CN108819702A - 一种利用重力助驱的车辆 - Google Patents

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CN108819702A CN201810480238.7A CN201810480238A CN108819702A CN 108819702 A CN108819702 A CN 108819702A CN 201810480238 A CN201810480238 A CN 201810480238A CN 108819702 A CN108819702 A CN 108819702A
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柯玉铸
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Lianjiang Fujian Xin Xin Forestry Development Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K8/00—Arrangement or mounting of propulsion units not provided for in one of the preceding main groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B19/00—Wheels not otherwise provided for or having characteristics specified in one of the subgroups of this group
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G3/00—Other motors, e.g. gravity or inertia motors

Abstract

本发明涉及节能车辆制造技术领域，具体涉及一种利用重力助驱的车辆，包括外轮、内轮、底盘、电驱动装置、重力助驱装置和重力传动装置；所述外轮包括硬轮和硬轮内齿，所述硬轮内齿位于硬轮的一端并沿硬轮内侧圆周分布；所述内轮包括承重轮、承重轴承和承重轴，所述承重轮位于硬轮内侧中部，所述承重轮的端面上设有中心通孔，所述承重轴承设置在中心通孔的两端，所述承重轴穿过中心通孔并和承重轴承连接，所述承重轴的两端和底盘连接；本发明的有益效果在于：结构设计简单，操作方便，能够把有碍于车轮行驶的重力利用为促使车辆前进的驱动力，从而节约车辆行驶所需的能源，不仅能够达到大幅节能的目的，而且还能提高续航能力。

Description

一种利用重力助驱的车辆
技术领域
本发明涉及节能车辆制造技术领域，具体涉及一种利用重力助驱的车辆。
背景技术
重力能源是随时随地可得的免费能源，能够早一天在汽车等领域上应用，不仅可节省一大笔的石油、汽车等进口支出，也会减少石油开采、可燃冰开采等对地球的破坏，而且对强国、对人类的发展会起到很大的促进作用。
现在新能源汽车涵盖太阳能汽车、氢能源汽车、压缩空气汽车、电动汽车及利用其它能源的汽车，目前，我们国家在经济上支撑推广的汽车主要是电动汽车，电动汽车没有尾气污染，对环保出行作出了积极的贡献，但电动汽车的最大缺点是蓄电池提供的能源续航里程较短，蓄电池的充电较为耗时，且充电桩在城市的小区内也没有设置，充电桩在乡镇、村庄尚未普及，使汽车充电极不方便。
到目前为止，国家对重力用于助驱车辆或重力作为可利用的能源的研究尚未排上日程或者说尚未列入研究计划，而且有关汽车的节能往往是小节能，节能量极为有限。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用重力助驱的车辆，能够把有碍于车轮行驶的重力利用为促使车辆前进的驱动力，从而节约车辆行驶所需的能源，不仅能够达到大幅节能的目的，而且还能提高续航能力。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种利用重力助驱的车辆，包括外轮、内轮、底盘、电驱动装置、重力助驱装置和重力传动装置；
所述外轮包括硬轮和硬轮内齿，所述硬轮内齿位于硬轮的一端并沿硬轮内侧圆周分布；所述内轮包括承重轮、承重轴承和承重轴，所述承重轮位于硬轮内侧中部，所述承重轮的端面上设有中心通孔，所述承重轴承设置在中心通孔的两端，所述承重轴穿过中心通孔并和承重轴承连接，所述承重轴的两端和底盘连接；所述电驱动装置包括调速电动机、调速电动机驱动转动的驱动齿轮和驱动转换齿轮，所述驱动齿轮和所述硬轮内齿齿合，所述驱动转换齿轮和所述硬轮内齿齿合；
所述重力助驱装置包括立杆、撬动杆、撬动齿轮和钢丝绳，所述立杆和承重轮的端面平行且与硬轮的切线垂直，立杆的上端设有圆环且下端和硬轮内侧连接，所述撬动杆倾斜设置，所述撬动杆的下端设有用于支撑承重轮的水平连接件，所述撬动杆的上端穿过圆环并和撬动齿轮连接，所述承重轮的两端均设有重力助驱装置，两端的所述重力助驱装置通过水平连接件连接，两端的所述重力助驱装置围绕着承重轮的圆周面均匀分布，位于同一端的所述重力助驱装置的撬动杆之间通过钢丝绳连为一体；
所述重力传动装置包括传动齿轮、档位齿轮、档位拨杆、重力驱动齿轮、倒车传动齿轮和倒车齿轮，所述传动齿轮和撬动齿轮齿合，所述档位齿轮和传动齿轮同轴设置，所述档位拨杆设置在档位齿轮上，所述档位齿轮可通过拨动杆拨动分别与重力驱动齿轮和倒车传动齿轮齿合，所述倒车传动齿轮和倒车齿轮齿合，所述硬轮内齿分别与重力驱动齿轮和倒车齿轮齿合。
进一步的，所述撬动杆上端靠近圆环的位置上设有止滑销，所述撬动杆上端接近撬动齿轮的位置上设有定位通槽。
进一步的，所述重力助驱装置还包括定位杆，所述定位杆设置在立杆和撬动齿轮之间，所述定位杆和立杆平行设置，所述定位杆的上端穿过定位通槽且下端和硬轮内侧连接。
进一步的，所述定位杆上套设有弹簧，所述弹簧的上端和撬动杆连接且下端和硬轮内侧连接。
进一步的，所述电驱动装置还包括电机轴齿轮、转动轴、转动轴轴承、转动轴轴承座、转动轴齿轮和轴传动齿轮，所述电机轴齿轮设置在调速电动机的电机轴上，所述转动轴通过转动轴轴承以及转动轴轴承座设置在底盘上，所述转动轴齿轮设置在转动轴上且与电机轴齿轮齿合，所述轴传动齿轮的齿轮轴设置在底盘上且齿轮轴两端的轴传动齿轮分别与电机轴齿轮和转动轴齿轮连接，所述驱动齿轮设置在转动轴的末端。
进一步的，还包括减震装置，所述减震装置设置在承重轴和底盘之间，所述减震装置包括气体弹簧减震器和震动能量利用装置，所述气体弹簧减震器的上端和底盘连接，所述气体弹簧减震器的下端和震动能量利用装置的上端连接，所述震动能量利用装置的下端和承重轴连接。
进一步的，所述震动能量利用装置包括减震弹簧、带滑动槽的弹簧套、减震转动杆、减震转动杆轴承和减震转动杆轴承轴，所述减震弹簧设置在弹簧套内，所述减震转动杆设有圆孔，所述减震转动杆的一端插入弹簧套并与减震弹簧的下端连接，另一端与所述硬轮的内侧接触，所述减震转动杆轴承套设于减震转动杆的圆孔内，所述减震转动杆轴承轴的一端和减震转动杆轴承连接，另一端和承重轴连接。
进一步的，还包括限位装置，所述限位装置包括限位槽、限位轴和限位杆，所述限位槽设置在硬轮的内侧且位于硬轮的两端，所述限位轴水平设置，所述限位杆竖直设置，所述限位轴的一端位于限位槽内，另一端和限位杆的下端连接，所述限位杆的上端与所述承重轴连接。
进一步的，还包括刹车，所述刹车为碟刹，所述碟刹包括刹车盘和刹车钳，所述碟刹的刹车盘设置在外硬轮内端面上，所述碟刹的刹车钳和底盘连接。
进一步的，所述硬轮的外表面还包裹有轮套，所述轮套的材质为橡胶。
本发明的有益效果在于：通过采用橄榄形的承重轮可避免撬动杆被压弯或被压断，同时撬动杆在承重轮上呈卷帘式结构分布也能使撬动杆更容易被压到；通过将承重轮设置在硬轮内侧最接近底面的位置构成轮套轮结构，其中外轮的硬轮为变形小、经防锈处理、直径和长度与车辆相匹配的圆柱管，如铁管或合金管等，变形小，滚动摩擦力远小于充气轮胎的摩擦力，可大幅度节能，其中滚动摩擦力仅约为充气轮胎的1/5，而且采用轮套轮的结构，有利于车轮的动平衡。
启动电驱动装置，驱动齿轮转动进而带动硬轮内齿的顶部靠前进侧位置驱动，以增加驱动力相对于车轮滚动支点的压动力臂，可实现节能近1/2；变车轮的滚动为压动，既进一步减少车轮的摩擦力起到节能作用，在外轮前进侧产生一个下压力可降低车辆的飘浮，又使车轮不依赖摩擦力而滚动起到防滑作用；充分利用重力能源，设置重力助驱装置既可将重力转化为驱动力，然后通过重力传动装置中的齿轮传动重力，在实现利用重力助驱的同时又可减轻车辆的负载。
本发明的利用重力助驱的车辆，结构设计简单，操作方便，能够把有碍于车轮行驶的重力利用为促使车辆前进的驱动力，从而节约车辆行驶所需的能源，不仅能够达到大幅节能的目的，而且还能提高续航能力。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的一种利用重力助驱的车辆的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式的限位装置的结构示意图；
图3为本发明具体实施方式的重力助驱装置的结构示意图；
图4为本发明具体实施方式的重力传动装置的结构示意图；
图5为本发明具体实施方式的减震装置的结构示意图；
图6为图5所示的震动能量利用装置的结构示意图；
图7为本发明具体实施方式的电驱动装置的结构示意图；
图8为本发明具体实施方式的外轮与充气车轮滚动时的力矩对比分析示意图；
图9为本发明具体实施方式的变更动力驱动部位后节能分析示意图；
标号说明：
1、外轮；11、硬轮；12、硬轮内齿；
2、内轮；21、承重轮；22、承重轴承；23、承重轴；
3、底盘；
4、电驱动装置；41、调速电动机；42、电机轴齿轮；43、转动轴；44、转动轴轴承；45、转动轴轴承座；46、转动轴齿轮；47、轴传动齿轮；48、驱动齿轮；49、驱动转换齿轮；
5、重力助驱装置；51、立杆；511、圆环；52、撬动杆；521、水平连接件；522、定位通槽；53、撬动齿轮；54、钢丝绳；55、止滑销；56、定位杆；57、弹簧；
6、重力传动装置；61、传动齿轮；62、档位齿轮；63、档位拨杆；64、重力驱动齿轮；65、倒车驱动齿轮；66、倒车齿轮；
7、减震装置；71、气体弹簧减震器；72、震动能量利用装置；721、减震弹簧；722、弹簧套；723、减震转动杆；724、减震转动杆轴承；725、减震转动杆轴承轴；
8、限位装置；81、限位槽；82、限位轴；83、限位杆；
9、刹车。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：通过重力助驱装置将重力转化为驱动力，然后通过重力传动装置中的齿轮传动重力，促使车辆前进，从而节约车辆行驶所需的能源，不仅能够达到大幅节能的目的，而且还能提高续航能力。
请参照图1至图4所示，一种利用重力助驱的车辆，包括外轮1、内轮2、底盘3、电驱动装置4、重力助驱装置5和重力传动装置6；
所述外轮1包括硬轮11和硬轮内齿12，所述硬轮内齿12位于硬轮11的一端并沿硬轮11内侧圆周分布；所述内轮2包括承重轮21、承重轴承22和承重轴23，所述承重轮21位于硬轮11内侧中部，所述承重轮21的端面上设有中心通孔，所述承重轴承22设置在中心通孔的两端，所述承重轴23穿过中心通孔并和承重轴承22连接，所述承重轴23的两端和底盘3连接；所述电驱动装置4包括调速电动机41、调速电动机41驱动转动的驱动齿轮48和驱动转换齿轮49，所述驱动齿轮48和所述硬轮内齿12齿合，所述驱动转换齿轮49和所述硬轮内齿12齿合；
所述重力助驱装置5包括立杆51、撬动杆52、撬动齿轮53和钢丝绳54，所述立杆51和承重轮21的端面平行且与硬轮11的切线垂直，立杆51的上端设有圆环511且下端和硬轮11内侧连接，所述撬动杆52倾斜设置，所述撬动杆52的下端设有用于支撑承重轮21的水平连接件521，所述撬动杆52的上端穿过圆环511并和撬动齿轮53连接，所述承重轮21的两端均设有重力助驱装置5，两端的所述重力助驱装置5通过水平连接件521连接，两端的所述重力助驱装置5围绕着承重轮21的圆周面均匀分布，位于同一端的所述重力助驱装置5的撬动杆52之间通过钢丝绳54连为一体；
所述重力传动装置6包括传动齿轮61、档位齿轮62、档位拨杆63、重力驱动齿轮64、倒车驱动齿轮65和倒车齿轮66，所述传动齿轮61和撬动齿轮53齿合，所述档位齿轮62和传动齿轮61同轴设置，所述档位拨杆63设置在档位齿轮62上，所述档位齿轮62可通过拨动杆拨动分别与重力驱动齿轮64和倒车驱动齿轮65齿合，所述倒车驱动齿轮65和倒车齿轮66齿合，所述硬轮内齿12分别与重力驱动齿轮64和倒车齿轮66齿合。
上述的一种利用重力助驱的车辆的驱动原理为：
请参照图3、图4和图7所示，本发明的承重轮21的结构为橄榄形，在外轮1的硬轮11内侧设置内轮2，内轮2和外轮1组成车辆的车轮结构，底盘3上共有四组这样的车轮结构；两组的车轮结构设置在底盘3的前端两侧并和电驱动装置4构成前驱动装置，这里需要注意的是前驱动装置上并未安装驱动转换驱动，其中前驱动装置的驱动齿轮48安装在外轮1的滚动支点上方略偏外轮1前进滚动一侧的硬轮11内侧边缘，并和硬轮内齿12齿合；另外两组的车轮结构设置在底盘3的后端两侧并和电驱动装置4构成后驱动装置，这里需要注意的是后驱动装置实际上还包括驱动转换齿轮49，其中电驱动装置4的驱动转换齿轮49设置在后驱动装置上并安装在后驱动装置的外轮1的滚动支点上方略偏滚动轮前进滚动一侧的外轮1内边缘，并和驱动齿轮48齿合，而且后驱动装置的驱动转换齿轮49和硬轮内齿12齿合；前驱动装置和后驱动装置通过电驱动装置4连接。
本发明的利用重力助驱的车辆工作时，打开调速电动机41的正转电源开关，即挂上前进档，调速电动机41的电机轴正向转动带动驱动齿轮48转动，同时在电驱动装置4的作用下，带动后驱动装置的驱动齿轮48转动，进而带动驱动转换齿轮49转动；由于前驱动装置的驱动齿轮48或后驱动装置的驱动转换齿轮49与硬轮11内侧的硬轮内齿12齿合，因此进一步带动外轮1向前滚动，而在外轮1向前滚动的情况下，带动贴于硬轮11内侧的承重轮21向前滚动，此时固定在承重轮21的承重轴23上的底盘3和车箱就向前平移，实现了车辆的正常行进。
在承重轮21滚动时，撬动杆52开始工作，撬动杆52在承重轮21上呈卷帘式结构，撬动杆52采用的是杠杆原理，杠杆的支点位于立杆51顶端的圆环511处，承重轮21向下挤压撬动杆52的一端，撬动杆52的另一端上翘，从而驱动撬动齿轮53转动，进而撬动齿轮53带动传动齿轮61和档位齿轮62空载转动。
当挂上重力助驱档时，在档位拨杆63的作用下，档位齿轮62与重力驱动齿轮64齿合，由于重力驱动齿轮64和硬轮内齿12齿合，因此重力驱动齿轮64就带动硬轮11转动。
当停车时档位拨杆63挂在空挡处。当倒车时，将调速电机的电源开关转到倒车档处，电机逆转使硬轮11倒转，挂上倒车档，在档位拨杆63的作用下，档位齿轮62与倒车驱动齿轮65齿合，带动倒车驱动齿轮65和倒车齿轮66转动，由于倒车齿轮66和硬轮内齿12齿合，因此能够带动硬轮11倒转实现倒车。
上述的一种利用重力助驱的车辆的有益效果在于：
通过采用橄榄形的承重轮21可避免撬动杆52被压弯或被压断，同时撬动杆52在承重轮21上呈卷帘式结构分布也能使撬动杆52更容易被压到；通过将承重轮21设置在硬轮11内侧最接近底面的位置构成轮套轮结构，其中外轮1的硬轮11为变形小、经防锈处理、直径和长度与车辆相匹配的圆柱管，如铁管或合金管等，变形小，滚动摩擦力远小于充气轮胎的摩擦力，可大幅度节能，其中滚动摩擦力仅约为充气轮胎的1/5，而且采用轮套轮的结构，有利于车轮的动平衡。
启动电驱动装置4，驱动齿轮48转动进而带动硬轮内齿12的顶部靠前进侧位置驱动，以增加驱动力相对于车轮滚动支点的压动力臂，可实现节能近1/2；变车轮的滚动为压动，既进一步减少车轮的摩擦力起到节能作用，在外轮1前进侧产生一个下压力可降低车辆的飘浮，又使车轮不依赖摩擦力而滚动起到防滑作用；充分利用重力能源，设置重力助驱装置5既可将重力转化为驱动力，然后通过重力传动装置6中的齿轮传动重力，在实现利用重力助驱的同时又可减轻车辆的负载。
本发明的利用重力助驱的车辆，结构设计简单，操作方便，能够把有碍于车轮行驶的重力利用为促使车辆前进的驱动力，从而节约车辆行驶所需的能源，不仅能够达到大幅节能的目的，而且还能提高续航能力。
由上述描述的有益效果具体说明如下：
第一、采用硬轮11克服形变来减少荷重车轮的滚动摩擦力，达到节能目的。
将常用的充气车轮更改为形变极小的硬轮11即钢轮可减少车轮的滚动摩擦力，依据滚动摩擦力的成因，滚动摩擦力主要来源于滚动时克服形变所需的力(当然还有其它极微小的力例如接触物之间的分子吸力等)，相对充气车轮来说，硬轮11变形极小，可减少了其与地面之间相接触沿滚动方向的长度，从而缩短了车轮滚动时的支点与车轮重心的间距，相应减小了车轮滚动时所需力矩的力臂，在载重相同的情况下，使车轮滚动所需的力矩得到减小，进而减小车辆前进所需的动力，起到节能作用。
如图8所示，要让荷重为M形变较大的充气轮胎匀速滚动，所需的力矩为M×AB，而要让荷重为M微形变的钢轮匀速滚动，所需的力矩为M×CD，则F1×OA＝M×AB，F2×OC＝M×CD，以轮径为60厘米的轿车车轮为例估算，对轿车观察测量的结果大体是，多数轿车的充气车轮AB约为10厘米，OA约为29厘米，而钢轮几乎不变形，但这里钢轮的OC以24.5厘米计、CD以2厘米计，则可求出F2为19.66％的F1，使车轮转动一周行使的距离是一样的为S，而两个力所做的功(分别为F1×S和F2×S)差别极大，则说明车轮转动一周所需的能量也差别极大，钢轮仅需充气车轮19.66％的能量，表明采用钢轮作为汽车行驶轮可大幅度节能(80.34％)。当然这种节能是建立在暂不考虑钢轮太硬会增加车轮颠簸耗能的前提下，其实这种大幅度节能远大于颠簸耗能，而且颠簸耗能还通过震动能量利用装置72重新收集其能量再转化为驱动力。
上述例子的数据参考网上用轮胎参数计算出直径59.55厘米，然后采用勾股定理计算出OA的测量值大约为29厘米，依据轮胎标注195计算出AB的测量值大约为10厘米、并结合网上查到的轮胎着地面积为400平方厘米。
第二、变更动力驱动部位，获得节能效果。
常规车轮的滚动是通过轮心驱动力的转动使车轮的轮胎卷动，这种卷动除了需要转动力矩来抬高车轮重心克服势能使车轮滚动而消耗能量之外，还需克服车轮卷动时与地面形成摩擦力而消耗能量，如果使用钢轮依然由轮心驱动力卷动，那么钢轮虽然大大减少了滚动摩擦力，但仍然还有一些滚动摩擦阻力存在。
如图9所示，弧形的箭头表示外轮1滚动方向，本方案采用在外轮1内侧壁略偏移车轮与地面接触部分的对向内壁边缘沿前进滚动一侧的位置驱动，使车轮成为侧压滚动，改变车轮运动方式，即由轮心卷动改变为由支点上方侧边压动，让动力在偏离支点的位置上发挥作用，形成了以支点D为支撑的杠杆压动，消除地面对车轮的摩擦阻力，也不依赖摩擦力使车轮滚动，对钢轮采取杠杆压动可减少钢轮卷动时由摩擦阻力造成的能耗，可见，车轮采用侧压滚动较常规卷动的滚动方式更节能。另一方面，在外轮1内侧E点的边缘设立驱动，可节能接近50％。与上述第一点所述的有益效果同理，当钢轮的荷重为M，使钢轮匀速滚动，在轮心驱动时的力矩F3×HO＝M×CD，在E点的边缘驱动时的力矩F4×DG＝M×CD，因为DG≈2HO，所以，F4接近F3的一半，同样使钢轮匀速滚动一周，F4所做的功只有F3所做功的一半，则可再次节能接近50％，而这两方面的节能之和可达50％，可见，变更动力驱动部位后，可节能达50％。
第三、采用轮套轮技术方案，有利于车轮的动平衡。
在外硬轮11的内壁上安装了驱动装置，如果把汽车的承重轮21轴安装在外硬轮11的轮心位置，那么外硬轮11的动平衡受到破坏，汽车的颠坡会相当严重，为解决这一问题，采用了轮套轮的技术方案，外硬轮11仅作为无中心轴的滚动轮，把汽车的承重轮21安放在外硬轮11内侧的轨道中运转，只要承重轮21转动时达到平衡，则不影响车辆的行驶。
第四、改变车轮通常的滚动行进成为压动行进，起到极佳防滑作用。
常规车轮的滚动行进是通过轮心驱动力的转动使车轮的轮胎卷动行进，而这种卷动是依靠车轮与地面之间形成的摩擦力来促使车轮滚动让车辆向前进行的，本方案采用在外硬轮11内侧壁位置驱动，使车轮成为侧压滚动，形成了由支点上方则边压动，让动力在偏离支点的位置上发挥作用，变成以支点为支撑的杠杆压动，是依靠力矩促使车轮滚动而不依赖摩擦力使车轮滚动，即使在极为光滑的冰面上也能良好滚动，所以起到极佳的防滑作用。
第五、采用重力助驱装置5，可将重力转化为驱动力，可起到减轻车辆负载和节能的作用。
重力助驱装置5采用杠杆原理，将重力转换为驱动力，然后通过重力传动装置6中的齿轮传动重力，在实现利用重力助驱的同时又可减轻车辆的负载；
利用重力助驱装置5，为车辆增添驱动能源，从而达到节能的目的，而且还能极大地延长车辆的行驶里程，大力提高车辆的续航能力。
进一步的，上述的一种利用重力助驱的车辆中，所述撬动杆52上端靠近圆环511的位置上设有止滑销55，所述撬动杆52上端接近撬动齿轮53的位置上设有定位通槽522。
由上述描述可知，通过在撬动杆52上端靠近圆环511的位置上设有止滑销55，可以防止撬动杆52在圆环511上滑落，所述撬动杆52上端接近撬动齿轮53的位置上设有定位通槽522，以便于撬动杆52的后续限定位置使用。
进一步的，上述的一种利用重力助驱的车辆中，所述重力助驱装置5还包括定位杆56，所述定位杆56设置在立杆51和撬动齿轮53之间，所述定位杆56和立杆51平行设置，所述定位杆56的上端穿过定位通槽522且下端和硬轮11内侧连接。
由上述描述可知，通过设置定位杆56以及通过定位杆56和定位通槽522的配合使用，可以防止撬动杆52在工作时出现跑偏或偏移的现象。
进一步的，上述的一种利用重力助驱的车辆中，所述定位杆56上套设有弹簧57，所述弹簧57的上端和撬动杆52连接且下端和硬轮11内侧连接。
由上述描述可知，当撬动杆52受承重轮21压迫接近结束即将脱离撬动齿轮53时，通过在定位杆56上设置弹簧57可以为撬动杆52提供一个复位的作用力使撬动杆52复位。
进一步的，上述的一种利用重力助驱的车辆中，所述电驱动装置4还包括电机轴齿轮42、转动轴43、转动轴轴承44、转动轴轴承座45、转动轴齿轮46和轴传动齿轮47，所述电机轴齿轮42设置在调速电动机41的电机轴上，所述转动轴43通过转动轴轴承44以及转动轴轴承座45设置在底盘3上，所述转动轴齿轮46设置在转动轴43上且与电机轴齿轮42齿合，所述轴传动齿轮47的齿轮轴设置在底盘3上且齿轮轴两端的轴传动齿轮47分别与电机轴齿轮42和转动轴齿轮46连接，所述驱动齿轮48设置在转动轴43的末端。
由上述描述可知，请参照图7所示，本发明的电驱动装置4具体的驱动原理为：打开调速电动机41的正转电源开关，即挂上前进档，调速电动机41的电机轴正向转动带动电机轴齿轮42转动，进而带动与电机轴齿轮42直接齿合的前驱动的转动轴齿轮46转动，进而带动转动轴43转动，进而带动前驱动装置的驱动齿轮48转动；同时在电机轴齿轮42转动时，轴传动齿轮47的齿轮轴跟着转动，进而带动后驱动装置的转动轴43转动，进而带动后驱动装置的驱动齿轮48转动，此时需要注意的是，当采用前后双驱动时，后驱动装置的转动轴43上的驱动齿轮48需要经过驱动转换齿轮49齿合，改变转向后，驱动转换齿轮49与硬轮11内侧的内齿齿合；由于前驱动装置的驱动齿轮48的驱动齿轮48或后驱动装置的驱动转换齿轮49均与硬轮11内侧的硬轮内齿12齿合，因此进一步带动外轮1向前滚动，从而迫使贴立于外轮1内侧的最接近地面位置的承重轮21向前滚动，那么，固定在承重轮21的承重轴23上的底盘3和车箱就向前平移，实现了车辆的正常行进。将调速电动机41的电源开关转到倒车档，此时电机轴反转，同理实现倒车。
进一步的，上述的一种利用重力助驱的车辆中，还包括减震装置7，所述减震装置7设置在承重轴23和底盘3之间，所述减震装置7包括气体弹簧减震器71和震动能量利用装置72，所述气体弹簧减震器71的上端和底盘3连接，所述气体弹簧减震器71的下端和震动能量利用装置72的上端连接，所述震动能量利用装置72的下端和承重轴23连接。
由上述描述可知，请参照图5所示，通过设置减震装置7收集振动能量转化为动能，可弥补因车轮震动造成的动能损耗。
进一步的，上述的一种利用重力助驱的车辆中，所述震动能量利用装置72包括减震弹簧721、带滑动槽的弹簧套722、减震转动杆723、减震转动杆轴承724和减震转动杆轴承轴725，所述减震弹簧721设置在弹簧套722内，所述减震转动杆723设有圆孔，所述减震转动杆723的一端插入弹簧套722并与减震弹簧721的下端连接，另一端与所述硬轮11的内侧接触，所述减震转动杆轴承724套设于减震转动杆723的圆孔内，所述减震转动杆轴承轴725的一端和减震转动杆轴承724连接，另一端和承重轴23连接。
由上述描述可知，请参照图6所示，通过设置震动能量利用装置72，其既能有效减震又能将震动能量收集转化为车辆行进的动能，可起到双重减震、减轻车辆负载和节能作用。具体来说，在车辆行进震动产生时，即当外轮1受颠簸向上跳动而上抬承重轮21使其也向上跳动时，震动能量利用装置72的弹簧套722内的减震弹簧721向上压缩，推动减震转动杆723的一端向上运动使减震转动杆723转动，减震转动杆723的另一端下压外轮1的硬轮11内侧壁，助驱硬轮11向前滚动，在减震转动杆723与硬轮11内侧壁接触的一端下压时会受到一个向上的反作用力，形成阻止承重轴23向上推动，产生减震效果，同时，弹簧套722内的弹簧57也发挥减震作用，可见，震动能量利用装置72可起到双重减震作用；震动能量利用装置72采用杠杆原理，转动杆两端所受作用力会汇集至转动杆中间的转动轴43上并传递至底盘3上，从而减轻车辆的负载，减轻车辆负载量等于减震转动杆723两端所受作用力大小之和；震动能量利用装置72可将因车辆颠簸导致震动所消耗的能量再转化为驱动力，起到节能作用。
进一步的，上述的一种利用重力助驱的车辆中，还包括限位装置8，所述限位装置8包括限位槽81、限位轴82和限位杆83，所述限位槽81设置在硬轮11的内侧且位于硬轮11的两端，所述限位轴82水平设置，所述限位杆83竖直设置，所述限位轴82的一端位于限位槽81内，另一端和限位杆83的下端连接，所述限位杆83的上端与所述承重轴23连接。
由上述描述可知，限位槽81实际上是由外设的圆环511和硬轮11内侧得到的，具体来说是在圆环511的端部外侧进行铣削加工，沿圆环511的圆心方向铣削一定的厚度，使得加工后的圆环511的端部呈阶梯状，然后将圆环511的铣削端朝内分别安装在硬轮11内侧的两端，可以得到上述的限位槽81，这里需要注意的是圆环511的位置位于与硬轮内齿12所正在的位置的内侧，而且圆环511的最大直径和硬轮11的内径相适配，通过设置限位装置8可以限制外轮1的滚动，而且在车辆出现震动时，承重轮21不会产生跳槽现象。
进一步的，上述的一种利用重力助驱的车辆中，还包括刹车9，所述刹车9为碟刹，所述碟刹包括刹车9盘和刹车9钳，所述碟刹的刹车9盘设置在外硬轮11内端面上，所述碟刹的刹车9钳和底盘3连接。
由上述描述可知，在外硬轮11上设置碟刹，碟刹可以增强刹车9能力。
进一步的，上述的一种利用重力助驱的车辆中，所述硬轮11的外表面还包裹有轮套，所述轮套的材质为橡胶。
由上述描述可知，通过在硬轮11的外侧安装轮套，轮套包裹于硬轮11的外围，有益于降低噪音，而且轮套采用耐磨而硬度适中、可适当增加轮套触地面积的橡胶等材料制作，较常规充气轮胎形变小、节能大，硬度适中的轮套还起到减震作用。
实施例一
请参照图1至图4所示，一种利用重力助驱的车辆，包括外轮1、内轮2、底盘3、电驱动装置4、重力助驱装置5和重力传动装置6；
所述外轮1包括硬轮11和硬轮11内齿12，所述硬轮内齿12位于硬轮11的一端并沿硬轮11内侧圆周分布；所述内轮2包括承重轮21、承重轴承22和承重轴23，所述承重轮21位于硬轮11内侧中部，所述承重轮21的端面上设有中心通孔，所述承重轴承22设置在中心通孔的两端，所述承重轴23穿过中心通孔并和承重轴承22连接，所述承重轴23的两端和底盘3连接；所述电驱动装置4包括调速电动机41、调速电动机41驱动转动的驱动齿轮48和驱动转换齿轮49，所述驱动齿轮48和所述硬轮内齿12齿合，所述驱动转换齿轮49和所述硬轮内齿12齿合；
所述重力助驱装置5包括立杆51、撬动杆52、撬动齿轮53和钢丝绳54，所述立杆51和承重轮21的端面平行，立杆51的上端设有圆环511且下端和硬轮11内侧连接，所述撬动杆52倾斜设置，所述撬动杆52的下端设有用于支撑承重轮21的水平连接件521，所述撬动杆52的上端穿过圆环511并和撬动齿轮53连接，所述承重轮21的两端均设有重力助驱装置5，两端的所述重力助驱装置5通过水平连接件521连接，两端的所述重力助驱装置5围绕着承重轮21的圆周面均匀分布，位于同一端的所述重力助驱装置5的撬动杆52之间通过钢丝绳54连为一体；
所述重力传动装置6包括传动齿轮61、档位齿轮62、档位拨杆63、重力驱动齿轮64、倒车驱动齿轮65和倒车齿轮66，所述传动齿轮61和撬动齿轮53齿合，所述档位齿轮62和传动齿轮61同轴设置，所述档位拨杆63设置在档位齿轮62上，所述档位齿轮62可通过拨动杆分别与重力驱动齿轮64和倒车驱动齿轮65齿合，所述倒车驱动齿轮65和倒车齿轮66齿合，所述硬轮内齿12分别与重力驱动齿轮64和倒车齿轮66齿合；
所述撬动杆52上端靠近圆环511的位置上设有止滑销55；所述撬动杆52上端接近撬动齿轮53的位置上设有定位通槽522；所述重力助驱装置5还包括定位杆56，所述定位杆56设置在立杆51和撬动齿轮53之间，所述定位杆56和立杆51平行设置，所述定位杆56的上端穿过定位通槽522且下端和硬轮11内侧连接；所述定位杆56上套设有弹簧57，所述弹簧57的上端和撬动杆52连接且下端和硬轮11内侧连接。
实施例二
请参照图7所示，与实施例一的利用重力助驱的车辆的其他结构相同，区别在于电驱动装置4可为：
所述电驱动装置4包括调速电动机41和调速电动机41驱动转动的驱动齿轮48，所述驱动齿轮48和所述硬轮内齿12齿合；
还包括电机轴齿轮42、转动轴43、转动轴轴承44、转动轴轴承座45、转动轴齿轮46和轴传动齿轮47，所述电机轴齿轮42设置在调速电动机41的电机轴上，所述转动轴43通过转动轴轴承44以及转动轴轴承座45设置在底盘3上，所述转动轴齿轮46设置在转动轴43上且与电机轴齿轮42齿合，所述轴传动齿轮47的齿轮轴设置在底盘3上且齿轮轴两端的轴传动齿轮47分别与电机轴齿轮42和转动轴齿轮46连接，所述驱动齿轮48设置在转动轴43的末端。
实施例三
请参照图5和图6所示，与实施例二的利用重力助驱的车辆的其他结构相同，区别在于所述利用重力助驱的车辆还包括减震装置7，所述减震装置7设置在承重轴23和底盘3之间，所述减震装置7包括气体弹簧减震器71和震动能量利用装置72，所述气体弹簧减震器71的上端和底盘3连接，所述气体弹簧减震器71的下端和震动能量利用装置72的上端连接，所述震动能量利用装置72的下端和承重轴23连接；
所述震动能量利用装置72包括减震弹簧721、带滑动槽的弹簧套722、减震转动杆723、减震转动杆轴承724和减震转动杆轴承轴725，所述减震弹簧721设置在弹簧套722内，所述减震转动杆723设有圆孔，所述减震转动杆723的一端插入弹簧套722并与减震弹簧721的下端连接，另一端与所述硬轮11的内侧接触，所述减震转动杆轴承724套设于减震转动杆723的圆孔内，所述减震转动杆轴承轴725的一端和减震转动杆轴承724连接，另一端和承重轴23连接。
实施例四
请参照图2所示，与实施例二的利用重力助驱的车辆的其他结构相同，区别在于所述利用重力助驱的车辆还包括限位装置8，所述限位装置8包括限位槽81、限位轴82和限位杆83，所述限位槽81设置在硬轮11的内侧且位于硬轮11的两端，所述限位轴82水平设置，所述限位杆83竖直设置，所述限位轴82的一端位于限位槽81内，另一端和限位杆83的下端连接，所述限位杆83的上端与所述承重轴23连接；
还包括刹车9，所述刹车9为碟刹，所述碟刹包括刹车9盘和刹车9钳，所述碟刹的刹车9盘设置在外硬轮11内端面上，所述碟刹的刹车9钳和底盘3连接；所述硬轮11的外表面还包裹有轮套，所述轮套的材质为橡胶。
综上所述，本发明提供的一种利用重力助驱的车辆，通过采用橄榄形的承重轮可避免撬动杆被压弯或被压断，同时撬动杆在承重轮上呈卷帘式结构分布也能使撬动杆更容易被压到；通过将承重轮设置在硬轮内侧最接近底面的位置构成轮套轮结构，其中外轮的硬轮为变形小、经防锈处理、直径和长度与车辆相匹配的圆柱管，如铁管或合金管等，变形小，滚动摩擦力远小于充气轮胎的摩擦力，可大幅度节能，其中滚动摩擦力仅约为充气轮胎的1/5，而且采用轮套轮的结构，有利于车轮的动平衡。
启动电驱动装置，驱动齿轮转动进而带动硬轮内齿的顶部靠前进侧位置驱动，以增加驱动力相对于车轮滚动支点的压动力臂，可实现节能近1/2；变车轮的滚动为压动，既进一步减少车轮的摩擦力起到节能作用，在外轮前进侧产生一个下压力可降低车辆的飘浮，又使车轮不依赖摩擦力而滚动起到防滑作用；充分利用重力能源，设置重力助驱装置既可将重力转化为驱动力，然后通过重力传动装置中的齿轮传动重力，在实现利用重力助驱的同时又可减轻车辆的负载。
本发明的利用重力助驱的车辆，结构设计简单，操作方便，能够把有碍于车轮行驶的重力利用为促使车辆前进的驱动力，从而节约车辆行驶所需的能源，不仅能够达到大幅节能的目的，而且还能提高续航能力。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用重力助驱的车辆，其特征在于，包括外轮、内轮、底盘、电驱动装置、重力助驱装置和重力传动装置；
所述外轮包括硬轮和硬轮内齿，所述硬轮内齿位于硬轮的一端并沿硬轮内侧圆周分布；所述内轮包括承重轮、承重轴承和承重轴，所述承重轮位于硬轮内侧中部，所述承重轮的端面上设有中心通孔，所述承重轴承设置在中心通孔的两端，所述承重轴穿过中心通孔并和承重轴承连接，所述承重轴的两端和底盘连接；所述电驱动装置包括调速电动机、调速电动机驱动转动的驱动齿轮和驱动转换齿轮，所述驱动齿轮和所述硬轮内齿齿合，所述驱动转换齿轮和所述硬轮内齿齿合；
所述重力助驱装置包括立杆、撬动杆、撬动齿轮和钢丝绳，所述立杆和承重轮的端面平行且与硬轮的切线垂直，立杆的上端设有圆环且下端和硬轮内侧连接，所述撬动杆倾斜设置，所述撬动杆的下端设有用于支撑承重轮的水平连接件，所述撬动杆的上端穿过圆环并和撬动齿轮连接，所述承重轮的两端均设有重力助驱装置，两端的所述重力助驱装置通过水平连接件连接，两端的所述重力助驱装置围绕着承重轮的圆周面均匀分布，位于同一端的所述重力助驱装置的撬动杆之间通过钢丝绳连为一体；
所述重力传动装置包括传动齿轮、档位齿轮、档位拨杆、重力驱动齿轮、倒车传动齿轮和倒车齿轮，所述传动齿轮和撬动齿轮齿合，所述档位齿轮和传动齿轮同轴设置，所述档位拨杆设置在档位齿轮上，所述档位齿轮可通过拨动杆拨动分别与重力驱动齿轮和倒车传动齿轮齿合，所述倒车传动齿轮和倒车齿轮齿合，所述硬轮内齿分别与重力驱动齿轮和倒车齿轮齿合。
2.根据权利要求1所述的利用重力助驱的车辆，其特征在于，所述撬动杆上端靠近圆环的位置上设有止滑销，所述撬动杆上端设有定位通槽。
3.根据权利要求1所述的利用重力助驱的车辆，其特征在于，所述重力助驱装置还包括定位杆，所述定位杆设置在立杆和撬动齿轮之间，所述定位杆和立杆平行设置，所述定位杆的上端穿过定位通槽且下端和硬轮内侧连接。
4.根据权利要求3所述的利用重力助驱的车辆，其特征在于，所述定位杆上套设有弹簧，所述弹簧的上端和撬动杆连接且下端和硬轮内侧连接。
5.根据权利要求1至3任一项所述的利用重力助驱的车辆，其特征在于，所述电驱动装置还包括电机轴齿轮、转动轴、转动轴轴承、转动轴轴承座、转动轴齿轮和轴传动齿轮，所述电机轴齿轮设置在调速电动机的电机轴上，所述转动轴通过转动轴轴承以及转动轴轴承座设置在底盘上，所述转动轴齿轮设置在转动轴上且与电机轴齿轮齿合，所述轴传动齿轮的齿轮轴设置在底盘上且齿轮轴两端的轴传动齿轮分别与电机轴齿轮和转动轴齿轮连接，所述驱动齿轮设置在转动轴的末端。
6.根据权利要求5所述的利用重力助驱的车辆，其特征在于，还包括减震装置，所述减震装置设置在承重轴和底盘之间，所述减震装置包括气体弹簧减震器和震动能量利用装置，所述气体弹簧减震器的上端和底盘连接，所述气体弹簧减震器的下端和震动能量利用装置的上端连接，所述震动能量利用装置的下端和承重轴连接。
7.根据权利要求6所述的利用重力助驱的车辆，其特征在于，所述震动能量利用装置包括减震弹簧、带滑动槽的弹簧套、减震转动杆、减震转动杆轴承和减震转动杆轴承轴，所述减震弹簧设置在弹簧套内，所述减震转动杆设有圆孔，所述减震转动杆的一端插入弹簧套并与减震弹簧的下端连接，另一端与所述硬轮的内侧接触，所述减震转动杆轴承套设于减震转动杆的圆孔内，所述减震转动杆轴承轴的一端和减震转动杆轴承连接，另一端和承重轴连接。
8.根据权利要求5所述的利用重力助驱的车辆，其特征在于，还包括限位装置，所述限位装置包括限位槽、限位轴和限位杆，所述限位槽设置在硬轮的内侧且位于硬轮的两端，所述限位轴水平设置，所述限位杆竖直设置，所述限位轴的一端位于限位槽内，另一端和限位杆的下端连接，所述限位杆的上端与所述承重轴连接。
9.根据权利要求5所述的利用重力助驱的车辆，其特征在于，还包括刹车，所述刹车为碟刹，所述碟刹包括刹车盘和刹车钳，所述碟刹的刹车盘设置在外硬轮内端面上，所述碟刹的刹车钳和底盘连接。
10.根据权利要求1所述的利用重力助驱的车辆，其特征在于，所述硬轮的外表面还包裹有轮套，所述轮套的材质为橡胶。
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