一种轮椅驱动装置的制作方法

本发明属于运用在轮椅上的传动机构，具体地说，尤其涉及一种电动轮椅车轮驱动装置。

背景技术：

轮椅作为行动不便者的代步工具，被广泛应用于日常生活中。目前，轮椅主要分为手动轮椅和电动轮椅两类，手动轮椅价格便宜但无动力驱动装置，在使用过程中需用手推动轮椅，较为费力。电动轮椅在手动轮椅基础上，叠加了高性能的动力驱动装置，但基本上采用两个电机直接驱动车轮方式给予动力，轮椅运动控制相对复杂，使两车轮等速转动或精确转向难以很好实现，导致轮椅在直行过程中走“s”形曲线、在转弯过程中转弯半径不稳定。

针对上述问题，本发明设计了一种轮椅驱动装置，在轮椅直行时，只需一个电机驱动左右两侧车轮，能够很好的保证两侧车轮的同步性。在转弯时，只需调节一侧车轮转速，使两轮产生转速差，实现精确转向。在驱动电机仍然运行情况下，轮椅能够立即停止行驶。本发明还设计了电动转向传动装置，可方便的进行方向调节。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种控制简单、直行时两侧车轮同步性较好和转弯能够精确控制的轮椅驱动装置，包括电动调节转向机构，以满足使用者的需求。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种轮椅驱动装置，包括车轮传动装置、动力驱动装置和电动转向传动装置，其中：

所述车轮传动装置包括两组，分别用于驱动轮椅左侧和右侧的车轮，每组车轮传动装置包括差速装置外壳、动力输入带轮、车轮传动装置外壳、上侧行星锥齿轮、下侧行星锥齿轮、车轮驱动轴、右侧中心锥齿轮、转向调节轴、左侧中心锥齿轮、主动锥齿轮、转向调节输入轴、带轮、换向锥齿轮、电磁制动器(包括电磁制动器磁轭、电磁制动器衔铁)、电磁制动器法兰；

所述驱动装置用于驱动车轮传动装置，包括动力驱动装置外壳、带轮、动力输入轴、齿圈轴、动力输入轴电磁制动器、动力输入轴侧法兰、齿圈、行星齿轮、太阳轮、行星架、动力输出轴侧法兰、动力输出轴电磁制动器、动力输出轴、动力输出法兰；

所述电动转向传动装置用于对车轮进行转向，包括：电动转向传动装置外壳；设置在该外壳内部的电机、联轴器、主动齿轮、左侧锥齿轮、左侧换向锥齿轮、左侧离合器转盘组件、左侧衔铁、左侧离合器磁轭、被动齿轮、转向调节动力轴、右侧离合器磁轭、右侧离合器转盘组件、右侧衔铁、右侧换向锥齿轮、右侧换向锥齿轮；设置在该外壳外部的左侧带轮、右侧带轮；以及部分设置在电动转向传动装置外壳内部、部分设置在电动转向传动装置外壳外部的左侧转向调节输出轴和右侧转向调节输出轴；其中左侧衔铁与左侧锥齿轮连为一体，右侧衔铁与右侧锥齿轮连为一体。

所述的轮椅驱动装置，其中：车轮驱动轴的大部分设置在车轮传动装置外壳内，车轮驱动轴的一端露出车轮传动装置外壳并与该左侧的车轮连接，用于驱动车轮旋转；车轮驱动轴的另一端伸入车轮传动装置外壳内，车轮驱动轴通过第一轴承和第二轴承支撑，其中第一轴承设置在车轮传动装置外壳上，第二轴承设置在差速装置外壳内。

所述的轮椅驱动装置，其中：转向调节轴为空心轴，套接在车轮驱动轴上，设置在车轮传动装置外壳内，转向调节轴通过两个轴承支撑，其中第三轴承设置在第一安装凸台上，第四轴承设置在差速装置外壳内；转向调节轴上设置有主动锥齿轮和电磁制动器法兰，电磁制动器衔铁与电磁制动器法兰连接为一体。

所述的轮椅驱动装置，其中：主动锥齿轮与换向锥齿轮互相啮合；转向调节输入轴垂直于车辆驱动轴布置并由设置在车轮传动装置外壳上的第五轴承支撑，其一端伸入车轮传动装置外壳内，另一端露出车轮传动装置外壳外，露出端安装有带轮；在车轮传动装置外壳内，换向锥齿轮安装在转向调节输入轴上；电磁制动器磁轭安装在车轮传动装置外壳上。

所述的轮椅驱动装置，其中：差速装置外壳为空心圆桶形，通过两个轴承安装在车轮传动装置外壳上内，其中第六轴承设置在车轮传动装置外壳上，第七轴承设置在车轮传动装置外壳内；动力输入带轮设置在差速装置外壳的远离该左侧车轮的一端，且位于车轮传动装置外壳的外部。

所述的轮椅驱动装置，其中：上、下侧行星锥齿轮和分别通过安装在设置在差速装置外壳内上、下对侧的第八轴承和第九轴承上的安装轴安装在差速装置外壳内；车轮驱动轴与右侧中心锥齿轮、车轮连接为一体，转向调节轴与左侧中心锥齿轮、主动锥齿轮和电磁制动器法兰连接为一体；上侧行星锥齿轮分别与左侧中心锥齿轮和右侧中心锥齿轮啮合，下侧行星锥齿轮分别与左侧中心锥齿轮和右侧中心锥齿轮啮合；转向调节输入轴与带轮、换向锥齿轮连接为一体，各轴通过轴承进行支撑。

所述的轮椅驱动装置，其中：动力输入轴的大部分安装在动力驱动装置外壳内，其露出在动力驱动装置外壳外部的一端上安装有带轮，该带轮与驱动电机的输出轴上的带轮通过皮带连接，用于动力输入。

所述的轮椅驱动装置，其中：动力驱动装置外壳内部分成第一部分和第二部分，第一部分为动力输入部分，第二部分为动力输出部分；动力输入轴的大部分位于动力输入部分中，其另一端伸入动力输出部分并与位于动力输出部分中的太阳轮连接，动力输入轴通过两个轴承支撑，其中第10轴承设置在动力驱动装置外壳上、第11轴承设在动力驱动装置外壳上。

所述的轮椅驱动装置，其中：齿圈轴为空心轴，套接在动力输入轴上，齿圈轴通过两个轴承支撑，其中第12轴承设置在动力驱动装置外壳上、第13轴承设在第二安装凸台上；动力输入轴侧磁轭、动力输入轴侧衔铁、动力输入轴侧法兰设置在第一部分内，其中动力输入轴侧磁轭安装在动力驱动装置外壳上，电磁制动器法兰安装在齿圈轴上。

所述的轮椅驱动装置，其中：行星齿轮、太阳轮、行星架、动力输出轴侧法兰、动力输出轴侧衔铁、动力输出轴侧磁轭和动力输出轴的一部分设置在动力输出部分中，太阳轮位于齿圈中心，行星齿轮位于太阳轮和齿圈之间并分别与太阳轮和齿圈啮合，行星齿轮安装在行星架上。

所述的轮椅驱动装置，其中：动力输出轴通过设置在动力驱动装置外壳上的第12轴承和第13轴承被支撑，动力输出轴侧磁轭安装在动力驱动装置外壳上，行星架安装在动力输出轴上，动力输出轴露出在动力驱动装置外壳外部的一端上安装有动力输出法兰，该动力输出法兰与动力输入法兰通过连杆机构、或皮带连接，用于为该动力输入法兰提供动力。

所述的轮椅驱动装置，其中：动力输入轴与带轮、太阳轮连接为一体，齿圈轴与电磁制动器法兰、内齿圈连接为一体，动力输出轴与行星架、电磁制动器法兰和动力输出带轮连接为一体；电磁制动器衔铁分别与电磁制动器法兰连接为一体，电磁制动器磁轭与动力驱动装置外壳连接为一体。

所述的轮椅驱动装置，其中：电动转向传动装置外壳内部间隔设置有两个带有中心孔的安装壁，分别是左侧安装壁和右侧安装壁，所述左侧安装壁和右侧安装壁将电动转向传动装置外壳分隔为左侧部分、中间部分和右侧部分，转向调节动力轴主体设置在中间部分中，两端穿过左侧安装壁和右侧安装壁分别进入左侧部分和右侧部分，转向调节动力轴被分别设置在左侧安装壁和右侧安装壁上的两个轴承所支撑；被动齿轮安装在转向调节动力轴位于中间部分的本体上，该被动齿轮与主动齿轮啮合；主动齿轮的安装轴由安装在电动转向传动装置外壳上的一组轴承支撑；主动齿轮的安装轴通过联轴器与固定在中间部分内的电机的输出轴连接。

所述的轮椅驱动装置，其中：电动转向传动装置外壳的左侧部分和右侧部分设置的零部件及其连接结构完全相同：左侧离合器磁轭通过螺栓固定在左侧安装壁上，转向调节动力轴的左端穿过所述左侧离合器磁轭，左侧电磁离合器转子组件与转向调节动力轴连接为一体，左侧锥齿轮通过其中心的轴承安装在转向调节动力轴上，与左侧电磁离合器衔铁连接为一体，左侧转向动力调节输出轴在与转向调节动力轴垂直的方向上，其由设置在电动转向传动装置外壳上的轴承支撑，其伸入电动转向传动装置外壳内的一端安装有左侧转向锥齿轮，所述左侧转向锥齿轮与左侧锥齿轮互相啮合；左侧转向动力调节输出轴露出在电动转向传动装置外壳外的部分安装有左侧带轮，通过皮带与左侧车轮的车轮传动装置的带轮连接，为其提供动力；右侧离合器磁轭通过螺栓固定在右侧安装壁上，转向调节动力轴的右端穿过所述右侧离合器磁轭，右侧电磁离合器转子组件与转向调节动力轴连接为一体，右侧锥齿轮通过其中心的轴承安装在转向调节动力轴上，与右侧电磁离合器衔铁连为一体，右侧转向动力调节输出轴在与转向调节动力轴垂直的方向上，其由设置在电动转向传动装置外壳上的轴承支撑，其伸入电动转向传动装置外壳内的一端安装有右侧转向锥齿轮，所述右侧转向锥齿轮与右侧锥齿轮互相啮合；右侧转向动力调节输出轴露出在电动转向传动装置外壳外的部分安装有右侧带轮，通过皮带与右侧车轮的车轮传动装置的带轮连接，为其提供动力。

所述的轮椅驱动装置，其中：主动齿轮轴组件通过联轴器与电机相连，左右两侧锥齿轮通过轴承安装在转向调节动力输入轴上，转向调节动力输入轴与左右两侧电磁离合器转子组件连接为一体；左右两侧转向调节输出轴分别与换向锥齿轮、左右两侧带轮连接为一体；各轴通过轴承安装在电动转向传动装置外壳上；左右两侧电磁离合器磁轭和与电动转向传动装置外壳连接为一体；左右两侧锥齿轮分别与换向锥齿轮啮合。

一种轮椅，包括如上所述的轮椅驱动装置。

附图说明

图1是本发明车轮传动装置示意图；

图2是本发明动力驱动装置示意图；

图3是本发明电动转向传动装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：如图1所示，左侧车轮的车轮传动装置包括差速装置外壳111、动力输入法兰116、车轮传动装置外壳102、上、下侧行星锥齿轮113和117、车轮驱动轴115、右侧中心锥齿轮114、转向调节轴110、左侧中心锥齿轮112、主动锥齿轮103、电磁制动器法兰107、转向调节输入轴105、带轮106、换向锥齿轮104、电磁制动器磁轭109、电磁制动器衔铁108、电磁制动器法兰107。另一侧车轮的车轮传动装置的结构与上述一侧车轮的车轮传动装置的构成完全相同，且结构对称，因此以下关于车轮传动装置的结构的描述也适用于右侧车轮的车轮传动装置。

车轮驱动轴115的大部分设置在车轮传动装置外壳102内，车轮驱动轴115的一端露出车轮传动装置外壳102外部并与该左侧的车轮连接，用于驱动车轮旋转；车轮传动装置外壳102内部设有第一安装凸台，第一安装凸台为中空凸台结构，车轮驱动轴115的另一端穿过第一安装凸台后伸入车轮传动装置外壳102内，驱动轴115通过第1轴承和第2轴承支撑，其中第1轴承设置在车轮传动装置外壳102上，第二轴承设置在差速装置外壳111内；转向调节轴110为空心轴，套接在车轮驱动轴115上，设置在车轮传动装置外壳102内，且其第一部分设置在差速装置外壳111内，其第二部分即中部穿过第一安装凸台，转向调节轴110通过两个轴承支撑，其中第3轴承设置在第一安装凸台上，第4轴承设置在差速装置外壳111内；转向调节轴110在其第三部分上设置有主动锥齿轮103和电磁制动器法兰107，电磁制动器衔铁108与电磁制动器法兰107连接为一体；主动锥齿轮103与换向锥齿轮104互相啮合；转向调节输入轴105垂直于车辆驱动轴115布置并由设置在车轮传动装置外壳102上的第5轴承支撑，其一端伸入车轮传动装置外壳102内，另一端露出车轮传动装置外壳102外，露出端安装有带轮106；在车轮传动装置外壳102内，换向锥齿轮104安装在转向调节输入轴105上；电磁制动器磁轭109安装在第一安装凸台上。

差速装置外壳111为空心圆桶形，通过两个轴承安装在车轮传动装置外壳102内，其中第6轴承设置在第一安装凸台上，第7轴承设置在车轮传动装置外壳102内；动力输入法兰116设置在差速装置外壳111的远离该左侧车轮的一端，且位于车轮传动装置外壳102的外部；上、下侧行星锥齿轮113和117分别通过安装在设置在差速装置外壳111内上、下对侧的第8轴承和第9轴承上的安装轴安装在差速装置外壳111内。车轮驱动轴115与右侧中心锥齿轮114、和车轮101连接为一体，转向调节轴110与左侧中心锥齿轮112、主动锥齿轮103和电磁制动器法兰107连接为一体。上侧行星锥齿轮112分别与左侧中心锥齿轮112和右侧中心锥齿轮114啮合，下侧行星锥齿轮117分别与左侧中心锥齿轮112和右侧中心锥齿轮114啮合。转向调节输入轴105与带轮106、换向锥齿轮104连接为一体，各轴通过轴承进行支撑。电磁制动器磁轭109与车轮传动装置外壳102连接为一体，电磁制动器衔铁108与电磁制动器法兰107连接为一体，通过螺栓连接。差速装置外壳111、转向调节轴110和车轮驱动轴115为内中外三层同心轴。

如图2所示，动力驱动装置包括动力驱动装置外壳201、带轮202、动力输入轴203、齿圈轴204、动力输入轴侧磁轭205、动力输入轴侧衔铁206、动力输入轴侧法兰207、齿圈208、行星齿轮209、太阳轮210、行星架211、动力输出轴侧法兰212、动力输出轴侧衔铁213、动力输出轴侧磁轭214、动力输出轴215、动力输出法兰216。

动力输入轴203的大部分安装在动力驱动装置外壳201内，其露出在动力驱动装置外壳201外部的一端上安装有带轮202，该带轮202通过皮带等与驱动电机(图中未画出)的输出轴连接，用于动力输入；动力驱动装置外壳201内设有中空的第二安装凸台，所述第二安装凸台将动力驱动装置外壳201内部分成两部分即第一部分和第二部分；动力输入轴203的大部分位于第一部分中，其另一端伸入第二部分并与位于第二部分中的太阳轮110连接，动力输入轴203通过一个轴承支撑，其中第10轴承设置在动力驱动装置外壳201上、；齿圈轴204为空心轴，套接在动力输入轴203上，齿圈轴204通过两个轴承支撑，其中第11轴承设置在动力驱动装置外壳201上、第12轴承设在第二安装凸台上；动力输入轴侧磁轭205、动力输入轴侧衔铁206、动力输入轴侧法兰207设置在第一部分内，其中动力输入轴侧磁轭205安装在动力驱动装置外壳201上，电磁制动器法兰207安装在齿圈轴204上。

行星齿轮209、太阳轮210、行星架211、动力输出轴侧法兰212、动力输出轴侧衔铁213、动力输出轴侧磁轭214和动力输出轴215的大部分设置在第二部分中，太阳轮210位于齿圈208中心，行星齿轮209位于太阳轮210和齿圈208之间并分别与太阳轮210和齿圈208啮合，行星齿轮安装在行星架211上；动力输出轴215通过设置在动力驱动装置外壳201上的第13轴承和第14轴承被支撑，动力输出轴侧磁轭214安装在动力驱动装置外壳201上，行星架211安装在动力输出轴215上，动力输出轴215露出在动力驱动装置外壳外部201的一端上安装有动力输出法兰216，该动力输出法兰216可通过连杆结构等传动机构与动力输入法兰116连接，用于为该动力输入法兰116提供动力。同样的该动力输出法兰还为右侧车轮的动力输入法兰提供动力。所述动力输出法兰216、动力输入法兰116也可由带轮代替，安装在相应的轴上，则动力输出带轮与动力输入带轮之间可通过皮带连接，为动力输入带轮提供动力。

动力输入轴203与带轮202、太阳轮210连接为一体，齿圈轴204与电磁制动器法兰207、内齿圈208连接为一体，动力输出轴215与行星架211、电磁制动器法兰212和动力输出法兰216连接为一体，各轴通过轴承安装在外壳201上。电磁制动器衔铁206、213分别与电磁制动器法兰207和212连接为一体，电磁制动器磁轭205、214与动力驱动装置外壳201为一体，通过螺栓连接。

如图3所示，电动转向传动装置包括电动转向传动装置外壳304和设置在该外壳内部的电机301、联轴器302、主动齿轮303、左侧锥齿轮305、左侧换向锥齿轮306、左侧离合器转盘组件309、左侧离合器磁轭310、被动齿轮311、转向调节动力轴312、右侧离合器磁轭313、右侧离合器转盘组件314、右侧换向锥齿轮317、右侧锥齿轮318、左侧衔铁319、右侧衔铁320；设置在该外壳外部的左侧带轮308、右侧带轮315；以及部分设置在电动转向传动装置外壳304内部、部分设置在电动转向传动装置外壳304外部的左侧转向调节输出轴307和右侧转向调节输出轴316。所述左侧衔铁319与左侧锥齿轮305连为一体，右侧衔铁320与右侧锥齿轮318连为一体。

电动转向传动装置外壳304内部间隔设置有两个带有中心孔的安装壁，即左侧安装壁和右侧安装壁，将电动转向传动装置外壳304分隔为左侧部分、中间部分和右侧部分，转向调节动力轴312主体设置在中间部分中，两端穿过左侧安装壁和右侧安装壁分别进入左侧部分和右侧部分，转向调节动力轴312被设置在左侧安装壁和右侧安装壁上的两个轴承(第15轴承和第16轴承)所支撑；被动齿轮311安装在转向调节动力轴312位于中间部分的本体上，该被动齿轮311与主动齿轮303啮合；主动齿轮303的安装轴由安装在电动转向传动装置外壳304上的一组轴承(优选为2个)支撑；主动齿轮303的安装轴通过联轴器与固定在中间部分内的电机301的输出轴连接。

电动转向传动装置外壳304的左侧部分和右侧部分设置的零部件及其连接结构完全相同，因此以左侧部分中的零部件为例进行说明：左侧离合器磁轭310通过螺栓固定在左侧安装壁上，转向调节动力轴312的左端穿过所述左侧离合器磁轭310，左侧电磁离合器转子组件309与转向调节动力轴312连接为一体，左侧锥齿轮305通过其中心的轴承安装在转向调节动力轴312上，由于轴承内外圈分别安装在不同部件上，因此轴承内圈旋转不会带动外圈旋转，左侧转向动力调节输出轴307设置在与转向调节动力轴312垂直的方向上，其由设置在电动转向传动装置外壳304上的第17轴承支撑，其伸入电动转向传动装置外壳304内的一端安装有左侧转向锥齿轮306，所述左侧转向锥齿轮306与左侧锥齿轮305互相啮合。左侧转向动力调节输出轴307露出在电动转向传动装置外壳304外的部分安装有左侧带轮308，通过皮带与左侧车轮的车轮传动装置的带轮106连接，为其提供动力。

主动齿轮轴组件303通过联轴器302与电机301相连，左右两侧锥齿轮305和318分别通过轴承安装在转向调节动力输入轴312上，转向调节动力输入轴312与电磁离合器转子组件309和314连接为一体，衔铁与转子不吸合时，转向调节动力输入轴312旋转时带动轴承内圈旋转，外圈不转，左右两侧锥齿轮也不旋转，当一侧衔铁的与转子吸合后，该侧支撑锥齿轮的轴承外圈随转子一起转，这时轴承内外圈就不再相对旋转。左右两侧转向调节输出轴307和316分别与换向锥齿轮306和317、左右两侧带轮308和315连接为一体。各轴通过轴承安装在电动转向传动装置外壳304上。左右两侧电磁离合器磁轭310和313与电动转向传动装置外壳304连接为一体，通过螺栓连接；左右两侧锥齿轮305和318分别与换向锥齿轮306和317啮合。

本发明工作原理如下：

差速装置外壳111转速记为n0，车轮驱动轴115转速记为n1，转向调节轴110转速记为n2，三者关系如下：2n0＝n2+n1；其中，各轴转速可正可负，正负转速代表转向相反。

一、轮椅直行：

电磁制动器衔铁206与磁轭205吸合，齿圈轴204处于抱死状态，齿圈208与外壳201固定，不能旋转，电磁制动器衔铁213与磁轭214分离，动力输出轴215处于松开状态，可相对外壳201旋转。电动转向传动装置无动力输入。驱动动力由带轮202输入，经动力输入轴203带动太阳轮210旋转后带动行星架211旋转，然后通过动力输出轴215带动动力输出法兰216旋转(具体的，电机驱动力通过带轮202输入给动力驱动轴203，动力输入轴203开始旋转并带动太阳轮210旋转，进而驱动行星齿轮209旋转，带动行星架211旋转，动力输出轴215随之旋转)。动力输出法兰216可通过皮带、连杆装置等传动机构为该动力输入法兰116提供动力，将动力输入到左侧和右侧的车轮传动装置。

左、右两侧车轮传动装置的电磁制动器衔铁108与磁轭109吸合，转向调节轴110处于抱死状态，不能旋转，即n2＝0。动力输入法兰116带动差速装置外壳111旋转，通过锥齿轮带动车轮驱动轴115旋转，转速记为2n0。因此左右两侧车轮以2n0转速直线行驶。

二、轮椅转向：

轮椅转向过程通过调节转向调节轴转速记为n2，与轮椅直行过程的各制动器所处状态大体相同，下面，以一侧为例进行说明。

轮椅右侧传动齿轮传动机构与图1对称(未画出)，右侧转向调节轴处于抱死状态，因此，右侧车轮转速为2n0。左侧电磁制动器衔铁108与磁轭109松开，转向调节轴110处于松开状态，磁轭310通电，吸合左侧衔铁319，左侧衔铁319压紧到左侧电磁离合器转子组件309上，因此随转子一起旋转，右侧电磁离合器转子组件314与磁轭313松开，所以，左侧带轮308通过锥齿轮传动后旋转，而右侧带轮315静止，这样将转向调节动力输出至带轮106。

带轮106通过锥齿轮旋转带动转向调节轴110旋转，使得左侧车轮转速大于或小于2n0，而此时右侧车轮仍然保持2n0的转速，因此，左右两侧车轮产生速度差进行转向。

三、轮椅轮子停止旋转

在驱动动力输入情况下，即动力输入轴203继续保持旋转过程中，轮椅仍然可以停止行驶。此时，将电磁制动器衔铁206与磁轭205松开，齿圈轴204处于松开状态，齿圈208与外壳201相对旋转，电磁制动器衔铁213与磁轭214吸合，动力输出轴215处于抱死状态，这样，齿圈208在太阳轮210的带动下旋转，行星架211固定，动力输出轴215转速为0，车轮传动装置无动力输入，此时车轮停止旋转，通过该方式，能够在不关闭动力电机的情况下停止车轮的旋转，避免了电机频繁启动导致电动轮椅中为电机供电的可充电电源的损伤以及电源的浪费，另一方面可以避免由于频繁启停导致电机寿命的降低。当然，本发明亦可选择另一种通过停止驱动电机运行方式进行制动。