CN101110536B - 具自动变速功能的轮圈马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮圈马达，具体地说是一种可自动调节转速及扭力的具自动变速功能的轮圈马达，包括轮壳，由壳盖锁固于壳座上组成；轮轴，插接在轮壳上；电动马达，设于轮壳内；变速系统，设于轮壳内，具有多个动力输出部；离合器系统，包括多个离合器结构，在轮壳与变速系统的每一动力输出部之间，皆设有一离合器结构；设于轮壳内的电动马达与变速系统均安装在轮轴上，变速系统啮合于电动马达，通过电动马达的带动，使多个动力输出部各以不同的转速转动，各离合器结构随动力输出部转速变化，而改变该动力输出部与该轮壳的联结状态。

Description

具自动变速功能的轮圈马达

技术领域

本发明涉及轮圈马达，具体地说是一种可自动调节转速及扭力的具自动变速功能的轮圈马达。

背景技术

近年来，由于环保意识的蓬勃发展，人们对于交通工具所造成的污染也日益重视。因此，可在省力之余兼具环保功能的电动车，已成为未来发展的重点技术之一。

电动车的主要动力来源来自于其中所装配的电动马达，以电流通入电动马达中，通过齿轮系统的传动，将电动马达所输出的动力传递至轮圈，带动轮圈旋转。

而值得注意的是，电动车在骑乘过程中，随着行驶状态及地形起伏变化，而有变速的需求，例如，在起步、上坡、或是荷重较重时，需要较大的扭力输出，而以低速行驶。而在平坦地面上时，则可以较高速度行驶。

为了达到变速的目的，习知的一种变速方式，是利用一拨杆来拨动一齿轮组的位置，使齿轮组中大小不同的齿轮，依需要与电动马达啮合。电动马达在定速输出的情况下，借由啮合不同齿数的齿轮，来调整最终所输出的扭力及转速。然而，前述的拨杆变速的方法，需不断地加以拨动调整，操作上实有不便。

因此，另一习知的变速方式，为了达到自动变速的目的，其中的电动马达与一齿轮组直接啮合，不利用拨杆加以切换，而是借由可调式电阻与电子控制器的配合，控制导入电动马达的电流大小，直接改变电动马达转速。亦即是，电动马达的转速高低，皆直接借由导入电动马达的电流值来加以操控。然而，此种方式使得电动马达所能输出的最大扭力范围极小，而无法充分适应各种路况。

举例来说，在电动车载重或是爬坡时，需要大幅提高电动马达的输出功率，以提高扭力，将因此消耗极多电能，而降低电池续航能力。甚者，更会发生扭力不足甚或是电动马达烧毁等状况。

而在电动车需在平坦的路面行驶时，电动马达所输出的动力却无法转换为高速低扭力的状态来带动轮圈转动。如此一来，除了较为耗电外，电动车的最高速度也极为有限。

因此，对此领域的设计业者或生产业者而言，尝试制作一种可依行驶状况需求，自动调整转速及扭力的电动车，已成为相关人士所致力的方向。

发明内容

为此，本发明提出一种具自动变速功能的轮圈马达，装置于电动载具的轮圈中，可依行驶状况需求，将其中电动马达传输至轮圈的扭力和转速，自动加以变速调整。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括轮壳、轮轴、电动马达，电动马达设于轮壳内，轮轴插接在轮壳上，还包括：

变速系统，设于轮壳内，具有多个动力输出部；

离合器系统，包括多个离合器结构，在轮壳与变速系统的每一动力输出部之间，皆设有一离合器结构；

电动马达联动于变速系统，通过电动马达的带动，使多个动力输出部各以不同的转速转动，各离合器结构随动力输出部转速变化，进而改变动力输出部与轮壳的联结状态。

其中：电动马达为内转子式马达，马达转子通过一齿形轴套接在轮轴上、与变速系统联动；该变速系统由安装在各动力输出部上的齿轮组所组成，各动力输出部可为环齿轮架或托架，在轮壳与环齿轮架或托架之间，分别设有一离合器结构；

该轮圈马达的第一电动马达通过中空的第一齿形轴套接在第一轮轴上；第一变速系统包括第一、二环齿轮架及第一、二齿轮组，第一环齿轮架套设在第一齿形轴上，为第一环齿轮与第一圆盘状壳架内缘啮合结构，第一齿轮组安装在第一电动马达上、啮合于第一齿形轴与第一环齿轮的之间；第二环齿轮架套设在第一齿形轴上、位于第一环齿轮架的一侧，为第二环齿轮与第二圆盘状壳架内缘啮合结构，第二齿轮组安装在第一圆盘状壳架上、啮合于第一齿形轴与第二环齿轮的之间；第一离合器系统包括第一～二离合器结构，分别设于第一轮壳与第一环齿轮架之间、第一轮壳与第二环齿轮架之间。

该轮圈马达还可包括第三环齿轮架、第三齿轮组及第三离合器结构，其中：第三环齿轮架套设在第一齿形轴上、位于第二环齿轮架的一侧，为第三环齿轮与第三圆盘状壳架内缘啮合结构，第三齿轮组安装在第二圆盘状壳架上、啮合于第一齿形轴与第三环齿轮的之间；第三离合器结构设于第一轮壳与第三环齿轮架之间。

该轮圈马达的第三电动马达通过中空的第三齿形轴套接在第三轮轴上；第三变速系统包括第八环齿轮、第二、三托架、第六、八齿轮组及第七环齿轮架，第八环齿轮安装在第三电动马达上、位于第三齿形轴的外围，第六齿轮组啮合于第三齿形轴与第八环齿轮之间，在第八环齿轮的一侧设有套设于第三轮轴上的第二托架，其中心处设有一凸出的第四齿形轴，第六齿轮组固接在第二托架上，在第二托架的一侧依次设有第三托架及第七环齿轮架，第三托架套设在第四齿形轴上，第七环齿轮架固定在第三轮轴上，为第七环齿轮与第七圆盘状壳架内缘啮合结构，第八齿轮组安装在第三托架上、啮合于第四齿形轴与第七环齿轮的之间；第三离合器系统包括第七、九离合器结构，分别设于第三轮壳与第二托架之间、第三轮壳与第三托架之间。

在第二托架与第三托架之间加设有第六环齿轮架，套设在第四齿形轴上，为第六环齿轮与第六圆盘状壳架内缘啮合结构，第七齿轮组安装在第二托架上、啮合于第四齿形轴与第六环齿轮的之间；在第三轮壳与第六环齿轮架之间设有第八离合器结构

所述电动马达为外转子式马达，其外壳转子可转动地套设在轮轴上、与变速系统联动；该变速系统由安装在各动力输出部上的齿轮组所组成，各动力输出部可为环齿轮架或托架，在轮壳与环齿轮架或托架之间，分别设有一离合器结构；

该轮圈马达的第二变速系统包括第四、五环齿轮架、第四、五齿轮组及第一托架，第四环齿轮架固接在第二电动马达的外壳上、与外壳联动，并套设在第二轮轴上，为第四环齿轮与第四圆盘状壳架内缘啮合结构，第四齿轮组位于第二轮轴与第四环齿轮之间；第一托架套设在第二轮轴上，位于第四环齿轮架的一侧，在第一托架的中心处设有一凸出的第二齿形轴；第五环齿轮架套设在第二轮轴上，为第五环齿轮与第五圆盘状壳架内缘啮合结构，第五齿轮组安装在第一托架的另一侧、啮合于第二齿形轴与第五环齿轮的之间；第二离合器系统包括第四～六离合器结构，分别设于第二轮壳与第四环齿轮架之间、第二轮壳与第一托架之间、第二轮壳与第五环齿轮架之间。

各离合器系统中的离合器结构由弹性结构、离心重块及棘爪槽组成，在轮壳的内壁上设有棘爪槽，弹性结构安装在各动力输出部的外缘上，离心重块的一端与弹性结构相连接，另一端为自由端。

各离合器系统中的离合器结构还可为滚柱联动机构、棘轮联动机构、异形活动片或球轴钢珠结构。

本发明的优点与积极效果为：

习知的电动马达皆为单一齿轮组，也就是只有一种速比。设计者仅能就客户的使用情况和要求来设计，高扭力高耗电或低扭力低耗电等单一电力输出。若是相反使用设计则电池寿命不长或者马达过热容易损坏，若再加上骑乘者体重因素，更难满足消费者真正的需求。本发明的优点和积极效果刚好满足此设计缺陷，平地行驶变速系统转换成低扭力高速度，体重较重的骑乘者或爬坡，本发明的变速系统则转换成高扭力低转速来达到如汽车的目的排档变换自如，骑乘舒适也节能，是从事此行业最希望突破的技术领域。

附图说明

图1为具有轮圈马达的电动自行车示意图。

图2为本发明轮圈马达第一实施例的剖面示意图。

图3A为本发明轮圈马达中离合器结构的示意图。

图3B为本发明轮圈马达中离合器结构的又一示意图。

图3C为本发明轮圈马达中离合器结构的再一示意图。

图4为本发明轮圈马达第二实施例的剖面示意图。

图5为本发明轮圈马达第三实施例的剖面示意图。

图6为本发明轮圈马达第四实施例的剖面示意图。

具体实施方式

本发明包括轮壳，由壳盖锁固于壳座上组成；轮轴，插接在轮壳上；电动马达，设于轮壳内；变速系统，设于轮壳内，具有多个动力输出部；离合器系统，包括多个离合器结构，在轮壳与变速系统的每一动力输出部之间，皆设有一离合器结构；设于轮壳内的电动马达与变速系统均安装在轮轴上，变速系统啮合于电动马达，通过电动马达的带动，使多个动力输出部各以不同的转速转动，各离合器结构随动力输出部转速变化，而改变该动力输出部与该轮壳的联结状态。

在此是以一电动自行车为例，说明本发明的轮圈马达可运用之处。当然并不以此为限，同样可将本发明的轮圈马达运用于诸如电动轮椅、电动车等等可以轮圈马达作为动力来源之移动载具。

如图1所示，为一具有轮圈马达的电动自行车示意图。

此电动自行车包括一车体10、前轮圈11、后轮圈12以及一轮圈马达2。其中，轮圈马达2装设于前轮圈11的中心处，由一轮轴贯通架设于车体10的叉杆之间。借由电力驱动轮圈马达2，进而带动前轮圈11旋转，使电动自行车前进。

实施例1

如图2所示，为本发明轮圈马达2第一实施例的剖面示意图，包括第一轮壳21、第一电动马达22、第一变速系统23以及第一离合器系统24。

第一轮壳21是由壳座211与壳盖212所组成，组立完成后壳盖212锁固于壳座211上，可设于电动自行车的前轮圈中心，并以第一轮轴25贯穿架设于电动自行车的二叉杆之间。

第一电动马达22在本实施例中，为内转子式马达，转子位于马达的中心处，并通过第一齿形轴221与第一轮轴25组接，输出第一电动马达22的动力，且第一齿形轴221为中空，可供第一轮轴25贯穿通过。

而在本实施例中所采用的第一变速系统23，包括第一环齿轮架231、第一齿轮组232、第二环齿轮架233以及第二齿轮组234；而以第一环齿轮架231与第二环齿轮架233作为第一变速系统23的动力输出部。

第一环齿轮架231与第一电动马达22为同轴设置，中心处设有轴承，套设在第一齿形轴221上，第一环齿轮架231为内缘具有齿形、可转动的圆形架体。在本实施例中，第一环齿轮架231包括第一圆盘状壳架2311与第一环齿轮2312，借由将第一环齿轮2312固设于第一圆盘状壳架2311一侧所制成；其亦可由一内缘环设有齿形的圆形壳罩所制成。

第一齿轮组232包括多个齿轮，啮合在第一齿形轴221与第一环齿轮2312两者之间；当第一齿形轴221转动时，则可通过第一齿轮组232与第一环齿轮2312啮合传动、进而带动第一环齿轮架231旋转。而在本实施例中，第一齿轮组232各齿轮的第一齿轮中心轴2321可固接在第一电动马达22的外壳上，亦即是当第一齿形轴221转动时，第一齿轮组232的各齿轮仅在原地啮合旋转，并通过与第一环齿轮2312的啮合传动、带动第一环齿轮架231旋转，而不会绕第一齿形轴221转动。

第二环齿轮架233位于第一环齿轮架231的一侧，与第一电动马达22以及第一环齿轮架231为同轴设置，中心处设有轴承，套设在第一齿形轴221上，第二环齿轮架233为内缘具有齿形、可转动的圆形架体。在本实施例中，第二环齿轮架233包括第二圆盘状壳架2331与第二环齿轮2332，以第二环齿轮2332固设于第二圆盘状壳架2331一侧所制成；其亦可由一内缘环设有齿形的圆形壳罩所制成。

第二齿轮组234包括多个齿轮，啮合在第一齿形轴221与第二环齿轮2332两者之间。并且在本实施例中，第二齿轮组234各齿轮的第二齿轮中心轴2341皆固接在第一环齿轮架231的第一圆盘状壳架2331上，亦即是当第一齿形轴221转动时，第二齿轮组234的各齿轮不仅会受到第一齿形轴221的带动，进而带动第二环齿轮架233旋转，第二齿轮组234的各齿轮还会随第一环齿轮架231的转动，绕第一齿形轴221转动。因此，第二环齿轮架233的速度将是快于第一环齿轮架231的。

如前所述，第一环齿轮架231与第二环齿轮架233，皆是作为第一变速系统23中的动力输出部。亦即是本实施例中，第一变速系统23中具有两个动力输出部。当第一电动马达22的第一齿形轴221以一定速转动时，第一环齿轮架231的转速将略低于第一齿形轴221的转速，而第二环齿轮架233的转速，将高于第一环齿轮架231的转速。借此，第一电动马达22所产生的动力，经由第一变速系统23的转换后，第一环齿轮架231以及第二环齿轮架233同时转动，可以形成两段不同的转速及扭力输出。

而在本实施例中，设于轮圈马达中的第一离合器系统24，则包括了第一离合器结构241以及第二离合器结构242。

第一离合器结构241，位于第一轮壳21与第一环齿轮架231外缘之间，其可依第一环齿轮架231的转速变化，改变第一环齿轮架231与第一轮壳21的联结状态。亦即是，第一离合器结构241所受的离心力达到第一预定值时，第一离合器结构241即会卡合联结第一环齿轮架231与第一轮壳21两者。而在较佳的实施方式下，第一离合器结构241是为一单向离合器结构，亦即第一轮壳21速度大于第一环齿轮架231速度时，两者会脱离联结状态。

第二离合器结构242，位于第一轮壳21与第二环齿轮架233外缘之间，可依第二环齿轮架233转速变化，改变第二环齿轮架233与第一轮壳21的联结状态。亦即是，第二离合器结构242所受的离心力达到第二预定值时，第二离合器结构242即会卡合联结第二环齿轮架233与轮壳21两者。

并且，特别说明的是，前述的第一预定值与第二预定值并非为相同值。亦即是，使第一离合器结构241与第二离合器结构242达到联结状态，所需的离心力是不相同的。更具体的说，在较低转速的动力输出部上，所装置的离合器结构，在受到较低离心力作用状态时，即可达到联结状态；但在此同时，在较高转速的动力输出部虽已产生较高的离心力，但仍不足以使设于其上的离合器结构发生联结。而此所需的离心力数值的差异，则可经由调整离合器结构的设计而得。

举例来说，当电动自行车以荷重或上坡状态行驶时，需要较大的扭力输出，第一环齿轮架231以低于第一齿形轴221的转速转动，但造成的离心力已足以使第一离合器结构241联结第一环齿轮架231与第一轮壳21两者，而以低速高扭力的状态带动轮壳21转动。在此同时，第二环齿轮架233亦同时转动，且其转速虽已较第一环齿轮架231的转速为高，但所造成的离心力仍不足以使第二离合器结构242联结第二环齿轮架233与第一轮壳21。因此，此时第一电动马达22所输出的动力，是在减速并提高扭力的状态下，传输至第一轮壳21，带动电动自行车的轮圈旋转。

而当电动自行车欲以高速行驶时，则借由增大电流，提高第一电动马达22的转速。随着第一电动马达22的转速提高，第二环齿轮架233的转速亦逐渐提高，所造成的离心力亦逐渐增加。当第二环齿轮架233产生足够的离心力，使第二离合器结构242联结第二环齿轮架233与第一轮壳21两者时，即借由第二环齿轮架233以高速低扭力的状态带动第一轮壳21转动。并且，当第一轮壳21转速大于第一环齿轮架231转速时，将使第一离合器结构241脱离联结状态，使第一轮壳21不致带动第一环齿轮架231。

借由以上叙述可以了解，本发明的轮圈马达，借由第一变速系统23中多个动力输出部与第一离合器系统24的相互配合，可依行驶状况的变化，以最适合的转速及扭力来带动第一轮壳21。本实施例虽为马达内转子形态叙述，第一齿形轴221转动，第一电动马达22的壳体固定在第一轮轴25不动。亦可以设计成第一齿形轴221固定在第一轮轴25，第一电动马达22变成转动的外转子带动第一环齿轮架旋转。

而再行说明的是，本发明的轮圈马达，可如本实施例所示，更包括一第三环齿轮架235、一第三齿轮组236以及一第三离合器结构243。

第三环齿轮架235同样为内壁具有齿形的圆形架体，位于第二环齿轮架233的一侧，与第一电动马达22、第一环齿轮架231及第二环齿轮架233同轴设置，中心设有轴承以套设在第一齿形轴221上。

第三齿轮组236多个齿轮的第三齿轮中心轴2361固设于第二圆盘状壳架2331上，并且啮合于第一齿形轴221及第三环齿轮2352之间。

随着第二圆盘状壳架2331与第一齿形轴221的带动，第三齿轮组236将带动第三环齿轮架235旋转，使第三环齿轮架235的转速大于第二环齿轮架233的转速。第三离合器结构243则设于第一轮壳21与第三环齿轮架235之间，依第三环齿轮架235的转速变化，改变第三环齿轮架235与第一轮壳21的联结状态。当然，亦可设计需求之不同，加入更多组的环齿轮架、齿轮组以及离合器结构。

此外，前述的第一离合器结构241、第二离合器结构242、第三离和器结构243可由各种利用离心力来达成联结效果的离合器机构所构成，由弹性结构、离心重块2412及棘爪槽2413组成，在轮壳的内壁上设有棘爪槽2413，弹性结构安装在各动力输出部的外缘上，离心重块2412的一端与弹性结构相连接，另一端为自由端。

以下一并揭露数种结构以为说明。

如图3A所示，为第一离合器结构241的示意图，弹性结构为压板结构2411。第一离合器结构241包括压板结构2411、离心重块2412、棘爪槽2413。

压板结构2411的一端固接在动力输出部第一环齿轮架231的外缘，另一端延伸有一压板，离心重块2412的一端套入于压板中，随着离心力的大小变化，另一端为自由端，会如图中箭头所示方向上下移动扣入棘爪槽2413中，改变与棘爪槽2413的卡合状态，而棘爪槽2413则是位于第一轮壳21的内壁上。

借此，当第一环齿轮架231所造成的离心力大于压板的弹力时，离心重块2412即会向外甩出，与棘爪槽2413卡合，进而达到联结带动第一环齿轮架231与第一轮壳21的目的。而当第一环齿轮架231转速趋缓，离心力减弱而小于压板的弹力时，离心重块2412即会受到压板的弹力向内收回，并近乎平贴于第一环齿轮架231的表面，停止带动轮壳转动，并且防止离心重块2412与棘爪槽2413表面相互摩擦产生噪音(如在无动力下的滑行状态)。

并且，第一离合器结构241具有单向转动的功能。当第一轮壳21的转速大于第一环齿轮架231的转速时，棘爪槽2413即会越过离心重块2412继续转动，而不会与离心重块2412相卡合，亦即使第一离合器结构241脱离联结状态。

值得注意的是，压板结构为弹性结构的一种，亦可用其他与压板结构2411功能相似的弹性结构来达到相似的目的。如图3B所示，则为离合器结构运用在一托架上的又一种示意图，其包括弹性结构、离心重块2412与棘爪槽2413。弹性结构可为一利用旋入深度调节压力的弹簧元件2414或其他的活动式弹性元件，其固定在动力输出部上，以调整施加在离心重块2412上的压力。离心重块2412的一端与弹性元件2414相连接，另一端为自由端，可上下往复移动扣入棘爪槽2413中。动作原理与前面实施例相似，动力输出部转动的离心力达设定值时，离心重块2412即会甩出，与棘爪槽2413卡合。

而如图3C所示，为第一离合器结构241再一种示意图。其是由一滚柱联动机构所构成，包括滚柱2415、空穴2416以及弹簧柱2417。空穴2416位于第一轮壳21内壁处，而滚柱2415及弹簧柱2417皆位于空穴2416内，滚柱2415与动力输出部的外表面相抵接，弹簧柱2417的一端抵接在轮壳内壁上，另一端抵接在滚柱2415上。动作原理为：以弹簧柱2417将滚柱2415推入空穴2416的左侧；当滚柱2415位于空穴2416左侧，将联结第一环齿轮架231与第一轮壳21两者。当第一环齿轮架231转动时，第一轮壳21亦随之转动，而当第一轮壳21速度大于第一环齿轮架231的速度时，滚柱2415将被挤入空穴2416右侧，使第一环齿轮架231与第一轮壳21两者脱离联结状态。

滚柱联动机构以外的离合器结构种类繁多，如球轴钢珠式联动结构，棘轮式联动结构，异形活动片联动结构等单向离合器结构，都可运用在本发明的作动方式，皆在本发明的范畴。

以上为第一离合器结构的实施说明，第二离合器结构、第三离合器结构亦可以与前述相同的机构所构成，在此则不再予以赘述。

实施例2

而继续说明的是，前述的变速系统，不仅可如本发明实施例1所示，亦可随着所使用的电动马达形式不同，以其他方式实施。如图4所示，为本发明轮圈马达实施例2的剖面示意图。其是以第二轮轴31贯穿，并包括第二轮壳32、第二电动马达33、第二变速系统34以及第二离合器系统35。

第二电动马达33设于第二轮壳32内，第二电动马达33的转子设于其外壳331内壁。转动时是以其外壳331旋转输出动力，为一外转子式马达，其外壳331可转动地套设在第二轮轴31上。

第二变速系统34包括第四环齿轮架341、第四齿轮组342、第一托架343、第五环齿轮架344以及第五齿轮组345。

第四环齿轮架341为内缘具有齿形、可转动的圆形架体，在此是可用第四环齿轮3412固设于第四圆盘状壳架3411内缘所制成。第四环齿轮架341固定于第二电动马达33的外壳331表面，可随外壳331转动而旋转，并与第二电动马达33同轴套设在第二轮轴31上。

第一托架343的中心设有轴承，套设在第二轮轴31上，位于第四环齿轮架341的一侧，而第四齿轮组342设于第一托架343的一侧，位于第二轮轴31与第四环齿轮3412之间，并同时与第四环齿轮3412啮合。换句话说，第四齿轮组342中多个齿轮的第四齿轮中心轴3421固设于第一托架343的一侧，当外壳331转动时，即借由第四齿轮组342的啮合传动，带动第一托架343转动。此外，在第一托架343的中心处具有一凸出的第二齿形轴3431，而在第一托架343的另一侧，则设有第五齿轮组345。

第五环齿轮架344中心亦设有轴承，套设在第二轮轴31上，可用第五环齿轮3442固设于第五圆盘状壳架3441内缘所制成。

前述的第五齿轮组345同时啮合在第二齿形轴3431与第五环齿轮3442之间，各齿轮的第五齿轮中心轴3451固接在第一托架343上。亦即是，当第一托架343转动时，将带动固设在第一托架343上的第五齿轮组345同步转动，进而带动第五环齿轮架344旋转。

借由前述的第四环齿轮架341、第一托架343与第五环齿轮架344三者作为第二变速系统34的动力输出部，可达到多段动力输出的目的。

而在本实施例中，轮圈马达则包括了第四离合器结构351、第五离合器结构352以及第六离合器结构353等第二离合器系统35。

第四离合器结构351设于第四环齿轮架341上，当第二电动马达33旋转时，依其所受离心力，而改变第四环齿轮架341与第二轮壳32的联结状态。

相似的，借由分别设于第一托架343与第五环齿轮架344的第五离合器结构352、第六离合器结构353所受到的离心力不同，而可改变第四环齿轮架341、第三托架343及第五环齿轮架344各自与第二轮壳32之间的联结状态。

更具体的说，当第二电动马达33导入电流而使其外壳331以一定速转动时，第四环齿轮架341是以同于外壳331的转速旋转的，而第一托架343的转速是低于第四环齿轮架341的转速，第五环齿轮架344是以低于第一托架343的转速旋转的。也就是，在第二电动马达33的转动过程中，第五环齿轮架344将先与第二轮壳32产生联结，当第二电动马达33速度逐渐增加时，第一托架343将与第二轮壳32产生联结，带动第二轮壳32转动，而若第二电动马达33速度更加快速时，第四环齿轮架341将与第二轮壳32产生联结，带动第二轮壳32转动。

实施例3

如图5所示，为本发明轮圈马达实施例3。以第三轮轴41贯穿，并包括第三轮壳42、第三电动马达43、第三变速系统44以及第三离合器系统45。

第三电动马达43设于第三轮壳42内，为内转子式马达，转子位于第三电动马达的中心，通过中空的第三齿形轴431套接在第三轮轴41。

第三变速系统44包括第八环齿轮441、第二托架442、第六齿轮组443、第七齿轮组444、第六环齿轮架445、第七环齿轮架446、第三托架447以及第八齿轮组448。

其中，第八环齿轮441嵌入于第三电动马达43的外壳上，位于第三齿形轴431的外围。第六齿轮组443中各齿轮的中心皆固定于第二托架442的一侧，并啮合于第三齿形轴431与第八环齿轮441之间。

在第八环齿轮441的一侧设有套设于第三轮轴41上的第二托架442，其中心设有一凸出的第四齿形轴4421。

当第三齿形轴431转动时，则会带动第六齿轮组443绕第三齿形轴431转动，从而带动第二托架442转动，并且第二托架442的转速是低于第三齿形轴431的转速的。

第七齿轮组444中各齿轮的中心固定于第二托架442的上，啮合于第二托架442的第四齿形轴4421与第六环齿轮4452之间，而随第二托架442的转动而转动。

第六环齿轮架445可为内缘具有齿形、可转动的圆形架体。在本实施例中，第六环齿轮架445可以第六环齿轮4452固设于第六圆盘状壳架4451一侧所制成。第六环齿轮架445套设在第四齿形轴4421上，并与第七齿轮组444相啮合。亦即是，当第二托架442转动，同时会带动第七齿轮组444旋转，进而通过与第六环齿轮4452的啮合、再带动第六环齿轮架445以低于第二托架442的转速转动。

在第六环齿轮架445的一侧依次设有第三托架447及第七环齿轮架446。第三托架447可形似于一中空的圆盘体，套设在第四齿形轴4421上，第八齿轮组448中各齿轮的中心皆固定于第三托架447的上，并同时啮合于第三托架442的第四齿形轴4421与第七环齿轮4462之间。亦即是，当第二托架442转动时，第四齿形轴4421亦会同时带动第八齿轮组448绕行第四齿形轴4421转动，进而带动第三托架447以低于第一托架442及第二环齿轮架445的转速转动。

第七环齿轮架446固定于第三轮轴41上，可为内缘具有齿形、可转动的圆形架体。在本实施例中，可以第七环齿轮4462固设于第七圆盘状壳架4461一侧所制成。

第三离合器系统45包括第七离合器结构451及第九离合器结构453，两者分别设于第三轮壳42与第二托架442之间、第三轮壳42与第三托架447之间。

换句话说，在本实施例中，第三变速系统44是以第二托架442、第六环齿轮架445以及第三托架447等元件作为其动力输出部。而在第二托架442、第六环齿轮架445以及第三托架447上分别设有第七离合器结构451、第八离合器结构452、第九离合器结构453，同样可随着此三者的转速变化，调整此三者与第三轮壳42的联结状态。

另行说明的是，在不同的设计需求之下，可任意调配其中的变速系统，将其中的元件顺序加以抽换、增减、移除、或调整其中的齿数结构。

实施例4

如图6所示，为本发明的实施例4，其与实施例3所示的元件大致相同，其主要不同处在于，其变速系统移除了第六环齿轮架445、第七齿轮组444以及第八离合器结构452，仅使用第二托架442与第三托架447作为其动力输出部，而适用于不需要更多变速的电动车，以降低轮圈马达的整体重量与体积。

以上各实施例一并说明了，在本发明中变速系统与离合器结构的各种实施运用变化。例如，齿轮组的中心轴可固定在马达外壳上，亦可固定在环齿轮架或托架等动力输出部上。这些多个动力输出部可套设在相同的齿形轴上或不套设在一个相同的齿形轴上，而分别套设在齿形轴与轮轴上。动力输出部可为包含环齿轮的环齿轮架或不含环齿轮的托架。

实施例2-4中的各离合器结构与实施例1中的离合器结构相同，可设于马达壳与轮壳内壁之间，亦可设于环齿轮架与轮壳内壁，亦可设于托架与轮壳内壁，由齿轮组的各组件的不同设计以减速或增速来构成本发明的变速系统，以符合各种用途。减速或增速机构形式很多，举凡利用本发明原理、等同置换、目的相同者皆为本发明的范畴内。

综观上述各实施例可知，本发明的轮圈马达可依据电动马达转速的变化，自动调整变速系统中各个动力输出部与轮壳的联结状态，而以最适合的转速及扭力带动轮壳，以适应各种行驶状况，与现有技术相较，实有长足的进步。而以上所述是利用不同实施例以详细说明本发明，其并非用以限制本发明的实施范围，并且熟习该项技艺者皆能明了，适当做些微的修改仍不脱离本发明的精神及范围。

Claims (10)

1.一种具自动变速功能的轮圈马达，包括轮壳、轮轴、电动马达，电动马达设于轮壳内，轮轴插接在轮壳上，其特征在于：还包括：

变速系统，设于轮壳内，具有多个动力输出部；

离合器系统，包括多个单向离合器结构，在轮壳与变速系统的每一动力输出部之间，皆设有一单向离合器结构；

电动马达联动于变速系统，通过电动马达的带动，使多个动力输出部各以不同的转速转动，各单向离合器结构随动力输出部转速变化，进而改变动力输出部与轮壳的联结状态。

2.按权利要求1所述的具自动变速功能的轮圈马达，其特征在于：所述电动马达为内转子式马达，马达转子通过一齿形轴套接在轮轴上、与变速系统联动；该变速系统由安装在各动力输出部上的齿轮组所组成，各动力输出部可为环齿轮架或托架，在轮壳与环齿轮架或托架之间，分别设有一单向离合器结构。

3.按权利要求2所述的具自动变速功能的轮圈马达，其特征在于：该轮圈马达为第一电动马达(22)，变速系统为第一变速系统(23)，离合器系统为第一离合器系统(24)；其中第一电动马达(22)通过中空的第一齿形轴(221)套接在第一轮轴(25)上；第一变速系统(23)包括第一、二环齿轮架(231、233)及第一、二齿轮组(232、234)，第一环齿轮架(231)套设在第一齿形轴(221)上，为第一环齿轮(2312)与第一圆盘状壳架(2311)内缘啮合结构，第一齿轮组(232)安装在第一电动马达(22)上、啮合于第一齿形轴(221)与第一环齿轮(2312)的之间；第二环齿轮架(233)套设在第一齿形轴(221)上、位于第一环齿轮架(231)的一侧，为第二环齿轮(2332)与第二圆盘状壳架(2331)内缘啮合结构，第二齿轮组(234)安装在第一圆盘状壳架(2331)上、啮合于第一齿形轴(221)与第二环齿轮(2332)的之间；第一离合器系统(24)包括第一～二单向离合器结构(241～242)，分别设于第一轮壳(21)与第一环齿轮架(231)之间、第一轮壳(21)与第二环齿轮架(233)之间。

4.按权利要求3所述的具自动变速功能的轮圈马达，其特征在于：该轮圈马达还可包括第三环齿轮架(235)、第三齿轮组(236)及第三单向离合器结构(243)，其中：第三环齿轮架(235)套设在第一齿形轴(221)上、位于第二环齿轮架(233)的一侧，为第三环齿轮(2352)与第三圆盘状壳架(2351)内缘啮合结构，第三齿轮组(236)安装在第二圆盘状壳架(2331)上、啮合于第一齿形轴(221)与第三环齿轮(2352)的之间；第三单向离合器结构(243)设于第一轮壳(21)与第三环齿轮架(235)之间。

5.按权利要求2所述的具自动变速功能的轮圈马达，其特征在于：该轮圈马达为第三电动马达(43)，变速系统为第三变速系统(44)，离合器系统为第三离合器系统(45)；其中第三电动马达(43)通过中空的第三齿形轴(431)套接在第三轮轴(41)上；第三变速系统(44)包括第八环齿轮(441)、第二、三托架(442、447)、第六、八齿轮组(443、448)及第七环齿轮架(446)，第八环齿轮(441)安装在第三电动马达(43)上、位于第三齿形轴(431)的外围，第六齿轮组(443)啮合于第三齿形轴(431)与第八环齿轮(441)之间，在第八环齿轮(441)的一侧设有套设于第三轮轴(41)上的第二托架(442)，其中心处设有一凸出的第四齿形轴(4421)，第六齿轮组(443)固接在第二托架(442)上，在第二托架(442)的一侧依次设有第三托架(447)及第七环齿轮架(446)，第三托架(447)套设在第四齿形轴(4421)上，第七环齿轮架(446)固定在第三轮轴(41)上，为第七环齿轮(4462)与第七圆盘状壳架(4461)内缘啮合结构，第八齿轮组(448)安装在第三托架(447)上、啮合于第四齿形轴(4421)与第七环齿轮(4462)的之间；第三离合器系统(45)包括第七、九单向离合器结构(451、453)，分别设于第三轮壳(42)与第二托架(442)之间、第三轮壳(42)与第三托架(447)之间。

6.按权利要求5所述的具自动变速功能的轮圈马达，其特征在于：在第二托架(442)与第三托架(447)之间加设有第六环齿轮架(445)，套设在第四齿形轴(4421)上，为第六环齿轮(4452)与第六圆盘状壳架(4451)内缘啮合结构，第七齿轮组(444)安装在第二托架(442)上、啮合于第四齿形轴(4421)与第六环齿轮(4452)的之间；在第三轮壳(42)与第六环齿轮架(445)之间设有第八单向离合器结构(452)。

7.按权利要求1所述的具自动变速功能的轮圈马达，其特征在于：所述电动马达为外转子式马达，其外壳转子可转动地套设在轮轴上、与变速系统联动；该变速系统由安装在各动力输出部上的齿轮组所组成，各动力输出部可为环齿轮架或托架，在轮壳与环齿轮架或托架之间，分别设有一单向离合器结构。

8.按权利要求7所述的具自动变速功能的轮圈马达，其特征在于：该轮圈马达为第二电动马达(33)，变速系统为第二变速系统(34)，离合器系统为第二离合器系统(35)；其中第二变速系统(34)包括第四、五环齿轮架(341、344)、第四、五齿轮组(342、345)及第一托架(343)，第四环齿轮架(341)固接在第二电动马达(33)的外壳(331)上、与外壳(331)联动，并套设在第二轮轴(31)上，为第四环齿轮(3412)与第四圆盘状壳架(3411)内缘啮合结构，第四齿轮组(342)位于第二轮轴(31)与第四环齿轮(3412)之间；第一托架(343)套设在第二轮轴(31)上，位于第四环齿轮架(341)的一侧，在第一托架(343)的中心处设有一凸出的第二齿形轴(3431)；第五环齿轮架(344)套设在第二轮轴(31)上，为第五环齿轮(3442)与第五圆盘状壳架(3441)内缘啮合结构，第五齿轮组(345)安装在第一托架(343)的另一侧、啮合于第二齿形轴(3431)与第五环齿轮(3442)的之间；第二离合器系统(35)包括第四～六单向离合器结构(351～353)，分别设于第二轮壳(32)与第四环齿轮架(231)之间、第二轮壳(32)与第一托架(343)之间、第二轮壳(32)与第五环齿轮架(344)之间。

9.按权利要求3、5、6或8所述的具自动变速功能的轮圈马达，其特征在于：各离合器系统中的单向离合器结构由弹性结构、离心重块(2412)及棘爪槽(2413)组成，在轮壳的内壁上设有棘爪槽(2413)，弹性结构安装在各动力输出部的外缘上，离心重块(2412)的一端与弹性结构相连接，另一端为自由端。

10.按权利要求3、5、6或8所述的具自动变速功能的轮圈马达，其特征在于：各离合器系统中的单向离合器结构还可为滚柱联动机构、棘轮联动机构或球轴钢珠结构。

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