CN107280870B - 一种利用无刷电机和多级行星齿轮减速机构驱动的电动轮椅 - Google Patents
一种利用无刷电机和多级行星齿轮减速机构驱动的电动轮椅 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开的一种利用无刷电机和多级行星减速机构驱动的电动轮椅，包括：椅架；设置在椅架的底部的一对转向轮和一对动力轮；设置在椅架上的用于驱动一对动力轮转动的一对驱动机构；一设置在椅架上且与一对驱动机构连接的蓄能机构；以及一设置在椅架上且与蓄能机构连接的操纵手柄；其驱动机构包括无刷电机和行星齿轮减速机构，所述行星齿轮减速机构为至少三级以上的行星齿轮减速机构，所述无刷电机与所述行星齿轮减速机构连为一体，所述无刷电机的输出轴与初级行星减速机构的输入端动力连接，末级行星齿轮减速机构的输出轴与所述电动轮椅的动力轮的轮毂动力连接。本发明结构更加简单，相应地减轻了电动轮椅的重量。
Description
技术领域
本发明涉及电动轮椅技术领域，尤其涉及一种利用无刷电机和多级行星齿轮减速机构驱动的电动轮椅。
背景技术
轮椅是下肢残障人士及年老体弱的人们不可缺少的代步工具。大多数轮椅是靠乘员双手驱动后轮来行驶，也有直流电动机驱动的电动轮椅或电动轮椅车。电动轮椅车是一种以蓄电池为能源、电子装置控制驱动的动力轮椅车。使用者可通过控制装置自行驱动轮椅车行进。
现有的电动轮椅中的每一动力轮均有一台电机通过减速齿轮机构驱动，然而用于驱动动力轮的电机的线圈、碳刷及齿轮的负载压力大，使用寿命短，而且现有的用于驱动动力轮的电机的体积较大，导致电动轮椅非常笨重。
无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。中小容量的无刷直流电动机的永磁体，现在多采用高磁能积的稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料。因此，稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。
无刷电机与有刷电机相比，具有如下优点：
1、无电刷、低干扰
无刷电机去除了电刷，最直接的变化就是没有了有刷电机运转时产生的电火花，这样就极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰。
2、噪音低，运转顺畅
无刷电机没有了电刷，运转时摩擦力大大减小，运行顺畅，噪音会低许多，这个优点对于模型运行稳定性是一个巨大的支持。
3、寿命长，低维护成本
少了电刷，无刷电机的磨损主要是在轴承上了，从机械角度看，无刷电机几乎是一种免维护的电动机了，必要的时候，只需做一些除尘维护即可。
为此，申请人进行了有益的探索和尝试，将无刷电机和多级行星减速机构应用在电动轮椅上，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：为了克服现有的电动轮椅的电机线圈、碳刷及齿轮的负载压力大，使用寿命短，电机笨重的缺陷，现提供一种利用无刷电机和多级行星齿轮减速机构驱动的电动轮椅，使得电动轮椅重量降低，更加轻便。
本发明所要解决的技术问题可采用以下技术方案来实现：
一种利用无刷电机和多级行星减速机构驱动的电动轮椅，包括：
一椅架；
设置在所述椅架的底部且位于所述椅架前侧的一对转向轮；
设置在所述椅架的底部且位于所述椅架后侧的一对动力轮；
设置在所述椅架上的用于驱动所述一对动力轮转动的一对驱动机构；
一设置在所述椅架上且与所述一对驱动机构连接的蓄能机构；以及
一设置在所述椅架上且与所述蓄能机构连接的操纵手柄；其特征在于，所述驱动机构包括无刷电机和行星齿轮减速机构，所述行星齿轮减速机构为至少三级以上的行星齿轮减速机构，所述无刷电机与所述行星齿轮减速机构连为一体，所述无刷电机的输出轴与初级行星减速机构的输入端动力连接，末级行星齿轮减速机构的输出轴与所述电动轮椅的动力轮的轮毂动力连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述末级行星齿轮减速机构的输出轴与所述无刷电机的输出轴位于同一轴线上。
在本发明的一个优选实施例中，所有行星齿轮减速机构位于同一轴线上。
在本发明的一个优选实施例中，所述至少三级以上的行星齿轮减速机构还包括第一端盖、第二端盖、具有内齿轮的减速箱体、电机输出齿轮、初级行星齿轮减速机构、至少一中间级行星齿轮减速机构和末级行星齿轮减速机构，所述第一端盖和第二端盖固定的具有内齿轮的减速箱体的两端上，所述第一端盖还与所述无刷电机固定连接，所述无刷电机的输出轴穿过所述第一端盖进入所述具有内齿轮的减速箱体中，所述电机输出齿轮固定在所述无刷电机的输出轴进入所述具有内齿轮的减速箱体中，所有的行星齿轮减速机构均位于所述具有内齿轮的减速箱体中，其中初级级行星齿轮减速机构中的行星轮一方面与所述电机输出齿轮啮合传动，另一方面与减速箱体中的内齿轮啮合传动，初级行星齿轮减速机构中的太阳齿轮与最近的中间级行星齿轮减速机构中的行星轮啮合传动，前一中间级行星齿轮减速机构中的太阳齿轮与下一中间级行星齿轮减速机构中的行星轮啮合，所有中间级行星齿轮减速机构中的行星轮还与减速箱体中的内齿轮啮合传动，末级行星齿轮减速机构中的行星轮一方面与相邻中间级行星齿轮减速机构中的太阳齿轮啮合，另一方面与与减速箱体中的内齿轮啮合传动，末级行星齿轮减速机构中的行星齿轮架与所述末级行星齿轮减速机构的输出轴动力连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述蓄能机构包括一设置在所述椅架上的电池盒以及设置在所述电池盒内的电池。
在本发明的一个优选实施例中，还包括一控制箱，所述控制箱安装在椅架上，所述控制箱内设置有一驱动电路，所述驱动电路与所述驱动机构和操作手柄控制连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述无刷电机为三相无刷电机。
在本发明的一个优选实施例中，所述三相无刷电机为高速小型三相无刷电机。
在本发明的一个优选实施例中，所述驱动电路包括一驱动芯片、六个驱动三极管、六个二极管，另外在所述无刷电机的转子周围设置三个霍尔传感器，三个霍尔传感器的输出端与所述驱动芯片上的三个霍尔信号输入端连接，六个驱动三极管分为第一至第六驱动三极管，六个二极管分为第一至第六二极管，所述第一至第六驱动三级管的基极分别与所述驱动芯片的六个驱动信号输出端连接，第一至第六二极管的两端分别连接在第一至第六驱动三级管的集电极和发射级上，其中第一至第六二极管的正极分别与第一至第六驱动三级管的发射级连接，第一至第六二极管的负极分别与第一至第六驱动三级管的集电级连接；所述第一驱动三级管、第二驱动三级管、第三驱动三级管的集电极连接在一起接直流电源的正极，所述第四驱动三级管、第五驱动三级管、第六驱动三级管的发射极连接在一起接直流电源的负极；三相无刷电机中的线圈分为A、B、C三相线圈，所述A、B、C三相线圈采用星形接法连接起来，所述A相线圈的一端与所述第一驱动三级管的发射极和第六驱动三级管的集电极连接，所述B相线圈的一端与所述第二驱动三级管的发射极和第五驱动三级管的集电极连接，所述C相线圈的一端与所述第三驱动三级管的发射极和第四驱动三级管的集电极连接；
所述驱动电路控制三相无刷电机中的A、B、C三相线圈轮换通电并且该改变电流方向来驱动三相无刷电机转动；如果关闭电源，三相无刷电机中的A、B、 C三相线圈都不通电，驱动轮就可自由转动；如果只把其中一相加一个不变方向的电压，三相无刷电机就处于抱死状态。
由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：电动轮椅的每个动力轮由一个三相无刷电机通过行星齿轮减速齿轮组共同驱动，使得结构更加简单，相应地减轻了电动轮椅的重量。另外由于本发明的驱动电路控制三相无刷电机中的A、B、C三相线圈轮换通电并且该改变电流方向来驱动三相无刷电机转动，驱动动力轮转动。如果关闭电源，三相无刷电机中的A、B、C三相线圈都不通电，动力轮就可自由转动，手动推行起来更加省力。如果只把其中一相加一个不变方向的电压，三相无刷电机就处于抱死状态，外力很难使它转动，起到了制动效果，使得本发明省去了外置制动器，进一步减轻了电动轮椅的重量，降低了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的电动轮椅的结构示意图。
图2为本发明驱动机构的外形示意图。
图3为本发明驱动机构的结构示意图。
图4为本发明驱动机构的分解示意图。
图5为本发明的驱动电路原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1，图中给出的是一种轻便电动轮椅，包括椅架100、一对转向轮 200、一对动力轮300、一对驱动机构400、蓄能机构500、操纵手柄600、控制箱700。
一对转向轮200设置在椅架100的底部且位于椅架100的前侧。一对动力轮 300设置在椅架100的底部且位于椅架100的后侧。一对驱动机构400设置在椅架100上且与一对动力轮300驱动连接，用于驱动一对动力轮300转动。蓄能机构500设置在椅架100上且位于椅架100的一侧，便于椅架100的折叠操作，蓄能机构500与一对驱动机构400电连接，用于向一对驱动机构400提供电能。具体地，蓄能机构500包括一设置在椅架100上的电池盒510以及设置在电池盒 510内且与一对驱动机构400电连接的电池(图中未示出)。操纵手柄600设置在椅架100上。
控制箱700安装在椅架100上，控制箱700内设置有一驱动电路(图中未示出)，驱动电路与驱动机构和操作手柄600控制连接。
参见图2至图4，驱动机构400包括无刷电机410和行星齿轮减速机构 420。行星齿轮减速机构420包括第一端盖421、第二端盖422、具有内齿轮 423a的减速箱体423、电机输出齿轮424、第一级行星齿轮减速机构425、第二级行星齿轮减速机构426、第三级行星齿轮减速机构427。
无刷电机410为高速小型三相无刷电机，其外径只有40cm左右，长度大约 30cm左右，转速达到3000转/分钟。
第一端盖421和第二端盖422固定的具有内齿轮423a的减速箱体423的两端上，第一端盖421还通过螺栓421a与三相无刷电机410固定连接，三相无刷电机410的输出轴411穿过第一端盖421进入具有内齿轮423a的减速箱体423中，电机输出齿轮424固定在无刷电机410的输出轴411进入具有内齿轮423a的减速箱体423中。
第一级行星齿轮减速机构425中的行星轮425a一方面与电机输出齿轮 424啮合传动，另一方面与减速箱体423a中的内齿轮423啮合传动，第一级行星齿轮减速机构425中的太阳齿轮425b与第二级行星齿轮减速机构426中的行星轮426a啮合传动，第二级行星齿轮减速机构426中的行星轮426a还与减速箱体423中的内齿轮423a啮合传动，第二级行星齿轮减速机构426中的太阳齿轮426a与第三级行星齿轮减速机构427中的行星轮427a啮合传动，第三级行星齿轮减速机构427中的行星轮427a还与减速箱体423中的内齿轮 423a啮合传动，第三级行星齿轮减速机构427中的行星齿轮架427b与输出轴 427c动力连接。输出轴427c的一端穿过第二端盖422与电动轮椅的动力轮 300的轮毂310动力连接。
参见图5，驱动电路包括一驱动芯片MCU、驱动三极管Q1～Q6、二极管D1～ D6，另外在三相无刷电机的转子412周围设置三个霍尔传感器T1～T3，三个霍尔传感器T1～T3的输出端与驱动芯片MCU上的三个霍尔信号输入端IC1～IC3 连接。
驱动三极管Q1～Q6的基极分别与驱动芯片MCU的六个驱动信号输出端 PWM1～PWM6连接，二极管D1～D6的两端分别连接在驱动三极管Q1～Q6的集电极和发射级上，其中二极管D1～D6的正极分别与驱动三极管Q1～Q6的发射级连接，二极管D1～D6的负极分别与驱动三极管Q1～Q6的集电级连接。
驱动三极管Q1～Q3的集电极连接在一起接直流电源DC的正极，驱动三极管Q4～Q6的发射极连接在一起接直流电源DC的负极。
三相无刷电机中的线圈分为A、B、C三相线圈，A、B、C三相线圈采用星形接法连接起来，A相线圈的一端与驱动三级管Q1的发射极和驱动三级管Q6的集电极连接，B相线圈的一端与驱动三级管Q2的发射极和驱动三级管Q5的集电极连接，C相线圈的一端与驱动三级管Q3的发射极和驱动三级管Q4的集电极连接。
上述驱动电路控制三相无刷电机中的A、B、C三相线圈轮换通电并且该改变电流方向来驱动三相无刷电机转动，驱动动力轮转动。如果关闭电源，三相无刷电机中的A、B、C三相线圈都不通电，动力轮就可自由转动，手动推行起来更加省力。如果只把其中一相加一个不变方向的电压，三相无刷电机就处于抱死状态，外力很难使它转动，起到了制动效果，使得本发明省去了外置制动器，进一步减轻了电动轮椅的重量，降低了成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种利用无刷电机和多级行星减速机构驱动的电动轮椅，包括：
一椅架；
设置在所述椅架的底部且位于所述椅架前侧的一对转向轮；
设置在所述椅架的底部且位于所述椅架后侧的一对动力轮；
设置在所述椅架上的用于驱动所述一对动力轮转动的一对驱动机构；
一设置在所述椅架上且与所述一对驱动机构连接的蓄能机构；以及
一设置在所述椅架上且与所述蓄能机构连接的操纵手柄；其特征在于，
所述驱动机构包括无刷电机和行星齿轮减速机构，所述行星齿轮减速机构为至少三级以上的行星齿轮减速机构，所述无刷电机与所述行星齿轮减速机构连为一体，所述无刷电机的输出轴与初级行星减速机构的输入端动力连接，末级行星齿轮减速机构的输出轴与所述电动轮椅的动力轮的轮毂动力连接；
还包括一控制箱，所述控制箱安装在椅架上，所述控制箱内设置有一驱动电路，所述驱动电路与所述驱动机构和操作手柄控制连接；
所述驱动电路包括一驱动芯片、六个驱动三极管、六个二极管，另外在所述无刷电机的转子周围设置三个霍尔传感器，三个霍尔传感器的输出端与所述驱动芯片上的三个霍尔信号输入端连接，六个驱动三极管分为第一至第六驱动三极管，六个二极管分为第一至第六二极管，所述第一至第六驱动三级管的基极分别与所述驱动芯片的六个驱动信号输出端连接，第一至第六二极管的两端分别连接在第一至第六驱动三级管的集电极和发射级上，其中第一至第六二极管的正极分别与第一至第六驱动三级管的发射级连接，第一至第六二极管的负极分别与第一至第六驱动三级管的集电级连接；所述第一驱动三级管、第二驱动三级管、第三驱动三级管的集电极连接在一起接直流电源的正极，所述第四驱动三级管、第五驱动三级管、第六驱动三级管的发射极连接在一起接直流电源的负极；三相无刷电机中的线圈分为A、B、C三相线圈，所述A、B、C三相线圈采用星形接法连接起来，所述A相线圈的一端与所述第一驱动三级管的发射极和第六驱动三级管的集电极连接，所述B相线圈的一端与所述第二驱动三级管的发射极和第五驱动三级管的集电极连接，所述C相线圈的一端与所述第三驱动三级管的发射极和第四驱动三级管的集电极连接；所述驱动电路控制三相无刷电机中的A、B、C三相线圈轮换通电并且改变电流方向来驱动三相无刷电机转动；如果关闭电源，三相无刷电机中的A、B、C三相线圈都不通电，驱动轮就可自由转动；如果只把其中一相加一个不变方向的电压，三相无刷电机就处于抱死状态。
2.如权利要求1所述的一种利用无刷电机和多级行星减速机构驱动的电动轮椅，其特征在于，所述末级行星齿轮减速机构的输出轴与所述无刷电机的输出轴位于同一轴线上。
3.如权利要求2所述的一种利用无刷电机和多级行星减速机构驱动的电动轮椅，其特征在于，所有行星齿轮减速机构位于同一轴线上。
4.如权利要求1至3任一项权利要求所述的一种利用无刷电机和多级行星减速机构驱动的电动轮椅，其特征在于，所述至少三级以上的行星齿轮减速机构还包括第一端盖、第二端盖、具有内齿轮的减速箱体、电机输出齿轮、初级行星齿轮减速机构、至少一中间级行星齿轮减速机构和末级行星齿轮减速机构，所述第一端盖和第二端盖固定的具有内齿轮的减速箱体的两端上，所述第一端盖还与所述无刷电机固定连接，所述无刷电机的输出轴穿过所述第一端盖进入所述具有内齿轮的减速箱体中，所述电机输出齿轮固定在所述无刷电机的输出轴进入所述具有内齿轮的减速箱体中，所有的行星齿轮减速机构均位于所述具有内齿轮的减速箱体中，其中初级级行星齿轮减速机构中的行星轮一方面与所述电机输出齿轮啮合传动，另一方面与减速箱体中的内齿轮啮合传动，初级行星齿轮减速机构中的太阳齿轮与最近的中间级行星齿轮减速机构中的行星轮啮合传动，前一中间级行星齿轮减速机构中的太阳齿轮与下一中间级行星齿轮减速机构中的行星轮啮合，所有中间级行星齿轮减速机构中的行星轮还与减速箱体中的内齿轮啮合传动，末级行星齿轮减速机构中的行星轮一方面与相邻中间级行星齿轮减速机构中的太阳齿轮啮合，另一方面与与减速箱体中的内齿轮啮合传动，末级行星齿轮减速机构中的行星齿轮架与所述末级行星齿轮减速机构的输出轴动力连接。
5.如权利要求4所述的一种利用无刷电机和多级行星减速机构驱动的电动轮椅，其特征在于，所述蓄能机构包括一设置在所述椅架上的电池盒以及设置在所述电池盒内的电池。
6.如权利要求4所述的一种利用无刷电机和多级行星减速机构驱动的电动轮椅，其特征在于，所述无刷电机为三相无刷电机。
7.如权利要求6所述的一种利用无刷电机和多级行星减速机构驱动的电动轮椅，其特征在于，所述三相无刷电机为高速小型三相无刷电机。
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