電動交通工具、電動滑板和自平衡電動交通工具的制作方法
【專利說明】
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年5月6日提交的序列號為61/820,043的美國臨時專利申請的 優(yōu)先權(quán)，該申請由此通過引用并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開一般涉及自穩(wěn)定電動交通工具。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 在一個示例中，電動交通工具可包括板、輪子組件、馬達組件、至少一個傳感器和 馬達控制器。板可包括第一板面部分和第二板面部分，第一板面部分和第二板面部分各自 配置為接收騎者的左腳或右腳。輪子組件可設(shè)置在第一板面部分和第二板面部分之間并且 包括地面接觸元件。馬達組件可安裝到板并且配置為使地面接觸元件圍繞軸旋轉(zhuǎn)，以推進 電動交通工具。所述至少一個傳感器可配置為測量板的取向信息。馬達控制器可配置為接 收由傳感器測量的取向信息并且基于取向信息使馬達組件推進電動交通工具。電動交通工 具可以包括恰好一個地面接觸元件。
[0005] 在另一個示例中，電動滑板可包括腳板面、恰好一個地面接觸輪子、至少一個傳感 器和電動馬達。腳板面可具有第一板面部分和第二板面部分，第一板面部分和第二板面部 分各自配置為支撐騎者的腳。所述一個地面接觸輪子可設(shè)置在第一板面部分和第二板面之 間，并且配置為圍繞軸旋轉(zhuǎn)以推進滑板。所述至少一個傳感器可配置為測量腳板面的取向。 電動馬達可配置為基于腳板面的取向引起輪子的旋轉(zhuǎn)。
[0006] 在另一個示例中，自平衡電動交通工具可包括框架、第一板面部分和第二板面部 分、輪子、至少一個傳感器、馬達控制器以及馬達?？蚣芸山缍ㄆ矫?。第一板面部分可安裝到 框架并且配置為支撐騎者的第一只腳。第二板面部分可安裝到框架并且配置為支撐騎者的 第二只腳。輪子可在板面部分之間安裝到框架，在平面上方和下方延伸，并且配置為圍繞位 于該平面中的軸線旋轉(zhuǎn)。所述至少一個傳感器可安裝到框架并且配置為感測框架的取向信 息。馬達控制器可配置為從傳感器接收取向信息，并且響應(yīng)于該取向信息生成馬達控制信 號。馬達可配置為從馬達控制器接收馬達控制信號，并且作為回應(yīng)旋轉(zhuǎn)輪子，因此推進滑 板。
【附圖說明】
[0007] 圖1是騎者在包括輪子組件以及俯仰軸線、側(cè)傾軸線和偏航軸線的電動交通工具 上的透視圖。
[0008] 圖2是包括輪轂馬達的輪子組件的分解透視圖。
[0009] 圖3是沿俯仰軸線截取的輪轂馬達的半示意性剖視圖。
[0010] 圖4是電動交通工具的底側(cè)的透視圖。
[0011] 圖5是電動交通工具的各種電氣部件的示意圖。
[0012] 圖6是示出電氣部件的示例性的初始化程序、待命程序和操作程序的流程圖。
[0013] 圖7是在第一取向上的電動交通工具的側(cè)視圖。
[0014] 圖8是移動到第二取向以激活用于輪轂馬達的控制回路的電動交通工具的側(cè)視 圖。
[0015] 圖9是移動到第三取向以在順時針方向上驅(qū)動輪轂馬達的電動交通工具的側(cè)視 圖。
[0016] 圖10是移動到第四取向以在逆時針方向上驅(qū)動輪轂馬達的電動交通工具的側(cè)視 圖。
[0017] 圖11是移動到第五取向以調(diào)節(jié)輪轂馬達的旋轉(zhuǎn)速率的電動交通工具的半示意性 前視圖。
[0018] 圖12是移動到第六取向以調(diào)節(jié)輪轂馬達的旋轉(zhuǎn)速率的電動交通工具的半示意性 俯視圖。
[0019] 圖13是包括與無線電子裝置通信的電動交通工具的系統(tǒng)的示意圖。
[0020] 圖14是用于無線電子裝置的軟件應(yīng)用程序的示意圖。
[0021] 圖15是軟件應(yīng)用程序的示例性屏幕截圖。
[0022] 圖16是軟件應(yīng)用程序的另一個示例性屏幕截圖，其示出導(dǎo)航特征。
[0023]圖17是軟件應(yīng)用程序的另一個示例性屏幕截圖，其示出另一個導(dǎo)航特征。
[0024] 圖18是軟件應(yīng)用程序的半示意性屏幕截圖，其示出旋轉(zhuǎn)圖像。
[0025] 圖19是由軟件應(yīng)用程序的一個實施例執(zhí)行的操作的圖示。
[0026]圖20A和圖20B當(dāng)一起觀看時是由軟件應(yīng)用程序的一個實施例執(zhí)行的操作的另一 個圖示。
[0027] 圖21是包括與多個電動交通工具通信的無線電子裝置的系統(tǒng)的示意圖。
[0028] 圖22是包括與多個無線電子裝置通信的電動交通工具的系統(tǒng)的示意圖。
[0029] 圖23是說明性數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 電動交通工具在下文中被描述并且在相關(guān)的附圖中被示出。除非另有規(guī)定，否則 電動交通工具和/或其各種部件可以但并非必需地包含本文中所描述的、示出的和/或并入 的結(jié)構(gòu)、部件、功能和/或變型中的至少一個。此外，本文中結(jié)合系統(tǒng)或方法所描述的、示出 的和/或并入的結(jié)構(gòu)、部件、功能和/或變型可以但并非必需地被包括在其他類似系統(tǒng)和方 法中。各種實施例的以下描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，而絕非意圖限制本實用新型、本實用 新型的應(yīng)用或用途。
[0031] 圖1-23中示出通常表示為100的電動交通工具以及與其相關(guān)的部件和功能。交通 工具100可以是自穩(wěn)定交通工具和/或自平衡交通工具，諸如電力驅(qū)動的單輪式自平衡滑 板。交通工具100可具有類似于沖浪板或滑雪板的騎者姿態(tài)和/或動作，其可使交通工具100 騎行直觀并且提供增加的安全性。
[0032] 如圖1所示，交通工具100可包括板(或腳板面，或框架，或平臺）104，該板104具有 用于將輪子組件112接納在第一板面部分(或腳踏板)116和第二板面部分(或腳踏板）120之 間的開口 108。第一板面部分116和第二板面部分120可以是同一物理件或可以是分開的件。 第一板面部分116和第二板面部分120可以被包括在板104中。第一板面部分116和第二板面 部分120可各自配置為支撐騎者的腳。第一板面部分116和第二板面部分120可各自配置為 接納騎者的左腳或右腳。
[0033] 框架104可界定平面。第一板面部分116可安裝到框架104并且配置為支撐騎者的 第一只腳。第二板面部分120可安裝到框架104并且配置為支撐騎者的第二只腳。
[0034] 輪子組件112可設(shè)置在第一板面部分116與第二板面部分120之間。第一板面部分 116和第二板面部分120可位于輪子組件112的相對側(cè)上，其中板104經(jīng)設(shè)定尺寸以近似滑 板。在其他實施例中，板可近似長板滑板、滑雪板、沖浪板或可以其他方式被期望地設(shè)定尺 寸。板104的板面部分116、120可被防滑材料部分124、128(例如"砂紙"）覆蓋以幫助騎者控 制。
[0035] 輪子組件112可包括地面接觸元件(例如，輪胎、輪子或連續(xù)履帶）132。如所示，交 通工具100包括恰好一個地面接觸元件132,并且所述恰好一個地面接觸元件設(shè)置在第一板 面部分116與第二板面部分120之間。地面接觸元件132可安裝到馬達組件136。馬達組件136 可安裝到板104。馬達組件136可包括軸140(參見圖2)，軸140可通過一個或多個軸安裝件和 一個或多個緊固件諸如多個螺栓聯(lián)接到板1〇4(參見圖2和圖4)。馬達組件136可配置為使地 面接觸元件132圍繞(或繞)軸140旋轉(zhuǎn)，以推進交通工具100。例如，馬達組件136可包括諸如 輪轂馬達144的馬達，該輪轂馬達144配置為使地面接觸元件132圍繞軸140旋轉(zhuǎn)，以沿地面 推進交通工具100。馬達可以是電動馬達。
[0036] 交通工具100可具有俯仰軸線A1、側(cè)傾軸線A2和偏航軸線A3。俯仰軸線A1可以是馬 達組件136使輪胎132圍繞其旋轉(zhuǎn)的軸線。例如，俯仰軸線A1可穿過軸140(例如，俯仰軸線A1 可以平行于軸140的長形方向并且與其對準(zhǔn)）。側(cè)傾軸線A2可以垂直于俯仰軸線A1，并且可 大體上在交通工具100可由馬達組件136推進的方向上延伸。例如，側(cè)傾軸線A2可在板104的 長形方向上延伸。偏航軸線A3可以垂直于俯仰軸線A1和側(cè)傾軸線A2。例如，偏航軸線A3可以 正交于由板面部分116、120界定的平面。
[0037] 輪子132可在板面部分116、120之間安裝到框架104。輪子132可在由框架104界定 的平面上方和下方延伸。輪子132可配置為圍繞位于該平面中的軸線(例如，俯仰軸線A1)旋 轉(zhuǎn)。另外，側(cè)傾軸線A2可位于由框架104界定的平面中。在一些實施例中，俯仰軸線和側(cè)傾軸 線可界定平面。
[0038]輪胎132在腳跟-腳趾方向上（例如，在平行于俯仰軸線A1的方向上）足夠?qū)挘沟?騎者可以利用他們自身的平衡來在腳跟-腳趾方向上使他們自己保持平衡。輪胎132可以是 無內(nèi)胎的，或者可以與內(nèi)胎一起使用。輪胎132可以是非充氣輪胎。例如，輪胎132可以是"無 空氣的"、實心的和/或由泡沫制成。輪胎132可具有輪廓，使得騎者可通過腳跟和/或腳趾壓 力使交通工具100在輪胎132的邊緣上傾斜(和/或使板圍繞側(cè)傾軸線A2和/或偏航軸線A3樞 轉(zhuǎn)一見圖11和圖⑵，以使交通工具100"轉(zhuǎn)彎"。
[0039]輪轂馬達144可以安裝在輪胎(或輪子）132內(nèi)，并且可以是內(nèi)裝齒輪型或可以是直 接驅(qū)動型。輪轂馬達的使用可消除鏈條和皮帶，并且可實現(xiàn)大大改善可操縱性、重量分配和 美觀的形狀因素。將輪胎132安裝到輪轂馬達144上可通過可使用可栓接到輪轂馬達144上 的輪轂適配器的開口輪輞設(shè)計或通過澆鑄輪轂馬達的外殼使得其直接在輪轂馬達的外殼 上提供用于胎圈的安裝凸緣來完成。
[0040] 圖2示出具有栓接輪轂適配器148、152的輪子組件112的實施例。一個或多個緊固 件諸如多個螺栓156可將輪轂馬達144的第一側(cè)連接到輪轂適配器148。輪轂馬達144和輪轂 適配器148可定位在輪胎132的開口 158中，其中適配器148的外安裝凸緣148a在開口 158的 第一側(cè)(未示出）上鄰近胎圈定位。一個或多個緊固件諸如多個螺栓160可將輪轂適配器152 連接到輪轂馬達144的第二側(cè)，并且可將適配器152的外安裝凸緣152a在開口 158的第二側(cè) 上鄰近胎圈162定位。安裝凸緣148a、152a可接合相應(yīng)的胎圈以密封輪胎132的內(nèi)部以用于 隨后的充氣。安裝凸緣148a、152a可摩擦接合輪胎132以將輪轂馬達144的旋轉(zhuǎn)傳送到輪胎 132〇
[0041] 軸140可被插入穿過第一軸安裝件164的中心孔。軸140的擴大的頭部分140a可由 軸安裝件164保持。例如，安裝件164的中心孔可具有窄的部分，該窄的部分具有小于部分 140a的直徑的直徑。軸140的螺紋部分140b可依次地延伸穿過套筒168、輪轂適配器148的中 心孔(未示出）、輪轂馬達144的中心孔172、輪轂適配器152的中心孔、扭矩桿180的中心孔 176以及第二軸安裝件184的中心孔。在螺紋部分140b延伸穿過安裝件184的中心孔之后，螺 母186可緊固到螺紋部分140b上以將輪子組件112固定在一起。例如，安裝件184的中心孔可 具有窄的部分，該窄的部分具有小于螺母186的直徑的直徑。
[0042] 非圓形構(gòu)件190可固定地附接到輪轂馬達144的定子(參見圖3)。當(dāng)輪子組件112固 定在一起時，構(gòu)件190可安置在扭矩桿180的槽180a中，并且扭矩桿180可安置在安裝件184 的槽184a中。槽184a可與安裝件164的槽164a類似地成形和/或設(shè)定尺寸。構(gòu)件190可摩擦接 合安裝件184,以在輪轂馬達144的操作期間防止定子旋轉(zhuǎn)。
[0043]套筒168可經(jīng)設(shè)定尺寸以在安裝件164、184之間提供輪子組件部件的期望間距。例 如，套筒168的第一端可安置在安裝件164的中心孔中或鄰近安裝件164的中心孔安置，套筒 168的第二端可在輪轂適配器148近側(cè)鄰近孔172的側(cè)部(未示出）安置，并且套筒168可具有 在其第一端和第二段之間的提供期望間距的長度。
[0044] 優(yōu)選地，輪轂馬達144是直接驅(qū)動型橫向磁通無刷馬達。橫向磁通馬達的使用可允 許高的(大體上)即時和連續(xù)扭矩以改善電動交通工具的性能。
[0045] 圖3示出在俯仰軸線處剖切的輪轂馬達144的直接驅(qū)動型橫向磁通無刷實施例的 示意性示例。如所示，輪轂馬達144可包括安裝在(或固定地固定到)轉(zhuǎn)子194的外壁的內(nèi)側(cè) 表面上的磁體192。轉(zhuǎn)子194可固定地附接到輪轂適配器148、152(參見圖2)。定子196可固定 地附接到中心孔172(參見圖2)延伸穿過的套筒198。套筒198可延伸穿過轉(zhuǎn)子194。套筒198 可固定地附接到構(gòu)件190(參見圖2)。套筒198可架置在附接到轉(zhuǎn)子194的軸承200上。在一些 實施例中，軸承200可附接到套筒198并且可架置在轉(zhuǎn)子194上。相線202可延伸穿過孔172 (或其他合適的開口），并且可將定子196的一個或多個電線圈203與交通工具100的諸如功 率級(power stage)的一個或多個其他電氣部件(參見圖4和圖5)電連接。該一個或多個電 氣部件可基于騎者輸入驅(qū)動輪轂馬達144,以推進交通工具100并且主動地使交通工具100 保持平衡(參見圖7-12)。例如，該一個或多個電氣部件可配置為感測板104圍繞俯仰軸線的 移動，并且驅(qū)動輪轂馬達144以使輪胎132在圍繞俯仰軸線的類似方向上旋轉(zhuǎn)。另外，該一個 或多個電氣部件可配置為感測板104圍繞側(cè)傾軸線和/或偏航軸線的移動，并且基于該感測 的移動調(diào)節(jié)驅(qū)動馬達的速率，這可增加交通工具100的性能，特別是在轉(zhuǎn)彎時。
[0046] 例如，該一個或多個電氣部件可配置為基于騎者輸入(例如，板104的移動)選擇性 地使電線圈通電，以產(chǎn)生用于將力施加到磁體192上的電磁場，從而引起轉(zhuǎn)子194相對于定 子196的期望旋轉(zhuǎn)。
[0047] 在一些實施例中，輪轂馬達144可以是有刷輪轂馬達?？蛇x擇地，電動交通工具可 包括適于驅(qū)動輪子的輪轂的任何設(shè)備和/或馬達，諸如設(shè)置在輪子輪轂外部的鏈條驅(qū)動機 構(gòu)、皮帶驅(qū)動機構(gòu)、齒輪驅(qū)動機構(gòu)和/或有刷或無刷馬達。
[0048] 優(yōu)選地，輪轂馬達144、輪胎132和軸安裝件164、184可連接在一起作為子組件(例 如，輪子組件112)，并且然后整合到整體交通工具中（例如，可操作地安裝在板104中），以有 利于輪胎的更換和維修。通過利用一個或多個相應(yīng)的緊固件諸如相應(yīng)的螺栓204、206(參見 圖2)將安裝件164、184連接到板104,子組件可以可操作地安裝在板104中。圖4示出將安裝 件184連接到板104的一部分的螺栓204。螺栓206可類似地將安裝件164連接到板104的相 對部分。軸安裝件164、184可配置為從板104卸下，并且馬達可配置為從設(shè)置在板104中的一 個或多個電氣部件"拔出"，以例如允許騎者從板104移除子組件，從而更換輪胎或?qū)喿咏M 件112和/或板104執(zhí)行其他維修。
[0049] 參照圖1和圖4,第一防滑墊208可整合到（或連接到）第一板面部分116近側(cè)處板 104的第一端中，并且第二防滑墊212可整合到(或連接到)第二板面部分120近側(cè)處板104的 第二端中。防滑墊208、212可以是可更換的和/或選性地可移除的。例如，防滑墊可包括可更 換的聚合物零件或部件。在一些實施例中，防滑墊可配置為允許騎者在成角度的取向上使 交通工具100停止(例如，通過在騎者從騎者檢測裝置或開關(guān)移除他們的腳之后將板的一端 設(shè)定成抵靠地面，這在下面進一步詳細描述）。由于板的所述端設(shè)定成抵靠地面(或與地面 接觸），因而相應(yīng)的防滑墊通過與地面的表面的磨耗而被磨損。
[0050] 交通工具100可包括一個或多個防滑墊，所述一個或多個防滑墊配置為保護板104 上的顏料或其他面飾劑，并且/或者例如如果交通工具100在其側(cè)部上翻動和/或在其側(cè)部 上沿地面滑動則以其他方式保護交通工具100。例如，一個或多個側(cè)部防滑墊可以可移除地 連接到板的一個或多個相對的縱向側(cè)部(例如，大體上平行于側(cè)傾軸線延伸）。圖1示出連接 到板104的第一縱向側(cè)部104a的第一側(cè)部防滑墊216。在圖4中，側(cè)部防滑墊216已從第一縱 向側(cè)部104a移除。第二側(cè)部防滑墊(未示出）可類似地可移除地連接到板104的與第一縱向 側(cè)部104a相對的第二縱向側(cè)部104b(參見圖4)。側(cè)部防滑墊可作為一個或多個可移除的零 件或部件并入電動交通工具中，并且/或者可以是或可以包括可更換的聚合物零件或部件。
[0051] 防滑墊和/或側(cè)部防滑墊至板的可移除連接可使騎者(或其他用戶)選擇性地移除 因磨耗而變得被磨損的這些墊中的一個或多個，并且/或者用一個或多個替換墊來替換磨 損的墊。
[0052] 如圖4所示，交通工具100可包括柄部220。柄部220可設(shè)置在板104的下側(cè)104c上。 柄部220可整合到電氣部件中的一個或多個的外殼或殼體中。
[0053] 在一些實施例中，柄部220可在進（IN)位置和出（OUT)位置之間是可操作的。例如， 柄部220可以樞轉(zhuǎn)地連接到板104,其中進位置對應(yīng)于柄部220大體上與板104的下側(cè)104c齊 平，并且出位置對應(yīng)于柄部220遠離下側(cè)104c被樞轉(zhuǎn)(或折疊），使得柄部220遠離板面部分 120而突出。