CN1261035A - 环轮车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种独特的空心式环形车轮及其专用的环式或轮式驱动装置,并由其构成的一系列陆地或水陆两栖式环轮车辆;因环轮具有非常小的能耗,而环式或轮式驱动装置又可提供高倍的强推力,故环轮车的运载效率显著高于传统车辆;作为基本发明构思的实施例,本发明提出了电动独环轮车、手提式独环轮步车、电动双环轮轿车、防撞防翻式双环轮车、水陆两用双环轮车和组合式四环轮车等具体方案,从而为世界提供了全新一代的高效、安全和绿色的交通工具。

Description

环轮车辆

本发明公开了一种环形车轮及其专用的环式或轮式驱动装置，并由它们构成的一系列环轮车辆，属于非轨行陆地或水陆两栖运输工具。

陆上运输离不开车辆，从小推车，自行车，汽车到火车，而一切车辆都离不开车轮，然而，现在被广泛使用着的传统车轮，自发明至今却已有几千年的历史了，现代车轮与古代车轮之间，除了充气轮胎及滚珠轴承这两项改进外，其基本原理和组成并无本质的变化，都必需由车辋，车辐，车毂和中心车轴来构成。对车轮的基本力学原理做较深入的研究后，发现这种经典的车轮结构，其传动效率，作用力方式及可适用的车体结构都有很大的局限性，远非理想。现在，全世界的汽车污染和交通拥挤都已到了难以容忍的地步，虽然各国都在竞相开发电动汽车，投资巨大，可是，由于电池的储能不高及成本昂贵，目前真正能普及的高效电动车尚未面世。因此，若能从根本上改进车辆的结构并能大幅度地提高其效率，则不但以上问题可迎刃而解，而且可为全球节省巨额的能源。所以，本专利的发明思路就是要从最基本的车轮和驱动装置入手，较彻底地改进车辆的总体结构，以适应现代绿色交通和保证安全的需要。

本发明的目的是提供一种能将无用摩擦及形变能耗减至最小而将有用摩擦增到最大的环形车轮(简称环轮)，以及可产生高效推动力的环式或轮式驱动装置，并由此而构成的一系列具有独特结构的高效和高安全性的环轮车辆。

本发明的目的是这样实现的：完全取消普通车轮中的车辐、车毂、轮轴轴承及中心车轴，而在车辋上加设主副轨道及内齿轮，安上充气或实心轮胎即构成空心的环形车轮；车体的重量负荷，则通过轮架上的滚珠或滚轮，施加在环轮的主轨道上。

其专用的环式驱动装置则由一个齿轮驱动环，一个支点定位器和前后的推力变向器所组成。齿轮驱动环是一个外径小于环轮内径的圆环，其外圆有齿轮与环轮的内齿轮相啮合，其内圆上则设有滑动轨道；支点定位器则是一个保持以内外齿轮的节点为支点，并使之处于环轮下端近地点附近的装置，它的结构是在一个框架上安装两对分别在环轮的副轨道及驱动环的内轨道上自由移动的滚轮，在支点定位器的框架与轮架之间，还分别装有前、后两只移位助力弹簧，以保证在车体前进或后退时，支点定位器受到弹簧的水平压力作用，从而能顺畅地相应移动；在支点定位器上，以内外齿轮的节点为轴心，还装有前后各一个T形或扇形推力变向器，在此变向器的弧形边的一端装有滚轮，它在齿轮驱动环的内轨中滚动，此滚轮与内轨道的接触点，即齿轮驱动环的推力点；其另一端则紧压在轮架的受力部位，从而将得自齿轮驱动环下方推力点的推动力，变成水平方向的推力而加至轮架及整个车体上；在齿轮驱动环的上端顶部，则装有与动力源相联的变速机构，并以齿轮与驱动环的外齿轮相啮合，以正反方向及不同的转速来向驱动环提供推动力，从而在驱动环的下方推力点上，即可获得两倍或更高倍率的推动力，以推动轮架和整个车体在环轮的主轨道上向前或向后运动；在活动的环轮与固定的轮架之间，安装有间隙较小的迷宫式或组合式防尘密封装置；

轮式驱动装置则是环式驱动装置的简化结构，即省去了环轮上的副轨道，并省去了支点定位器、前后移位助力弹簧和前后推力变向器，而将齿轮驱动环改为齿轮驱动轮，将此驱动轮的中心轴紧压在轮架的受力部位，即能以双倍的推力来推动轮架和车体向前或向后运动；

对于大尺寸的环轮，则还将驱动引擎或驱动电机及其变速机构都安装在轮架上，共同组成为一个独立的带有动力的有源环轮；再将轮架与整个车体相固联，就构成了环轮车辆；对每个独立环轮的控制，则由一个用微处理器和变频调速器组成的电子操纵系统来完成；由一根操纵杆来调节每个环轮的正反转动方向和速度，以驾驶环轮车辆的运行；在车辆减速或刹车时，电子操纵系统即自动将驱动电机换接成发电机工作模式，并以大小与速度相关的电流向蓄电池充电；

环轮及环式或轮式驱动装置的实际应用是多种多样的，采用不同的环轮数目与形式的组合，并配上与之相适应的车体，就构成为不同类型、不同尺寸和不同用途的环轮车辆系列，作为具体的实施例，本发明将提出以下数项具体方案，即：独环轮电动车、独环轮步车、双环轮轿车、防撞防翻式双环轮车、水陆两栖式环轮车及组合式四环轮车等。

从以上的结构特点及以下的原理分析可知：本发明将具有以下优点：一，要环轮在地面滚动，只需要使轮架上的滚珠或滚轮在环轮的钢性主轨道上滚动就行了，这种滚动摩擦是相当小的，又因为节省了轮胎形变和轮辐的内应力变化所消耗的动力，放环轮的总能量损耗将远低于普通车轮；二，环轮车辆是由内外齿轮的啮合来使车体前进的，而普通车辆则是靠轮胎与地面的摩擦来使车辆前进的，故对环轮车辆而言，不存在有车轮打滑的问题，只要轮胎与地面的滑动摩擦系数大于滚珠或滚轮在钢轨上的滚动摩擦系数，车辆即可正常运行，因而更好地适应于各种路面；三，根据力学原理，因环式驱动装置的支点是最下端的齿轮节点，故若在驱动环的上端顶点加一个切向水平力，则在下部各推力点上，就可获得两倍或更高倍率的推力，所选推力点高最下端的支点越近，则获得的推力就越大，而这正是为了大量节省能源和克服车辆启动时较大的静摩擦力所非常必需的；而对于轮式驱动装置，则也由于支点位置的改变，而使得驱动轮中心轴的水平推力将是上端切向水平推力的两倍，这两者都意味着：环轮车辆的效率，比之传统车辆将有成倍的提高。四，对于大直径的双轮环车，可设计得使车体的重心低于圆心，因而这种环轮车辆具有稳定平衡，不易翻车而提高了安全性；五，由于每个环轮皆为独立驱动，故极易做180°的原地转弯；六，因环轮本身的质量相当小，故在车辆行驶时，它容易被三角形止动架刹住，而这时由于惯性力的作用，将会使双环轮车的车体继续沿着环轮的主轨道作圆周减速运动，从而将本来具有巨大破坏力的车体动能，转变成为充电的电能和车体的势能及转动的动能，后两者最终也将会变成电能；而在道路的前进方向，环轮车辆则被迅速刹住，不致因惯性而继续冲向前方以造成破坏，这就能最有效地防止撞车和撞人等交通事故；七，环轮车辆的总体结构相对简单，车体的有效空间增大，故利于普及，也有助于交通的改善。

本发明的具体结构由以下的各实施例及相应的附图给出。

图1为环轮及轮架的示意图；

图2为环式驱动装置的示意图；

图3为轮式驱动装置的示意图；

图4为独环轮电动车的示意图；

图5为独环轮步车示意图；

图6为双环轮轿车示意图；

图7为防撞防翻式双环轮车示意图；

图8为水陆两栖式双环轮车示意图；

图9为组合式四环轮车示意图；

以下结合各幅附图，来分别说明根据本发明的基本构思所提出的各例具体实施方案的结构细节及工作情况：

图1是环轮和轮架的示意图：[1]为带有内齿轮的环形车辋，其两侧各有一条主轨道[2]，而在内齿轮的两侧下方，还各有一条副轨道[3]；[4]为轮胎；[5]则为与车体相固联的轮架，在轮架的四周，分别装有若干对带滚珠的滚轮，上方和前后方的对数较少，而下方则装有多对滚轮，或为一个周围装有很多滚珠的椭圆盘，这些滚轮或滚珠都在环轮的主轨道上滚动；[6]则为轮架上接受推力的横梁。

图2是环式驱动装置的示意图：轴心安装在支点定位器[8]上的前后T形推力变向器[71，其弧形臂的一端紧压在轮架的受力横梁[6]上，而另外一端则装有一对滚轮，可分别在齿轮驱动环[12]的两条内轨道上滚动；齿轮驱动环[12]的外齿轮与环轮的内齿轮相啮合，其啮合区则由支点定位器[8]限定在环轮的近地点附近；在支点定位器[8]的框架上装有两对滚轮或滚珠轴承[10]，它们分别在环轮的副轨道及驱动环的内轨道上滚动；在支点定位器[8]的两旁还各有一对移位助力弹簧[9]，其一端的固定轴安装在轮架上，另一端头则分别紧压在支点定位器上，图中所示为向左方运动时的状态；驱动电机或引擎[13]的动力，则通过轮系或链条传送到位于齿轮驱动环[12]上端的变速齿轮[14]，它与齿轮驱动环[12]相啮合，并安装于轮架上。

图3是轮式驱动装置的示意图：与环轮[15]的内齿轮相啮合的是一个驱动齿轮[17]，其中心轴上装有轴承[16]，并被置于轮架上的长方形轴孔[18]中；安装在轮架上的变速齿轮[19]则在上方与驱动齿轮[17]相啮合。

图4是一种电动独环轮车的示意图：它只用了一个环轮[21]和一套环式驱动装置，[20]是齿轮驱动环；[23]是安装在轮架上的驱动电机，它通过一组轮系来带动驱动环[20]上端的变速齿轮[25]；而轮架、支点定位器、移位助力弹簧及推力变向器等在图中省去；[24]是蓄电池，它被安置在下部偏前方，以与人体的重量相平衡；[26]是左右两边的踏脚架，安装在前方下部；[22]是驾驶员的鞍座，安装在后方中部；[27]则是操纵手柄。

图5是一种手提式独环轮步车的示意图：[28]是操纵手柄；[29]是与轮架[37]相固联的柄杆；它采用了一套轮式驱动装置，左右两边各有一个可以上下活动的脚踏[34]，由其上的齿条[31]来带动定向耦合器[32]上的齿轮；再由变速齿轮[33]来带动驱动齿轮[36]，然后再由驱动齿轮[36]的中心轴来推动轮架，使之在环轮[35]的轨道上运动；脚踏[34]的往上复位则由拉簧[30]来完成；在轮架[37]的外部，装有防护用的车罩。

图6是一种双环轮轿车的示意图：它具有典型的流线型车体；在左右两边各有一个大直径的环轮及相应的一套环式驱动装置；车门开在后方；图中示出了轿车的主要部件：[39]是环轮；[42]是其齿轮驱动环；[38]是安装在轮架上的驱动电机；轮架、支点定位器、前后移位助力弹簧及前后推力变向器等在图中皆省去了未画；[41]和[45]是安装在两排座椅下的蓄电池；[43]是变速机构及齿轮，它与驱动电机由链条或轮系相联；[44]是驾驶操纵杆，它安装在司机的右手下前方，它通过一个由微处理器构成的电子控制器来操纵两个环轮的转动方向与速度；[40]是与车门联动的可收放的支撑架，安装在环轮车后部行李箱的底下；在活动的环轮与固定的轮架之间，安装有间隙较小的迷宫式或组合式防尘密封装置。

图7是一种防翻车及防碰撞的双环轮车：[49]是左右两侧的大直径环轮，相应的环式驱动装置和动力系统皆与前述的双环轮轿车相同；但增加了前后的三角形止动架[47]，它以卡式或悬挂式活动结构与车体相联；[48]是弹力或电磁制动抱紧装置，当防撞架[46]触及前方物体时，机械卡销脱开或继电器动作而使三角形止动架[47]自动抱紧于环轮上，并同时与车体脱离，这时，环轮被止动于地面，而车体则以较低的速度继续沿着环轮的主轨道作圆周运动；[52]是保护用的框架；[51]则是两侧防翻车的防护板，其下装有小滚轮，可在圆弧形滑轨[50]上进行上下滑动，在正常时它们都由弹簧拉住而处于图示的位置，但当车辆侧翻压住防护板[51]时，环车底部的重量就会迅速使车辆恢复正位。

图8是一种水陆两栖式双环轮车示意图：左右环轮[53]的外侧由一个完整的圆盖密封防水，其内侧也由一个只在圆心部位有孔且装有环形防水圈[54]的圆盖封住；其余的环式驱动装置和动力系统皆同于双环轮轿车；而车体则设计成较长的流线型密闭式船体，并有辐射状加强梁伸展至车体各部位；而车体与轮架的固联，则集中于环轮的圆心部位[55]；在车体的尾部下方两侧，则各装有一个螺旋桨[56]。

图9是一种组合式四环轮车的示意图：它由两辆独立的双环轮车组合而成；双环轮车的尾部车门为可翻拉式结构，车顶及底座架皆为可伸缩对接式结构，由两辆双环轮车尾对尾地对接拼装；原来各自独立的电子操纵系统，则通过一组电缆的插接来合并；这种灵活的大容积四环轮车，适于运输货物及远程旅游。

Claims (7)

1，陆地或水陆两栖式车辆，包括人力、机械或电力驱动装置、操纵系统和车体，其特征在于：其车轮为环轮，而对环轮的驱动则采用环式或轮式驱动装置；环轮是一种在车辋的内圆上设有主副轨道及内齿轮的环形空心轮，在环轮的主轨道[2]上，有周围装着滚珠或滚轮的轮架[5]，轮架与车体相联；环式驱动装置由齿轮驱动环[12]，支点定位器[8]和推力变向器[7]所组成；齿轮驱动环[12]的外齿轮与环轮的内齿轮在环轮的下方近地点附近相啮合；齿轮驱动环的内圆上有滑动轨道，在支点定位器[8]的框架上装着两对可分别在环轮的副轨道[3]及驱动环的内轨道中滚动的滚轮或滚珠轴承[10]；在支点定位器[8]的框架上，还装有前后各一个推力变向器[7]，此变向器的弧形边的一端装有滚轮[11]，它在齿轮驱动环的内轨道中滚动，另一端则紧压在轮架的受力部位[6]上；在支点定位器与轮架之间，分别装有前后移位助力弹簧[9]，弹簧的一端固定在轮架上，另一端则分别地紧压在支点定位器的框架上；驱动电机或引擎[13]通过轮系或链条，将动力传到安装在齿轮驱动环上方顶部的变速机构[14]，变速机构的齿轮在此与齿轮驱动环[12]的外齿轮相啮合；轮式驱动装置则由驱动齿轮[17]与变速机构及齿轮[19]所组成，驱动齿轮的外齿轮与环轮的内齿轮[15]在下方近地点附近相啮合，其中心轴上的轴承[16]则置于轮架的孔[18]内，变速机构的齿轮在驱动齿轮[17]的上方顶部与之相啮合；在活动的环轮与固定的轮架之间，安装有迷宫式或组合式防尘密封装置。

2，根据权利要求1所述的环轮车，其特征在于：采用一个环轮[21]和一套环式驱动装置，并由轮架上的驱动电机[23]为动力；蓄电池[24]安置在轮架的下前方，驾驶员的踏脚架[26]和鞍座[22]分别置于车体的前方下部和后部。

3，根据权利要求1所述的环轮车，其特征在于：采用一个环轮[35]和一套轮式驱动装置，在轮架[37]的上部装有操纵手柄[28]和柄杆[29]；脚踏[34]的上部装有能上下活动的齿条[31]，它与定向耦合器[32]上的齿轮相啮合，变速齿轮[33]则在驱动齿轮[36]的上方顶部与之相啮合；拉簧[30]装在脚踏与轮架上方之间。

4，根据权利要求1所述的环轮车，其特征在于：采用了两个大直径的环轮及两套相应的环式驱动装置，两个环轮在车体的左右两侧，车体为典型的流线型，车门开在车体的后方，在后部行李箱的底下装有与车门联动的可收放支撑架[40]；在司机座位的右手下前方，装有操纵杆[44]，它通过一个由微处理器构成的电子系统及一个变频控制器来操纵环轮车的运动；在车内两排座椅下装有蓄电池[41]和[45]；驱动电机[38]分别安装在两个环轮的轮架上。

5，根据权利要求1所述的环轮车，其特征在于：其左右两边装有两个大直径的环轮及两套相应的环式驱动装置；在车体的前后方，采用卡式或悬挂式活动结构各装有一个三角形止动架[47]；前方有防撞架[46]控制着止动架上的弹力式或电磁式自动抱紧装置[48]；在车体的两侧还装有防翻车的圆弧形滑轨[50]及可在其上滑动的防护板[51]，以及保护用的框架[52]。

6，根据权利要求1所述的环轮车，其特征在于：左右两边装有两个大直径的环轮及两套相应的环式驱动装置，而在左右环轮[53]的外侧有一个完整的密封圆盖，其内侧也有一个只在圆心部位有孔且装有环形防水圈[54]的封闭圆盖；而车体则为较长的流线体密闭式船型，并有辐射状加强梁伸展至车体的各部位；车体与轮架的固联，则集中于环轮的圆心部位[55]；在车体的尾部下方两侧，则各装有一个螺旋桨[56]。

7，根据权利要求1所述的环轮车，其特征在于：由两辆独立的双环轮车组合成一辆大体积的四环轮车；每辆双环轮车都有左右两个大直径的环轮及相应的环式驱动装置；双环轮车的尾部车门为可翻拉式结构，车顶及底座架为可伸缩对接式结构，两辆双环轮车尾对尾地拼接；两套独立的电子操纵系统由一组电缆的插接装置来合并。

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