车在地面上方持握单轮车100时，在重力的影响下向下拉动单轮车的力引起提升手柄180相对于壳体110的向上移动(如用带箭头标记的“A”所描绘的)，该移动触发激活系统。响应于此触发，激活系统将壳体移动到打开构型(在图4和图5中描绘的)，使得轮的最下面部分被暴露，并且可以被引入到与地面表面的接触中。换言之，当被提升手柄180提升时，单轮车可以设置成处于准备好被部署(例如放置在地面表面上)的打开构型。

此外，当放置在地面上时，如用带箭头标记的“B”所描绘的，在向下/向内方向上(朝向轮120的中心)按压手柄使杆185移动，并且引起足部平台从存放构型(在图4和图5中示出)移动到工作构型(在图6和图7中示出)。在此实施方案中，杆的向下移动引起足部平台165绕着轴线旋转，并且随后杆保持足部平台165在适当的位置以支撑使用者的足部。

当使用者不再需要使用单轮车时，使用者拉动提升手柄以将单轮车从地面举起。这导致提升手柄180和关联的杆185相对于壳体110向上移动(如用带箭头标记的“A”所描绘的)，这随后引起足部平台从工作构型(在图6和图7中示出)移动到存放构型(在图4和图5中示出)。

图8描绘了另一个在封闭构型(图8A)和打开构型(图8B)之间移动的实施方案200。在此实施方案中，壳体210由第一壳体部分210A和第二壳体部分210B形成，第一壳体部分和第二壳体部分中的每个适合于绕着中心轴线220在相反的方向上旋转。在此实施方案中，当从一侧看时，第一壳体部分210A适合于覆盖轮230的左半部，并且第二壳体部分210B适合于覆盖轮230的右半部。当从封闭构型移动到打开构型时，第一壳体部分210A绕着中心轴线220在顺时针方向上旋转，并且第二壳体部分210B绕着中心轴线在逆时针方向上旋转。第一壳体部分210A和第二壳体部分210B的这种相反的旋转在打开构型中暴露了轮230的最下面部分，使得它可以接触地面表面。之后，此旋转的反向动作将壳体210从打开构型移动到封闭构型。

防滑表面(grip surface)235从第一壳体部分210A的侧面向外突出，使得它们可以接触使用者的腿、膝盖、小腿、脚踝和/或足部。当使用者使用单轮车(例如站在足部平台上)时，防滑表面235从壳体210的侧面的这种突出允许防滑表面235接触使用者。如果单轮车倒下(例如，由于使用者跌落或踩空足部平台)，防滑表面235从第一壳体部分210A的侧面向外突出也使防滑表面235能够接触地面/地板表面。防滑表面235由稍软的材料(例如，诸如橡胶)形成。因此，防滑表面235可实现多重功能，包括提供与使用者腿部的摩擦力、保护壳体免于撞击地面/地板表面，和/或提供在壳体侧面和地面/地板表面之间的防滑(例如，以阻止壳体沿着地面/地板滑动的事故)。因此，防滑表面235不仅可为使用者提供改善的稳定性和舒适性，并且也可提供改善的安全性且用于保护轮。

也应注意，图8的实施方案包括位于轮230上方的、在壳体210的顶部处的单一刚性手柄240。在此实施方案中，手柄240设计成使得使用者能够提升并且携带单轮车200，并且在手柄顶部底面提供了按钮(未示出)。按压按钮触发激活系统，该激活系统，例如通过电动马达，引起壳体210在打开构型和封闭构型之间移动。

为了说明性目的，在本文中已描述了具体的实施方案，多种修改将对本领域技术人员是明显的，并且可以做出修改而不脱离本发明的范围。

例如，应理解，对上面描述的无轮毂驱动装置(hubless drivearrangement)的一个变型是基于齿轮传动的驱动装置，而不是基于摩擦。驱动轮可由齿轮代替，并且因此轮的内轮缘可具有可选的突出部和锯齿状的节段(即，“齿”)。

而且，提供在壳体上的防滑表面不必要以在图8中所描绘的同心圆方式设置。防滑表面的其他设置可用在全部壳体或部分壳体上。例如，在一个实施方案中，可提供大体覆盖所有壳体部分的侧面的单一防滑表面。可替代地，防滑表面可由以重复的或随机的图案设置的多个规则的或不规则的形状形成。因此，可设想防滑表面的纵横交错的、圆点纹和/或交织的图案。

另一方面，实施方案不需要采用无轮毂轮，但反而可采用轮毂马达(一种在本领域中已知的马达的类型)。

虽然已描述了使用提升手柄来触发系统、使单轮车壳体在打开构型和封闭构型之间移动的实施方案，但是其它方案可用于改变壳体的构型。例如，可使用电子激活系统，该电子启动系统响应于一个或多个指示使用者意在使用单轮车的信号。这样的信号可从使用者输入界面(例如，诸如按钮、开关或触摸屏)和/或监测单轮车的预定的移动的运动监测系统(例如，采用加速度计)提供。可替代地，当移动机械触发器(锁定或释放)时，机械装置可以用于将壳体在打开构型和封闭构型之间移动。机械和电子系统的两者的组合也可用于使单轮车壳体在打开构型和封闭构型之间移动。例如，当使用者站立在足部平台上时，传感器可设置在使用者的腿部和足部上或环绕着使用者的腿部和足部以进行检测，以较大的精密度控制单轮车，或改善转向性能。此类传感器可用于提供锁定信号，当使用者站立在足部平台上时(即，使用设备时)，该锁定信号阻止设备移动到封闭构型。传感器也可用于提供安全信号，该安全信号根据一个或多个状态的检测，使单轮车不能起作用或者将单轮车放置在安全模式中。轮胎压力传感器可用于检测充气轮的气压，以便提供可用于安全的目的和/或改善单轮车的控制的信号。

Claims (12)

1.一种动力单轮车设备，包括：

单个的轮；

马达，其适合于驱动所述轮；

平衡控制系统，其适合于保持所述单轮车设备的前后平衡；

至少一个足部平台，其用于支撑所述单轮车设备的使用者；以及

壳体，其包括适合于在封闭构型和打开构型之间可移动的至少两个壳体部分，在所述封闭构型中所述轮的外部轮缘大体上被覆盖，在所述打开构型中所述轮的所述外部轮缘的至少一部分是暴露的，以用于接触地面表面。

2.如权利要求1所述的动力单轮车设备，还包括适合于将所述壳体从所述封闭构型移动到所述打开构型的激活系统。

3.如权利要求2所述的动力单轮车设备，其中所述激活系统包括手柄。

4.如权利要求2或3所述的动力单轮车设备，其中所述激活系统响应于使用者意在使用所述单轮车设备的指示。

5.如权利要求4所述的动力单轮车设备，其中所述指示通过以下至少一个被提供：检测所述单轮车设备的移动的加速度计系统；接收使用者输入的输入界面；所述激活系统相对于所述壳体的移动；一个或多个传感器；和开关的启动。

6.如权利要求3所述的动力单轮车设备，其中，通过所述手柄相对于所述壳体的移动，所述至少一个足部平台在存放位置和工作位置之间是可移动的。

7.如权利要求1或2所述的动力单轮车设备，其中第一壳体部分适合于相对于第二部分绕着所述轮的旋转轴线旋转。

8.如前述权利要求中任一项所述的动力单轮车设备，其中所述至少一个足部平台耦合到第一壳体部分。

9.如前述权利要求中任一项所述的动力单轮车设备，其中，响应于所述壳体在所述封闭构型和所述打开构型之间的移动，所述至少一个足部平台在存放位置和工作位置之间是可移动的。

10.如前述权利要求中任一项所述的动力单轮车设备，其中所述轮是无轮毂的，并且其中所述动力单轮车设备还包括至少一个驱动轮，所述至少一个驱动轮由所述马达驱动并且与所述轮的内轮缘接触。

11.如前述权利要求中任一项所述的动力单轮车设备，还包括至少一个防滑表面，所述至少一个防滑表面由易变形材料制成，并且从所述壳体的侧面向外突出。

12.大体如本文参考附图以上描述的动力单轮车设备。