CN217864305U - 车轮装置 - Google Patents

Abstract

一种车轮装置，包括：外轮，具有用于在地面上滚动的外部滚动表面；内部结构，与外轮接合并设置为沿外轮的内圆周轨道移动，如此使得内部结构相对于外轮移动；其中，内部结构包括用于接收外部负载的负载点，所述负载点偏离外轮的中心，所述外部负载包括施加到负载点的重量和启动车轮装置移动的力。

Description

车轮装置

技术领域

本发明涉及一种用于在不平坦的地面(地形)上移动的车轮装置。具体 地，该车轮装置可用于非驱动和负载承载的应用，例如但不限于，手推车或 购物车。

背景技术

轮轴是六种简单机械之一。它经过多次调整以适应不同的条件，包括在 不平坦的地形上通过。车轮的一个缺点是在不平的地形上行驶，可能会产生 冲击或颠簸，从而使骑行不那么顺畅。另一个缺点是，当在大小顺序类似的 诸如台阶等障碍物上进行机动时，会遇到显著的冲击力。

为了克服这些困难，一种解决方案是采用三轮组件，其中每个轮子都放 置在从中轴延伸的臂的末端。当三个轮子中的一个轮子接触障碍物例如台阶 时，三轮组件绕第一个轮子的轴旋转，以便将下一个轮子放置在台阶附近或 台阶上。因此，手推车的进一步移动允许绕第二个轮子的轴旋转，直到第二 个和第三个轮子位于水平表面上，从而允许手推车像以前一样移动。

因此，当三轮组件从台阶接触阶段过渡到第二个轮子旋转到台阶顶部时， 爬台阶的运动是一个“咔嗒(clunking)”的不连续过程。每一个台阶都重 复这个过程。

进一步，与传统手推车的较大轮子不同，三轮组件本质上是在三个小轮 子上运行，具有较小轮子在崎岖不平的地形上行走时所带来的所有固有困难。 为了让三轮组件爬上台阶，臂必须足够长以在轮子之间提供足够的间隙，因 此在避免在正常操作时完全无法使用过长的臂和足够直径的轮子之间有一个 平衡。因此，除了爬台阶的任何好处外，三轮组件的绝大多数操作都难以操 纵。

更进一步，三轮组件在手推车的每一侧有两个接触点，其限制了手推车 沿直线路径的运动。因此，如果用户想要改变手推车前进方向，则需要施加 更大的力来转动手推车。工作量(effort)也随着手推车承载的负载而增加。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种车轮装置，包括:外轮，其具有用于在 地面(地形)上滚动的外滚动表面；内部结构，与所述外轮接合并设置为沿 所述外轮的内圆周轨道移动，如此使得所述内部结构相对于所述外轮移动； 其中所述内部结构包括用于接收外部负载的负载点，所述负载点偏离所述外 轮的中心，所述外部负载包括施加到所述负载点的重量和启动所述车轮装置 移动的力。

在第二方面，本发明提供了根据第一方面所述的车轮装置移动越过障碍 物的方法，所述方法包括以下步骤：外轮接触障碍物；向内部结构的负载点 施加负载以启动移动越过障碍物，内部结构相对于外轮移动以重新分配施加 的外部负载，等等；内部结构在一个方向上向外轮施加力，启动移动越过障 碍物，并且；外轮滚动越过障碍物。

内部结构可以在外轮内自由旋转，通过沿着外轮内的轨道滑动，而不是 像普通车轮那样由于撞击而突然停止，从而将其动量重新定向到圆形路径中。 这可能会抑制冲击并减少传递到用户手上并被用户手感觉到的任何震动。

车轮装置可能能够利用更大的外轮直径来消除不平坦或粗糙表面(例如 砾石、崎岖不平的表面)上的颠簸。

车轮装置可能有潜力提供更平滑的上楼梯运动路径，减少用户感觉到的 颠簸，并从而减少使用便携式购物手推车爬楼梯所需的努力(工作量)。

三轮组件也可以在爬楼梯过程中有利于平稳过渡。然而，由于三轮组件 的设计性质，当人们试图转弯时，它可能会遇到更高的阻力。这是因为这种 机构总是在地面上有4个轮子，并且它们限制运动沿一个方向移动。

附图说明

附图说明了本发明的可能装置，参照附图便于进一步描述本发明。本发 明的其他装置是可能的，因此，不应将附图的特殊性理解为取代本发明的前 述描述的一般性。

图1是根据本发明的一个实施方式的具有车轮装置的手推车的示意图；

图2A至2C是根据本发明的另一实施方式的车轮装置的顺序正视图；

图3A和3B是根据本发明的又一实施方式的车轮装置的各种视图；

图4A至4F是根据本发明的又一实施方式的车轮装置的各种视图；

图5是根据本发明的又一实施方式的车轮装置的各种视图；

图6A至6B是根据本发明的又一实施方式的车轮装置的各种视图；及

图7A至7C是根据本发明的又一实施方式的车轮装置的各种视图。

具体实施方式

核心发明包括外轮，其具有用于在地形上滚动的滚动表面。内部结构位 于内轮，并且设置为相对于外轮移动，例如沿外轮的内圆周轨道滚动。

内部结构包括负载点，该负载点设置为接收外部负载，例如，施加的重 量和启动车轮装置移动的力。例如，在手推车的情况下，手推车要承载的重 量直接指向负载点。手推车也可以通过这个负载点被牵引或推动以启动移动。

在一个实施方式中，外轮的内圆周轨道为内部结构的移动提供了一条平 稳的滚动路径。当在正常平坦的地形上牵引手推车时，内部结构在外轮内滚 动，这进而使得外轮在地形上滚动。

当外轮遇到障碍物时，例如，当它碰到小台阶时，内部结构继续沿着外 轮的内轨道滚动，直到内部结构相对于外轮的最终位置使外轮旋转越过台阶。 这样，当试图在不平坦的地形上拉动手推车时，用户将体验到较低的颠簸。 除了购物车或手推车，该概念还可以应用于工业领域，用于在不平坦的地形 环境中手动搬运和运输重型负载。它也可以被应用到需要在不平坦的地形上 用例如履带车拖拽的更大的车厢。

图1和图2A至2C显示了根据一个实施方式的车轮装置的操作。

图1显示了具有固定在框架108上的负载106的手推车100。根据这个 实施方式，框架108通过内部结构的负载点112固定在车轮装置101上，在 此实施方式中，内部结构是内轮102，其在外轮104内自由滚动。

如下文所述，本发明的一个特征通过当手推车100登上台阶110时负载 点113的平稳移动路径来证明。

如图2A至2C中更详细地所示，车轮装置200被示出为静止在表面206 上。当内轮204在负载点208处安装到手推车中的负载224时，当静止时， 内轮的负载点在外轮202的中心218正下方。

当力/负载220A通过手推车框架108施加时，车轮装置200开始运动 207。内轮204通过在外轮202内沿着内圆周轨道滚动而相对于外轮自由移 动。因此，为了平衡各种力，外轮202由于产生的力矩而向右移动。该力矩 是由于内轮负载点224与外轮的地面接触点(需要加标记)的水平偏离而产 生的。需要注意的是，负载点的移动会遵循相对于外轮202固定的圆形路径 211。

接近台阶201时，外轮202首先在碰到台阶201时突然停止。内轮204 继续在外轮内移动。内轮的负载点208将继续沿着圆形路径211移动，直到 其到达外轮202将开始向上移动的特定高度。当整个轮机构上升到特定高度 时，它将开始绕台阶角222旋转并最终滚动到台阶平面上。

图3A和图3B显示了本发明的另一个实施方式。该实施方式与图1和图 2的实施方式类似，其中车轮装置310包括内部结构，在此实施方式中是内 轮304，沿着内圆周轨道305自由移动/滚动。在此实施方式中，内圆周轨道 不是平坦的环形表面，而是包括有助于在操作过程中内轮在外轮内自动调准 的倾斜表面。

内轮304包括负载点，以轴308的形式安装在手推车的框架310上，并 因此设置为支持手推车的负载。内轮在外轮302的腔312内移动。应注意， 在该实施方式中，固定轴提供防止内轮304径向移动的横向限制(lateral limit)，以便遵循腔312内的环形路径。

图4A到图4F示出了替代实施方式，其中内部结构是设置为使用一对辊 446、449相对于外轮404移动的滑动机构440。内圆周轨道包括具有环形开 口407的环形腔406。辊446、449抵靠着腔406内的第一滚动表面430或 第二滚动表面432滚动，以便与较早的实施方式一样定位滑动机构440。应 当理解，虽然该实施方式使用辊与外轮接合，但其他低摩擦元件可用于内部 结构以与外轮接合和滑动。因此，圆周轨道可以是凹槽，内部结构的滑动机 构通过该凹槽接合。

滑动机构包括通过轴442、443安装在滑动元件447上的一对辊446、449。 手推车的轴450连接到的负载点444接合滑动元件447，以便沿环形开口407 移动。

圆周轨道406位于其中的外轮400可以通过减小滑动机构440的尺寸来 减小尺寸。实际上，外轮400类似于平面环形盘，具有位于内部404和外部 402板表面之间的轨道。

在另一实施方式中，图5显示了具有定位成安装在外轮502内 的内部结构508的车轮装置500。外轮包括用于在地形上滚动的滚动表面516。 内部结构包括从中央核心509突出的三个臂504、505、520。第一臂520在 与负载点阵列510的垂直轴对齐的法线方向上(normal orientation)向上。 其他两个臂504、505在负载点阵列510的任意一侧向下倾斜。在三个臂中 的每一个的最末端处设置辊518，其设置为沿着内圆周轨道501滚动。在另 一个的实施方式中，为了确保辊保持与车轮接触，内圆周轨道501可以是成 形为包括圆周突起以对应于辊中的凹槽，例如图7C中所示的的凹槽。应当理 解，相反的情况也是可能的，由此辊可以具有设置为与轨道中的圆周凹槽接 合的圆周突起。

在另一个实施方式中，内部结构508的臂504、505、520可以是可缩回 的，具有锁定销/孔514。这允许内部结构容易地从外轮移除以便于组装或维 护。还可以允许调整内部结构以适应更大或更小的外轮直径，从而使单个内 部结构可用于外轮直径可能变化的一系列应用。

与具有内轮的实施方式不同，内部结构508本身不会在外轮502内滚动。 相反，内部结构508通过辊518在圆周轨道内的滚动实现的内部结构和外轮 之间的相对移动来改变其方向。当通过负载点沿着圆形路径517的移动，负 载被重新分配时，方向的改变将发生，但一旦施加的负载达到平衡状态，由 于外轮围绕它旋转，内部结构将保持其相对位置。

这种实施方式的另一特征是负载点的放置。对于内轮实施方式，由于负 载点不可避免地是内轮的中心，负载点距所述外轮中心的偏移是通过选择内 轮的直径来实现的。在固定直径的偏移固定的情况下，形成用于特定应用的 车轮装置，而无需调整。对于本实施方式，由于它是保持相对位置相对恒定 的结构，因此负载点不需要位于内部结构的旋转中心。利用这个好处，本实 施方式包括负载点阵列510，其具有用于接收由手推车施加的负载503的多 个负载连接点：

i)离外轮中心最近的内部位置511；

i i)靠近外轮的边缘的外部位置512，和；

i ii)中间位置515。

因此，用户/设计人员可以根据应用预先确定用作负载点的负载连接，其 中内部位置511更有效地用于平地上的整体车轮移动，因为它更接近常规车 轮，而外部位置512更有助于产生更平稳的路径越过障碍物。

图6A至图6B显示了车轮装置600的另一实施方式，其在概念上与图5 所示的相似。这里内部结构641包括从中央核心642延伸的五个臂642、643、 645、647、649。臂642、643、645、647、649也是可缩回的以便从外轮648 移出内部结构。

具有更多的臂/辐条为内部结构641提供更好的支撑，从而在发生碰撞时 内部结构641更难以从外轮648移开。更厚的轮廓也可用于零件以适应更高 的负载或冲击。在该5-辐条实施方式中，内部结构641具有负载点阵列650， 该负载点阵列650具有用于接收手推车轴的七个负载连接点。因此，该实施 方式实现了手推车轴距所述外轮中心的七种不同的偏移。负载连接点646之 一位于外轮648的中心。在该设置中，原型轮表现得像普通轮。由于轴距中 心孔的安装距离的增加，轮机构的平稳效果更加明显，尤其是当车在不平坦 的地形上行驶时。因此，当用作负载点时，负载连接点644被设置为在不平 坦的地形上提供最平稳的结果。

图7A至图7C显示了本发明的另一个的实施方式。虽然组件与先前实施 方式的组件有些不同，但基本功能是相同的。

外轮与前面的实施方式非常相似，特别是提供了成型的内圆周轨道轮 706，辊712穿过圆周凹槽720装配到该内圆周轨道轮706中。

一个显着的区别是内部结构704的设置。在该实施方式中，提供了一个 环形圈，其中辊712、713、715、717、719安装在轴714上并且围绕外围边 缘均匀地放置。沿着圆周轨道706滚动的辊允许内部结构704相对于外轮移 动，如同前面的实施方式一样。内部结构进一步包括用于接收诸如来自手推 车施加的负载的负载点708。在进一步的实施方式中，应当理解，也可以包 括多个负载点，因此负载点阵列虽然未示出，但同样可以应用于该实施方式。

内部结构704的内部空间730允许将附加特征添加到设计中(例如，多个 手推车轴孔、悬挂系统等)。

在制造方面，应当理解，本发明的各种实施方式可以涉及随后组装的单 独部件的制造。或者，外轮和内部结构可以使用一种或多种增材制造工艺被 制造为一个整体。

Claims (8)

1.一种车轮装置，包括：

外轮，具有用于在地面上滚动的外部滚动表面；

内部结构，与所述外轮接合并设置为沿所述外轮的内圆周轨道移动，如此使得所述内部结构相对于所述外轮移动；其特征在于，

所述内部结构包括用于接收外部负载的负载点，所述负载点偏离所述外轮的中心，所述外部负载包括施加到所述负载点的重量和启动所述车轮装置移动的力。

2.根据权利要求1所述的车轮装置，其特征在于，所述内部结构包括设置为沿所述内圆周轨道滚动的内轮。

3.根据权利要求1或2所述的车轮装置，其特征在于，所述负载点包括连接手推车的支架，如此使得所施加的外部负载包括所述手推车承载的重量。

4.根据权利要求3所述的车轮装置，其特征在于，所述支架包括轴。

5.根据权利要求1所述的车轮装置，其特征在于，所述内部结构包括中央核心，所述中央核心具有从所述核心延伸到所述内圆周轨道的臂，所述臂包括设置为沿着所述内圆周轨道滚动的辊。

6.根据权利要求1所述的车轮装置，其特征在于，所述内部结构包括：

具有一对辊的滑动机构；

所述内圆周轨道包括环形腔，所述腔具有彼此径向间隔开的第一滚动表面和第二滚动表面，并且设置为接收所述一对辊；

如此使得所述负载点设置为通过所述环形腔的环形开口移动。

7.根据权利要求1所述的车轮装置，其特征在于，所述内部结构包括：

环形圈；

多个辊围绕所述环形圈的圆周边缘放置；

所述辊与所述外轮的所述圆周轨道滚动接合，并且；

所述负载点安装在所述环形圈上并径向向内突出至由所述环形圈限定的空间中。

8.根据权利要求1所述的车轮装置，其特征在于，进一步包括负载点阵列；

所述负载点阵列包括多个用于接收所述施加的外部负载的多个负载连接点，所述负载点是所述负载连接点的预先确定的负载连接点；

如此使得所述负载连接点定位于距所述外轮中心不同的径向距离处。

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