360度旋转轮装置和使用该装置的多轮驱动移动体的制作方法

1.本发明涉及一种轮子旋转360度以增加行驶范围的360度旋转轮装置以及使用该装置的多轮驱动移动体。


背景技术：

2.近来，需要驱动轮子以用于移动体的移动。然而，传统的轮子只允许左转或右转，并且其转弯半径是固定的。
3.近来，为了改善移动体的可用性，进行研究以增加移动体的移动半径。
4.因此，研发了球轮胎系统，特别是使用磁悬浮系统的球轮胎系统。
5.然而，由于仅使用通过磁悬浮系统的磁力来提升移动体存在局限性，因此球轮胎系统仅限于应用于小型移动体。
6.即，当使用磁悬浮系统配置的可360度旋转的轮子应用于重型移动体，例如车辆时，这种用途所需的磁力强度非常大。因此，难以将这种轮子应用于重型移动体。
7.在本背景技术部分中的内容仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且不能被视为该内容形成了本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。


技术实现要素：

8.本发明的各个方面旨在提供一种360度旋转轮装置，在该360度旋转轮装置的轮子被旋转360度以扩大行驶范围，并且该360度旋转轮装置可容易地应用于移动体以提高可用性。本发明的各个方面旨在提供一种利用该360度旋转轮装置的多轮驱动移动体。
9.鉴于前述内容，一种根据本发明的各种示例性实施例的360度旋转轮装置包括：盖单元，在其下侧形成驱动空间；轮内驱动单元，设置在盖单元的驱动空间中并在操作时产生驱动力；以及角度调节单元，将轮内驱动单元和盖单元彼此连接并且使轮内驱动单元在盖单元的圆周方向上旋转，使得根据轮内驱动单元的操作确定的360度旋转轮装置的驱动方向绕360度旋转轮装置的竖直轴线转换360度。
10.360度旋转轮装置进一步包括壳体，该壳体具有形成在其内部的容纳空间以容纳盖单元，并且壳体和盖单元通过至少一个悬架彼此连接。
11.悬架包括：第一悬架，设置在盖单元的中央部分并连接到壳体，其中第一悬架被构造成衰减由360度旋转轮装置的竖直运动引起的振动；以及第二悬架，与第一悬架间隔开并连接到盖单元和壳体，其中第二悬架被构造成衰减由360度旋转轮装置的纵向运动和横向运动引起的振动。
12.用于电连接和固定的安装部设置在车体上，并且360度旋转轮装置进一步包括紧固部，紧固部设置在壳体的外表面上以紧固到车体的安装部，使得当紧固部紧固到安装部时，壳体被固定且电连接到车体。
13.缓冲橡胶联接到盖单元的外表面以消除通过轮内驱动单元传递的振动。
14.角度调节单元包括：环单元，设置在盖单元的驱动空间中并沿盖单元的圆周以圆
形形状延伸，其中从轮内驱动单元延伸的驱动轴连接到环单元；以及动力传输单元，安装在盖单元中并连接到环单元以根据动力传输单元是否操作来旋转环单元。
15.环单元形成为环形形状并具有在其延伸方向上形成的连接齿轮，并且动力传输单元包括安装在盖单元中并产生旋转力的旋转驱动单元和连接到旋转驱动单元以通过接收旋转力而旋转并与环单元的连接齿轮啮合的齿轮单元。
16.引导单元设置在盖单元的内表面上，并且环单元安置在引导单元上。
17.逆变器和功率模块控制器安装在盖单元中，并且控制轮内驱动单元的驱动和再生制动的功率模块嵌入逆变器和功率模块控制器中。
18.此外，一种根据本发明的各种示例性实施例的多轮驱动移动体包括：至少一个旋转轮装置，每个旋转轮装置包括：盖单元，在其下侧形成驱动空间；轮内驱动单元，设置在盖单元的驱动空间中并在操作时产生驱动力；以及角度调节单元，将轮内驱动单元和盖单元彼此连接并且使轮内驱动单元在盖单元的圆周方向上旋转，使得根据轮内驱动单元的操作确定的360度旋转轮装置的驱动方向绕竖直轴线转换360度；以及控制器，被配置为根据所需行驶速度和所需行驶方向控制至少一个旋转轮装置中的每一个的轮内驱动单元和角度调节单元。
19.当所需行驶方向对应于直线行驶时，控制器被配置为控制每个角度调节单元以将对应于多轮驱动移动体的前轮和后轮的至少一个旋转轮装置的轮内驱动单元布置成朝向前方。
20.当所需行驶方向对应于转弯行驶时，控制器被配置为控制每个角度调节单元以将至少一个旋转轮装置中对应于多轮驱动移动体的前轮的旋转轮装置的轮内驱动单元布置成朝向转弯方向并且将至少一个旋转轮装置中对应于多轮驱动移动体的后轮的旋转轮装置的轮内驱动单元布置成朝向与转弯方向相反的方向。
21.当所需行驶方向对应于多轮驱动移动体的横向行驶时，控制器被配置为控制每个角度调节单元以将对应于多轮驱动移动体的前轮和后轮的旋转轮装置的轮内驱动单元布置成朝向多轮驱动移动体的横向侧，并控制以使得对应于前轮和后轮的轮内驱动单元驱动方向相同。
22.当所需行驶方向对应于原位旋转时，控制器被配置为控制每个角度调节单元使得左前旋转轮装置和右后旋转轮装置沿预定方向旋转并且使得右前旋转轮装置和左后旋转轮装置沿与预定方向相反的方向旋转，从而使得每个旋转轮装置对角地设置，并且使得左轮内驱动单元正向驱动而右轮内驱动单元反向驱动。
23.在如上所述构造的360度旋转轮装置和使用360度旋转轮装置的多轮驱动移动体中，轮子旋转360度，扩大移动体的行驶范围，并且可容易地应用于移动体，从而提高可用性。
24.本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将从一起用于解释本发明的某些原理的并入本文的附图和以下具体实施方式中变得明显或在附图和具体实施方式中更详细地阐述。
附图说明
25.图1是示例性地示出根据本发明的各种示例性实施例的360度旋转轮装置的视图；
26.图2是图1所示的360度旋转轮装置的俯视图；
27.图3是图1所示的360度转轮装置的剖视图；
28.图4是处于安装在移动体上的状态中的图1所示的360度旋转轮装置的视图；
29.图5是示例性地示出根据本发明的各种示例性实施例的轮内驱动单元和角度调节单元的视图；
30.图6是用于描述本发明的角度调节单元的视图；
31.图7是用于描述根据本发明的各种示例性实施例的多轮驱动移动体的线性行驶的视图；
32.图8是用于描述根据本发明的各种示例性实施例的多轮驱动移动体的转弯行驶的视图；
33.图9是用于描述根据本发明的各种示例性实施例的多轮驱动移动体的横向行驶的视图；以及
34.图10是用于描述根据本发明的各种示例性实施例的多轮驱动移动体的原位旋转的视图。
35.可以理解的是，附图不一定按比例绘制，而是呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。本文所包括的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、取向、位置和形状，将由特别预期的应用和使用环境部分地确定。
36.在附图的几幅图中，附图标记指代本发明的相同或等同部分。
具体实施方式
37.现在将详细参考本发明的在附图中示出并在下面描述的各种示例性实施例。尽管将结合本发明的示例性实施例来描述本发明，但是将理解的是，本公开并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。另一方面，本发明旨在不仅涵盖本发明的示例性实施例，而且涵盖可以包括在如所附权利要求书所限定的本发明的思想和范围内的各种替代、修改、等同形式和其它实施例。
38.在下文中，将参照附图描述根据本发明的各种示例性实施例的360度旋转轮装置和使用该装置的多轮驱动移动体。
39.图1是示例性地示出根据本发明的各种示例性实施例的360度旋转轮装置的视图，图2是图1所示的360度旋转轮装置的俯视图，图3是图1所示的360度转轮装置的剖视图，以及图4是处于安装在移动体上的状态中的图1所示的360度旋转轮装置的视图。图5是示例性地示出根据本发明的各种示例性实施例的轮内驱动单元和角度调节单元的视图，图6是用于描述本发明的角度调节单元的视图。图7是用于描述根据本发明的各种示例性实施例的多轮驱动移动体的线性行驶的视图，图8是用于描述根据本发明的各种示例性实施例的多轮驱动移动体的转弯行驶的视图，图9是用于描述根据本发明的各种示例性实施例的多轮驱动移动体的横向行驶的视图，以及图10是用于描述根据本发明的各种示例性实施例的多轮驱动移动体的原位旋转的视图。
40.如图1、图2和图3所示，根据本发明的各种示例性实施例的360度旋转轮装置包括：盖单元100，在其下侧形成驱动空间s1；轮内驱动单元200，设置在盖单元100的驱动空间s1中并在操作时产生驱动力；以及角度调节单元300，将轮内驱动单元200和盖单元100彼此连
接并且使轮内驱动单元200在盖单元100的圆周方向上旋转，使得根据轮内驱动单元200的操作确定的驱动方向绕360度旋转轮装置的竖直轴线转换360度。
41.盖单元100具有半圆形形状以在其下侧形成驱动空间sl，并且轮内驱动单元200设置在驱动空间sl中。
42.轮内驱动单元200在操作时产生驱动力，并且可以包括产生动力的马达单元和利用来自马达单元的动力旋转的轮单元。轮内驱动单元200通常被称为轮内马达，并且将省略其详细描述。
43.同时，角度调节单元300设置在盖单元100的内表面上，并且轮内驱动单元200通过角度调节单元300连接到盖单元100。角度调节单元300沿盖单元100的圆周方向旋转轮内驱动单元200，使得根据轮内驱动单元200的操作确定的驱动方向转换360度。即，当轮内驱动单元200通过角度调节单元300在盖单元100的驱动空间s1中绕竖直轴线旋转360度时，由轮内驱动单元200的操作产生的驱动力的方向转换360度。因此，当根据本发明的各种示例性实施例的360度旋转轮装置应用于移动体时，移动体的移动范围扩大。
44.同时，从图3中可以看出，360度旋转轮装置还包括壳体400，壳体400内形成容纳空间s2以容纳盖单元100，并且壳体400和盖单元100通过悬架500彼此连接。
45.具有容纳空间s2的壳体400可以具有球形形状，其下侧开口。此外，由于盖单元100通过悬架500连接到壳体400，因此通过轮内驱动单元200传递的振动通过悬架500衰减。
46.此处，悬架500包括：主悬架510，设置在盖单元100的中央侧并连接到壳体400，其中主悬架510被构造成衰减由360度旋转轮装置的竖直运动引起的振动；辅助悬架520，与主悬架510间隔开并连接到盖单元100和壳体400，其中辅助悬架520被构造成衰减由纵向运动和横向运动引起的振动。
47.在该实施方式中，盖单元100通过主悬架510和辅助悬架520连接到壳体400，并且通过设置在盖单元100中的轮内驱动单元200传递的振动被衰减。
48.主悬架510的一侧安装在盖单元100的外表面的中央部分中，并且主悬架510的另一侧安装在壳体400的内表面的中央部分中，从而衰减由竖直运动引起的振动。
49.辅助悬架520的一侧安装在盖单元100的外表面上以与主悬架510间隔开，并且辅助悬架520的另一侧安装在壳体400的内表面上以与主悬架510间隔开，从而辅助悬架520对角地设置。
50.此外，可以设置多个辅助悬架520。因此，以主悬架510中心，当辅助悬架520设置在主悬架510的前面或后面时，辅助悬架520衰减由纵向运动引起的振动。此外，以主悬架510为中心，当辅助悬架520设置在主悬架510的左侧或右侧时，辅助悬架520衰减由横向运动引起的振动。
51.辅助悬架520的安装位置和安装数量可以根据通过轮内驱动单元200传递的振动特性来确定。
52.同时，缓冲橡胶110可以联接到盖单元100的外表面以消除通过轮内驱动单元200传递的振动。因此，当通过轮内驱动单元200传递的振动被传递到盖单元100时，缓冲橡胶110衰减和缓冲振动。
53.可以根据传递到盖单元100的振动特性来确定关于缓冲橡胶110的数量和尺寸的规格。
54.同时，如图4所示，用于电连接和固定的安装部11设置在车体10上，并且紧固部410设置在壳体400的外表面上以紧固到车体10的安装部11。因此，当紧固部410紧固到安装部11时，壳体400被固定且电连接到车体10。
55.即，车体10被构造成使得壳体400安装在车体10上，并且安装部11设置在壳体400的安装区域中。因此，在将壳体400安装到车体10时，当设置在壳体400上的紧固部410连接到车体10的安装部11时，紧固部410和安装部11彼此紧固以固定。在这种情况下，安装部11和紧固部410可以彼此螺栓紧固。
56.此外，由于安装部11和紧固部410均被构造成能够电连接，当壳体400的紧固部410安装到车体10的安装部11时，从设置在车体10中的控制器发送的各种命令信号可以被发送到壳体400中的电子设备。
57.因此，容易将包括盖单元100、轮内驱动单元200和角度调节单元300的壳体400组装和更换到车体10，可以根据移动体的要求更换壳体400。此外，可以通过对另一车辆安装和拆卸以自由地更换壳体400。
58.同时，如图5和图6所示，角度调节单元300包括：环单元310，设置在盖单元100的驱动空间s1中并沿盖单元100的圆周以圆形形状延伸，其中从轮内驱动单元200延伸的驱动轴210可旋转地连接到环单元310；动力传输单元320，安装在盖单元100中并连接到环单元310以根据动力传输单元320是否操作来旋转环单元310。
59.即，驱动轴210从轮内驱动单元200的旋转中心部轴线沿水平方向延伸。驱动轴210可以从轮内驱动单元200的外壳或马达的中心部分延伸。由此，对于轮内驱动单元200，驱动轴210连接到环单元310，并且环单元310通过安装在盖单元100中的动力传输单元320旋转，从而轮内驱动单元200可以绕竖直轴线旋转360度。
60.环单元310形成为环形并具有在其延伸方向上形成的连接齿轮310a，并且动力传输单元320包括安装在盖单元100中并产生旋转力的旋转驱动单元321和连接到旋转驱动单元321以通过接收旋转力而旋转并与环单元310的连接齿轮310a啮合的齿轮单元322。
61.如上所述，环单元310形成为环形并且具有沿其延伸方向重复形成的连接齿轮310a。环单元310设置在盖单元100的驱动空间s1中。
62.动力传输单元320可以包括旋转驱动单元321和齿轮单元322，旋转驱动单元321可以安装在盖单元100的外表面上，并且齿轮单元322可以位于盖单元100的内表面上，使得组件之间的干涉可以被最小化。由于齿轮单元322与环单元310啮合，当旋转驱动单元321操作时，环单元310与齿轮单元322一起旋转。对于齿轮单元322与环单元310之间的啮合方式，可以根据蜗轮、锥齿轮、斜齿轮、正齿轮等的设计来确定齿轮连接方式。
63.因此，轮内驱动单元200与环单元310一起旋转，使得可以改变根据轮内驱动单元200的操作确定的驱动方向。
64.同时，在盖单元100的内表面上设置安置环单元310的引导单元120。此处，引导单元120可以被构造成从盖单元100的内表面凹进的凹槽的形式，并且环单元310可以插入引导单元120中，或者引导单元120可以从盖单元100的内表面突出使得环单元310安置在其上端部上。图5示出引导单元120突出到环单元310的下侧并且环单元310安置在引导单元120的上端部上的示例性实施例。此外，为了确保环单元310在引导单元120上平稳旋转，可以应用轴承结构或减摩结构。
65.由此，环单元310的位置可以通过引导单元120固定在盖单元100的驱动空间s1中，并且可以执行稳定的旋转操作。
66.同时，逆变器和功率模块控制器600可以安装在盖单元100中，被配置为控制轮内驱动单元200的驱动和再生制动的功率模块嵌入逆变器和功率模块控制器600中。由于逆变器和功率模块控制器600安装在盖单元100中，因此可以保护逆变器和功率模块控制器600免受冲击，并且容易将逆变器和功率模块控制器600电连接到轮内驱动单元200。
67.因此，逆变器和功率模块控制器600负责轮内驱动单元200的驱动，并且由于每个逆变器和功率模块控制器在应用于各种不同的移动体时与移动体的控制联动，因此容易地应用于各种移动体。
68.同时，本发明应用于多轮驱动移动体。
69.即，根据本发明的各种示例性实施例的多轮驱动移动体包括：旋转轮装置1000，每个旋转轮装置1000包括在下侧形成空间的盖单元100、设置在盖单元100的空间中并在操作时产生驱动力的轮内驱动单元200以及将轮内驱动单元200连接到盖单元100使得轮内驱动单元200沿盖单元100的圆周方向旋转以使根据轮内驱动部200的操作确定的驱动方向绕竖直轴线转换360度的角度调节单元300；以及控制器2000，被配置为根据所需行驶速度和所需行驶方向控制每个旋转轮装置1000的轮内驱动单元200和角度调节单元300。
70.如上所述，旋转轮装置1000包括盖单元100、轮内驱动单元200和角度调节单元300。
71.即，盖单元100形成为半圆形形状以在其下侧形成驱动空间s1，并且轮内驱动单元200设置在驱动空间s1中。
72.轮内驱动单元200在操作时产生驱动力，并且可以包括产生动力的马达单元和通过马达单元的动力旋转的轮单元。轮内驱动单元200通常被称为轮内马达，并且将省略其详细描述。
73.同时，角度调节单元300设置在盖单元100的内表面上，并且轮内驱动单元200通过角度调节单元300连接到盖单元100。角度调节单元300沿盖单元100的圆周方向旋转轮内驱动单元200，使得根据轮内驱动单元200的操作确定的驱动方向转换360度。即，当轮内驱动单元200通过角度调节单元300在盖单元100的驱动空间s1中绕竖直轴线旋转360度时，由轮内驱动单元200的操作产生的驱动力的方向转换360度。因此，当根据本发明的各种示例性实施例的360度旋转轮装置1000应用于移动体时，移动体的移动半径可以扩大。
74.包括盖单元100、轮内驱动单元200和角度调节单元300的旋转轮装置1000设置在前轮和后轮中的每一个上。因此，移动体可以四轮驱动。当然，根据旋转轮装置1000的配置数量，移动体可以被构造成除四个轮之外的多轮驱动。
75.在下文中，为了帮助理解本发明，假设移动体四轮驱动。
76.每个旋转轮装置1000由控制器2000控制。即，控制器2000根据驾驶员的控制或根据移动到设定目的地的所需行驶速度和所需行驶方向控制每个旋转轮装置1000的轮内驱动单元200和角度调节单元300。
77.作为示例，如图7所示，当所需行驶方向对应于直线行驶时，控制器2000控制每个角度调节单元300以将对应于前轮和后轮的旋转轮装置1000的轮内驱动单元200布置成朝向前方。此外，控制器2000控制以使得对应于前轮和后轮的轮内驱动单元200的驱动方向相
同，从而移动体能够通过前轮和后轮的相应旋转轮装置1000向前直线行驶。
78.同时，如图8所示，当所需行驶方向对应于转弯行驶时，控制器2000控制每个角度调节单元300以将对应于前轮的旋转轮装置1000的轮内驱动单元200布置成朝向转弯方向并且降对应于后轮的旋转轮装置1000的轮内驱动单元200布置成朝向与转弯方向相反的方向。此外，控制器2000控制以使得对应于前轮和后轮的轮内驱动单元200的驱动方向相同，使得移动体能够通过前轮和后轮的相应旋转轮装置1000进行转弯行驶。
79.此外，如图9所示，当所需行驶方向对应于多轮驱动移动体的横向行驶时，控制器2000控制每个角度调节单元300以将对应于前轮和后轮的旋转轮装置1000的轮内驱动单元200布置成朝向多轮驱动移动体的横向侧，并控制以使得对应于前轮和后轮的轮内驱动单元200的驱动方向相同。即，通过利用各个旋转轮装置1000的角度调节单元300将各个轮内驱动单元200布置成朝向同一侧并且使得对应于前轮和后轮的轮内驱动单元200的驱动方向相同，从而移动体可以向横向侧行驶。
80.此外，如图10所示，当所需行驶方向对应于原位旋转时，控制器2000控制各个角度调节单元300使得左前旋转轮装置1000a和右后旋转轮装置1000b顺时针旋转并且使得右前旋转轮装置1000c和左后旋转轮装置1000d逆时针旋转，从而使得每个旋转轮装置1000对角地设置，并且使得左轮内驱动单元正向驱动而右轮内驱动单元200反向驱动。
81.即，通过各个旋转轮装置1000的角度调节单元300，左前旋转轮装置1000a和右后旋转轮装置1000b顺时针旋转，并且右前转轮装置1000c和左后转轮装置1000d逆时针旋转，因此每个旋转轮装置1000对角地设置，从而使得移动体的每个旋转轮装置1000被布置为绕竖直轴线画圆。此外，左轮内驱动单元200正向驱动，而右轮内驱动单元200反向驱动，从而移动体可以顺时针旋转360度。此处，当沿相反方向驱动左轮内驱动单元200和右轮内驱动单元200时，移动体可以逆时针旋转360度。
82.在如上所述构造的360度旋转轮装置1000和使用该360度旋转轮装置1000的多轮驱动移动体中，轮子旋转360度，扩大移动体的行驶范围，并且容易地应用于移动体，从而提高了可用性。
83.另外，与诸如“控制器”、“控制单元”、“控制装置”或“控制模块”等的控制装置相关的术语是指包括存储器和被配置为执行被解释为算法结构的一个或多个步骤的处理器的硬件装置。存储器存储算法步骤，并且处理器执行算法步骤以执行根据本发明的各种示例性实施例的方法的一个或多个过程。根据本发明示例性实施例的控制装置可以通过被配置为存储用于控制车辆的各种组件的操作的算法或关于用于执行算法的软件命令的数据的非易失性存储器和被配置为利用存储在存储器中的数据来执行上述操作的处理器来实现。存储器和处理器可以是单独的芯片。或者，存储器和处理器可以集成在单个芯片中。处理器可以实现为一个或多个处理器。处理器可包括各种逻辑电路和运算电路，可以存储器提供的程序处理数据，并可以根据处理结果产生控制信号。
84.控制装置可以是由预定程序操作的至少一个微处理器，该预定程序可以包括用于执行在本发明的上述各种示例性实施例中公开的方法的一系列命令。
85.本发明还可以体现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是可以存储随后可由计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括硬盘驱动器(hdd)、固态硬盘(ssd)、硅磁盘驱动器(sdd)、只读存储器(rom)、
随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘、光学数据存储装置等以及作为载波(例如，通过互联网传输)的实施方式。
86.在本发明的示例性实施例中，上述每个操作可以由控制装置执行，并且控制装置可以由多个控制装置或集成的单个控制装置配置。
87.在本发明的示例性实施例中，控制装置可以以硬件或软件的形式来实现，或者可以以硬件和软件的组合来实现。
88.为了方便解释和准确限定所附权利要求，参照示例性实施例的特征在图中的位置，利用术语“上部的”、“下部的”、“内部的”、“外部的”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后面”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“之内”、“之外”、“向前”和“向后”来描述这些特征。将进一步理解的是，术语“连接”或其派生词既指直接连接又指间接连接。
89.为了说明和描述的目的，公开了本发明的特定示例性实施例的前述描述。这些描述并非旨在穷举本发明或将本发明限制为所公开的特定形式，并且显然，根据以上教导，许多修改和变化是可能的。所选择和描述的示例性实施例用以解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域的其他技术人员能够实施和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替代形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等同内容来限定。