CN107848427A - 轮毂马达设计 - Google Patents

Abstract

动力独轮车设备具有轮毂马达和围绕马达的轮胎。围绕马达的马达壳体界定侧壁(300、305)和外部环形轮缘(301、306)，并且轮胎围绕外部环形轮缘(301、306)安装。马达壳体仅由两个侧壁(300、305)形成，每个侧壁具有轮缘部分(301、305)，并且轮缘部分(301、305)彼此连接，一起界定外部环形轮缘(301、305)。

Description

轮毂马达设计

发明领域

本发明涉及轮毂马达设计，例如用于动力单轮设备(powered single-wheeleddevice)的轮毂马达设计，并且更特别地涉及具有自平衡功能的动力独轮车(poweredunicycle)。

发明背景

用于站立时使用的动力自平衡交通工具是已知的。这样的交通工具包括两轮交通工具和单轮交通工具(即，独轮车)。

在动力自平衡独轮车中，在适当的方向上控制轮的电子或机械系统通常用于实现前后平衡(fore-and-aft balance)。这种类型的自动前后平衡技术是众所周知的，并且例如在美国专利第6,302,230号中被描述。通常提供传感器和电子设备。由传感器和电子产品检测到的信息被转送到马达。马达在适当的方向上且以足以保持前后平衡的速度驱动轮。

这种类型的自平衡独轮车的市场强烈依赖于产品的重量，这还影响设备的制造成本。因此总是需要在可能的情况下降低生产成本。

一个方面是实现整个设计需要制造的不同部件的数量。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了一种用于驱动轮的轮毂马达，其中轮毂马达包括：

围绕马达的内部的马达壳体，其中壳体界定侧壁和外部环形轮缘，

其中所述马达壳体包括第一侧壁和第二侧壁，每个侧壁包括轮缘部分，其中侧壁被联接在一起，其中轮缘部分彼此接触从而一起界定外部环形轮缘。

因此，提供了一种用于轮毂马达的马达壳体，该马达壳体仅由两个壳体部分或子组件形成，并且这些壳体部分界定侧壁和轮缘，侧壁形成轮的轮毂，例如，轮胎可以安装在轮缘上。这提供了较低的部件数，并因此减轻了重量，且从而降低了制造和组装成本。

轮毂马达例如具有内部定子和外部转子，并且外部转子安装在外部环形轮缘内。

第一侧壁和第二侧壁的形状优选地是相同的。这样，就有了针对两个壳体半部的单个部件设计。

在一组示例中，每个侧壁包括一体的侧壁板和轮缘部分。因此，存在两个相同的独立的部件，其一起界定轮毂的侧板以及轮的轮缘。

在另一组示例中，每个侧壁包括侧壁板和轮缘部分，并且轮缘部分或轮缘部分的一段从侧壁的其余部分是可移除的。在此设计中，轮缘部分或其一段可以被分离。这样可以更容易地更换轮胎，但是不会出现由于完全拆除壳体而导致的密封的马达腔体暴露。

可以选择不同的设计来优化易用性，或者减少重量，或减少部件的数量，或者使制造容易和减少制造的成本。

优选地，提供两个脚平台来支撑独轮车设备的使用者。脚平台被安装在设备的非旋转部分上，例如联接到中心定子。

在一些实施方案中，每个侧壁包括围绕轮缘部分的内周边的一组凸片(tab)，凸片位于外部转子的外周边上。这些凸片提供固定点。侧壁可以在这些凸片处连接在一起。这些凸片为将壳体部分固定在一起提供了牢固的连接点。

外部转子例如包括其上安装有永磁体阵列的圆柱形托架。该托架夹在侧壁之间。托架由铁磁材料制成。侧壁则可以由较轻或较低成本的材料制成，例如铝。可替代地，如果侧壁是铁磁性的，则磁体可以直接联接到一个或两个侧壁，从而避免对托架的需要。

轮毂马达例如具有包括电磁线圈装置的内部定子。内部定子例如围绕固定的中心轴线安装，马达壳体围绕该中心轴线旋转。

本发明还提供了一种动力独轮车设备，包括：

如上限定的轮毂马达；和

平衡控制系统，其适于保持独轮车设备的前后平衡。

轮胎通常围绕环形外部轮缘安装。轮毂马达形成单个轮的轮毂。然而，可能在同一个轮毂上安装有两个或更多个轮胎。

附图简述

现在将参考附图来描述本发明的示例，其中：

图1是处于封闭构型的动力独轮车设备的示例的等距图；

图2是图1的壳体内部的部件的分解图；

图3A和图3B分别是图1的示例的侧视图和前视图，其中壳体在封闭构型和打开构型之间移动；

图4A和图4B分别是图1的示例的侧视图和前视图，其中壳体处于打开构型，并且脚平台处于存放构型；

图5是马达壳体的基本设计的分解图；

图6是图5的壳体的组装图；

图7是根据本发明的马达壳体的设计的示例的分解图；

图8以分解图示出了图7的设计的两个壳体侧壁以及马达定子和轮；

图9以部分组装形式示出了壳体侧壁的另外的视图；

图10示出完全组装形式的壳体侧壁；

图11更详细地示出了转子如何适配在壳体侧壁上；和

图12示出了壳体侧壁的一部分如何可以被移除以便于轮移除。

详细描述

本发明提供了一种轮毂马达，例如用于动力独轮车设备的轮毂马达，在该动力独轮车设备中，围绕轮毂马达存在轮胎。围绕马达的马达壳体界定侧壁和外部环形轮缘。马达转子安装在外部环形轮缘内。马达壳体仅由两个侧壁形成，每个侧壁具有轮缘部分，并且轮缘部分彼此连接，一起界定完整的外部环形轮缘。当在动力独轮车设备中使用时，轮毂马达本身界定轮的轮缘，轮胎安装在该轮的轮缘之上。

在描述本发明的马达壳体装置之前，参考图1至图4描述了一般类型的动力独轮车设备的操作。这些图示出了无轮毂的设计。

本发明尤其感兴趣的是轮毂马达的设计。然而，首先描述无轮毂设计是为了解释设备的一些可以在轮毂设计和无轮毂设计中使用的可能的特征。

图1示出了具有壳体110的动力独轮车设备100，壳体110处于封闭构型，使得壳体将单个轮120包住。在此特定示例中，壳体110由覆盖轮120的顶半部(最上面半部)的第一上部部分110A和覆盖轮120的底半部(最下面半部)的第二下部部分110B形成。图2图示了壳体110内部的部件(即轮120和驱动装置135)的分解图。

返回参考图1，轮120围绕中心轴线125自转。壳体的第一上部部分110A相对于中心轴线125保持在固定位置，而壳体的第二下部部分110B适于围绕中心轴线125旋转。第二下部部分110B围绕中心轴线125的旋转使壳体在封闭构型和打开构型(如图3至图4图示的)之间移动。在封闭构型中(如图1所示)，壳体110包围轮120，使得轮120的外轮缘130不被暴露。在打开构型中(如图5所示)，轮120的外轮缘130是暴露的，使得外轮缘130可以接触地表面。

现在参考图2，单个轮120的旋转由驱动装置135驱动。驱动装置135包括附接到相应电池145的面向外的侧面的导向轮140。在此示例中，存在两对导向轮140，其中每对中的两个导向轮共用相同的旋转轴线(例如，通过共用相同的轴)并且被间隔定位以在两个导向轮之间提供间隙。

肋150围绕轮120的内轮缘设置，并且适配在每对中的两个导向轮140之间的间隙中。因此，导向轮140适于与轮120的内轮缘接触，在该情况下，导向轮140与轮120一起自转，并且通过肋150将轮120保持在适当位置。当然，应理解，其他装置，包括每个电池145仅具有一个导向轮的那些装置是可能的。

电池145安装在马达155上，马达155驱动沿着轮120的内轮缘定位在最下面点处的驱动轮160(图4中示出)。电池145向马达155提供电力，并且在此示例中，存在两个电池，以便产生体积和重量的均衡分布。但是，不是必须使用两个电池145。此外，例如，可以使用替代的能量储存装置，诸如飞轮、电容器和其他已知的动力储存设备。

驱动轮160适于接触轮120的内轮缘。驱动轮160例如包括在中心具有凹槽的宽滚轮，肋150适配到该凹槽中。通过与轮120的内轮缘接触，驱动轮160将转矩从马达155传递到轮120。应理解，该驱动系统通过摩擦运行，并且可以优选地避免在驱动轮160和轮120的内轮缘之间的滑移。将驱动轮160定位在最下面点处使得使用者的重量能够提供将驱动轮160压靠在轮120的内轮缘上的力，从而有助于减少或避免滑移。

参考图3和图4，两个脚平台165联接到壳体110的第二下部部分110B，其中在轮120的每侧上各有一个脚平台165。在打开构型中，脚平台165在存放构型和工作构型之间是可移动的，在存放构型中，脚平台大体上平行于轮的平面(如图4中所示)，在工作构型中，脚平台大体上垂直于轮的平面以便支撑使用者的重量。因此，在此示例中，脚平台165在以下两者之间是可移动的：(i)存放构型，在该存放构型中，脚平台165平靠在轮的侧面上并且可以围绕中心轴线125旋转(随着壳体的第二下部部分110B)，以便定位在壳体的第一上部部分110A的内部(并且由壳体的第一上部部分110A覆盖)；和(ii)工作构型，在该工作构型中，脚平台165从轮的侧面向外突出，以为使用者的脚提供支撑表面(未示出)。

因此，脚平台165是可向上折叠成存放构型的，这使独轮车100的轮廓变窄以有助于储存和携带。在使用中，脚平台移动到工作构型，并且使用者在每个平台165上用一只脚站立。

驱动装置135包括陀螺仪或加速度计系统170，该陀螺仪或加速度计系统170感测设备相对于地表面的向前和向后的倾斜，并相应地调节马达155以使设备保持直立。以这种方式，通过改变施加到脚平台165的各个区域的压力向使用者提供一种控制独轮车的加速和减速的方式。这也使独轮车能够在前后平面中自主调节其平衡。

当不使用时，脚平台165移动到存放构型，并且然后围绕中心轴线125旋转(随着壳体的第二下部部分110B)，以便将壳体移动到封闭构型。因此，在封闭构型中，脚平台165被储存在壳体的内部(被壳体的第一上部部分110A覆盖)。

所示的示例还包括通过多个杆185联接到驱动装置135的提升手柄180。提升手柄180定位在壳体110的顶部处、在轮120的上方，并且可以用于在地面上方持握独轮车100，例如以使使用者能够提起、携带、搬运或放置独轮车100。

还提供了可伸缩的携带条带190，并且可伸缩的携带条带190附接到壳体100的顶部。携带条带190可以用于携带独轮车100，例如携带在使用者的肩上。可以在壳体的底部提供钩，以由携带条带190形成背包状的带。

在一个示例中，手柄180还适于触发激活系统，该激活系统使壳体在封闭构型和打开构型之间移动。提升手柄180因此可用于启动激活系统并将壳体从封闭构型移动到打开构型。因此，当使用者通过手柄在地面上方持握独轮车100时，在重力的影响下向下拉动独轮车的力引起提升手柄180相对于壳体110的向上移动，该移动触发激活系统。响应于该触发，激活系统将壳体移动到打开构型(在图4中描绘的)，使得轮的最下面部分被暴露并且可以与地表面接触。换句话说，当被提升手柄180提起时，独轮车可以布置成处于准备好被部署(例如，放置在地表面上)的打开构型。

此外，当被放置在地面上时，在向下/向内方向上(朝向轮120的中心)按压手柄使杆185移动，并且引起脚平台从存放构型(图4所示)移动到工作构型。杆的向下移动引起脚平台165围绕轴线旋转，并且然后杆将脚平台165保持在适当的位置以支撑使用者的脚。

当使用者不再希望使用独轮车时，使用者拉动提升手柄以将独轮车从地面提起。这导致提升手柄180和相关联的杆185相对于壳体110向上移动，这然后引起脚平台从工作构型移动到存放构型。

上述设计具有静态的轮的轮毂(static wheel hub)。马达装置驱动设备底部处的驱动轮，并且马达装置使轮围绕静态轮毂驱动。这种设计具有相对大量的部件。例如，具有用于使轮围绕中心轮毂的外部对中和用于驱动轮的部件，并且在马达和轮之间具有多个旋转零件。

可能采用较少部件的设计直接将轮作为马达的转子形成。这就是所谓的轮毂马达。因此，轮毂包括马达定子，并且轮的轮缘本身包括界定马达转子的永磁体。在此设计中，具有较少的旋转零件，并且转子的对准自动提供与轮的轮毂的对准。

本发明对于这种类型的设计是特别有意义的，并且具体地涉及围绕中心马达的外部壳体的设计。

图5示出了基本设计。如上面的示例所示，马达被封闭在圆柱形内部容积中。该容积由第一侧壁210和第二侧壁215以及中央环形轮缘220封闭。中央轮缘具有较大的直径，并且中央轮缘界定轮的轮缘基部和侧凸缘。马达的转子包括其上承载有永磁体阵列230的圆柱形托架225。

两个侧壁210、215被夹紧在一起，其中托架225夹在两个侧壁210、215之间。联接螺栓或螺钉穿过托架225，使得转子225、230和两个侧壁界定旋转的轮的轮毂。轮的轮缘220围绕转子225、230的外侧安置。轮的轮缘220固定到转子225、230。

图6以侧视图和端视图示出了组装好的轮的轮毂。此设计有三个部件来形成外部壳体。此外，如果使用者希望使取出轮胎更容易实现，则唯一的选择是拆除整个组装。这将转子和内部马达部件暴露在外。

图7以分解形式示出了根据本发明的示例的设计。马达外部壳体包括第一侧壁300和第二侧壁305。这些侧壁中的每一个可以是单个整体件(如图所示)，或者可以是多个部件的子组件。

这两个部件一起界定两个侧板以及还有外部环形轮缘。轮还围绕外部环形轮缘安装，并且还包括托架310和磁体阵列315的马达转子安装在外部环形轮缘内。第一侧壁300具有轮缘部分301，且第二侧壁305具有轮缘部分306。侧壁300、305联接在一起，其中轮缘部分301、306彼此接触从而一起界定外部环形轮缘。

轮缘部分可以被认为包括横跨在侧壁之间的环形部分，而且是侧壁的径向最外面部分。侧壁的该径向最外面部分形成轮的轮缘的侧向保持部分(lateral retainingparts)。

第一侧壁和第二侧壁的形状可以相同。这样，就有了针对两个壳体半部的单个部件设计。

每个侧壁300、305包括围绕轮缘部分的内周边的一组凸片302、307。这些凸片位于转子310的外周边上。转子和轮缘通过任何合适的方式联接在一起，不允许相对运动。因此，轮毂马达的转子直接形成轮的轮毂。

侧壁300、305在凸片302、307处连接在一起。

图8示出了中心定子320和轮胎325。图9更清楚地示出了侧壁部分的凸片307，并且示出了侧壁部分的透视图以及穿过侧壁部分和轮胎的横截面，其中侧壁部分被略微间隔开。

图10以侧视图和端视图示出封闭的壳体，并且示出了每个侧壁部分如何形成轮的轮缘的一半。

图11更清楚地示出转子的外表面，特别是托架310的外表面如何抵靠凸片307来提供对准。

上面的示例示出了为单独的部件的侧壁。然而，侧壁的轮缘部分可以与侧板部分分开。在特别有利的示例中，轮缘部分的一部分可以从侧壁移除(而侧板留在原位)。此想法在图12中示出。

轮缘部分的一部分320可以从侧壁的其余部分移除，同时使侧壁板保持连接在一起。这在轮缘的侧壁的外边缘上形成间隙，以有助于轮胎在该位置处的侧向初始移除。但是，侧壁板依然在原位，以便马达外壳仍然封闭。无需对转子的磁体环进行干涉。

在图12中，只有轮缘的一部分(且通过轮缘是指圆形板的径向外部部分以及轮的轮缘的圆柱形基部(301或306)的相关部分)是可拆卸的。然而，界定轮缘部分的完整的环形部可以被移除，使得轮胎可以侧向滑离轮毂。此外，侧板保持用于马达的封闭外壳。

上面参考图1-4描述的许多特征是可选的。围绕轮的可伸缩外壳是完全可选的，所示的特定的手柄布置和脚踏板的自动操作也是如此。

在上面的示例中，转子是连续的环。但是也可以形成为两个环部分，一个环部分安装到一个侧部壳体部件，而另一个环部分安装到另一个侧部壳体部件。则可能有两个相同的子组件，每个子组件为一个侧壁及转子的一半。

类似地，侧壁可以是多个部分，包括具有如图12所示的可移除的轮缘部分。

在所示的示例中，磁体被附接到托架。磁体以交变极性布置，且托架是铁磁性的。如果合适的材料用于侧壁，例如用于形成于轮缘部分中的凹部中，则磁体可以替代地直接附接到侧壁。因此，可能不需要托架，这是因为壳体侧壁可以充当托架和用于磁体的磁通量的导管。

该设备具有单个轮毂马达。通常，单个轮胎附接到轮毂以形成轮，但是可以并排具有两个或更多个轮胎，但是基本上仍然形成单个轮，即仍然界定独轮车。

已经示出了轮毂马达设计在动力独轮车设备中的使用。然而，该轮毂马达可以用于使用现有轮毂马达的任何其他应用场合。一些示例有助于轮胎更换，而另一些示例可以实现减轻重量。这些优点不限于动力独轮车设备。

虽然出于说明的目的在本文中已经描述了具体的实施方案，但是各种修改对于本领域技术人员将是明显的，并且可以进行各种修改而不脱离本发明的范围。

Claims (12)

1.一种用于驱动轮的轮毂马达，其中所述轮毂马达包括：

围绕所述马达的内部的马达壳体，其中所述壳体界定侧壁和外部环形轮缘，

其中所述马达壳体包括第一侧壁和第二侧壁，每个侧壁包括轮缘部分，其中所述侧壁被联接在一起，其中所述轮缘部分彼此接触从而一起界定所述外部环形轮缘。

2.根据权利要求1所述的轮毂马达，包括内部定子和外部转子，并且所述外部转子安装在所述外部环形轮缘内。

3.根据权利要求1或2所述的轮毂马达，其中所述第一侧壁和所述第二侧壁的形状相同。

4.根据前述权利要求中任一项所述的轮毂马达，其中每个侧壁包括一体的侧壁板和轮缘部分。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的轮毂马达，其中每个侧壁包括侧壁板和所述轮缘部分，并且所述轮缘部分或所述轮缘部分的一段从所述侧壁的其余部分是可移除的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的轮毂马达，其中所述侧壁中的至少一个包括围绕所述轮缘部分的内周边的一组凸片。

7.根据权利要求6所述的轮毂马达，其中所述侧壁在所述凸片处连接在一起。

8.根据前述权利要求中任一项所述的轮毂马达，包括外部转子，所述外部转子包括圆柱形托架，永磁体阵列安装在所述圆柱形托架上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的轮毂马达，包括内部定子，所述内部定子包括电磁线圈装置。

10.根据前述权利要求中任一项所述的轮毂马达，还包括围绕所述环形外部轮缘的轮胎。

11.一种动力独轮车设备，包括：

根据任一前述权利要求所述的轮毂马达；和

平衡控制系统，其适于保持所述独轮车设备的前后平衡。

12.一种大体上如本文中参考附图以上描述的动力独轮车设备。