CN112644620B - 一种磁力平衡车上的线圈切换装置 - Google Patents

一种磁力平衡车上的线圈切换装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种磁力平衡车上的线圈切换装置，属于机电技术领域。平衡车包括转轴、转动连接在转轴上的固定车架和活动车架，固定车架上固定设置有一安装盘，线圈切换装置包括固定在安装盘上的安装块，导向杆上固定设置有触发盘一和触发盘二，触发盘一和触发盘二之间通过一销轴转动连接，销轴上固定设置有一切换轮，活动车架上设置有能够与切换轮轮面抵靠的弧形挤压部，弧形挤压部上方转动连接有伸出弧形挤压部之外的活动轮；活动轮能够抵靠在切换轮上；导向杆的两端分别与安装块之间连接有一复位弹簧，复位弹簧驱使导向杆向导槽的顶部平移。本发明具有能够通过活动车架相对固定车架的旋转实现线圈的切换等优点。

Description

一种磁力平衡车上的线圈切换装置
技术领域
本发明属于机电技术领域，涉及一种磁力平衡车上的线圈切换装置。
背景技术
现有的平衡车运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力。以内置的精密固态陀螺仪来判断车身所处的姿势状态，透过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达来做到平衡的效果，此种平衡车基于电脑程序的控制，不具有太多的操作乐趣和驾驭技巧，且电机的存在使车身笨重，续航较短。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种磁力平衡车上的线圈切换装置，本发明所要解决的技术问题是如何对各线圈进行切换，以切换不同线圈处于工作状态。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种磁力平衡车上的线圈切换装置，其特征在于，平衡车包括转轴、转动连接在转轴上的固定车架和活动车架，所述固定车架上固定设置有一安装盘，所述线圈切换装置包括固定在安装盘上的安装块，所述安装块上开设有一导槽，所述导槽的下端向远离车轮轴线方向倾斜，所述导槽内滑动连接有一矩形的、与导槽内壁适配的导向杆，所述导向杆上固定设置有触发盘一和触发盘二，所述触发盘一和触发盘二之间通过一销轴转动连接，所述销轴上固定设置有一切换轮，所述触发盘一上设置有接触片一、接触片二、接触片三和接触片四，所述接触片一、接触片二、接触片三和接触片四周向均匀分布在触发盘一上，所述接触片一连接电源负极，所述接触片二连接第二线圈，所述第二线圈连接电源负极，所述接触片三连接第三线圈，所述第三线圈连接电源负极，所述接触片四连接电源负极；所述触发盘二上设置有导通片一、导通片二、导通片三和导通片四，所述导通片一、导通片二、导通片三和导通片四周向均匀分布在触发盘二上，所述导通片一连接第一线圈，所述第一线圈连接电源正极，所述导通片二连接电源正极，所述导通片三连接电源正极，所述导通片四连接第四线圈，所述第四线圈连接电源正极；所述切换轮上固定设置有贯穿切换轮两侧面的触点一和触点二，所述触点一和触点二周向均匀分布在切换轮上，所述活动车架上设置有能够与切换轮轮面抵靠的弧形挤压部，所述安装块上转动连接有位于切换轮下方的中间轮，所述中间轮与制动挡圈抵靠，所述弧形挤压部上方转动连接有伸出弧形挤压部之外的活动轮；所述活动轮能够抵靠在切换轮上；所述导向杆的两端分别与安装块之间连接有一复位弹簧，所述复位弹簧驱使导向杆向导槽的顶部平移。
附图说明
图1是本平衡车的结构示意图。
图2是本平衡车去除保护套后的结构示意图。
图3是本平衡车在传动链轮轮面所在方向上的截面图(活动车架处于居正状态下的结构示意图)。
图4是图3中局部A的放大图。
图5是活动车架处于相对固定车架前倾状态下的结构示意图。
图6是图5中局部B的放大图。
图7是活动车架处于相对固定车架后倾状态下的结构示意图。
图8是图7中局部C的放大图。
图9是图7中局部D的放大图。
图10是安装块的立体结构示意图。
图11是切换轮、触发盘一、触发盘二三者的连接结构示意图。
图12是磁力驱动机构的电路原理图。
图13是活动车架与固定车架之间的连接结构示意图。
图中，11、固定车架；12、活动车架；13、转轴；14、车轮；21、传动链轮；22、滑腔一；23、滑腔二；24、滑块一；25、滑块二；26、推杆一；27、推杆二；28、传动链条一；29、传动链条二；31、永磁块一；32、永磁块二；33、衔铁块一；34、衔铁块二；41、回位弹簧；42、制动盘；43、制动挡圈；44、安装盘；45、拨块；46、制动臂；47、拉簧；51、安装块；52、导槽；53、导向杆；54、触发盘一；55、触发盘二；56、切换轮；61、弧形挤压部；62、中间轮；63、活动轮；64、复位弹簧；65、制动凸起；7、保护套；S1、第一线圈；S2、第二线圈；S3、第三线圈；S4、第四线圈；L、电源；A1、接触片一；A2、接触片二；A3、接触片三；A4、接触片四；B1、导通片一；B2、导通片二；B3、导通片三；B4、导通片四；W1、触点一；W2、触点二。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1、图2、图3和图13所示，本平衡车包括一个固定车架11、两个活动车架12、两根分别与两个活动车架12对应的转轴13和两个车轮14，两个活动车架12分别活动连接在固定车架11的两端，两根转轴13之间转动连接，两个车轮14分别与两根转轴13固定相连，活动车架12和固定车架11均转动连接在两根转轴13上，转轴13和与之对应的车轮14之间设置有一磁力驱动机构；磁力驱动机构包括固定在转轴13上的传动链轮21，活动车架12上设置有对称分布在转轴13两侧的滑腔一22和滑腔二23，滑腔一22内滑动连接有滑块一24，滑腔二23内滑动连接有滑块二25，滑块一24和滑块二25之间固定连接有推杆一26和推杆二27，推杆一26上固定设置有两根短轴一，两根短轴一上分别通过单向轴承连接有链轮一，两个链轮一之间连接有传动链条一28，推杆二27上固定设置有两根短轴二，两根短轴二上分别通过单向轴承连接有链轮二，两个链轮二之间连接有传动链条二29，传动链轮21位于推杆一26和推杆二27之间，传动链条一28和传动链条二29同时啮合传动链轮21；滑块一24靠近滑腔一22底部的一侧设置有一永磁块一31，滑块二25靠近滑腔二23底部的一侧设置有一永磁块二32，滑腔一22底部设置有一衔铁块一33，滑腔二23底部设置有衔铁块二34，衔铁块一33上绕设有第一线圈S1和第二线圈S2，衔铁块二34上绕设有第三线圈S3和第四线圈S4，第一线圈S1和第二线圈S2圈数相同、绕线方向相同、择一通电，第三线圈S3和第四线圈S4圈数相同、绕线方向相同、择一通电；第一线圈S1和第三线圈S3同步以相反方向通电，第二线圈S2和第四线圈S4同步以相反方向通电，永磁块一31朝向衔铁块一33的磁极与永磁块二32朝向衔铁块二34的磁极相同，衔铁块一33与永磁块一31互斥时，衔铁块二34与永磁块二32互吸；衔铁块一33与永磁块一31互吸时，衔铁块二34与永磁块二32互斥；固定车架11内设置有连接第一线圈S1、第二线圈S2、第三线圈S3和第四线圈S4的电源L。
固定车架11的两端分别具有一限位部，活动车架12上具有与限位部对应的限位腔，限位部与限位腔之间连接有若干回位弹簧41。回位弹簧41和限位部的存在，使两个活动车架12能够自动回位，且相对固定车架11的摆动倾角受限。
活动车架12和与之同侧的车轮14之间设置有制动机构和线圈切换装置，线圈切换装置设置在车轮14前进方向一侧的活动车架12上，制动机构位于活动车架12的另一侧。
活动车架12上固定设置有套设在制动挡圈43外的保护套7，保护套7与制动挡圈43之间转动连接。
保护套7的存在，能够避免制动挡圈43高速旋转带来的安全隐患。
如图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，制动机构包括固定在车轮14内侧的制动盘42，制动盘42外缘向车轮14伸出一制动挡圈43，固定车架11上固定设置有一安装盘44，安装盘44与制动盘42之间轴承连接，活动车架12的底部固定设置有一拨块45，安装盘44上铰接有一制动臂46，制动臂46的中部与安装盘44之间连接有一拉簧47，制动臂46的下端与安装盘44铰接，制动臂46上端的外侧设置有一制动片，活动车架12相对固定车架11摆动时，拨块45能够驱使制动臂46靠近制动挡圈43。
控制活动车架12后倾，可以使制动片与制动挡圈接触，实现制动。
线圈切换装置包括固定在安装盘44上的安装块51，安装块51上开设有一导槽52，导槽52的下端向远离车轮14轴线方向倾斜，导槽52内滑动连接有一矩形的、与导槽52内壁适配的导向杆53，导向杆53上固定设置有触发盘一54和触发盘二55，触发盘一54和触发盘二55之间通过一销轴转动连接，销轴上固定设置有一切换轮56，触发盘一54上设置有接触片一A1、接触片二A2、接触片三A3和接触片四A4，接触片一A1、接触片二A2、接触片三A3和接触片四A4周向均匀分布在触发盘一54上，接触片一A1连接电源L负极，接触片二A2连接第二线圈S2，第二线圈S2连接电源L负极，接触片三A3连接第三线圈S3，第三线圈S3连接电源L负极，接触片四A4连接电源L负极；触发盘二55上设置有导通片一B1、导通片二B2、导通片三B3和导通片四B4，导通片一B1、导通片二B2、导通片三B3和导通片四B4周向均匀分布在触发盘二55上，导通片一B1连接第一线圈S1，第一线圈S1连接电源L正极，导通片二B2连接电源L正极，导通片三B3连接电源L正极，导通片四B4连接第四线圈S4，第四线圈S4连接电源L正极；切换轮56上固定设置有贯穿切换轮56两侧面的触点一W1和触点二W2，触点一W1和触点二W2周向均匀分布在切换轮56上，活动车架12上设置有能够与切换轮56轮面抵靠的弧形挤压部61，安装块51上转动连接有位于切换轮56下方的中间轮62，中间轮62与制动挡圈43抵靠，弧形挤压部61上方转动连接有伸出弧形挤压部61之外的活动轮63；活动轮63能够抵靠在切换轮56上；导向杆53的两端分别与安装块51之间连接有一复位弹簧64，复位弹簧64驱使导向杆53向导槽52的顶部平移。
弧形挤压部的下端设置有伸出弧形挤压部61之外的制动凸起65，制动凸起65能够抵靠在切换轮56上。
制动凸起65能够限制切换轮56旋转，进行一次制动，停运磁力驱动机构，活动车架12继续后倾，通过制动机构实现二次制动，以降低制动难度，提高制动灵敏度。
两个车轮14上分别设置的磁力驱动机构的原理如下：
控制活动车架12绕对应的转轴13前倾，弧形挤压部61与切换轮56接触，且弧形挤压部61相对切换轮56移动，使切换轮56缓慢旋转，直至活动轮63与切换轮56接触，此前，切换轮56已然有一定转速，能够实现磁力驱动机构的动作，使车轮14旋转，制动挡圈43与之同步旋转，抵靠在制动挡圈43上的中间轮62也随之反向旋转，中间轮62的转向与切换轮56下移前的转向相反；活动轮63拨动切换轮56、触发盘一54、触发盘二55、导向杆53同步沿导槽52下移，切换轮56下移至与中间轮62接触后，能够受到中间轮62带动而旋转，此时的旋转方向与切换轮56下移前的旋转方向一致，使车轮14的旋转间接的带动切换轮56旋转。
无疑，在切换轮56与中间轮62接触之前，切换轮56的转速较慢，适于平衡车的起步，避免传统平衡车起步速度较快而存在的安全隐患，随着车轮14线速度转嫁至切换轮56后，在切换轮56与中间轮62持续接触的过程中，平衡车相对匀速运行，通过活动车架12的后倾，使切换轮56与中间轮62分离可实现降速，反之实现加速。
转轴13的旋转：第一线圈S1和第二线圈S2圈数相同、择一通电，第三线圈S3和第四线圈S4圈数相同、择一通电；第一线圈S1和第三线圈S3同步以相反方向通电，第二线圈S2和第四线圈S4同步以相反方向通电，永磁块一31朝向衔铁块一33的磁极与永磁块二32朝向衔铁块二34的磁极相同，衔铁块一33与永磁块一31互斥时，衔铁块二34与永磁块二32互吸；衔铁块一33与永磁块一31互吸时，衔铁块二34与永磁块二32互斥；使滑块一24和滑块二25处于横向的往复运动中，传动链条一28在驱动传动链轮21旋转时，为两个链轮一锁止状态，此时，两个链轮二处于可相对短轴二转动的状态，反向时同理，使传动链轮21绕同一方向连续旋转，从而驱使两个车轮14可以以不同速度分别旋转，以实现转向、掉头，本平衡车不可倒退。
如何控制各线圈进行切换：切换轮56旋转，使触点一W1导通接触片一A1和导通片一B1，触点二W2导通接触片三A3和导通片三B3，由于接触片一A1连接电源L负极，导通片一B1连接第一线圈S1，第一线圈S1连接电源L正极，形成如下回路：电源L正极、第一线圈S1、导通片一B1、触点一W1、接触片一A1、电源L负极，由于接触片三A3连接第三线圈S3，第三线圈S3连接电源L负极，导通片三B3连接电源L正极，形成如下回路：电源L正极、导通片三B3、触点二W2、接触片三A3、第三线圈S3、电源L负极，使衔铁块一33被永磁块一31吸附、衔铁块二34被永磁块二32排斥，形成推杆一26和推杆二27同步向一侧移动的合力；
切换轮56旋转触点一W1导通接触片二A2和导通片二B2、触点二W2导通接触片四A4和导通片四B4时，由于接触片二A2连接第二线圈S2，第二线圈S2连接电源L负极，导通片二B2连接电源L正极，形成如下回路：电源L正极、导通片二B2、触点一W1、接触片二A2、第二线圈S2、电源L负极，由于接触片四A4连接电源L负极，导通片四B4连接第四线圈S4，第四线圈S4连接电源L正极，形成如下回路：电源L正极、第四线圈S4、导通片四B4、触点二W2、接触片四A4、第四线圈S4、电源L负极，使衔铁块一33被永磁块一31排斥、衔铁块二34被永磁块二32吸引，形成推杆一26和推杆二27同步向另一侧移动的合力。
如此反复，可随切换轮56的旋转速度，实现切换速度的变化，使车轮14实现与之对应的旋转速度。
本平衡车一改现有平衡车采用的轮毂电机，实现了平衡车车轮14小、整体尺寸小、质量轻、控制方便、结构简单等特性，且结构简单，涉水、耐脏等特性明显，无繁杂电路和控制程序，驾驶乐趣和可操作性提高。
安装块51用于连接固定车架11和安装盘44，以便于固定车架11上的电源L与触发盘一54、触发盘二55之间的导线连接。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种磁力平衡车上的线圈切换装置，其特征在于，平衡车包括转轴、转动连接在转轴上的固定车架(11)和活动车架(12)，所述固定车架(11)上固定设置有一安装盘(44)；
所述线圈切换装置包括固定在安装盘(44)上的安装块(51)，所述安装块(51)上开设有一导槽(52)，所述导槽(52)的下端向远离车轮(14)轴线方向倾斜，所述导槽(52)内滑动连接有一矩形的、与导槽(52)内壁适配的导向杆(53)，所述导向杆(53)上固定设置有触发盘一(54)和触发盘二(55)，所述触发盘一(54)和触发盘二(55)之间通过一销轴转动连接，所述销轴上固定设置有一切换轮(56)，所述触发盘一(54)上设置有接触片一(A1)、接触片二(A2)、接触片三(A3)和接触片四(A4)，所述接触片一(A1)、接触片二(A2)、接触片三(A3)和接触片四(A4)周向均匀分布在触发盘一(54)上，所述接触片一(A1)连接电源(L)负极，所述接触片二(A2)连接第二线圈(S2)，所述第二线圈(S2)连接电源(L)负极，所述接触片三(A3)连接第三线圈(S3)，所述第三线圈(S3)连接电源(L)负极，所述接触片四(A4)连接电源(L)负极；所述触发盘二(55)上设置有导通片一(B1)、导通片二(B2)、导通片三(B3)和导通片四(B4)，所述导通片一(B1)、导通片二(B2)、导通片三(B3)和导通片四(B4)周向均匀分布在触发盘二(55)上，所述导通片一(B1)连接第一线圈(S1)，所述第一线圈(S1)连接电源(L)正极，所述导通片二(B2)连接电源(L)正极，所述导通片三(B3)连接电源(L)正极，所述导通片四(B4)连接第四线圈(S4)，所述第四线圈(S4)连接电源(L)正极；所述切换轮(56)上固定设置有贯穿切换轮(56)两侧面的触点一(W1)和触点二(W2)，所述触点一(W1)和触点二(W2)周向均匀分布在切换轮(56)上，所述活动车架(12)上设置有能够与切换轮(56)轮面抵靠的弧形挤压部(61)，所述安装块(51)上转动连接有位于切换轮(56)下方的中间轮(62)，所述中间轮(62)与制动挡圈(43)抵靠，所述弧形挤压部(61)上方转动连接有伸出弧形挤压部(61)之外的活动轮(63)；所述活动轮(63)能够抵靠在切换轮(56)上；所述导向杆(53)的两端分别与安装块(51)之间连接有一复位弹簧(64)，所述复位弹簧(64)驱使导向杆(53)向导槽(52)的顶部平移。
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