一种用于车轮的反重力转换结构的制作方法

1.本实用新型涉及车轮装置技术领域，具体涉及一种用于车轮的反重力转换结构。


背景技术：

2.随着电动汽车的发展，其续航能力有了较大的提升，但相比燃油汽车而言，电动汽车仍受到续航里程和补充电量等方面的困扰。
3.当前的电动车汽车制动能量收回系统能为行驶中的电动汽车提供一定的续航能力，但是这套系统是有局限性的，它只能在车辆减速和制动时为电动汽车补充一定的电量，而在车辆加速、正常行驶、高速行驶时，不能为电动汽车提供电量和补充电量。车辆行驶过程中，相较于减速和制动操作，车辆加速、正常行驶、高速行驶的时间占比更大，如果能在这部分时间中为车辆提供一定的电量，将能够显著地增大电动汽车续航、减少充电时间，优化汽车能源结构。
4.为此，近年来新能源汽车研究者们将目光投向了车轮设计，通过车体重量使轮胎在行驶过程中产生形变，将轮胎形变产生的能量转换为电能储存起来以提高车辆的续航能力。专利cn109823117a提供了一种具有发电功能的车轮，其利用车轮在行驶过程中的变形，在轮胎内产生向车轮受压轻的地方流动的循环气流，通过特殊的轮毂设计在车轮转动中通过导流通道在轮毂的中央形成一个具有循环气流的发电空腔，循环气流驱动空腔内的发电机叶轮转动，使发电机发电。但是，车轮内的循环气流作用于叶轮上的推动力较弱使得这类车轮的发电能力差，并且车轮在行驶过程中所产生的形变是不规律，循环气流容易在车轮内部形成局部涡流，或者相互抵消的多股气流，进一步降低车轮发电的能力，因此这类车轮难以付诸于生产应用。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种用于车轮的反重力转换结构，其能够在车轮行驶的过程中，将轮毂相对于轮圈的下移转换为棘轮组相对于驱动框的竖直下移，进而驱动棘轮组和棘轮组所在的棘轮轴套朝指定方向旋转一定角度，从而带动车轮内的转子转动，最终通过将转子的转动惯量转变为电能后实现车辆在行驶过程中的发电，能量转换更加规律、稳定、可靠，显著地提高了车轮的发电效率，实现了车辆行驶过程中的稳定发电，有效地延长了电动汽车的续航能力。
6.本实用新型通过下述技术方案实现：
7.一种用于车轮的反重力转换结构，包括棘轮轴套，所述棘轮轴套上设置有棘轮组，所述棘轮组包括至少一个棘轮，所述棘轮外侧环绕有驱动框，所述驱动框内设置有与所述棘轮相匹配的齿条，所述驱动框上还设置有支撑杆，所述支撑杆的端部活动贯穿所述车轮的轮毂并连接有调节机构，所述调节机构安装于车轮的轮圈内壁。
8.本技术方案中，反重力转换结构包括棘轮组和驱动框两个主要部分。其中，棘轮组安装于棘轮轴套上，棘轮组中的各棘轮优选地沿棘轮轴套的轴向方向等间距或者不等间距
分布；驱动框环绕包围棘轮外侧，驱动框上设置有齿条，齿条用于驱动棘轮的轮齿，使得棘轮相对于驱动框移动时，轮齿能够经过齿条并受齿条的作用而偏转一定的角度，从而使棘轮所在的棘轮轴套偏转一定的角度。驱动框上还设置有支撑杆，支撑杆远离驱动框的一端活动贯穿车轮的轮毂并连接有调节机构，调节机构安装于车轮的轮圈内壁上，起到允许支撑杆、驱动框相对于轮毂、轮圈产生一定偏移并在外力消除后复位的作用。
9.当车辆行驶至反重力转换结构的某一驱动框垂直于水平面时，由于轮毂连接车轴，整车的重量将导致轮毂向下移动，同时轮胎、轮圈受地面反作用力支撑，不会产生竖直方向上的移动，因此轮毂便在重力的作用下，相对于轮圈沿竖直的支撑杆向下移动数厘米。在轮毂下移的过程中，套设在主轴上的棘轮轴套同步下移，棘轮轴套上对应于该竖直的驱动框的棘轮此时旋转至齿轮与齿条相啮合的状态，故在下移过程中，棘轮的齿轮经过齿条，并受齿条驱动而朝特定方向旋转一定的角度，进而带动与棘轮轴套直接或间接连接的转子旋转，旋转的转子磁铁与定子线圈作用，在定子线圈上产生电流，电流经穿过主轴的线缆传输至电瓶等车辆储能部件，以在行驶过程中发电。
10.车轮可以仅安装一个驱动框，也可以安装多个驱动框。在安装有多根驱动框时，支撑杆端部连接的调节机构则扮演了重要的角色。以两个驱动框为例，第一驱动框处于竖直状态下时，第二驱动框将处于大致平行于水平面的状态，由于此时轮毂在车辆重力的作用下竖直向下移动，第二反重力转换结构受轮毂的带动也将相对于轮圈竖直向下移动，轮圈上的第二驱动框的两个调节机构能够允许第二驱动框向下移动，并在第一驱动框进入非竖直状态后对第二驱动框进行复位，以有利于第二驱动框随后进入竖直状态。在一个或多个实施例中，所述轮圈内壁上设置的若干调节机构沿所述轮圈的周向均匀分布。
11.通过上述设置，在应用于车轮中时，反重力转换结构能够利用车轮在行驶过程中轮毂相对于轮圈下沉的数厘米，通过驱动框中的齿条驱动棘轮轴套转动一定的角度，进而带动与棘轮轴套连接的转子相对于定子的旋转以产生电能，能够稳定地、规律地实现车辆行驶过程中的能量转化，提高了车轮的发电效率，有效地延长电动汽车的续航能力。
12.进一步地，所述驱动框为包括两条长边和两条短边的矩形框，所述齿条包括分别设置于两条长边上的第一齿条、第二齿条，所述第一齿条用于棘轮相对于驱动框从第一短边向第二短边移动时驱动所述棘轮旋转，所述第二齿条用于棘轮相对于驱动框从第二短边向第一短边移动时驱动所述棘轮旋转。本技术方案中，驱动框采用矩形结构，矩形结构的两条长边上分别设置第一齿条和第二齿条，第一齿条和第二齿条的齿条朝向相反，以使得在驱动框竖直，即长边垂直于水平面时，驱动框内的棘轮与第一齿条啮合，并在棘轮下移过程中，第一齿条带动棘轮转动一定角度；而在驱动框翻转180
°
再次竖直时，驱动框内的棘轮能够与第二齿条啮合，并在棘轮下移过程中，第二齿条带动棘轮转动一定角度。通过这种设置方式，同一个驱动框能够在车轮转动一圈内驱动同一棘轮两次，提高反重力转换结构的驱动效率，节省空间、车轮结构更加紧凑。
13.进一步地，所述棘轮上设置有轮齿段，所述棘轮组中的各棘轮的轮齿段在所述棘轮轴套的横截面上的投影不重叠，且相邻的两个棘轮的轮齿段的所述投影连续。本技术方案中，各棘轮的轮齿段的朝向不同。具体地，各棘轮的轮齿段在棘轮轴套的垂直于轴向方向的横截面上的投影相互不重叠，并且相邻的两个棘轮的轮齿段的投影连续。这样设置的目的在于，多个驱动框能够依次驱动其包围的棘轮转动一定的角度，例如60
°
，那么在车轮转
动的一周内，第一个驱动框能够驱动棘轮轴套转动第一个60
°
，第二个驱动框能够驱动棘轮轴套转动第二个60
°
，第三个驱动框能够驱动棘轮轴套转动第三个60
°
，以此种接力的方式带动棘轮轴套亦随之转动一周，从而带动转子转动至少一周，实现稳定、可靠地推动所述转子旋转发电。
14.进一步地，所述棘轮组包括至少三个棘轮，且每个棘轮对应于一个驱动框。优选地，令棘轮的数量为n，n为正整数，则各棘轮在竖直向下移动过程中受对应的驱动框的驱动转动180/n度。以三个棘轮、三个驱动框为例。第一驱动框、第二驱动框、第三驱动框一一对应的第一棘轮、第二棘轮、第三棘轮，三个棘轮沿棘轮轴套的轴向依次分布，三个棘轮上的轮齿段覆盖的弧度使得同一棘轮，在对应的驱动框的驱动下，能够带动棘轮轴套转动60
°
。
15.进一步地，所述棘轮组中的各棘轮的轮齿段的圆心角之和为180
°
。
16.进一步地，所述调节机构包括第一弹簧，所述第一弹簧的一端连接至支撑杆，第一弹簧的另一端连接至所述轮圈内壁。在轮毂相对于轮圈竖直向下移动时，非竖直状态的驱动框连接的第一弹簧能够允许支撑杆随轮毂竖直向下移动一段距离，或者在下移的过程中产生横向偏移，轮毂范围后，支撑杆在第一弹簧的作用下再次回复至其初始位置。
17.进一步地，所述调节机构包括安装于所述轮圈内壁上的第一套筒，所述第一套筒内设置有第二弹簧和第三弹簧，所述第二弹簧连接第一套筒的底面和所述支撑杆的端面，所述第三弹簧连接第一套筒的侧壁和所述支撑杆的侧壁。本技术方案中，调节机构包括第一套筒，支撑杆插入至第一套筒内且通过第二弹簧、第三弹簧与第一套筒的内壁连接。具体地，第二弹簧为纵向弹簧，连接支撑杆的端面与套筒的底面，以实现支撑杆竖直方向的卸力和复位；第三弹簧为横向弹簧，连接支撑杆的侧壁与套筒的侧壁，以实现支撑杆水平方向的卸力和复位。在轮毂相对于轮圈竖直向下移动时，非竖直状态的驱动框连接的调节机构能够允许支撑杆随轮毂竖直向下移动一段距离，或者在下移的过程中产生横向偏移，在此过程中，支撑杆在套筒内的位置产生变化；在轮毂复位后，支撑杆在第二弹簧、第三弹簧的作用下再次回复至与第一套筒同轴的初始位置。此外，该调节机构还能够形成稳固的连接，确保轮毂与轮圈同步旋转。
18.进一步地，所述调节机构包括两个安装于轮圈内壁上的支座，所述支座上铰链连接有伸缩件，所述伸缩件铰链连接至所述支撑杆的端面。本技术方案中，两个支座与两根伸缩件之间的铰接分别构成两个铰接点，而伸缩件与支撑杆端面的铰接构成第三个铰接点，三个铰接点结合支撑杆在轮毂上活动贯穿的通孔，能够形成稳定的支撑和灵活的调节。相较于套筒、以及横向和纵向弹簧的方式，伸缩件的设置方式能够更加稳定，但结构的设计、控制更加复杂。
19.进一步地，所述伸缩件为液压缸。液压缸采用现有技术中的液压缸，液压缸能够精准地控制伸缩件的长度，以实现重力转换器位置的准确调节，但液压缸一定程度上增加了制造成本，且液压油泵的设置、布线对轮毂内部空间要求更高。
20.进一步地，所述伸缩件包括第二套筒，所述第二套筒内设置有第四弹簧，所述第四弹簧上连接有能够相对所述第二套筒滑动的连接杆。作为伸缩件的另一种实现方式，伸缩件可以利用第四弹簧的弹性力自适应地调整伸缩件的总长度。
21.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
22.1、本实用新型在应用于车轮中时，反重力转换结构能够利用车轮在行驶过程中轮
毂相对于轮圈下沉的数厘米，通过驱动框中的齿条驱动棘轮轴套转动一定的角度，进而带动与棘轮轴套连接的转子相对于定子的旋转以产生电能，能够稳定地、规律地实现车辆行驶过程中的能量转化，提高了车轮的发电效率，有效地延长电动汽车的续航能力；
23.2、本实用新型对驱动框结构进行优化，使得同一个驱动框能够在车轮转动一圈内驱动同一棘轮两次，提高反重力转换结构的驱动效率，节省空间、车轮结构更加紧凑。
附图说明
24.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
25.图1为本实用新型具体实施例中反重力转换结构的一种结构示意图；
26.图2为本实用新型具体实施例中反重力转换结构的另一种结构示意图；
27.图3为本实用新型具体实施例中又一种结构的反重力转换结构在棘轮即将向下移动时的示意图；
28.图4为本实用新型具体实施例中又一种结构的反重力转换结构在棘轮向下移动时，棘轮转动后的示意图；
29.图5为本实用新型具体实施例中伸缩杆的一种结构示意图；
30.图6为本实用新型具体实施例应用于反重力发电车轮的一个视角的示意图；
31.图7为本实用新型具体实施例应用于反重力发电车轮的另一个视角的示意图；
32.图8为图7中a处的局部放大示意图。
33.附图中标记及对应的零部件名称：
34.1-驱动框，2-齿条，3-支撑杆，4-棘轮轴套，5-棘轮组，51-第一棘轮，52-第二棘轮，53-第三棘轮，6-调节机构，61-第一弹簧，62-第一套筒，63-第二弹簧，64-第三弹簧，65-支座，66-伸缩件，661-第二套筒，662-连接杆，663-第四弹簧；
35.10-主轴，20-轮毂，30-轮圈，40-转子，45-转子磁铁，50-定子线圈，55-定子支架，70-齿圈，80-减振弹簧，90-轮胎。
具体实施方式
36.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
37.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
38.实施例1：
39.如图1至图5所示的一种用于车轮的反重力转换结构，包括棘轮轴套4，所述棘轮轴套4上设置有棘轮组5，所述棘轮组5包括至少一个棘轮，所述棘轮外侧环绕有驱动框1，所述驱动框1内设置有与所述棘轮相匹配的齿条2，所述驱动框1上还设置有支撑杆3，所述支撑
杆3的端部活动贯穿所述车轮的轮毂20并连接有调节机构，所述调节机构安装于车轮的轮圈30内壁。
40.当该反重力转换结构安装于车轮中时，如图6至图8所示，反重力转换结构的调节机构位于轮毂20和轮圈30之间，支撑杆3活动贯穿轮毂20并连接至调节机构，矩形框套设在主轴10外侧。主轴10上套设有可旋转的棘轮轴套4，棘轮轴套4上的多个棘轮沿棘轮轴套的轴向分布，且棘轮轴套4直接传动连接至安装有转子磁铁40的转子40，或者经过齿圈70、以及与齿圈70传动配合的变速装置间接传动连接至转子40。
41.当车辆行驶至反重力转换结构的某一驱动框垂直于水平面时，由于轮毂连接车轴，整车的重量将导致轮毂向下移动，同时轮胎、轮圈受地面反作用力支撑，不会产生竖直方向上的移动，因此轮毂便在重力的作用下，相对于轮圈沿竖直的支撑杆向下移动数厘米。在轮毂下移的过程中，套设在主轴上的棘轮轴套同步下移，棘轮轴套上对应于该竖直的驱动框的棘轮此时旋转至齿轮与齿条相啮合的状态，故在下移过程中，棘轮的齿轮经过齿条，并受齿条驱动而朝特定方向旋转一定的角度，进而带动与棘轮轴套直接或间接连接的转子旋转，旋转的转子磁铁与定子线圈作用，在定子线圈上产生电流，电流经穿过主轴的线缆传输至电瓶等车辆储能部件，以在行驶过程中发电。
42.使用时，以三个棘轮、三个驱动框为例，当车轮转动至第一驱动框竖直时，第一棘轮161相对于第一驱动框竖直向下移动，第一驱动框的第一齿条带动与第一齿条啮合的第一棘轮的轮齿段转动，第一棘轮转动60
°
，棘轮轴套以及棘轮轴套上的所有棘轮转动60
°
，以使得第二棘轮162转动至与第二驱动框的第二齿条相啮合；车轮继续转动至第二驱动框竖直时，第二棘轮相对于第二驱动框的第二齿条竖直向下移动，两者的相互啮合使得第二棘轮转动60
°
，促使棘轮轴套以及棘轮轴套上的所有棘轮继续转动60
°
，第三棘轮163此时转动至与第三驱动框的第三齿条相啮合；类似地，第三驱动框竖直时，第三齿条与第三棘轮的啮合使得第三棘轮竖直向下移动时转动60
°
，棘轮轴套以及棘轮轴套上的所有棘轮继续转动60
°
，第一棘轮转动至轮齿段啮合至第一驱动框的与第一齿条相对设置的第四齿条；以此类推，直至第三驱动框的第六齿条带动第三棘轮转动最后的60
°
后，车轮转动一周，棘轮轴套转动一周，与棘轮轴套连接的飞轮转子转动一周。当然，在部分实施例中，利用变速装置、齿圈的传动配合，能够使棘轮轴套一周的转动在传递至飞轮转子时，飞轮转子能够旋转数圈，进而稳定地、高效地将车轮行驶过程中的重力转换为电能，提高汽车的续航能力。
43.在部分实施例中，所述驱动框为包括两条长边和两条短边的驱动框，所述齿条包括分别设置于两条长边上的第一齿条、第二齿条，所述第一齿条用于棘轮相对于驱动框从第一短边向第二短边移动时驱动所述棘轮旋转，所述第二齿条用于棘轮相对于驱动框从第二短边向第一短边移动时驱动所述棘轮旋转。通过这种设置方式，同一个驱动框能够在车轮转动一圈内驱动同一棘轮两次，提高反重力转换结构的驱动效率，节省空间、车轮结构更加紧凑。
44.在部分实施例中，所述棘轮上设置有轮齿段，所述棘轮组5中的各棘轮的轮齿段在所述棘轮轴套4的横截面上的投影不重叠，且相邻的两个棘轮的轮齿段的所述投影连续。
45.在部分实施例中，所述棘轮组5包括至少三个棘轮，且每个棘轮对应于一个驱动框1。令棘轮的数量为n，n为正整数，则各棘轮在竖直向下移动过程中受对应的驱动框的驱动转动180/n度。
46.在一个或多个实施例中，所述棘轮组5中的各棘轮的轮齿段的圆心角之和为180
°
。
47.实施例2：
48.在实施例1的基础上，如图1所示，所述调节机构包括第一弹簧61，所述第一弹簧61的一端连接至支撑杆3，第一弹簧61的另一端连接至所述轮圈30内壁。
49.在轮毂相对于轮圈竖直向下移动时，非竖直状态的驱动框连接的第一弹簧能够允许支撑杆随轮毂竖直向下移动一段距离，或者在下移的过程中产生横向偏移，轮毂范围后，支撑杆在第一弹簧的作用下再次回复至其初始位置。
50.实施例3：
51.在实施例1的基础上，如图2所示，所述调节机构包括安装于所述轮圈30内壁上的第一套筒62，所述第一套筒62内设置有第二弹簧63和第三弹簧64，所述第二弹簧63连接第一套筒62的底面和所述支撑杆3的端面，所述第三弹簧64连接第一套筒62的侧壁和所述支撑杆3的侧壁。
52.在轮毂相对于轮圈竖直向下移动时，非竖直状态的驱动框连接的调节机构能够允许支撑杆随轮毂竖直向下移动一段距离，或者在下移的过程中产生横向偏移，在此过程中，支撑杆在套筒内的位置产生变化；在轮毂复位后，支撑杆在第二弹簧、第三弹簧的作用下再次回复至与第一套筒同轴的初始位置。此外，该调节机构还能够形成稳固的连接，确保轮毂与轮圈同步旋转。
53.实施例4：
54.在实施例1的基础上，如图3至图5所示，所述调节机构包括两个安装于轮圈30内壁上的支座65，所述支座65上铰链连接有伸缩件66，所述伸缩件66铰链连接至所述支撑杆(3)的端面。
55.两个支座与两根伸缩件之间的铰接分别构成两个铰接点，而伸缩件与支撑杆端面的铰接构成第三个铰接点，三个铰接点结合支撑杆在轮毂上活动贯穿的通孔，能够形成稳定的支撑和灵活的调节。相较于套筒、以及横向和纵向弹簧的方式，伸缩件的设置方式能够更加稳定，但结构的设计、控制更加复杂。
56.在一个或多个实施例中，所述伸缩件为液压缸。液压缸能够精准地控制伸缩件的长度，以实现重力转换器位置的准确调节，但液压缸一定程度上增加了制造成本，且液压油泵的设置、布线对轮毂内部空间要求更高。
57.在一个或多个实施例中，所述伸缩件66包括第二套筒661，所述第二套筒661内设置有第四弹簧663，所述第四弹簧663上连接有能够相对所述第二套筒661滑动的连接杆662。在一个或多个实施例中，第二套筒可以与所述支座铰接、连接杆与支撑杆的端部铰接；在一个或多个实施例中，第二套筒可以与支撑杆的端部铰接，连接杆与支座铰接。在部分实施例中，铰接方式可以是销轴连接，例如在伸缩件的端部设置第一销孔，在支座上设置第二销孔，利用销轴贯穿第一、第二销孔实现伸缩件与支座的铰接。
58.本文中所使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(例如第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧、第四弹簧，第一套筒、第二套筒等)只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。
59.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进
一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。