一种自行车横管内驱动的平衡结构的制作方法

1.一种自行车横管内驱动的平衡结构，特别用于轻便自行车、轻便助力自行车自平衡的结构。


背景技术：

2.一般自动驾驶自行车或无人自行车需要陀螺装置保持平衡，或者直接放置在自行车狭小的空间上，安置体积庞大的装置，难以轻便和实用化。专利号cn 201753096 u提到一种放在横管上的陀螺平衡装置，驱动装置位置和结构不明，没有充分利用横管内空间，外置的结构对陀螺装置整体的防尘、防水等级要求较高，制造成本高，防护壳体又会大大增加额外的体积，难以实用。专利cn 204197155 u和专利cn 205010396 u提到的平衡装置框架或箱体较宽需要有大空间的踏板位置下才能稳定放置、外观整洁，但陀螺装置需要的左右的空间较大，轻便自行车横管周围没有这么宽的平面空间。


技术实现要素：

3.本发明通过驱动装置安装到横管内部，以及通过旋转装置或横管自身实现保护易损坏的驱动装置部分，减少平衡装置的体积，降低制造与维护成本。
4.一种自行车横管内驱动的平衡结构，包括自行车车体、横管或上管或下管、旋转装置、驱动装置，其特征在于旋转装置环绕横管或与横管同轴，驱动装置或与旋转装置相互作用的装置在横管内。旋转装置通过内径连接第一轴承与横管连接，旋转装置侧面与穿过横管的传动轴上的第二传动元件连接，传动轴上的第三传动元件与横管内的驱动装置输出轴上第四传动元件连接。其优点是充分利用横管内的空间以及重合横管的空间简化平衡系统的所占体积，旋转装置作为动量轮或安装动量轮的装置在驱动装置或与旋转装置相互作用的装置作用下围绕横管做无死角旋转运动，配合控制系统在三轴陀螺仪传感器感知左右摆动倾斜时，通过控制器及驱动器调节电机转速或方向带动旋转装置转产生平衡力矩，实现车体趋向自平衡。
5.一种自行车横管内驱动的平衡结构，包括自行车横管或上管或下管、旋转装置、驱动装置，其特征在于驱动装置或与旋转装置相互作用的装置在横管内，旋转装置的旋转轴与横管垂直，其优点是旋转时所需要的空间小于自行车车把的宽度，完全在车宽内，大减小对车周围的人或物造成影响很小。
6.一种自行车横管内驱动的平衡结构，包括自行车横管或上管或下管、旋转装置、驱动装置。旋转装置可以是类电机结构的壳体或转子，环绕安装在横管上并且同轴，定子在铝合金或碳纤维等无磁性横管内，其中定子或转子中包含电磁线圈，线圈通电后定子与转子相互作用，使得作为转子的旋转装置能够围绕横管做相对旋转的运动，其优势是减少额外驱动装置及其传动结构增加的结构体积，减少横管外部所占的空间，相比环绕在横管外被横管外径限制的更大尺寸的定子线圈的成本大大减低。
7.一种自行车横管内驱动的平衡结构，其特征在于所述的旋转装置最少有一个或是
由多个部分组合而成，拉开两端放置轴承的距离，提高旋转稳定性，第一传动元件与传动轴上耦合在旋转装置两部分的结合处的内腔中，形成通过旋转装置自身保护传动结构的作用，或在耦合在旋转装置外侧通过保护壳实现部分覆盖保护或整体保护，实现防尘、防水。不与传动轴上的传动元件直接连接的旋转装置或旋转装置部分，可以在横管上静止或滑动。
8.一种自行车的平衡结构，其优点在于旋转装置中部比两端细，拉开轴承距离提高稳定性，同时减少旋转半径小的部位的质量，留给更大的空间放置其他物品，提车手感好。
9.一种自行车横管内驱动的平衡结构，其特征在于所述旋转装置是法兰或飞轮或带有法兰或飞轮或转杆轮等配重的转轮状装置作为动量轮，其优点是动量轮臂的配重部位是杆状结构，轮外端无刚性轮框。
10.一种自行车横管内驱动的平衡结构，其优点在于所述旋转装置安装在穿过横管的传动轴上，旋转轴与横管平行或垂直。
11.其优点在于驱动装置输出轴在横管内与横管垂直放置，不经过中间轴或传动轴直接驱动旋转装置或传动单元。
12.一种自行车横管内驱动的平衡结构，其特征在于所述旋转装置安装有传动元件或本身就是传动元件，由传动元件和轴承直接组合而成，通过轴承与横管连接，起到连接第二传动元件围绕横管旋转作用。
13.一种自行车横管内驱动的平衡结构，其特征在于所述旋转装置可以是法兰或滚筒或飞轮或转杆臂与传动元件为一体的，也可以是由各个独立模块直接组成的，或是增加额外的连接装置将各个模块连接组合而成的结构中连接装置本身或整体。
14.横管内的电机与电机支撑件连接固定，安装驱动装置的底板支撑件通过横管内的轨道槽连接固定，防止旋转，可以灵活分离驱动装置、方便拆卸，横管制造成本大大降低。
15.电机底板支撑件是镂空或凹面结构，与电机形状契合减少横管外观设计体积。
16.定子的底板支撑件是镂空的，可以减少对上边的定子电枢的磁场的削弱影响。
17.其优点在于所述旋转装置是沿径向或轴向分体的，一般横管与车架主体连接的异形结构较横管宽，一体式旋转装置无法直接在普通车架上沿轴向安装或取下。分体结构可以在不常用平衡装置或维修的时候，方便拆解旋转装置，让外观随时恢复普通自行车的简洁外观。
附图说明
18.图1所示的实施例1的一种自行车横管内驱动的平衡结构剖面爆炸示意图。
19.图2所示的实施例2的一种自行车横管内驱动的平衡结构剖面爆炸示意图。
20.图3所示的实施例3的一种自行车横管内驱动的平衡结构剖面爆炸示意图。
21.图4所示的实施例4的一种自行车横管内驱动的平衡结构剖面爆炸示意图。
22.图5所示的实施例5的一种自行车横管内驱动的平衡结构剖面爆炸示意图。
具体实施方式
23.具体实施例1，一种自行车横管内驱动的平衡结构，包括横管100、旋转装置200、驱动装置400。旋转装置200通过内径连接第一轴承210与横管100连接，旋转装置200侧面与穿
过横管100的传动轴300上的第二传动元件310连接，传动轴300上的第三传动元件330与横管100内的驱动装置400输出轴上第四传动元件420连接。传动轴300通过第三轴承320和第四轴承321与横管100连接。驱动装置400与电机支撑件410连接固定，电机支撑件410安装在底板支撑件500上的安装孔501上，电机支撑件500放置驱动装置400下方的位置是镂空的。底板支撑件501通过横管100内的轨道槽101连接固定。驱动装置400带动旋转装置200与横管100相对旋转，旋转装置200上安装动量轮600，通过增加质量和半径，旋转时获得更大的角动量。通过控制系统在三轴陀螺仪传感器感知左右摆动倾斜的情况下，调节电机的转动速度和转动方向，实现保持车体的平衡。
24.具体实施例1中，旋转装置200上有传动结构或本身就是传动元件，如齿轮。
25.进一步地，旋转装置200可以是由传动结构和动量轮600相互独立的模块的组合而成也可以是一体的结构件，如带滚筒或法兰或飞轮或转杆臂的齿轮等。
26.实施例1中，旋转装置200外可以有外壳保护，保护壳完全覆盖旋转装置200或部分覆盖旋转装置200，保护壳与横管100保持静止或相对旋转，旋转装置200两端可以被锁紧环固定，防止滑动。
27.如图2，在实施例2中，一种自行车横管内驱动的平衡结构，包括横管100、旋转装置200、驱动装置400，旋转装置200通过第一轴承210与横管100连接，另一端通过第二轴承211或含第二轴承211的端盖与横管100连接，旋转装置200中部比两端细，旋转装置200侧面与第一传动元件230固定连接，第一传动元件230与穿过横管100的传动轴300上的第二传动元件310连接，传动轴300上的第三传动元件330再与横管100内的驱动装置400输出轴上第四传动元件420连接。传动轴300通过第三轴承320和第四轴承321与横管100连接。驱动装置400与电机支撑件410连接固定，电机支撑件410安装在底板支撑件500上的安装孔501上。底板支撑件500通过横管100内的轨道槽101连接固定。驱动装置400带动旋转装置200及其上边的动量轮600与横管100相对旋转，旋转装置200或其上边的法兰或飞轮或转杆臂作为动量轮，通过控制系统在三轴陀螺仪传感器感知左右摆动倾斜的情况下，调节电机的转动量和转动方向，实现保持车体的平衡。
28.如图3，在实施例3中，一种自行车横管内驱动的平衡结构，包括横管100、第一旋转装置200、第二旋转装置202、驱动装置400。第一旋转装置200通过轴承211与横管100连接，第二旋转装置202与第一旋转装置200连接，连接处有内腔结构，在内腔结构中第一旋转装置200侧面与第一传动元件230固定连接，第一传动元件230与穿过横管100的传动轴300上的第二传动元件310连接。传动轴300通过第三轴承320和第四轴承321与横管100连接。传动轴300上的第三传动元件330再与横管100内的驱动装置400输出轴上第四传动元件420连接。驱动装置400与电机支撑件410连接固定，电机支撑件410安装在底板支撑件500上。底板支撑件500通过横管100内的轨道槽101连接固定。驱动装置400带动第一旋转装置200与横管100相对旋转，第一旋转装置200或第二旋转装置202上安装动量轮600，通过控制系统在三轴陀螺仪传感器感知左右摆动倾斜的情况下，调节电机的转动量和转动方向，实现保持车体的平衡。
29.在实施例2、实施例3中，旋转装置200侧面与第一传动元件230固定连接，通过第一传动元件230的台柱外径与旋转装置200内径相连接固定，也可以是第一传动元件230内径与旋转装置200台阶的外径契合。
30.在实施例1、实施例2、实施例3中，传动轴300上的传动元件330，与驱动装置400输出轴上的传动元件420连接方式，可以是伞齿轮，也可以是皮带或铰链或蜗轮蜗杆，涡轮蜗杆形式连接时候，可使用同心减速电机或偏心减速电机通过增加中间齿轮和中间传动轴组成的齿轮组连接。方便传动轴300从横管外，插入横管100中,可以实现在横管内空间狭小、蜗轮与蜗杆中心距过大的情况下传动。
31.在实施例1、实施例2、实施例3中，旋转装置最少有一个或是由多个部分组合而成，拉开两端放置轴承的距离，提高旋转稳定性。不与传动轴直接连接的旋转装置或旋转装置部分，可以在横管上滑动。
32.在实施例2、实施例3中，旋转装置中部较细，细部特征是自身的部位，也可以是刚性的杆连接也可以是柔性连接减少启动惯量，同时外端质量大，使质点半径大，获得更大的角动量。
33.在实施例2、实施例3中，动量轮600可以安装在旋转装置200或第二旋转装置202端侧较宽的部分，也可以安装在中间较窄的部分。
34.在实施例2中的旋转装置200、实施例3中第一旋转装置200、第二旋转装置202以与动量轮600可以是独立模块的组合而成，也可以是一体的结构件，如带滚筒或法兰或飞轮或转杆臂的齿轮等，根据车体情况，旋转装置600提供平衡力矩足够的时，动量轮可以不加。
35.如图4，具体实施例4，一种自行车横管内驱动的平衡结构，包括横管100、旋转装置200、与旋转装置相互作用的装置定子710。旋转装置200作为类电机结构的外转子机壳，定子710是由定子铁芯、定子绕组等组成的电枢。旋转装置200装有永磁铁700，通过第一轴承210和第二轴承211或含第一轴承210和第二轴承211的端盖与横管100连接。定子710在横管100内，通过中心轴上的安装件711安装在底板支撑件500与横管100保持静止。定子710通过驱动器驱动产生旋转磁场，磁场穿过铝合金或碳纤维等非磁性材料的横管100，带动作为外转子的旋转装置200以及动量轮600环绕横管100旋转，产生角动量，通过控制系统在三轴陀螺仪传感器感知左右摆动倾斜的情况下，调节电机的转动量和转动方向，实现保持车体的左右平衡。
36.实施例4中，旋转装置200的电机结构采用的是永磁体外转子式，电枢内定子，同理也可以使用永磁体作为定子放在横管100内，电枢作为外转子的形式，此时可将电池及驱动器置于旋转装置上同步转动，不再赘述。
37.实施例4中旋转装置200中转子与定子工作方式与常见永磁同步电机的原理无异，具体实施中也可以使用有刷电机，为了简化说明，不再赘述。
38.实施例4中旋转装置200也可以是通过安装有第一轴承210和第二轴承211端盖，与横管100连接。
39.实施例4中，定子710的底板板支撑件500是镂空的，可以减少对上边的定子电枢的磁场的削弱影响。
40.在实施例1、实施例2、实施例3中，横管可以是单上横管或单下横管，可从侧面放入内置驱动装置400或支撑件。
41.具体实施中，根据轴承210外径的情况，旋转装置200两端较中间宽的特征可去除或变化，使得结构更简洁。
42.如图5，具体实施例5，一种自行车横管内驱动的平衡结构，包括横管100、旋转装置
600、驱动装置400。旋转装置600通过内径连接第一轴承210与横管100连接，旋转装置600与穿过横管100的传动轴300连接，传动轴300上的第三传动元件330与横管100内的驱动装置400输出轴上第四传动元件420连接。传动轴300通过第三轴承320和第四轴承321与横管100连接。驱动装置400与电机支撑件410连接固定，电机支撑件410安装在底板支撑件500上的安装孔501上，电机支撑件500放置驱动装置400下方的位置是镂空的。底板支撑件501通过横管100内的轨道槽101连接固定。驱动装置400带动旋转装置600与横管100相对旋转，旋转装置600是一种动量轮或转杆轮或飞轮，通过增加质量和半径，旋转时获得更大的动量。通过控制系统在三轴陀螺仪传感器感知左右摆动倾斜的情况下，调节电机的转动速度和转动方向，实现保持车体的平衡。
43.传动轴300与电机底板支撑件500平行，或成一定角度，使得传动轴300与底板支撑件500和第四传动元件420不干涉，也可以与底板支撑件500垂直穿过底板。
44.电机底板支撑件500可以是镂空的也可以是凹面结构，与电机形状契合减少横管外观设计体积，根据具体情况选择。
45.在实施例1、实施例2、实施例3、实施例4中，旋转装置可以是分体的，沿着轴向或径向如图2中剖面分开，通过螺丝杆等紧固件连接在一起的，方便安装或拆卸。
46.具体实施中，驱动装置输出轴在横管内可以与横管垂直放置，不经过中间轴或传动轴直接驱动旋转装置或传动单元，例如舵机。
47.具体实施中，旋转装置可以是动量轮，如法兰状或滚筒状或飞轮盘与或安装有法兰或飞轮盘或转杆轮或伸缩杆，或是由传动结构和动量轮相互独立的模块的组合而成，也可以是一体的结构件如带滚筒或法兰或飞轮或转杆臂的齿轮等，或是将传动元件与动量轮、轴承各个模块连接在一起的连接件，其用于平衡装置的旋转件的不同形式均在本保护范围。