一种可转换轮式状态与履带式状态的磁驱动履带轮的制作方法

本发明涉及车辆行走技术领域，具体涉及一种可转换轮式状态与履带式状态的磁驱动履带轮。

背景技术：

全地形车所要解决的问题有：对复杂环境的适应能力、具有良好的越障能力和一定的速度。目前常见的全地形车行驶机构分为腿式、轮式、履带式、复合式等。腿式行驶机构虽然具有良好的适应能力，越障能力强，但同样具有结构太过复杂，有移动效率低，控制困难等缺点；复合式行驶机构具有多套驱动系统，结构和控制比较复杂，但适用于某些特殊环境。因此这两种形式应用较少。而轮与履带成为了车辆行走最主要的两种式，即轮式行驶机构和履带式行驶机构。但这两种行走方式也各有优缺点。轮式行驶机构的主要缺点是：由于车轮与地面呈点式或线式接触，因此车轮的抓地性能差，不具备防沉陷能力；由于圆形车轮的过垂直墙能力与轮径大小成正比，因此其越野能力受到轮体高度极限的限制。就现有工艺技术虽可将车轮直径扩展到两米五左右，但其庞大的轮体挤占了过多的车体空间，更大的问题是，一个直径两米五的车轮，其所占用的车体有效空间是巨大的，其所需的转向空间更是大大减损了车体的有效空间，随着轮径的加大，车轮本身的重量也会加大，以上几个缺点，直接限制了大直径车轮的实用性。履带式主要缺点：其一是造成整车油耗大。履带式车辆在转向时，履带会剪切地面，产生刮土现象，使转向力矩骤然加大。履带式车辆在行驶过程中，履带本身凹凸不平的筋条，以及与导带轮相互刮擦起固带作用的履剌，都不可避免地因滑动摩擦而增加了履带的内耗功率；其二是行驶速度低。当履带行走装置在硬平路面上以较高速度行驶时，为防沉陷而增大的触地面积，更是成了行驶阻力的主要来源，成了制约履带行走装置提高速度的功耗负担；其三是部件磨损大，噪声大，使用成本高，补给保障难度大。

为了兼顾轮式与履带式的优点，近年国内外均进行了大量研究，也提出了各种方案，提出的一种可以实现轮式或履带式两种行走状态相互转换的履带轮的结构，使用者可以根据路况进行行走方式的转换，即在松软湿滑路面上，转换成履带行走，从而增大接地面积，提高附着力与牵引力，即提高通过性；在平坦硬质路面上，转换成轮式行走，从而降低功率消耗，提高行驶速度，即有利于高机动能力的实现。

对于目前发明的轮履结合车辆克服了普通履带车和轮胎车耗能高、越障能力弱等缺点，综合提高了车辆的行驶性能，但其驱动系统多使用传统燃油汽车的驱动系统，经过多环节的能量损耗，车辆的动力传递、转换效率受到了严重影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可转换轮式状态与履带式状态的磁驱动履带轮，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

一种可转换轮式状态与履带式状态的磁驱动履带轮，包括定长履带以及驱动定长履带转动的驱动装置；驱动装置包括：保持架和驱动制动总成，保持架包括内支架和外固定架装置，外固定架装置对称固定在内支架的左右两侧；外固定架装置包括外支架和支架连接套，外支架有若干个，若干个外支架均布在支架连接套的外周上；外支架上连接有用于使定长履带转换状态的执行器；驱动制动总成包括磁性转子和驱动磁性转子转动的驱动定子，驱动定子固定在内支架上，磁性转子转动连接在内支架左右两侧的执行器之间；磁性转子和定长履带相啮合，驱动定长履带转动。

在本实施例中，外固定架装置还包括翼板组件和辅助支撑杆，辅助支撑杆对称固定在外支架的左右两侧，翼板组件包括对称连接在执行器左右两端的两个翼板，辅助支撑杆和翼板活动连接。

本发明的优点在于：

1、本发明设计的履带轮够根据路况和地形的不同，进行轮式和履带式的相互转换。在泥泞松软或凹凸不平的路面上，车轮转换为三角形式的履带轮，增大接地面积，提高了稳定性，同时在遇到大的障碍物时，又可利用行星轮的特点来翻越障碍物。在硬质平坦的路面上，车轮以轮式行走，从而提高行驶速度；

2、与其他履带式车轮相比，此车轮结构布置均匀，滚动时更加平稳。本发明采用的电磁技术代替传统的燃油驱动具有节约能源的优点，选择磁驱动的方式既能减小部件的磨损，又能使车轮更加轻便，从而提高车轮的实用性和经济性。

附图说明

图1为本发明具体实施方式磁驱动履带轮的原理示意图；

图2为本发明具体实施方式磁驱动履带轮行走越障时的工作示意图；

图3为本发明具体实施方式磁驱动履带轮在履带式行走状态时的示意图；

图4为本发明具体实施方式磁驱动履带轮在轮式行走状态的示意图；

图5为本发明具体实施方式磁驱动履带轮在履带式状态的驱动装置的结构示意图；

图6为本发明具体实施方式磁驱动履带轮在履带式状态的驱动装置及安装轮系的示意图；

图7为本发明具体实施方式磁驱动履带轮在轮式状态的驱动装置的结构示意图；

图8为本发明具体实施方式磁驱动履带轮在轮式状态的驱动装置及安装轮系的示意图；

图9为本发明具体实施方式磁驱动履带轮中保持架及其连接部的示意图；

图10为图9不同状态时的示意图；

图11为图4的剖视图；

图12为图3的剖视图；

图13为本发明具体实施方式磁驱动履带轮中翼板及安装轮系的示意图；

图14为本发明具体实施方式磁驱动履带轮中负重轮安装孔的局部示意图；

图15为本发明具体实施方式磁驱动履带轮中定子座及驱动定子的示意图。

其中：1、驱动制动总成；2、定长履带；3、保持架；6、诱导轮；7、负重轮；8、执行器；9、驱动轴；10、板簧；101、驱动定子；102、磁性转子；1011、定子座；1012、绕组；1013、铁芯；201、防脱内凸沿；202、防脱外凸沿；203、驱动齿；301、翼板；302、内支架；303、外支架；304、辅助支撑杆；305、支架连接套；3011、弧形顶板；3012、第一连接板；3013、第二连接板；801、伸缩变形杆；802、执行器本体。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。术语“安装”，“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图15所示，一种可转换轮式状态与履带式状态的磁驱动履带轮，包括定长履带2和安装在定长履带2中的驱动装置，驱动装置用于驱动定长履带2旋转，驱动装置包括保持架3、驱动制动总成1和执行器8，通过控制执行器8的伸缩，使保持架3变形，从而实现履带轮两种状态的相互转换。参照图1和图2所示，本发明可以根据地形及路况的不同，进行轮式和履带式的相互转换，本发明结构布置均匀合理、具有很高的综合性能和实用性。

保持架3包括内支架302和外固定架装置，外固定架装置对称固定在内支架302的左右两侧，外固定架装置包括外支架303和支架连接套305，每个外固定架装置包括三个外支架303，三个外支架303均布在支架连接套305的外周上，相邻外支架303之间的夹角为120度。更进一步的，外支架303的一端和支架连接套305一体成型连接，另一端和执行器8相连接，执行器8用于使定长履带转换轮式状态或履带式状态。

外支架装置还包括翼板组件和辅助支撑杆304，每个外支架303上连接有两个辅助支撑杆304；具体的，辅助支撑杆304对称固定在外支架303的左右两侧。外支架303为中空结构且和顶部贯通，执行器8包括执行器本体802和伸缩变形杆801，伸缩变形杆801的一端固定在外支架303的中空部内，另一端和执行器本体802相连接。翼板组件包括对称连接在执行器本体802左右两端的两个翼板301；辅助支撑杆304的一端连接在外支架303上，另一端和翼板301活动连接。具体的，翼板301为三角形状，翼板301包括弧形顶板3011、第一连接板3012和第二连接板3013，第一连接板3012的顶端和第二连接板3013的顶端分别连接在弧形顶板3011的左右两端，第一连接板3012的底端和第二连接板3013的底端相连接，且连接处设有连接孔；辅助支撑杆304和翼板301相铰接，且铰接点为连接孔。执行器本体802控制伸缩变形杆801的伸长，执行器本体802的位置会发生变化，进一步带动执行器本体802上连接的翼板301的位置发生变化，辅助支撑杆304随着翼板301的位置变化而变化；同样的，执行器本体802控制伸缩变形杆801收缩，执行器本体802、和翼板301的位置都会发生变化。

驱动制动总成1包括磁性转子102和驱动磁性转子102转动的驱动定子101，驱动定子101固定在内支架302上，磁性转子102转动连接在内支架302左右两侧的执行器8之间；磁性转子102和定长履带2相啮合，磁性转子102用于驱动定长履带2转动以及实现定长履带2的制动停转。本实施例中，驱动制动总成1的数量为三组，驱动制动总成1的数量为执行器8的数量的一半。驱动定长履带2起到托带轮的作用，抑制定长履带2在行驶过程中的振动幅度。如图15所示，驱动定子101包括定子座1011、铁芯1013和绕组1012，驱动定子101用于驱动磁性转子102。本实施例中，定子座1011为弧形，定子座1011固定在内支架302上，定子座1011的弧形面面向磁性转子102，每个定子座1011内设有三个铁芯1013，三个铁芯1013均布在定子座1011的弧形面内，绕组1012连接在铁芯1013上。

磁驱动履带轮还包括安装诱导轮6和负重轮7，弧形顶板3011上设有诱导轮安装孔和负重轮安装孔，诱导轮安装孔位于弧形顶板3011的左右两端，负重轮安装孔位于两诱导轮安装孔之间，负重轮安装孔有若干个；诱导轮6安装在诱导轮安装孔上，负重轮7安装在负重轮安装孔上。定长履带2实现与地面相接触，承载车重，通过与地面相作用，提供驱动车辆行驶的力。翼板301，内支架302，外支架303，辅助支撑杆304和伸缩变形杆801形成杠杆结构。本装置的每个执行器8及其连接部共形成十个旋转副。如图1和2所示，10是个旋转副包括，执行器本体802和左右两侧翼板301连接处形成的旋转副翼外旋转副a和翼外旋转副d，左右两侧第一连接板3012和第二连接板3013形成的旋转副翼内旋转副b和翼内旋转副e，左右两侧辅助支撑杆304自身形成的架侧旋转副c和架侧旋转副f，以及左右侧诱导轮6处形成的翼侧旋转副h、i、j、k；显然地，该杠杆结构非常理想。其辅助支撑杆304为活动铰接，旨在减少伸缩变形杆801的变形量，且拥有同等的变形效果。此外，该结构中辅助支撑杆304为弹性支撑杆，从而提高履带轮的减振能力。本实施例中，保持架3呈120°三向布置，内支架302首端焊接在定子座1011末端，此外，内支架302，伸缩变形杆801布置于外支架303中间，提高履带轮稳定性。执行器8用于驱动保持架3的变形，以及实现对保持架3变形后的位置锁定。执行器8共有三组呈120°三向布置，通过预设伸缩变形杆801收缩限度，起到张紧轮的作用，用于保障适宜的张紧度，从而利于防止履带松脱，执行器本体802一端和伸缩变形杆801相连，另一端与翼板301相铰接，起到了支承并约束履带轮结构的作用，用于实现对保持架3进行轮履两种状态转换变形的控制。诱导轮6安装于保持架3的翼侧旋转副h、i、j、k上，用于在轮式状态于履带式状态转换时起到导向作用，利于转换的完成；同时在车辆行驶过程中，诱导轮6也起到稳定定长履带2的作用。负重轮7用于承载车重，支撑保持架3，驱动制动总成1，执行器8等，将车重传递给与地面接触的定长履带2，将车重通过定长履带2传递给地面。

基于上述实施例的结构，也可以引出其它不同的履带轮变形结构，具体为：根据不同的情况，磁性转子102的直径可根据实际驱动力需求增大，从而增大磁性转子102与履带的包角；在这种情况下，负重轮7可以省去部分数量，诱导轮6在一定程度上可以起到的作用。

如图3和15所示，还包括驱动轴9，支架连接套305的中心设有轴孔，驱动轴9连接在内支架302左右两侧的支架连接套305的轴孔中，更具体的，内支架302上也设有轴孔，驱动轴9贯穿连接在支架连接套305和内支架302中心的轴孔内。

如图1所示，履带轮从轮式状态转换成履带状态的过程是：执行器本体802通过充油或电动伸张调节，使伸缩变形杆801的长度伸长，从而在负重情况下驱动保持架3的翼板301收缩。在翼板301收缩过程中，以翼外旋转副a，d的铰接点为理论支撑点，使保持架3变形。保持架3变形过程中带动其上安装的诱导轮6、负重轮7，从而使定长履带2与地面的接触面积不断增加，最终使履带轮转换成近三角履带式状态，保持架3在变形过程中的形态变化如图5，6，7，8所示。

履带轮在轮式状态行走的过程是，如图1所示：履带轮通过驱动轴9来实现对车辆的承载与驱动。如果使车辆前进，履带轮的驱动制动总成1的磁性转子102停止旋转，从而使定长履带2停止旋转。由于驱动轴9与保持架3位置刚性连接，当驱动轴9逆时针旋转，产生驱动车辆前进的力，从而驱动车辆向前行驶。如果使车辆后退，履带轮的驱动制动总成1的磁性转子102停止旋转，从而使定长履带2停止旋转。由于驱动轴9与保持架3位置刚性连接，当驱动轴9顺时针旋转，产生驱动车辆后退的力，从而驱动车辆向后行驶。

如图1所示，履带轮以履带状态转换成轮式状态的过程是：执行器本体802通过放油或电动收缩调节，使伸缩变形杆801长度缩短，从而在负重情况下驱动保持架3的翼板301伸出。在翼板301伸出过程中，以翼外旋转副a,d的铰接点为理论支撑点，使保持架3变形。保持架3变形过程中带动起上安装的诱导轮6、负重轮7，从而使定长履带2与地面的接触面积不断减小，最终使履带轮转换成近圆形的轮式状态，保持架3在变形过程中的形态变化如图5，6，7，8所示。

履带轮在履带式状态行走的过程是，如图1所示：履带轮通过驱动制动总成1的驱动定子101与驱动轴9刚性连接来实现对车辆的承载与驱动。如果使车辆前进，驱动制动总成1的驱动定子101在通入交流电后，形成逆时针旋转磁场，在旋转磁场中磁性转子102被拖动，形成驱动力。磁性转子102上的齿与定长履带2的驱动齿203相啮合，因磁性转子102逆时针旋转，从而驱动定长履带2逆时针旋转，定长履带2在负重轮7的压迫下与地面相接触，产生驱动车辆前进的力，从而驱动车辆向前行驶。如果使车辆后退，驱动制动总成1的驱动定子101在通入交流电后，形成顺时针旋转磁场，在旋转磁场中磁性转子102被拖动，形成驱动力。磁性转子102上的齿与定长履带2的驱动齿203相啮合，因磁性转子102顺时针旋转，从而驱动定长履带2顺时针旋转，定长履带2在负重轮7的压迫下与地面相接触，产生驱动车辆后退的力，从而驱动车辆向后行驶。

特别的，当履带轮由轮式状态转变为履带式状态的过程是，如图1所示：履带轮的驱动轴9的旋转速度下降，从而履带轮的滚动速度下降。在此过程中磁性转子102在由驱动定子101形成的旋转磁场驱动下，转速和转矩逐步提高，从而使定长履带2旋转速度提高，当履带旋转速度大于滚动速度时，驱动轴9停止转动，此时则依靠执行器8实现履带轮变形。在变形完成以后，则完全由驱动定子101驱动。

特别的，当履带轮由履带式状态转变为轮式状态的过程是，如图1所示：履带轮的由驱动定子101驱动的磁性转子转速下降，从而使定长履带2旋转速度下降。在此过程中，执行器8动作，将履带轮由履带式状态变为轮式状态。当变形完成后，驱动轴9开始转动，从而使履带轮开始滚动，当滚动速度大于定长履带2旋转速度时，驱动定子101停止供电，旋转磁场停止旋转。此时，磁性转子102停止转动。之后，则完全依靠履带轮滚动继续前进。

特别的，当履带轮处于履带式状态行走时，如图2所示，当车辆前进遇到障碍物高度小于l1时，履带轮则依靠定长履带2的旋转快速通过。当履带轮处于履带式状态行走时，如图2所示，当车辆前进遇到障碍物高度大于l2时，履带轮则依靠驱动轴9的旋转，滚动通过。

如图3-8和图13所示，在实际的设计与使用过程中，定长履带2内可横向设置多个所述驱动装置。具体的，根据定长履带2的宽度来判断设置的驱动装置的多少，如果定长履带2较宽可以设置横向设置两个或多个驱动装置；从而实现更稳定的变形以及更大负重的承载。

如图9，10所示，本实施例中，辅助支撑杆304与翼板301和保持架3相铰接，使其在翼板301收缩过程中，辅助支撑杆304与保持架3之间的角度，围绕架侧旋转副c缩小，从而减小执行器8的伸缩量，以减小变形时间。此外，本实施例中的辅助支撑杆304具有一定的伸缩量，从而使得辅助支撑杆304与保持架3之间的角度，围绕架侧旋转副c缩小的更加快速，从而进一步减小执行器8的伸缩量，以减小变形时间。特别的本实施例中辅助支撑杆304具有的伸缩量，赋予其一定的弹性，实现更好的减振效果。

如图11，12所示，定长履带2的内表面上设有和所述磁性转子102相啮合的驱动齿203，为防止定长履带2脱落，在定长履带2上还设有防脱内凸沿201和防脱外凸沿202。防脱内凸沿201位于驱动齿203形成的槽的侧壁上，防脱外凸沿202位于定长履带2的侧面。具体的，负重轮7和诱导轮6都包括两个转轮，其中一个转轮位于弧形顶板3011的外侧，另一个转轮位于弧形顶板3011的内侧，外侧的转轮和防脱外凸沿202相紧贴，内侧的转轮和防脱内凸沿201相紧贴，在两侧的转轮的共同作用下，限制了定长履带2轴向移动，提高了稳定性。

在本实施例中，如图14所示，为实现更好的减振，负重轮7与负重轮安装孔之间设有板簧10。车重不同时，负重轮7的数量也可能不同，具体数量可根据实际使用情况进行设计。执行器8可以是液压缸，电动缸，或气动缸，以及其它可以伸缩的执行器。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。