CN109955998A - 空心轮装置及代步工具 - Google Patents

Abstract

一种空心轮装置(10)包括车轮(100)及摩擦传动机构(200)，车轮(100)为中空结构，具有内表面(110)。摩擦传动机构(200)包括第一滚轮(210)及辅助组件，第一滚轮(210)用于连接驱动机构，驱动机构能通过驱动第一滚轮(210)旋转而带动车轮(100)相对于地面旋转，辅助组件与第一滚轮(210)连接，并能使第一滚轮(210)抵紧在内表面(110)上，辅助组件还能使第一滚轮(210)与内表面(110)之间的最大静摩擦力大于第一滚轮(210)与地面之间的最大静摩擦力。

Description

空心轮装置及代步工具

技术领域

本发明涉及一种空心轮装置及代步工具。

背景技术

随着技术的发展，空心轮被越来越来多地应用在平衡车和自行车等代步工具上。传统的代步工具中，多采用齿轮传动的方式带动空心轮旋转，以实现行驶的目的。但齿轮传动的过程中，会产生较大的噪音，极其影响用户体验。

发明内容

基于此，有必要提供一种声音较小的空心轮装置及代步工具。

一种空心轮装置，包括：

车轮，为中空结构，具有内表面；以及

摩擦传动机构，包括第一滚轮及辅助组件，所述第一滚轮用于连接驱动机构，所述驱动机构能通过驱动所述第一滚轮旋转而带动所述车轮相对于地面旋转，所述辅助组件与所述第一滚轮连接，并能使所述第一滚轮抵紧在所述内表面上，所述辅助组件还能使所述第一滚轮与所述内表面之间的最大静摩擦力大于所述车轮与所述地面之间的最大静摩擦力。

在其中一个实施例中，所述车轮上设有沿轴向延伸的凹槽，所述凹槽的两个相对设置的侧壁分别为第一侧壁及第二侧壁，且所述第一侧壁位于所述内表面与所述第二侧壁之间，所述辅助组件包括连接件及辅助轮，所述连接件的一端与所述第一滚轮转动连接，另一端与所述辅助轮转动连接，所述辅助轮穿设于所述凹槽，并与所述第一侧壁抵接。

在其中一个实施例中，所述辅助组件包括第一连杆及第二滚轮，所述第一连杆的一端与所述第一滚轮转动连接，另一端与所述第二滚轮转动连接，所述第二滚轮与所述内表面抵接。

在其中一个实施例中，所述第一滚轮的轴心与所述第二滚轮的轴心之间的距离、所述第一滚轮的半径以及所述第二滚轮的半径三者之和小于所述车轮的内径。

在其中一个实施例中，所述辅助组件还包括第三滚轮、第二连杆及第一弹性件，所述第三滚轮与所述内表面抵接，所述车轮的轴心位于所述第一滚轮的轴心、所述第二滚轮的轴心及所述第三滚轮的轴心形成的三角形区域内，所述第二连杆的一端与所述第三滚轮转动连接，所述第二连杆的另一端与所述第一连杆转动连接，所述第一弹性件的一端与所述第一连杆连接，所述第一弹性件的另一端与所述第二连杆连接。

在其中一个实施例中，所述第一滚轮的轴心与所述车轮的轴心之间的连线和所述第二滚轮的轴心与所述车轮的轴心之间的连线的夹角大于120°小于170°。

在其中一个实施例中，所述第一滚轮的轴心、所述第二滚轮的轴心以及所述车轮的轴心共线。

在其中一个实施例中，所述第一滚轮的直径大于50mm。

在其中一个实施例中，所述第一滚轮与所述内表面的交线的宽度为20-100mm。

在其中一个实施例中，所述第一滚轮包括主体部及保护层，所述保护层套设于所述主体部上，所述保护层的径向延伸尺寸小于5mm。

在其中一个实施例中，在所述车轮的轴向截面上，所述内表面呈V字型，所述第一滚轮的形状与所述车轮的形状互补。

在其中一个实施例中，所述内表面的两侧分别设有挡圈，所述挡圈沿所述车轮的径向延伸。

在其中一个实施例中，所述内表面为磨砂面或经过滚花处理的金属面。

一种代步工具，包括：

上述的任一种空心轮装置；

所述驱动机构；以及

脚踏板，设有两个，两个所述脚踏板分别设于所述空心轮装置的两侧。

上述的空心轮装置，驱动机构驱动第一滚轮时，第一滚轮会与车轮的内表面之间产生驱动摩擦力，驱动摩擦力能驱动车轮相对于地面旋转，也即，空心轮装置通过摩擦传动的方式驱动车轮旋转，能提高传动的稳定性。同时，与传统齿轮传动的方式相比，摩擦传动的方式不仅能简化结构，进一步减轻整车的体积和质量，还能大大减小甚至消除传动过程中产生的噪音，提高用户体验。

另外，空心轮装置通过辅助组件将第一滚轮抵紧在内表面上，从而能增大第一滚轮与内表面之间的挤压力，而起到增大驱动摩擦力的效果，防止第一滚轮在内表面上打滑。同时，辅助组件还能使得第一滚轮与内表面之间的最大静摩擦力大于车轮与地面之间的最大静摩擦力，进一步防止第一滚轮在内表面上发生打滑，提高传动的稳定性。

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实施例的附图。

图1为空心轮装置的第一实施例的结构示意图；

图2为空心轮装置的第二实施例的结构示意图；

图3为图2所示的空心轮装置的局部结构示意图；

图4为图1所示的空心轮装置的局部结构的右视图；

图5为空心轮装置的第三实施例的结构示意图；

图6为图1所示的空心轮装置中第一滚轮与车轮配合的第一实施例的局部剖视图；

图7为图1所示的空心轮装置中第一滚轮与车轮配合的第二实施例的局部剖视图；

图8为图1所示的空心轮装置的局部结构的俯视图；

图9为空心轮装置的第四实施例的结构示意图；

图10为图9所示的空心轮装置的局部结构的左视图；

图11为包含图1所示的空心轮装置的代步工具的第一实施例的结构示意图；

图12为包含图1所示的空心轮装置的代步工具的第二实施例的结构示意图；

图13为包含图1所示的空心轮装置的代步工具的第三实施例的结构示意图；

图14为包含图1所示的空心轮装置的代步工具的第四实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对空心轮装置及代步工具进行更全面的描述。附图中给出了空心轮装置及代步工具的首选实施例。但是，空心轮装置及代步工具可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对空心轮装置及代步工具的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在空心轮装置及代步工具的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一实施方式的空心轮装置能应用于平衡车、自行车等代步工具中，以减轻代步工具的重量，提高代步工具的便携性。

请参考图1，空心轮装置10包括车轮100及摩擦传动机构200，车轮100为中空结构，具有与摩擦传动机构200配合的内表面110，摩擦传动机构200包括第一滚轮210及辅助组件，第一滚轮210用于与电机等驱动机构连接，驱动机构通过驱动第一滚轮210旋转而带动车轮100相对于地面旋转。辅助组件与第一滚轮210连接，并能使第一滚轮210抵紧在内表面110上，以增大第一滚轮210与内表面110之间的挤压力，而增大第一滚轮210与内表面110之间的摩擦力。同时，辅助组件还能使得第一滚轮210与内表面110之间的最大静摩擦力大于车轮100与地面之间的最大静摩擦力，从而能进一步防止第一滚轮210在内表面110上打滑。

空心轮装置10通过摩擦传动的方式驱动车轮100旋转，能提高传动的稳定性。同时，与传统齿轮传动的方式相比，摩擦传动的方式不仅能简化结构，进一步减轻整车的体积和质量，还能大大减小甚至消除传动过程中产生的噪音，提高用户体验。

具体地，如图1所示，辅助组件包括第一连杆220及第二滚轮230，第一连杆220的一端与第一滚轮210转动连接，另一端与第二滚轮230转动连接，第二滚轮230与内表面110抵接。第一滚轮210旋转时，第一滚轮210与内表面110之间会产生驱动摩擦力，驱动摩擦力小于等于第一滚轮210与内表面110之间的最大静摩擦力，驱动摩擦力驱动车轮100旋转。车轮100旋转时，会带动第二滚轮230转动。因此，在本实施方式中，第一滚轮210为主动轮，第二滚轮230为从动轮。在其他实施方式中，第一滚轮210与第二滚轮230均可以与驱动机构连接，也即，第一滚轮210与第二滚轮230均可以作为主动轮。

在其他实施方式中，辅助组件还可以为其他结构，比如在图2及图3中，车轮100上设有沿轴向延伸的凹槽120，第一侧壁122与第二侧壁124分别为凹槽120的两个相对设置的侧壁，且第一侧壁122位于内表面110与第二侧壁124之间。辅助组件包括连接件202及辅助轮204，连接件202的一端与第一滚轮210转动连接，另一端与辅助轮204转动连接。辅助轮204穿设于凹槽120，并与第一侧壁122抵接。辅助轮204能使得第一滚轮210抵紧在内表面110上，以增大第一滚轮210与内表面110之间的压力，从而能增大第一滚轮210与内表面110之间的最大静摩擦力。

在图2所示的实施例中，凹槽120的数目可以为两个，相对设置在车轮100的两侧，相应地，辅助组件也可以设置两组，分别与两个凹槽120配合，以防止第一滚轮210从车轮100上脱落。另外，还可以在辅助轮204与第一滚轮210之间设置具有弹性的结构，以进一步增加第一滚轮210与内表面110之间的最大静摩擦力。

在本实施方式中，同时结合图4，第一滚轮210的轴心与第二滚轮230的轴心之间的距离、第一滚轮210的半径以及第二滚轮230的半径三者之和小于车轮100的内径。这里所说的轴心也就是几何中心。进一步，第一滚轮210的轴心与车轮100的轴心之间的连线和第二滚轮230的轴心与车轮100的轴心之间的连线的夹角大于120°小于170°。

当应用在代步工具上的空心轮装置10即为图4所示的状态时，也即，第一滚轮210的轴心和第二滚轮230的轴心均低于车轮100的轴心时，第一连杆220用于连接承载用户脚部的支撑结构。假设，车轮100上的负载所产生的重力为G，第一滚轮210对车轮100施加的压力为F1，第二滚轮230对车轮100施加的压力为F2，F1与F2之间的夹角为a。为方便分析，F1＝F2，则，G＝2F1cos(a/2)。当a大于120°且小于170°时，F1大于G，从而第一滚轮210对车轮100施加的压力大于车轮100受到的正压力，这样也就能增大第一滚轮210与内表面110之间的最大静摩擦力，防止第一滚轮210在内表面110上打滑，提高空心轮装置10的可靠性。

不仅如此，夹角a角度的设定还能使得摩擦传动机构200在车轮100内的径向跳动尽可能小，以防止摩擦传动机构200脱离车轮100。

在其他实施方式中，如图5所示，在保证第一滚轮210与内表面110之间的最大静摩擦力大于车轮100与地面之间的最大静摩擦力的前提下，第一滚轮210的轴心以及第二滚轮230的轴心还可以与车轮100的轴心共线，也即，第一滚轮210的轴心与第二滚轮230的轴心之间的距离、第一滚轮210的半径以及第二滚轮230的半径三者之和等于车轮100的内径。而当图5中所示的空心轮装置应用在代步工具上时，尽量将第一滚轮210设置在车轮100的轴心的下方区域，第二滚轮230设置在车轮100的轴心的上方区域，以降低驱动机构的功耗。

为进一步提高空心轮装置10的可靠性，内表面110设计为磨砂面或经过滚花处理的金属面，以增大内表面110的粗糙程度，从而达到增大最大静摩擦力的目的。

另外，第一滚轮210的外表面上可以开设一些方便排水及容纳细小沙尘的通道，以防止受外界环境的影响，第一滚轮210在内表面110上打滑。

进一步，在本实施方式中，第一滚轮210作为动力轮，第一滚轮210的直径大于50mm。而且，第一滚轮210与内表面110的交线的宽度为20-100mm。通常来说，第一滚轮210的直径越大，轴向延伸尺寸就越大，那么，第一滚轮210与内表面110的接触面积就越大，便能有效防止第一滚轮210在内表面110上打滑。

此外，第一滚轮210包括主体部212及保护层214，保护层214套设于主体部212上，保护层214的径向延伸尺寸小于5mm，也即保护层214的厚度为5mm。保护层214由邵氏硬度80°以上的天然橡胶制成，避免第一滚轮210因形变过大而发热，降低工作效率。

在本实施方式中，如图6所示，在车轮100的轴向截面上，内表面110呈向外凸出的曲线型，例如V字型，第一滚轮210的形状与第二滚轮230的形状均与车轮100的形状互补。也即，第一滚轮210上与内表面110接触的外表面以及第二滚轮230上与内表面110接触的外表面的轴向截面均呈V字型，从而车轮100能在轴向上限制第一滚轮210和第二滚轮230，以防止第一滚轮210和第二滚轮230在轴向上脱出车轮100。在其他实施方式中，也可以设计为其他限位结构，比如，如图7所示，在内表面110的两侧设置沿径向延伸的挡圈130。

除了轴向限位，本实施方式的空心轮装置10还对第一滚轮210及第二滚轮230设置了径向限位。

具体地，如图1所示，辅助组件还包括第三滚轮240、第二连杆250及第一弹性件260，第三滚轮240与内表面110抵接，车轮100的轴心位于第一滚轮210的轴心、第二滚轮230的轴心及第三滚轮240的轴心形成的三角形区域内，也即空心轮装置10处于图1所示的状态时，第三滚轮240的轴心高于车轮100的轴心。第二连杆250的一端与第三滚轮240转动连接，第二连杆250的另一端与第一连杆220转动连接，可以与第一滚轮210转动连接，也可以与第二滚轮230转动连接。第一弹性件260的一端与第一连杆220连接，第一弹性件260的另一端与第二连杆250连接。在第一弹性件260的作用下，第一滚轮210、第二滚轮230及第三滚轮240均能始终与内表面110抵接。

当第一滚轮210与第二滚轮230具有向上运动的趋势时，第一弹性件260能使得第二连杆250具有朝向第一连杆220所在的方向旋转的趋势。当第一滚轮210与第二滚轮230具有向下运动的趋势时，第一弹性件260能使得第二连杆250具有远离第一连杆220所在的方向旋转的趋势，以保证第一滚轮210、第二滚轮230及第三滚轮240均能始终与内表面110抵接，防止第一滚轮210和第二滚轮230在径向上脱离车轮100。

进一步，在本实施方式中，第一滚轮210的轴心与第二滚轮230的轴心之间的距离可调。

具体地，如图8所示，第一连杆220包括第一连接部222、第二连接部224及第二弹性件226，第一连接部222的一端与第一滚轮210转动连接，第一连接部222的另一端与第二连接部224的一端活动套接，第二连接部224的另一端与第二滚轮230转动连接，第二弹性件226的一端与第一连接部222连接，另一端与第二连接部224连接。

同时结合图1和图8，并以图1所示为观察视角，当空心轮装置10应用在代步工具上时，行经颠簸路段的过程中，如果空心轮装置10瞬间上升，内表面110会挤压第一滚轮210与第二滚轮230，由于第二弹性件226的可压缩性，第一滚轮210的轴心与第二滚轮230的轴心之间的距离会变小，从而第一滚轮210与第二滚230会相对车轮100下降，进而带动与第一连杆220连接的支撑结构下降，达到一定的减震效果。如果空心轮装置10瞬间下沉，在第二弹性件226的作用下，第一滚轮210的轴心与第二滚轮230的轴心之间的距离会变大，而带动与第一连杆220连接的支撑结构上升。

在其他实施方式中，如图9所示，第二连杆250也可以与第一连杆220固定连接，而省略第一弹性件260。而在图9所示的实施例中，除了第一滚轮210的轴心与第二滚轮230的轴心之间的距离可调外，还可以将通过调节第二连杆250的长度来实现缓冲的目的。

具体地，如图10所示，第二连杆250包括第三连接部252、第四连接部254及第三弹性件256，第三连接部252的一端与第一连杆220固定连接，第三连接部252的另一端与第四连接部254的一端活动套接，第四连接部254的另一端与第三滚轮240转动连接，第三弹性件256的一端与第三连接部252连接，另一端与第四连接部254连接。

同时结合图9和图10，并以图9所示为观察视角，当第一连杆220具有上升的趋势时，第三弹性件256则具有阻止第二连杆250缩短的趋势。当第一连杆220具有下降的趋势时，第三弹性件256则具有阻止第二连杆250伸长的趋势。

值得一提的是，第一连接部222与第二连接部224的连接方式，以及第三连接部252与第四连接部254的连接方式，除了活动套接外，还可以是转动连接。

下面将介绍空心轮装置10应用于代步工具的几个实施例。

在第一实施例中，如图11所示，代步工具20为独轮平衡车，包括空心轮装置10、作为动力源的驱动机构(图未示)和作为支撑结构的脚踏板300，脚踏板300设有两个，两个脚踏板300分别设于空心轮装置10的两侧，以供用户踩踏，具体地，两个脚踏板300均与第一连杆220连接。

在第二实施例中，如图12所示，代步工具30为双轮平衡车，包括空心轮装置10、作为动力源的驱动机构(图未示)和作为支撑结构的支撑板400，空心轮装置10设有两套，其中一套空心轮装置10的车轮100的轴线与另一套空心轮装置10的车轮100的轴线共线。支撑板400的一端与其中一套空心轮装置10的第一连杆220连接，支撑板400的另一端与另一套空心轮装置10的第一连杆220连接，也即，支撑板400位于两套空心轮装置10之间。在驾驶代步工具30时，用户的双脚能够站立在支撑板400上。

在第三实施例中，如图13所示，代步工具40为扭扭车，包括空心轮装置10、作为动力源的驱动机构(图未示)和支撑组件500，空心轮装置10设有两套，其中一套空心轮装置10的车轮100的轴线与另一套空心轮装置10的车轮100的轴线共线。支撑组件500包括第一踏板510及第二踏板520，第一踏板510的一端与其中一套空心轮装置10的第一连杆220连接，第一踏板510的另一端与第二踏板520的一端转动连接，第二踏板520的另一端与另一套空心轮装置10的第一连杆220连接。在驾驶代步工具40时，第一踏板510和第二踏板520作为支撑结构，用户的双脚可以分别站立在第一踏板510和第二踏板520上。

在第四实施例中，如图14所示，代步工具50为自行车，包括空心轮装置10、作为动力源的驱动机构(图未示)、车架600及脚蹬710，空心轮装置10设有两套，其中一套空心轮装置10的车轮100的轴线与另一套空心轮装置10的车轮100的轴线平行。车架600包括相互连接的前叉610及后叉620，前叉610与其中一套空心轮装置10的第一连杆220连接，后叉620与另一套空心轮装置10的第一连杆220连接。脚蹬710作为支撑结构，与其中一套空心轮装置10的摩擦传动机构200传动连接。摩擦传动机构200与内表面110之间的驱动摩擦力能有效地驱动空心轮装置10行驶，将其应用在自行车上，能起到助力的作用，节省用户骑行时踩踏脚蹬710的力量。

具体地，代步工具50还包括主动轮720及传送带730，脚蹬710、主动轮720及传送带730构成传动组件。主动轮720位于两套空心轮装置10之间，并与车架600连接，脚蹬710能带动主动轮720相对于车架600旋转，主动轮720与其中一套空心轮装置10的第一滚轮210通过传送带730传动连接。在其他实施方式中，驱动机构也可以省略。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种空心轮装置，其特征在于，包括：

车轮，为中空结构，具有内表面；以及

摩擦传动机构，包括第一滚轮及辅助组件，所述第一滚轮用于连接驱动机构，所述驱动机构能通过驱动所述第一滚轮旋转而带动所述车轮相对于地面旋转，所述辅助组件与所述第一滚轮连接，并能使所述第一滚轮抵紧在所述内表面上，所述辅助组件还能使所述第一滚轮与所述内表面之间的最大静摩擦力大于所述车轮与所述地面之间的最大静摩擦力。

2.根据权利要求1所述的空心轮装置，其特征在于，所述车轮上设有沿轴向延伸的凹槽，所述凹槽的两个相对设置的侧壁分别为第一侧壁及第二侧壁，且所述第一侧壁位于所述内表面与所述第二侧壁之间，所述辅助组件包括连接件及辅助轮，所述连接件的一端与所述第一滚轮转动连接，另一端与所述辅助轮转动连接，所述辅助轮穿设于所述凹槽，并与所述第一侧壁抵接。

3.根据权利要求1所述的空心轮装置，其特征在于，所述辅助组件包括第一连杆及第二滚轮，所述第一连杆的一端与所述第一滚轮转动连接，另一端与所述第二滚轮转动连接，所述第二滚轮与所述内表面抵接。

4.根据权利要求3所述的空心轮装置，其特征在于，所述第一滚轮的轴心与所述第二滚轮的轴心之间的距离、所述第一滚轮的半径以及所述第二滚轮的半径三者之和小于所述车轮的内径。

5.根据权利要求4所述的空心轮装置，其特征在于，所述辅助组件还包括第三滚轮、第二连杆及第一弹性件，所述第三滚轮与所述内表面抵接，所述车轮的轴心位于所述第一滚轮的轴心、所述第二滚轮的轴心及所述第三滚轮的轴心形成的三角形区域内，所述第二连杆的一端与所述第三滚轮转动连接，所述第二连杆的另一端与所述第一连杆转动连接，所述第一弹性件的一端与所述第一连杆连接，所述第一弹性件的另一端与所述第二连杆连接。

6.根据权利要求4所述的空心轮装置，其特征在于，所述第一滚轮的轴心与所述车轮的轴心之间的连线和所述第二滚轮的轴心与所述车轮的轴心之间的连线的夹角大于120°小于170°。

7.根据权利要求3所述的空心轮装置，其特征在于，所述第一滚轮的轴心、所述第二滚轮的轴心以及所述车轮的轴心共线。

8.根据权利要求1-7任一项所述的空心轮装置，其特征在于，所述第一滚轮的直径大于50mm。

9.根据权利要求1-7任一项所述的空心轮装置，其特征在于，所述第一滚轮与所述内表面的交线的宽度为20-100mm。

10.根据权利要求1-7任一项所述的空心轮装置，其特征在于，所述第一滚轮包括主体部及保护层，所述保护层套设于所述主体部上，所述保护层的径向延伸尺寸小于5mm。

11.根据权利要求1-7任一项所述空心轮装置，其特征在于，在所述车轮的轴向截面上，所述内表面呈V字型，所述第一滚轮的形状与所述车轮的形状互补。

12.根据权利要求1-7任一项所述的空心轮装置，其特征在于，所述内表面的两侧分别设有挡圈，所述挡圈沿所述车轮的径向延伸。

13.根据权利要求1-7任一项所述的空心轮装置，其特征在于，所述内表面为磨砂面或经过滚花处理的金属面。

14.一种代步工具，包括：

如权利要求1-13任一项所述的空心轮装置；

所述驱动机构；以及

脚踏板，设有两个，两个所述脚踏板分别设于所述空心轮装置的两侧。