CN117597098A

CN117597098A - 轮椅推进系统

Info

Publication number: CN117597098A
Application number: CN202280045795.0A
Authority: CN
Inventors: 布伦特·C·尼梅克; 杰弗里·R·斯克特
Original assignee: Game Changer Technology Co ltd
Current assignee: Game Changer Technology Co ltd
Priority date: 2021-06-29
Filing date: 2022-06-28
Publication date: 2024-02-23
Also published as: EP4362878A1; CA3222461A1; AU2022304739A1; US20240148574A1; JP2024525024A; US11911323B1; MX2023015000A; WO2023272380A1

Abstract

一种用于轮椅的电动轮椅推进系统。推进系统具有以可旋转的方式安装至轮椅的相应的第一驱动轮和第二驱动轮的第一扭矩传递毂和第二扭矩传递毂，以及布置在第一毂与第二毂之间的长形的轴管。在轴管内布置有从轴管的相反的端部延伸的第一马达和第二马达。第一驱动轴和第二驱动轴能够分别插入到第一毂的孔中和第二毂的孔中，并且分别操作性地连接至第一马达和第二马达。提供了用以对马达的致动进行控制的装置。马达的致动驱动马达旋转，从而将扭矩传递至驱动轴。驱动轴又将扭矩传递至毂，从而使驱动轮旋转。

Description

轮椅推进系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年6月29日提交的且题为“WHEELCHAIR PROPULSION SYSTEM(轮椅推进系统)”的美国申请No.63/216,126的优先权，该美国申请出于所有目的在此通过参引并入本文中。对美利坚合众国而言，该申请根据35U.S.C.§119要求于2021年6月29日提交的且题为“WHEELCHAIR PROPULSION SYSTEM(轮椅推进系统)”的美国申请No.63/216,126的权益。

技术领域

本发明涉及电动轮椅推进系统，特别地，涉及具有两个马达以使使用者能够在向前方向和向后方向两者上推进的那些电动轮椅推进系统。

背景技术

用于轮椅的电动推进系统在本领域中是已知的。这种电动推进系统允许使用者通过对电动马达的致动进行控制来电动地推进轮椅。现有的用于轮椅的电动推进系统重且在机械方面复杂，由此增加了用以制造和维修的成本。在轮椅工业中，需要一种具有更简单机构的轻质推进系统，以用于提供电力以推进轮椅。本发明涉及一种改进的用于轮椅的推进系统。

发明内容

本发明提供了一种轮椅推进系统。推进系统具有以可旋转的方式安装至轮椅的相应的第一驱动轮和第二驱动轮的第一扭矩传递毂和第二扭矩传递毂，以及布置在第一毂与第二毂之间的长形的轴管。在轴管内布置有从轴管的相反的端部延伸的第一马达和第二马达。第一驱动轴和第二驱动轴能够分别插入到第一毂的孔中和第二毂的孔中，并且分别操作性地连接至第一马达和第二马达。第一马达和第二马达分别对第一驱动轮和第二驱动轮的运动进行控制。提供了用以对马达的致动进行控制的装置。马达的致动驱动马达旋转，从而将扭矩传递至驱动轴。驱动轴又将扭矩传递至毂，从而使驱动轮旋转。

在一些实施方式中，第一驱动轴和第二驱动轴通过第一联接器和第二联接器操作性地连接至第一马达和第二马达。第一联接器布置成将第一驱动轴连接至第一马达，并且第二联接器布置成将第二驱动轴连接至第二马达。驱动轴通过与联接器接合在轴管内锁定就位，从而确保了联接器与马达的正确对准。

在一些实施方式中，第一驱动轴和第二驱动轴在没有第一联接器和第二联接器的情况下操作性地连接至第一马达和第二马达。在这样的实施方式中，第一扭矩传递型材和第二扭矩传递型材布置在第一马达和第二马达的端部的相应的表面上。第一扭矩传递型材和第二扭矩传递型材定形状成分别与第一驱动轴和第二驱动轴接合，从而将第一马达与第一驱动轴操作性地连接并且将第二马达与第二驱动轴操作性地连接。

本发明的方面提供了一种用于安装至轮椅的轮的毂。毂包括安装在毂内的扭矩接收构件。扭矩接收构件定形状成与驱动轴接合，特别是与驱动轴上的扭矩传递构件接合。扭矩接收构件可以包括配装在毂内的扭矩衬套，或者可以一体地形成在毂内。

下面描述了本发明的其他方面和本发明的具体实施方式的特征。

附图说明

在附图的参照图中示出了示例性实施方式。旨在将本文中所公开的实施方式和附图视为说明性的而非限制性的。

图1是根据本发明的一个实施方式的轮椅推进系统的前视截面图。

图2是图1的推进系统的分解图。

图3是安装在轮椅的一对驱动轮之间的图1的推进系统的前视截面图。

图4是轮椅的前视图，其示出了安装至轮椅的图1的推进系统。

图5是图1的推进系统的驱动轴、可旋转扭矩传递毂以及扭矩接收构件的分解图。

图6是图1的推进系统的驱动轴和可旋转扭矩传递毂的分解截面图，其示出了一体地形成在扭矩传递毂内的扭矩接收构件。

图7是图1的推进系统的示意图。

图8是图1的推进系统的示例轴壳体和安装支架的立体图。

图9是图1的推进系统的示例断开装置的前视截面图，其示出了与联接器接合的驱动轴。

图10是图9的断开装置的前视截面图，其示出了与联接器断开接合的驱动轴。

图11是根据另一示例实施方式的马达、轴壳体和驱动轴的分解立体图。

具体实施方式

参照图1至图4，在一个实施方式中，本发明的设备是轮椅推进系统10。推进系统10通过向手动轮椅提供电力来辅助手动轮椅16的推进。本发明的设备允许使用者手动地或电动地推进轮椅16，并且允许在两种模式之间无缝转换。推进系统10可以被改装到常规的手动轮椅16上。

推进系统10具有长形的中空轴管12，该长形的中空轴管12定尺寸成布置在轮椅16的座部18下方的一对驱动轮14a、14b之间。在轴管12内布置有第一马达22和第二马达24。第一马达22从轴管12的第一端部18延伸至轴管12内的第一点19，以使第一驱动轮14a旋转。第二马达24从轴管12的相反的第二端部20延伸至轴管12内的第二点21，以使第二驱动轮14b旋转。马达22、24可以是包括例如有刷或无刷的行星齿轮马达和直接驱动马达的任何合适的电动马达。

提供了用以对马达22、24的致动进行控制的装置。如图7中示意性示出的，这种装置可以包括控制器102，控制器102连接至输入装置100以用于从输入装置接收信号，并且连接至马达22、24以用于响应于从输入装置100接收的输入信号向马达22、24传输信号。输入装置100、控制器102和马达22、24可以无线地连接。可以连接电源104、比如可再充电电池以向控制器102和马达22、24供应电力。输入装置100、控制器102和电源104可以布置在轮椅16上的任何合适的位置处。例如，控制器102和电源104可以安装在座部18下方，并且输入装置100可以安装在轮椅16的扶手上。

输入装置100可以例如是诸如呈操纵杆、加速度计、远程控制器和/或移动电话应用的形式的人机接口(MMI)，该人机接口可以有线连接或(例如，通过蓝牙或Wi-Fi连接)无线地连接至控制器102，或者输入装置100可以是以植入在使用者的大脑中的计算机芯片的形式提供的脑机接口(BMI)，以用于向控制器102发送命令。

在驱动轮14a、14b中的每个驱动轮的中心孔30、32内安装有第一可旋转扭矩传递毂26和第二可旋转扭矩传递毂28。第一扭矩传递毂26和第二扭矩传递毂28各自具有中央孔34、36，中央孔34、36用于接纳穿过中央孔34、36的相应的第一驱动轴38和第二驱动轴40。第一驱动轴38和第二驱动轴40能够插入穿过中央孔34、36，以用于在驱动轴38、40的第一端部45、47处与相应的第一联接器42和第二联接器44接合。第一联接器42和第二联接器44在一个端部54、56处与相应的第一马达22和第二马达24接合，并且在第一联接器42和第二联接器44的相反的端部58、60处与第一驱动轴38和第二驱动轴40的相应的第一端部45、47接合，从而将轴管12连接至第一扭矩传递毂26和第二扭矩传递毂28。

第一轴壳体46和第二轴壳体48可以布置成在其第一端部49、51处连接轴管12，并且在其相反的第二端部53、57处连接扭矩传递毂26、28。第一轴壳体46和第二轴壳体48提供用于接纳至少相应的第一联接器42和第二联接器44以及第一驱动轴38和第二驱动轴40的长度的空间。第一驱动轴38和第二驱动轴40延伸穿过扭矩传递毂26、28的中央孔34、36进入到第一轴壳体46和第二轴壳体48中，以用于与第一联接器42和第二联接器44接合，以便将第一驱动轴38和第二驱动轴40固定在锁定位置中。第一驱动轴38和第二驱动轴40的锁定确保了联接器42、44与相应的马达22、24的正确对准，从而允许轴38、40旋转。

可以设置机械轴承50、52和/或扭矩接收构件62、64，以便于驱动轴38、40的旋转，并且从而便于第一扭矩传递毂26和第二扭矩传递毂28的旋转。机械轴承50、52可以布置在第一轴壳体46和第二轴壳体48内和/或扭矩传递毂26、28的中央孔34、36内，机械轴承50、52定尺寸成围绕驱动轴38、40的一定长度。

如图5中所示的，在一些实施方式中，扭矩接收构件62、64各自包括扭矩衬套63、65，扭矩衬套63、65可以安装至第一扭矩传递毂26和第二扭矩传递毂28的中央孔34、36的外端部82、84，以用于与驱动轴38、40上的相应的扭矩传递构件86、88接合，从而便于将来自驱动轴38、40的旋转的扭矩传递至扭矩传递毂26、28。图5是图示了根据示例实施方式的与扭矩衬套63、65结合的驱动轴38、40和扭矩传递毂26、28的分解图。参照图5，驱动轴38、40中的每个驱动轴包括作为扭矩传递构件86、88的螺母66、68。螺母66、68布置成围绕驱动轴38、40的邻近于驱动轴38、40的相应的第二端部70、72的长度。螺母66、68中的每个螺母具有布置在螺母的外周缘75上的一个或更多个平坦面74，所述一个或更多个平坦面74定形状成被接纳在扭矩衬套63、65的槽73a、73b内。扭矩衬套63、65中的每个扭矩衬套由具有一个或更多个平坦面80的内周缘78限定，所述一个或更多个平坦面80定形状成与螺母66、68的外周缘75上的所述一个或更多个平坦面74互补。

在一些实施方式中，扭矩接收构件62、64可以一体地布置在扭矩传递毂26、28中的每个扭矩传递毂的中央孔34、36的外端部82、84处，如图6中所示的。在这样的实施方式中，定形状成接纳驱动轴38、40上的扭矩传递构件86、88的一个或更多个平坦面可以在扭矩传递毂26、28的中央孔34、36的外端部82、84处定轮廓，从而省去了对于扭矩衬套63、65的需要。

扭矩传递构件86、88可以布置在沿着驱动轴38、40的长度的任何点处。在一些实施方式中，扭矩传递构件86、88可以一体地形成在驱动轴38、40的表面上。例如，驱动轴38、40的一定长度可以定轮廓成具有用于与扭矩接收构件62、64接合的一个或更多个平坦面。该实施方式省略了对于螺母66、68的需要。

第一安装支架94和第二安装支架96可以布置成将轮椅推进系统10固定至轮椅16的框架98。第一安装支架94和第二安装支架96可以安装在轮椅推进系统10上的任何合适的位置处、比如安装在第一轴壳体46和第二轴壳体48处。安装支架94、96可以固定至沿着轮椅16的框架98的任何合适的位置。

参照图8，第一安装支架94和第二安装支架96各自具有用于分别接纳第一轴壳体46和第二轴壳体48的开口97A、97B。在一些实施方式中，第一轴壳体46和第二轴壳体48的外周缘99A、99B的横截面形状为圆形。在这样的实施方式中，第一安装支架94和第二安装支架96的开口97A、97B的横截面形状为圆形，其中开口97A、97B具有光滑的内表面101A、101B。在其他实施方式中，第一轴壳体46和第二轴壳体48的外周缘99A、99B由定轮廓在轴壳体上的一个或更多个平坦表面105A、105B限定。在这样的实施方式中，第一安装支架94和第二安装支架96的开口97A、97B的内表面101A、101B由定轮廓在安装支架上的一个或更多个平坦表面107A、107B限定，平坦表面107A、107B与限定在轴壳体46、48上的一个或更多个平坦表面105A、105B互补。在一个示例中，八个平坦表面101A、101B、105A、105B定轮廓在轴壳体46、48上并且定轮廓在安装支架94、96的开口97A、97B内，使得轴壳体46、48和开口97A、97B的横截面形状为八边形。轴壳体46、48以及安装支架94、96的开口97A、97B的轮廓外形有助于保持施加至驱动轴38、40的扭矩。

驱动轴38、40可以包括可释放机构。例如，驱动轴38、40可以各自在其第二端部70、72处包括推动按钮90、92。推动按钮90、92的启用将驱动轴38、40释放成与第一联接器42和第二联接器44断开接合，从而允许扭矩传递毂26、28与轴管12和轴壳体46、48断开接合，进而允许在不使用任何工具的情况下将驱动轮14a、14b从轮椅16移除。

在一些实施方式中，提供了用以使联接器42、44沿轴管12的纵向方向在伸出位置与缩回位置之间移动的装置，在伸出位置中，联接器42、44接合相应的驱动轴38、40，以便以可旋转的方式驱动扭矩传递毂26、28，在缩回位置中，联接器42、44与相应的驱动轴38、40断开接合，以将旋转动力源与扭矩传递毂26、28断开连接。这种装置可以包括任何合适的断开装置，比如机电断开装置。图9和图10示出了作为断开装置的示例螺线管操作式机构。如在图9和图10示例实施方式中所示的，螺线管操作式机构103包括布置成围绕联接器42、44的螺线管本体106、布置成围绕螺线管本体106的螺线管绕组110、以及布置成与联接器42、44接触的波形弹簧108。为了将联接器42、44移动到延伸位置中以与相应的驱动轴38、40接合，联接器42、44利用磁场通电，从而使弹簧108朝向驱动轴38、40移动到压缩位置中(参见图9)。为了将联接器42、44移动至缩回位置，联接器42、44不被通电，并且因此波形弹簧108返回到其正常的无应力位置，从而从与联接器42、44接合中释放驱动轴38、40(参见图10)。

推进系统10根据以下方法进行操作。马达22、24在控制器102的控制下致动，控制器102从输入装置100接收来自使用者的输入。马达22、24的致动驱动马达旋转，从而将扭矩传递至相应的驱动轴38、40。驱动轴38、40将扭矩传递至相应的扭矩传递毂26、28，以使相应的驱动轮14a、14b旋转。驱动轮14a、14b也可以由使用者通过对驱动轮14b、14a的运动进行控制而手动地推进。

附加特征可以与推进系统10结合以增强轮椅16的功能性。这些特征包括例如制动系统比如再生制动系统、加速度计、巡航控制、自动驾驶能力、全球定位系统(GPS)、无线电池充电、再生电池充电、通用串行总线(USB)端口、语音启用和扬声器。

轮椅推进系统10可以在机械方面被简化，以减少组成部件的数量。这可以以许多不同的方式来完成。下面是这些方式中的一些方式的非限制性示例。

在一些实施方式中，轴管12和第一轴壳体46及第二轴壳体48一体地形成以形成壳体。在示例实施方式中，壳体由包括第一壳体部段和第二壳体部段的两个横截面部分形成。第一壳体部段可以包括轴管12和第一轴壳体46及第二轴壳体48中的每一者的第一横截面部分，并且第二壳体部段可以包括轴管12和第一轴壳体46及第二轴壳体48中的每一者的第二横截面部分。第一横截面部分和第二横截面部分可以具有相同的形状和/或尺寸，或者不同的形状和/或尺寸。第一横截面部分和第二横截面部分可以在第一马达22和第二马达24以及第一联接器42和第二联接器44和/或机械轴承50、52(如果存在的话)被安置在壳体中之后结合在一起以形成壳体。

在一些实施方式中，不需要用于第一联接器42和第二联接器44的单独部件。第一联接器42和第二联接器44可以分别一体地形成在第一马达22和第二马达24上。图11图示了示例实施方式。在示例实施方式中，第一马达22和第二马达24各自包括布置在第一马达和第二马达的一个端部154、156处的表面153A、153B上的扭矩传递型材150、152。扭矩传递型材150、152可以各自包括定形状成与第一驱动轴38和第二驱动轴40接合的一个或更多个表面。在一些实施方式中，扭矩传递型材150、152各自定形状成与第一驱动轴38和第二驱动轴40的相应的第一端部45、47接合。

在一些实施方式中，第一马达22和第二马达24通过诸如螺钉的紧固件装置连接至相应的第一轴壳体46和第二轴壳体48。在其他实施方式中，第一马达22和第二马达24可以在没有紧固件装置的情况下连接至相应的第一轴壳体46和第二轴壳体48。在示例实施方式中，如图11中所图示的，第一马达22和第二马达24各自包括布置在第一马达和第二马达的一个端部154、156处的锁定型材158、160。相应的第一轴壳体46和第二轴壳体48的内表面162、164可以定轮廓、定形状和定尺寸成与相应的锁定型材158、160接合，从而将第一马达22和第二马达24分别相互锁定在相应的第一轴壳体46和第二轴壳体48内。在一些实施方式中，在相应的第一马达22和第二马达24与相应的第一轴壳体46和第二轴壳体48之间布置有保持环166、168。保持环166、168可以定尺寸成围绕相应的马达22、24的至少一部分。在一些实施方式中，第一轴壳体46和第二轴壳体48的内表面162、164包括定尺寸成接纳相应的保持环166、168的相应的第一凹槽170和第二凹槽172。这将第一马达22和第二马达24在第一轴壳体46和第二轴壳体48内固定就位，从而有利地防止马达22、24在使用期间的旋转扭矩和横向运动。

在由相同的附图标记标识的对应部件和相似部件的整个前述描述和附图中，已经阐述了具体的细节以便为本领域技术人员提供更透彻的理解。然而，可能没有详细地示出或描述公知的元件或者根本没有示出或描述公知的元件以避免不必要地模糊本公开。

根据前述公开内容的教示，对于本领域技术人员将明显的是，在不脱离本发明的范围的情况下，在本发明的实践中可以做出许多变型和改型。因此，描述和附图应被视为说明性的而非限制性的含义。

Claims

1.一种轮椅推进系统(10)，包括：

第一可旋转毂(26)和第二可旋转毂(28)，所述第一可旋转毂(26)和所述第二可旋转毂(28)用于分别安装至轮椅(16)的第一轮(14a)和第二轮(14b)；

长形的轴管(12)，所述长形的轴管(12)布置在所述第一毂与所述第二毂之间；

第一马达(22)和第二马达(24)，所述第一马达(22)和所述第二马达(24)布置在所述轴管内且从所述轴管的相反的端部(18、20)延伸；

第一驱动轴(38)和第二驱动轴(40)，所述第一驱动轴(38)和所述第二驱动轴(40)能够分别插入到所述第一可旋转毂的孔(34)中和所述第二可旋转毂的孔(36)中并且分别操作性地连接至所述第一马达和所述第二马达，其中，所述第一马达和所述第二马达的致动将扭矩传递至所述第一驱动轴和所述第二驱动轴并且传递至所述第一毂和所述第二毂，从而分别使所述第一轮和所述第二轮旋转。

2.根据权利要求1所述的轮椅推进系统，其中，所述第一驱动轴和所述第二驱动轴通过第一联接器(42)和第二联接器(44)操作性地连接至所述第一马达和所述第二马达，所述第一联接器布置成将所述第一驱动轴连接至所述第一马达，并且所述第二联接器布置成将所述第二驱动轴连接至所述第二马达。

3.根据权利要求1所述的轮椅推进系统，其中，所述第一马达和所述第二马达分别包括第一扭矩传递型材(150)和第二扭矩传递型材(152)，所述第一扭矩传递型材和所述第二扭矩传递型材布置成分别与所述第一驱动轴和所述第二驱动轴接合，以便将所述第一驱动轴操作性地连接至所述第一马达并且将所述第二驱动轴操作性地连接至所述第二马达。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的轮椅推进系统，还包括分别安装在所述第一毂和所述第二毂内的第一扭矩接收构件(62)和第二扭矩接收构件(64)，其中，所述第一扭矩接收构件和所述第二扭矩接收构件定形状成分别与所述第一驱动轴和所述第二驱动轴接合。

5.根据权利要求4所述的轮椅推进系统，其中，所述第一扭矩接收构件和所述第二扭矩接收构件分别一体地形成在所述第一毂和所述第二毂内。

6.根据权利要求4所述的轮椅推进系统，其中，所述第一扭矩接收构件和所述第二扭矩接收构件分别包括第一扭矩衬套(63)和第二扭矩衬套(65)。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的轮椅推进系统，其中，所述第一驱动轴和所述第二驱动轴包括定形状成与所述第一扭矩接收构件和所述第二扭矩接收构件接合的第一扭矩传递构件(86)和第二扭矩传递构件(88)。

8.根据权利要求2和4至7中的任一项所述的轮椅推进系统，还包括用于使所述第一联接器和所述第二联接器沿所述轴管的纵向轴线在用以与所述第一驱动轴和所述第二驱动轴接合的位置与用以与所述第一驱动轴和所述第二驱动轴断开接合的位置之间移动的装置(103)。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的轮椅推进系统，还包括第一轴壳体(46)和第二轴壳体(48)，所述第一轴壳体(46)和所述第二轴壳体(48)各自具有第一端部(49、51)和相反的第二端部(53、57)，所述第一端部与所述轴管的相反的端部接合，并且所述第二端部分别与所述第一毂和所述第二毂接合，其中，所述第一轴和所述第二轴能够插入到相应的所述第一毂和所述第二毂的孔中以及所述第一轴壳体和所述第二轴壳体的至少一定长度中。

10.根据权利要求9所述的轮椅推进系统，还包括分别安装至所述第一轴壳体和所述第二轴壳体的第一安装支架(94)和第二安装支架(96)，所述第一安装支架(94)和所述第二安装支架(96)布置成将所述轴管固定至所述轮椅的框架。

11.根据权利要求10所述的轮椅推进系统，其中，所述第一安装支架和所述第二安装支架各自包括定形状成分别接纳所述第一轴壳体和所述第二轴壳体的开口(97a、97b)。

12.根据权利要求11所述的轮椅推进系统，其中，所述第一安装支架和所述第二安装支架的所述开口的横截面形状以及所述第一轴壳体和所述第二轴壳体的横截面形状为圆形。

13.根据权利要求11所述的轮椅推进系统，其中，所述第一安装支架和所述第二安装支架的所述开口的横截面形状以及所述第一轴壳体和所述第二轴壳体的横截面形状为多边形。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的轮椅推进系统，还包括用于对所述第一马达和所述第二马达的致动进行控制的装置(100、102)。

15.根据权利要求14所述的轮椅推进系统，其中，用于对所述第一马达和所述第二马达的致动进行控制的所述装置包括控制器(102)，所述控制器(102)连接至输入装置(100)以用于从所述输入装置接收信号并且连接至所述第一马达和所述第二马达以用于向所述第一马达和所述第二马达传输所述信号。

16.根据权利要求1至15中的任一项所述的轮椅推进系统，其中，所述第一马达和所述第二马达包括行星马达或直接驱动马达。

17.根据权利要求1至16中的任一项所述的轮椅推进系统，其中，所述第一驱动轴和所述第二驱动轴各自包括快速释放机构，所述快速释放机构能够操作成将所述第一驱动轴和所述第二驱动轴与相应的所述第一马达和所述第二马达选择性地断开接合。

18.一种轮椅，所述轮椅具有操作性地安装在所述轮椅上的、根据权利要求1至17中的任一项所述的轮椅推进系统。

19.一种用于安装至轮椅(16)的轮(14a、14b)的毂(26、28)，所述毂包括安装在所述毂内的扭矩接收构件(62、64)，其中，所述扭矩接收构件定形状成与驱动轴(38、40)接合。

20.根据权利要求19所述的毂，其中，所述扭矩接收构件包括扭矩衬套(63、65)。

21.根据权利要求19所述的毂，其中，所述扭矩接收构件一体地形成在所述毂内。