CN106103256A - 纵向和横向自平衡独轮车 - Google Patents

Abstract

一种优化的自平衡电动轮，在使用中实现动态稳定悬浮和阻尼功能，在开展短时学习步骤时具有紧凑性和低重量，具有低成本和可靠性。

Description

纵向和横向自平衡独轮车

发明背景

公共交通使用者必须应对各种约束：其手中满是要携带的物体，公文包、书包、出差事项等。公共交通非常拥挤，人满为患；人行道繁忙，楼梯又窄又陡，公共通道受到严格的规则限制。在其抵达目的地后，无论是在工作还是在学校，他或她都必须应对社会约束，而且更换鞋子和衣服很难。此外，他或她必须能够在其平时的装束中使用辅助工具。

每天在地铁或列车上使用自行车行进也是不可能的。很难穿着溜冰鞋下楼梯；在公共通道中严禁使用诸如滑板车等电动滑板；甚至专为短途城市旅行设计的诸如等车辆，在人行道上结果竟是较为笨重，而且在地铁和公共汽车上难以便携。

现有技术包括其是一款平台辅助工具，包括两个轮子，可充电电池，中心惯性稳定装置，和与平台集成的车把。该平台不够紧凑，很难在人行道上轻松向前移动。它在道路上向前移动时过慢，并且最终其重量(大约为30千克)阻止其进入公共交通。

文献DE 100 27 466描述了一种独轮车，行人攀爬到其上的两个搁脚架上，将其手放在将纵向倾角传动到独轮车框架的手柄上。一种电子装置通过电子测斜仪读取该独轮车的纵向倾角，并且监视轮子的位置以保持使用者的平衡(即，其重心在支座上方)，以防其依照逆倾斜效应而跌落。只要使用者倾斜手柄，该装置就会向前移动。轮子具有正方形截面，使使用者实现横向稳定。由于这个原因，路径在纵向轴线内被导向。没有描述转弯手段，可以理解的是，有必要简要地站立在地面上，以传递横向扭矩。当然，转动手柄不能确保旋转，因为搁脚架和轴经由叉形件集成一体。

因此，文献DE 100 27 466不符合本发明的条件，使得其需要使用者使用至少一个手握住手柄，而且更重要的是，其不容许进行灵活和谐的转向，使得仅实现纵向行进。最后，控制马达的电子装置采用测斜仪，这与本发明采用的解决方案不同。

Kamen的专利US 6 302 230示出了数个平衡独轮车的实施例，未针对利用紧凑和轻量实现的轻松携带进行优化，并且没有描述如何攀爬其上，这是因为轮子露出并转动，而且其侧面可能最终不会将任何横向扭矩传动到使用者的腿上。

Simeray在2013年12月提交的优先权日为2015年11月的专利US 8616313描述了一种：

“旨在运输城市居住者的自主电动移动辅助工具，其包括：单轮、电动马达、电池、叉形件，和两个搁脚架，其特征在于其人体工学和驱动均为直觉型，而且通过以下方式，不会要求使用双手：

-两个组合支架，其固定到轮子两侧的所述叉形件上，并且被配置成作为杠杆运行来传递轮子响应的应力和扭矩到使用者的腿部；

-马达，其类型将轮子直接保持在一般城市居住者的重心下方；

-马达的驱动电子装置，其由叉形件上的平衡传感器进行线性控制；

其中，通过具有在与所述单轮的旋转轴平行的平面中大约为圆形的胎面的单轮，灵活进行横向转向；并且其中，当城市居住者通过可折叠的两个搁脚架携带时，其是紧凑的。

该美国专利还对以下内容进行描述和保护：

-具有配置成使得紧紧地固持腿部和小腿的(多个)组合支架或者具有配置成不会紧紧地固持腿部和小腿的组合支架的任何平衡轮，根据居住者的喜好在使用过程中展开或折叠组合支架或导向件。

-在与轮子平面垂直的方向上具有至少一个比横向支架长的搁脚架的任何平衡轮，即使该支架是公开了搁脚架大约比导向件长30％的图6中的展开的导向件。这通过该文献原始公布副本的图20中增加的虚线示出。

-操作被配置成不会基本上围绕使用者的腿部支架的任何平衡轮，如图1、图2所示，并且也如图6所示和本文献图20所报道，这是因为：

○紧紧地固持腿部和小腿并不意味着“明显围绕腿部”。

○横向支架未被描述为“明显围绕使用者的腿部”。

○腿部支架未被配置成围绕图1和图2中的腿部而是使使用者轻松逃脱的U形，并且在折叠和展开位置示出。

图6中没有示出腿部，并且结果没有显示基本上被腿部导向件围绕的腿部。

如果图6中示出的导向件围绕腿部，由于所描述的开口较窄，其在技术上无法自动将腿部插入。

本领域技术人员然后将立即理解，将腿部插入像图6所示的导向件中是不可能的，因为即使是手铐也需要较大的开口来限制手部。

其也将理解，图6示出了传输扭矩和应力的导向件的概念，而不是进行屈从式执行的三维图。

在该发明的精神下并且根据平衡轮的一般规格，其将会构造出导向件或横向支架，从而根据轮子的功率和速度及其版本、运动或乘客，将舒适性、安全性和要传送的扭矩及应力的等级考虑在内，而无需创造性。

本领域技术人员将修改其尺寸、形状、材质、摩擦、柔软度和弹性。将可以选择通过杆与搁脚架的连接。所以，所有所述相关规格均不具有任何创造性。

所以，可以相信的是，本领域技术人员将会把导向件缩减为低轮廓U形以便将低扭矩和低应力传输到使用者的腿部的低功率低速轮，并且提高U形的这种分枝来对使用者的腿部产生高转矩和高应力以形成专用于竞争和/或杂技人物的轮子的导向件。

发明者及其所有人Shane Chen与该申请人Simeray于2011年3月就Simeray2005年发明的全球独占权订立许可，同时将专利费考虑在内，并且在自2012年起在Simera的发明的商标下进行操作。

发明者销售了在中国制造的轮子，其展示出非常低的最高速度以及较低的功率，几乎未对使用者腿部产生应力和扭矩，除了当使用者攀爬其上并且使用其腿部和脚部产生明显的横向扭矩和应力的时候。

Shane Chen是本领域普通授权操作者，其将导向件的尺寸和形状修改成向使用者腿部传输非常低的纵向扭矩和应力水平，并且设计了柔软材料的U形导向件，其具有非常短的分枝，而且不可折叠。

在许可的谈判过程中，而且在未将此向Simeray公开的情况下，Shane Chen于2011年3月提交了实用新型专利申请US 20110220427，要求以下权利：

“一种动力独轮车装置，包括：可旋转地连接到框架的单轮；驱动该轮的马达；控制该马达的电子首尾平衡控制系统；连接到该框架的脚部平台或多个脚部平台；该框架上由屈服材料制成并且从该框架主体相位突出的腿部接触表面”。

鉴于Simeray的现有技术以及缺乏创造性，该申请被驳回6次，并且最终于2014年8月授予专利US 8807250，允许：

一种动力独轮车装置，包括：

-单轮，其具有旋转轴，在行进方向线路上限定中心垂直平面，并且能够旋转地连接到无座框架上；

-驱动所述轮的马达；

-控制所述马达的电子首尾平衡控制系统；

-第一和第二脚部平台，其连接到所述框架并且各自具有在所述轮的旋转轴下方的站立表面；

-第一腿部接触表面，其在装置的行进线路上基本上以其整体在纵向延伸，并且被配置成当所述使用者站立在所述第一脚部平台上时，能够被使用者腿部的膝盖或膝盖以下轻松接触；以及

-第二腿部接触表面，其在装置的行进线路上基本上以其整体在纵向延伸，并且被配置成当所述使用者站立在所述第二脚部平台上时，能够被使用者腿部的膝盖或膝盖以下轻松接触；

其中所述第一和第二脚部平台在垂直于所述轮的中心垂直平面的方向上的延伸，比所述接触表面在垂直于所述中心垂直平面的延伸更远，并且进一步地，其中，所述腿部接触表面被配置成使得基本上不会围绕使用者的腿部。

该申请人Simeray不理解这种新的现有技术并且特别是：

-Shane Chen先生作为具有专有权许可的操作者、转变用于操作该发明所必需的专业知识的受益者，在通过将Simeray的发明修改成慢速平衡轮但未展现出创造性的情况下，为何以及如何被授予实用新型专利来作为许可操作者进行技术展示。

-为何USPTO(美国专利商标局)于2013年12月授予Simeray操作其发明的专有权，在6个月后已经被几乎相等地授予给其被许可方Shane Chen用于在Simeray的优先权后6年内提交的实用新型专利申请？

-Simeray在没有可损害性干扰的情况下操作其发明的权利，为何现在被限制为像腿夹的手铐和2个非常短的搁脚架的组合，而且任何技术人员将不会认为了解如Simeray专利的图2所示的合适尺寸的搁脚架和腿夹的合理配置。

-在其说明书或权利要求中未提及“围绕”腿部的腿夹的情况下，为何“围绕”腿部的腿夹的概念已被和Simeray的专利相关联？

-为何Shane Chen的专利申请因明显缺乏创造性而被驳回6次？并且其最终被授权的新论据是什么？

发明者就Simeray专利的全球独占权订立许可，并且将称为Solowheel(索罗威)的设计投放到市场3年，同时在Simeray的专利被授权时将专利费的支付考虑在内。

当2013年12月为Simeray授权时，发明者未支付应付专利费而违反了许可协议。因为违约，发明者的授权在2014年3月由Simeray终止。

申请人不仅未能理解现有技术、其年表以及其含义，并且也因未能识别拥有该现有技术的所有者而诚挚地道歉。

本发明公开了用于传播大众市场中的平衡轮的所有必须的几种改进。

这些改进解决了：

其重量、宽度、静态和动态平衡、学习曲线、成本和责任。

本发明通过在保留了看起来连续向Simeray和Shane Chen授予的权利要求(以Simeray可能具有自由操作其优先权的顺序)的范围之外的配置中的创造性，同时解决了这些问题。

当前市场上的电动独轮车均落入Simeray的原始专利的范围，并且在设计上，大多数重量在其中心之上。

平衡使用者所需的动力随着独轮车的重心水平而增加。

当使用者从轮上走下来时，独轮车需要来自轮子侧面一个腿部进行横向稳定(需要抵靠轮子的扭矩)，其中其脚部在脚踏板上，一个脚部在地面上或者用手握住以防其倒下变脏。

对于市场上的电动独轮车，由轮子较大以及使用者腿部没有运动自由而导致的横向不稳定性，产生了明显的学习曲线。失去运动自由在于电动独轮车的尺寸以及其将使用者的腿部分开的距离。通过足够窄的设计使使用者的腿部能够自由移动可以解决这个问题(如2005Simeray专利中当腿部导向件处于折叠位置时所示)。运动自由将允许使用者横向倾斜轮子，并且实际上横向转变接触点以便更好地进行控制。

然而，当使用者攀爬到轮子上时，仍然需要使用其腿部将横向扭矩和应力传输到轮子侧。

安全问题与缺少前照灯、尾灯和行驶灯相关。特别需要前照灯，以防使用者因表面不平整而受到惊吓。这对于具有自然纵向稳定性的自行车而言，甚至更加关键。通过照明照亮障碍物和表面不平整，使用者可以进行预测或反应，以防摔倒。

另一个安全问题是行人可能被无声或快速电动独轮车骑行者吓到。可以使用声音警告来防止碰撞。

当使用者在紧急情况下或者不可预料的情况下走下来时，另一个安全问题值得注意，而且突然的纵向失衡会导致装置以全功率驱动轮子，从而将框架自旋到使用者腿中。检测到横向失衡应当致使马达进行刹车。

另一个安全问题与转动和倚靠时所必需的离地间隙相关。如果搁脚架在高速转动过程中碰到地板，那么使用者会扭转并且痛苦地倒下。在搁脚架触碰地面之前，平衡轮必须能够倚靠大约30°。

另一个安全问题与责任相关。

法规限制人行道上的上限速度并且限制街道上的下限速度。居住者必须调整其驾驶以适应现有法规，并且承担因违反法规而发生的任何事故的责任。与电动交通装置的当前速度相关的公共信息可能有助于划分责任归属。

发明内容

本发明被设计为一种机动电动辅助工具，其为城市居住者在其步行行程中提供帮助并且理想地与以上所有约束相兼容。

在优选实施例中，本发明遵守以下标准：被辅助的行人具有正常行人大小；以最高达大约7千米/小时的行人速度在人行道上向前移动，并且以小于30千米/小时的速度在道路上向前移动。该行人具有正常行人或滑行者的灵活性，无需使用双手努力即可向前移动，并且能够穿着其平常衣服和鞋子。

该辅助工具紧凑、便携、轻便，在例如背包中，其重量小于5千克，在体积上直径小于40厘米，厚度小于6厘米，并且能够经由家用电插座或通过另一种等效手段被再充电。其提供的大约1小时或15千米的行程。

本发明创造性解决了如何在脚踏板下保存充分的离地间隙、如何在使用中和使用后保持轮子的紧密轮廓、以及如何通过在轮子中心下方放置沉重部件来提高其静态、动态、横向和纵向稳定性的难题。市场上的轮子尤其在脚踝水平处过大，而且通过将电池降低到脚踝水平并且更多地扩大轮廓，不会有所改进。

创造性包括平衡轮的完整重构，其中大多数重量位于搁脚架中，轮子为不透光柔性无轮毂轮子，并且唯一搁脚架或组合搁脚架横穿轮子的主平面，该平衡轮全新可操作。

本发明进一步描述了：

-在使用前和使用中通过自身站立的机动轮子的静态纵向和横向稳定性。

○由于重心(CG)明显低于其轴线。

○由于轮胎的曲率中心在重心上方。

○由于其轮套的紧密轮廓，其大型搁脚架允许在腿部之间存在足够的空间，以便在腿部之间倚靠其并且在地板上甚至在空速时横向移动接触点。

-机动轮子的动态稳定性：

通过以下方式改进纵向稳定性：

○轮子更轻(大约600克，比市场上现有轮子实际上小十倍)，其空心允许进行高效短时响应纵向调整。

○机动系统的功率重量比高，该系统实现了稳定的短时响应。

○重心明显低于其轴线并且位于地板附近，减少了进行短时反应所需的动力，几乎取决于使用者的重量，但是相对于重心以及相对于地板，与动力独轮车的重量成正比。

通过以下方式改进横向稳定性：

○与装置其它部分的重量相比，轮辋和轮胎的惯性动量比较高。

陀螺效应与装置和使用者腿部之间的运动自由相结合，实现更大横向稳定性。

○连接到组合或可拆除陀螺仪的至少2个机械连接件和2个电气连接件，该陀螺仪由外壳构成，该外壳嵌入由电动马达提供动力的飞轮，根据平衡轮的速度围绕与在相同方向或相反方向中的轮轴平行的轴线转动，以便以低速提高轮胎的进动并且在高速时减少其效应。

○由橡胶等材料制成的非充气轮胎暴露于地板，当使用者在空速或低速为轮子定向来保持平衡时，借助明显在重心(CG)上方的曲率中心，圆形接触表面几乎不产生摩擦扭矩。

-借助以下方式，当其由使用者携带时，其重量和负担减小：

○紧凑轻量强劲高效无刷马达，其连接到减速器以便在其高效速度下操作马达。

○无轮毂轮子，轮廓紧密，在轮套的中心具有空置空间，用于在装置不使用时放置搁脚架。

○结合了高密度动力电池和高密度能量电池的轻型电池解决方案。

○搁脚架或组合搁脚架是主要的笨重和繁琐部件的容器。

○电池的光电充电器覆盖其表面。

-易于学习，符合人体工学，由于以下方式，抑制或者大大减少了当攀爬其上时传输到腿部的横向扭矩：

○更紧密的轮廓减小了搁脚架上的脚部杠杆。

○地面上的横向支架，可选择可收缩，确保了轮子的自然横向稳定性并且抑制腿上的任何杠杆以便于上下(如果轮子是稳定的台阶)。

-大平台和轮胎曲率允许在使用中以及在使用前后实现较高的稳定性。

-动态稳定性通过以下方式实现：

○轮子的优化的陀螺动量与横向倾斜轮子的运动自由相结合。

○可拆除电动陀螺仪与横向倾斜轮子的运动自由的组合。

-通过以下方式改进使用者的舒适度：

○借助搁脚架的悬浮减小滚动振动，其中，滚动是在柔性轮子的轮辋内进行，并且具有由弹性材料构成的轮套或轮辋。

○与此种柔韧性的轮辋兼容的机械传输装置。

○轮子中心的空置空间为脚踝提供充足空间。

○当使用者疲惫时或者当使用者使用合理舒适的座椅将该自平衡轮转变成电动自平衡独轮车时，可折叠座椅为使用者提供支撑，当轮子静止或者电源关闭时，由于横向支架展开而完全变成稳定的座椅。

-使用者的安全和法规的符合性通过以下方式实现：

○通过白光为轮子前方路径照明，通过红灯为后方提供警告，无论轮子前侧或后侧是否未识别。

○由于在其摔倒时，横向平衡传感器会关闭马达驱动器，从而自动关闭马达。

○声音警告源，例如，音乐播放器，其声音大小基本上与速度成比例，以便提醒行人。

○用于低电量以及当使用者的倚靠超出轮子的醉倒功率输出时的声音警告源。

○在使用者脚下的马达产生的振动，为相同目的为使用者提供警告。

-平衡轮的低重心通过以下方式实现：

○搁脚架是包含电池、马达、电子平衡系统、或任何前述部件的组合的容器。

○该搁脚架还可以被构造成为轮套的一部分。

○该搁脚架还可以固定到轮套。

○该搁脚架还可以是独立于轮套的零件。

-使用者的责任和安全的改进通过以下方式实现：通知公众有关轮子当前速度范围的彩色模式或彩色编码灯，与根据当前速度更改平衡轮的颜色或者其照明颜色的方式相结合，使得在发生事故的情况下，目击者可以仅通过上报电动车辆的颜色来上报使用者的速度范围，并且因此有助于识别责任方。

-具有可拆卸电池组的设计，允许使用者根据所需的自主性来优化其轮子重量。

-为电池再充电的充电器，能够连接到国内电源，具有电池组的形状，不管是电池组都可嵌入到轮子平台中。

-电池光电充电器，覆盖至少一个搁脚架，连接到设置电压升压器，以便在暴露于太阳时对电池进行长期充电。

-一个唯一的搁脚架，以便

○允许使用者在冲浪位置向前、向后、并且横向骑行。

附图说明

下文参照以下附图对本发明的优选实施例和备选实施例进行详细描述：

图1示出了本发明的非排他性实施例。

图2示出了搁脚架和传输装置的马达固定装置的非排他性实施例。

图3示出了包含电池的搁脚架的非排他性实施例。

图4示出了用于悬浮搁脚架的缓冲器的非排他性实施例。

图5示出了用于承载的插入轮子内的一个唯一的搁脚架的非排他性实施例。

图6示出了用于骑乘的插在轮子框架上的唯一的搁脚架的非排他性实施例。

图7示出了包含在该唯一搁脚架中的马达、电池、电子装置和传输装置的非排他性实施例。

图8示出了无轮毂柔性轮子及其导向件受到使用者重量而变形的非排他性实施例。

图9示出了照明电路的非排他性实施例。

图10示出了借助展开2个额外支座的致动器，在空速或低速时确保使用者横向稳定性的2个额外支座的非排他性实施例。

图11示出了导向件上的可选零件。

图12示出了在展开时组装成座椅的零件。

图13示出了居住者与平衡轮的3个主要交互。

图14示出了轮子重心在使用中的各自位置。

图15示出了可拆卸电池组、可拆卸充电器、使用者脚下通过振动进行警告的马达、以及用于显示速度范围的彩灯。

图16示出了嵌入飞轮和马达的可拆卸外壳的机械和电气连接件。

图17示出了地板和充气轮胎以及地板与非充气轮胎之间的界面形状的差异。

图18示出了电动平衡轮，其不具有将轮子的横向应力和扭矩直接传输到固定在使用者腿部的组合保护装置的轮套。

图19示出了主要变形主动实现使用者纵向稳定性的非充气轮套和轮辋。

图20是使用虚线注释对Simeray的原始专利的再现。

附图标记列表：

具体实施方式

图1描绘了当搁脚架14和导向件42在右侧被展开并且在左侧向下折叠时的轮子。

该轮子包括无刷马达，其位于中心外套16中，与展开的搁脚架具有相同的水平，由电子驱动器17进行控制。

充气或普通轮胎12位于柔性环13上，由连接到马达16的中心外套并且也作为手柄使用的导向件42的另一个环15进行导向。

优选地，导向手柄42由柔软高摩擦材料包围，避免手滑，便于携带。

图2示出了管道21，2个搁脚架14的共同轴线，在其外套26中由其电子控制器17进行控制的无刷马达16，由转动导向轮子的四个辊子25中的一个的90°齿轮终止的轴线23，以及轮子中心水平下方的重心。

图3示出了由封闭在由盖32密封的隔室中的可充电电池36填充的并且通过壁35隔开以实现结构鲁棒性的搁脚架31，其管状连接件33与管道21和缓冲器34确保了通过外套26上的压力对高频率振动进行悬浮和阻尼。

图4再次示出了由搁脚架14、导向装置42的轴线43及其柔软摩擦表面45压紧的缓冲器41的动作。

机动轮电池、马达和结构的沉重零件在使用过程中位于脚下，并且有助于实现低位重心。

缓冲器确保了搁脚架一定的悬浮并且阻尼了振动。

通过辊子连接到结构环形轮子，借助其柔软轮胎并且通过弹性变形的作用，可以吸收振动。

当折叠时，因为折叠的轮子的厚度类似于轮胎的厚度加上堆叠的2个电池及其外套的厚度，所以，将负担和重量最小化。

可折叠导向件是可选的，使用者可以在导向件42折叠或展开的情况下，使用机动独轮车。

图5描绘了本发明的另一个实施例，其中，只有一个搁脚架55插入到柔性轮子13和导向件15的中心，以便携带。

根据本发明优选实施例，这个仅有的搁脚架55的表面由光电材料制成，以便在暴露于太阳时对电池进行长期再充电，其根据现有技术经由设置电压升压器连接到电池。

该导向环15具有第一种选择，即，封闭轮子的管道的形状满足防水需要，而且作为另一种选择，为简单环的形状，二者均带有导向辊子25。其作为手柄54由用户抓住，并且在选择上由柔软材料包围以实现更好的手部抓握，其上未描绘出。

图6描绘了相同的插入到轮子13和导向件15中的搁脚架55，显示了较大的支座，脚踝有足够的空间，导向件15的轮廓紧密足以使用户能够以保持脚部非常靠近的方式位于地板上的接触点上方，最大限度地减少了当使用者进行横向平衡时导向件可能对抗的横向扭矩。其还描绘了低于轮子轴线的重心(CG)，并且描绘了灯80和警告81。这种灯优先为电致发光二极管。在这种位置，由光电材料覆盖的该搁脚架55与设置电压升压器结合，在使用中持续对电池进行充电。

图7描绘了打开的导向件15旁边的打开的搁脚架55，并且显示了数个辊子25，其中，在插入搁脚架时，至少有三个用于导向导向件15内的柔性轮13，两个嵌入到在轮辋上滚动的搁脚架中。辊子跨过导向装置15中开设的开口78。

当使用者站立在搁脚架55上时，该搁脚架和使用者由两个在轮子13的轮辋上滚动的辊子25支撑。

当搁脚架水平时，导向件15还实现了手柄54的功能，便于以展开或向下折叠的方式携带，而且其可以由柔软材料包围，从而实现舒适搬运。

搁脚架包括传输装置53，其是通过齿轮的直接减速器，能够在插入时将马达的扭矩传输到辊子25。可选地，可以通过皮带确保这种传输。

根据本发明，仅使用2个齿轮，在几乎没有损失的情况下，实现了马达速度的降低，当无刷马达以8000rpm运行时，以相对较低的速度(200rpm)推进轮子(对应于每小时14千米)。

这种高减速比40是辊子直接在具有空心的轮子13的轮辋上滚动的结果。

这种高减速比允许操作比当前用于电动滑板的扭矩马达更快的马达。这种高速输出转轮无刷马达提供了40倍以上的功率密度，作为结果，与通过直接连接在轮辋和叉形件之间的扭矩马达提供动力的8千克的滑板车相比，只有400克的马达将更多的动力传递到轮子13上。

速度是由电子系统71控制，该系统也对唯一或组合电池进行充放电控制。借助服务该电子系统71的内部纵向平衡传感器并且可选地通过双轴纵向和横向平衡传感器77，进行平衡控制。在这最后的选择中，电子系统71一旦检测到横向失衡，则会出于先前暴露出的安全原因切断马达电源。

组合电池是非排他性示例，锂离子聚合物电池74能够具有非常高的放电率，但属于一般能量存储，这与以合理成本能够达到非常高的能量存储但放电率低的同一电压的锂镍锰钴电池73平行关联。

优选地，借助速度传感器76，以基本上与速度成比例的方式对扬声器和音乐播放器75的声音大小进行控制。

致动器113由该速度控制器76驱动，并且在预定速度被激活。

图8描绘了由高柔性材料例如聚酰胺制成的空心轮子13的弹性变形。

根据本发明，即使在该柔性轮子被压紧时，辊子25也会在导向件15内部或周围导向轮子13。这些辊子25是由强弹性材料制成，以便将轮子的强度传送到导向件的结构上并且确保以上两个部分不会有直接的摩擦。

图9描述了当用户未选择轮子的优选侧A或B时，用于例如前方白色80和后方红色81的照明的电路的实施例。光源是由速度检测器驱动的例如LED(发光二极管)。

根据驱动方向，速度信号改变电压的极性，并引起二极管功率的传递以及发光颜色的传递。

图10是由支承连接到辊子轴72的轮子112的杠杆110构成的横向可伸缩支架的背面视图。可选地，这些支架在由速度控制器76起作用的致动器113的控制下，在独轮车低速时自动展开。

图11描绘了围绕该导向件向下折叠的导向件15的可移动零件121、122、123。

图12描绘了部署的相同的零件以便实现座椅，其中，此为非限制性示例。121和122通过铰链124连接到该导向件15，并且使用坚固的柔性材料予以实现。

123是手柄盖，是导向件15上的柔软材料夹子，当部署零件121和122时，现在作为柔性座椅使用，并且其是例如使用柔性硅或聚氨酯包裹在结实的尼龙组织上来实现。

当123实现座椅功能时，是末端121和122的夹子，并且在其实现柔软手柄的功能时，也夹在导向件15上。

图12还以较小比例描绘了可折叠座椅处于静态位置的独轮车，横向平衡支腿作为横向支撑向下折叠，确保了稳定的三角形。当转速减小时，这种组合自动将该滚动的不稳定的独轮车转变为稳定的座椅，允许用户安全、舒适地上下。

电动自平衡轮的零件的任何旋转平移和组合都可以操作成展开并在其上捆绑座椅，公开的示例是非限制性优选设计并且将本发明实现为电动自平衡独轮车。

图13示出了用户的3个主要姿势，即，冲浪A，前后骑行B，手持轮子C。还介绍了在袋子中携带轮子。

图14示出了横向曲率中心CC1和轮胎12的纵向曲率中心CC2以及重心CG。根据本发明，横向曲率中心CC1基本上位于重心CG上方并且优选地位于纵向曲率中心CC2的下方。

图15示出了本发明的几个非限制性和非排他性实施例，其中包括可拆除电池组151，具有连接电路152的可选的可拆除国内电池充电器(例如，LED灯串在3个主要颜色RGB的半透明组合的轮套的内外照明，以便通过识别的颜色显示平衡轮的当前速度范围)，由数个连接器构成而且用于固定数个可选装置并为其提供动力的机械和电气连接连接件154，用于警告使用者的内部振动马达。

图16示出了可拆除陀螺仪161和平衡轮组合的非排他性实施例，其中，借助马达164、扭矩传送轴承165、坚固外套163和坚固连接件166，该组合通过以和平衡轮低速时相同的方向以及平衡轮快速时相反的方向转动飞轮162，根据轮子速度调节进动水平。根据本发明，嵌在唯一搁脚架55内的直接电流源根据轮速55为具有极性的马达164提供动力。

图17示出了必需具有短横向曲率半径的充气轮胎与地板的长形界面与具有长横向曲率半径的非充气轮胎的紧凑的圆形界面之间的差异。该图示公开了朝向轮子定向，与地板的圆形界面应对的摩擦扭矩比充气轮胎的长形界面的摩擦扭矩更小，便于进行低速平衡所要求的小调整。

图18公开了不具有轮套的平衡轮，当用户攀爬其上并向轮子传递横向扭矩和应力时，具有齿轮183的轮辋及其轮胎12是由腿部保护装置181进行支撑；该腿部保护装置根据现有技术像袜子一样被固定，是由摩擦非常低的材料例如PTFE制成，或者包括具有基本上垂直的轴线的辊子182。

图19公开了专用于竞争版本平衡轮的轮辋，其能够吸收高冲击力，并且如果轮子从左向右行进并越过障碍物，其借助像悬架一样起作用的螺旋方向轮辐191、阻尼器和撑杆跳式杠杆，越过明显障碍物。

本发明描述如下：

一种无座电动自平衡轮，具有

-至少一个可充电电池组，

-至少一个电动马达，

-至少一个电子平衡控制系统，

-至少一个使用者单腿横向支架，

-至少一个轮套。

其中，所述无座电动自平衡轮包括：

-只一个轮子，所述轮子无轮毂，

-所述马达和所述轮子之间的至少一个动力传输装置，

-至少一个搁脚架，其中所述搁脚架或组合搁脚架的尺寸达到轮套的直径，

-所述搁脚架是容器，

-所述搁脚架被配置成当其位于所述轮子的中心的下方时，对双腿站立在轮子同一侧或者单腿站立在轮子的任一侧的使用者的一只脚或两只脚进行支撑，

-由于放置沉重部件使重心基本上位于所述无轮毂轮子的所述中心的下方的放置件，从而将所述电池和(或)所述马达和(或)所述传输装置和(或)所述平衡控制系统包含在所述搁脚架容器内。

关于离地间隙与优化的静态、动态、纵向和横向稳定性，具有安全性以及人体工学设计。

其中，所述搁脚架在运输或存储过程中可以位于所述轮子的空心中。

其中，所述搁脚架和所述轮子可以是分离的零件。

其中，所述轮子可以包括柔性轮辋。

其中，所述轮子可以由至少3个在所述轮辋上滚动的辊子导向，所述辊子的轴线连接到所述轮套。

其中，所述传输装置可以包括向所述轮辋传输马达动力的旋转减速器。

其中，至少2个连接到至少一个搁脚架的辊子在所述轮辋上滚动。

其中，至少一个辊子可以由所述马达驱动。

其中，所述轮辋可以包括倾斜轮辐。

其中，高密度动力电池与高密度能量电池可以相配合。

其中，柔软材料可以覆盖所述轮套。

其中，借助位置明显高于其重心的轮胎的横向曲率中心，所述电动自平衡轮可以在使用前后立在地板上。

其中，其搁脚架表面可以是光电电池充电器。

其中，借助检测方向的平衡传感器并结合至少2个由电子平衡传感器驱动的光源，一盏灯可以照亮前方的路。

其中，地面上的2个额外支架位于两侧后方，可以通过围绕一个轴转动而伸缩，通过由速度传感器驱动的致动器自动配置或收缩。

其中，结构的折叠式与非折叠式零件可以在展开时进行支撑并变成座椅。

其中，其与飞轮、电动马达、所述电动平衡轮和所述电动马达和外壳之间的可拆卸机械和电气连接件相结合可以达到横向动态稳定，所述飞轮在所述平衡轮速度慢时以相同的方向转动，并且在所述平衡轮速度快时以相反的方向转动。

其中，与至少一个横向腿部支架和保护装置相结合，其可以不包括轮套。

其中，其可以包括机械固定到一个搁脚架的振动发生器马达。

其中，其可以包括至少两个相似的可拆卸电池组和至少两个相似的用于所述电池组的放置件。

其中，其可以包括至少两个相似的用于电池组的放置件，一个电池组插入到一个放置件中，一个连接到国内电力网的充电器插入到所述第二放置件中。

其中，借助由包含在所述电子平衡系统中的速度检测器和比较器、至少3个连接到所述电子平衡系统的光源、和(或)其轮套的数个透明或半透明零件的组合产生的照明颜色或其轮套颜色，可以显示其当前速度范围。

已经例示并且描述了本发明的优选实施例，如上文所述，可以在不脱离本发明的范围与精神的前提下作出许多更改。因此，本发明的范围不受所公开的优选实施例的限制，描述的实施例的任何组合均落入其范围之中。

相反，应完全参照以下权利要求对本发明进行确定。

Claims (22)

1.一种无座电动自平衡轮，具有

-至少一个可充电电池组，

-至少一个电动马达，

-至少一个电子平衡控制系统，

-至少一个使用者单腿横向支架，

-至少一个轮套；

其中，所述无座电动自平衡轮包括：

-只一个轮子，所述轮子无轮毂，

-所述电动马达和所述无轮毂轮子之间的至少一个动力传输装置，

-至少一个搁脚架，其中所述搁脚架或组合搁脚架的尺寸达到轮套的直径，

-所述搁脚架是容器，

-所述搁脚架被配置成当其位于所述轮子中心的下方时，对双腿站立在轮子同一侧或者单腿站立在轮子任一侧的使用者的一只脚或两只脚进行支撑，

-由于放置沉重部件使重心基本上位于所述无轮毂轮子的所述中心的下方的放置件，从而将所述电池和(或)所述马达和(或)所述传输装置和(或)所述平衡控制系统包含在所述搁脚架容器内；

关于离地间隙与优化的静态、动态、纵向和横向稳定性，具有安全性以及人体工学设计。

2.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，所述搁脚架在运输或存储过程中位于所述轮子的空心中。

3.根据权利要求2所述的电动自平衡轮，其中，所述搁脚架和所述轮子为分离的零件。

4.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，所述轮子包括柔性轮辋。

5.根据权利要求4所述的电动自平衡轮，其中，所述轮子由至少3个在所述轮辋上滚动的辊子导向，所述辊子的轴线连接到所述轮套。

6.根据权利要求1或5所述的电动自平衡轮，其中，所述传输装置包括向所述轮辋传输马达动力的旋转减速器。

7.根据权利要求4所述的电动自平衡轮，其中，至少2个连接到至少一个搁脚架的辊子在所述轮辋上滚动。

8.根据权利要求7所述的电动自平衡轮，其中，至少一个辊子由所述马达驱动。

9.根据权利要求4所述的电动自平衡轮，其中，所述轮辋包括倾斜轮辐。

10.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，高密度动力电池与高密度能量电池相配合。

11.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，柔软材料覆盖所述轮套。

12.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，借助位置明显高于其重心的轮胎的横向曲率中心，所述电动自平衡轮在使用前后立在地板上。

13.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，其搁脚架表面是光电电池充电器。

14.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，借助检测方向的平衡传感器并结合至少2个由电子平衡传感器驱动的光源，一盏灯照亮了前方的路。

15.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，地面上的2个额外支架位于两侧后方，可通过围绕一个轴转动而伸缩，通过由速度传感器驱动的致动器自动配置或收缩。

16.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，结构的折叠式与非折叠式零件在展开时进行支撑并变成座椅。

17.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，其与飞轮、电动马达、所述电动平衡轮和所述电动马达和外壳之间的可拆卸机械和电气连接件相结合达到横向动态稳定，所述飞轮在所述平衡轮速度慢时以相同的方向转动，并且在所述平衡轮速度快时以相反的方向转动。

18.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，与至少一个横向腿部支架和保护装置相结合，其不包括轮套。

19.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，其包括机械固定到一个搁脚架的振动发生器马达。

20.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，其包括至少两个相似的可拆卸电池组和至少两个相似的用于所述电池组的放置件。

21.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，其包括至少两个相似的用于电池组的放置件，一个电池组插入到一个放置件中，一个连接到国内电网的充电器插入到所述第二放置件中。

22.根据权利要求1所述的电动自平衡轮，其中，借助由包含在所述电子平衡系统中的速度检测器和比较器、至少3个连接到所述电子平衡系统的光源、和(或)其轮套的数个透明或半透明零件的组合产生的照明颜色或其轮套颜色，显示其当前速度范围。