CN110104116A - 电动车轮及应用该电动车轮的自行车 - Google Patents

Abstract

一种自行车，包括车架以及电动车轮，所述车架上形成有车轴，所述电动车轮包括轮毂、以及环套于轮毂上的轮胎，所述轮毂转动地连接于车轴上，所述轮毂上设置有电池、与电池连接的控制模块、以及驱动模块，所述驱动模块包括与控制模块连接的电机、以及传动连接所述电机与轮毂的齿轮减速机构，本发明电动车轮内设电池以及驱动模块，整体结构模组化，可以直接安装于现有车辆的车轴上，在安装、更换、以及使用上极为方便。

Description

电动车轮及应用该电动车轮的自行车

技术领域

本发明涉及车轮技术领域，特别是涉及一种电动车轮。

背景技术

电动自行车是以蓄电池作为电池，在普通人力自行车的基础上发展起来的机电一体化交通工具，具有方便、省力、节能、环保等特点，越来越受到人们的青睐。然而，现有电动自行车是在车身上配置电池与驱动电机、通过传动件等与车轮连接，就其驱动机构而言本身结构复杂，另外在与车身的装配上也存在一定的难度，因此用户难以将既有的人力自行车改装为电动自行车。

发明内容

有鉴于此，提供一种驱动一体化的电动车轮以及应用该电动车轮的自行车。

一方面，本发明提供一种电动车轮，包括轮毂，所述轮毂上设置有电池、与电池连接的控制模块、以及驱动模块，所述驱动模块包括与控制模块连接的电机、以及传动连接所述电机与轮毂的齿轮减速机构。

较佳地，所述齿轮减速机构为多级减速机构，每一级减速机构包括传动连接的小齿轮与大齿轮，每一级减速机构的小齿轮与上一级减速机构的大齿轮同步转动，第一级减速机构的小齿轮与电机传动连接，最末一级减速机构的大齿轮与自行车的车轴固定连接。

较佳地，所述驱动模块还包括有齿轮箱箱体，所述齿轮箱箱体固定连接于轮毂上，所述齿轮箱箱体上形成有对应各个小齿轮与大齿轮的轴承孔，所述轴承孔内装配有轴承支撑小齿轮、大齿轮的转动，最末一级减速机构的大齿轮位于齿轮箱外，电机启动驱动齿轮箱箱体绕最末一级减速机构的大齿轮转动。

较佳地，所述轮毂的中央形成轴孔，所述轴孔内固定设置有轴套，所述自行车的车轴转动地插接于轴套内，所述最末一级减速机构的大齿轮环套所述轴套并与轴套转动连接。

较佳地，所述小齿轮与大齿轮之间还设置有惰轮。

较佳地，所述轮毂上形成有开口，所述开口为2～12个，所述每一开口处设置有壳体，所述电池、驱动模块、控制模块收容于壳体内，所述壳体形成有开孔用于电池、驱动模块、控制模块的连线。

较佳地，所述电池为充电电池，所述壳体上形成有充电接口。

较佳地，所述控制模块包括通信单元、与电池连接的电池管理单元、以及与电机连接的电机调速单元，所述通信单元接收外部操作指令，所述电机调速单元根据操作指令启停电机。

另一方面，本发明提供一种自行车，包括车架以及上述电动车轮，所述车架上形成有车轴，所述电动车轮的轮毂转动地连接于车轴上。

较佳地，所述车架上设有遥控器，所述遥控器与控制模块的通信单元无线通讯。

相较于现有技术，本发明电动车轮内设电池以及驱动模块，整体结构模组化，可以直接安装于现有车辆的车轴上，在安装、更换、以及使用上极为方便。

附图说明

图1为本发明电动车轮一实施例的结构示意图。

图2为图1所示电动车轮沿A-A线的剖视图。

图3为图1所示电动车轮的爆炸图。

图4为图1所示电动车轮的内部结构示意图。

图5为图1所示电动车轮的驱动模块的内部结构示意图。

图6为图5所示驱动模块的爆炸图。

图7为应用本发明电动车轮的自行车系统方框图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中示例性地给出了本发明的一个或多个实施例，以使得本发明所公开的技术方案的理解更为准确、透彻。但是，应当理解的是，本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于以下所描述的实施例。

图1-3所示为本发明电动车轮一实施例的结构示意图，所述电动车轮包括电池10、与电池10连接的控制模块20、与控制模块20连接的驱动模块30、由驱动模块30驱动而转动的轮毂40。电动车轮还可以包括套设于轮毂40上的轮胎50。本发明电动车轮自带电池与驱动，整个车轮结构一体化、模组化，可以直接安装于现有自行车的车轴上形成电动自行车，当然本发明电动车轮可应用于任何车辆，如汽车、三轮车，并不以应用于自行车为限。对应地，如图7所示，在自行车的车把上设置有遥控器60，所述遥控器60与控制模块20设置有对应的通讯单元，优选地为无线通讯单元，通过蓝牙、zigbee、WiFi等方式进行通信，用户通过操作遥控器60，驱动所述电动车轮行进、转弯、加速、减速、刹停等。所述遥控器60还可与云实现无线通讯，方便远程监测器，如电脑、iPAD、手机等了解车辆的运行位置、状况、以及使用人员的相关状况。

如图2及图3所示，所述轮毂40的中央固定(例如，一体地)设有轴套44，用于供自行车的车轴90(例如，前车轴)穿过并与自行车的车轴90转动连接，将电动车轮的轮毂40转动地连接至车轴90上。所述轮毂40环绕轴套44形成有开口46，用于安装电池10、控制模块20、驱动模块30等，所述驱动模块30、控制模块20、电池10之间通过导线电连接。本实施例中，所述开口46为3个，每一开口46处装配有一壳体48，以下分别称第一壳体48a、第二壳体48b、以及第三壳体48c。所述各个壳体48的结构类似，均由底壳481与盖子483构成。所述壳体48的尺寸略大于开口46的尺寸，装配时底壳481与盖子483分别位于轮毂40的两侧并对正开口46所在位置，底壳481与盖子483的边缘抵顶轮毂40环绕开口46的部位，然后螺钉等固定件将底壳481与盖子483固定连接，同时将壳体48固定连接在轮毂40上。

所述驱动模块30设置于第一壳体48a内；所述控制模块20设置于第二壳体48b内；所述电池10为两组，分别设置于第二壳体48b与第三壳体48c内，所述电池10作为整个电动车轮的电池，优选地为充电电池。较佳地，所述第三壳体48c上形成充电接口485，所述充电接口485用于连接电池10与外部电池或充电器，来对电池10充电。较佳地，所述各个壳体48a、48b、48c相互靠近的侧边上均形成有开孔487，便于导线穿过连接电池10、控制模块20、以及驱动模块30。所述各个壳体48a、48b、48c对内部安装的元器件起到固定、保护的同时，还使得各元器件不会外露，令本发明电动车轮的整体外观简单、美观。应当理解地，所述开口46的数量可以根据需要改变，通常为2～12个；所述各个器件的位置也可以根据需要做相应的调整，可以集中于同一开口46处、也可以分散设置，尽量保证本发明电动车轮重量的均衡分布。

请同时参阅图4-5，所述驱动模块30包括齿轮箱箱体32、设置于齿轮箱箱体32内的电机34、以及齿轮减速机构36。所述齿轮箱箱体32固定连接于轮毂40上，所述电机34固定于齿轮箱箱体32内，优选地为无刷直流电机(BLDC)、异步电机、磁阻电机等。较佳地，所述控制模块20包括有与电机34连接的电机调速单元，如BLDC驱动器或变频逆变器，用以控制驱动模块30升速、降速、巡航、刹车运行等，且具有能耗制动电能反馈功能，可使车轮实现2～7种变速比。另外，所述控制模块20还包括与电池10连接的电池管理单元，所述电池管理单元具有自动恒流、恒压、脉冲激活充电转换功能；过流、过压、欠压自动保护功能；能耗制动电能反馈至电池功能；电池电量、输出电流、电池老化测量功能；还可定时将相关信息传送给遥控器60，提醒骑乘人员及时充电并维护电动车轮。

本实施例中，所述齿轮减速机构36为三级减速，根据需要所述齿轮减速结构可以有更多变速方式。每一级减速机构包括传动连接的小齿轮与大齿轮，所述大齿轮在尺寸、齿数上远大于小齿轮，若大齿轮的齿数与小齿轮的齿数比为N(N>1)，则大齿轮的转速为小齿轮的转速的1/N，如此通过大、小齿轮的齿数的差异降低转动速度，经三级或更多级的降速后，齿轮减速机构36的输出速度相对于电机34呈数量级的下降。所述小齿轮、大齿轮可以直接相啮合，也可以通过惰轮传动连接，通过惰轮连接不仅可以降低速度、还可以改变传输方向。所述齿轮减速机构36的第一级的小齿轮与电机34传动连接，最末一级的大齿轮与轮毂40经轴承转动连接，并且与车轴90固定连接，将电机34的高速转动转化为轮毂40围绕末级大齿轮的低速转动，驱动本发明电动车轮行驶。

具体地，如图6所示，一级减速机构包括一级小齿轮361和一级大齿轮362，二级减速机构包括二级小齿轮364和二级大齿轮365，三级减速机构包括三级小齿轮366和三级(末级)大齿轮367。

一级小齿轮361固定套设于电机34的输出转轴37上，随电机34同步高速转动；一级大齿轮362与一级小齿轮361之间通过一级惰轮363连接。对应地，所述齿轮箱箱体32在其上侧形成有第一轴承孔38，所述第一轴承孔38内设置有第一轴承39，用于与电机34的输出转轴37的末端相枢接，支撑电机34以及一级小齿轮361的转动。另外，所述齿轮箱箱体32在其上下两侧分别形成有第二轴承孔382，每一第二轴承孔382内设置有第二轴承392。所述一级大齿轮362固定套接于第二转轴372上，所述第二转轴372的两端分别可转动地枢接于两第二轴承392内。所述齿轮箱箱体32在其上下两侧还分别形成有第三轴承孔383，每一第三轴承孔383内设置有第三轴承393。所述一级惰轮363固定套接于第三转轴373上，所述第三转轴373的两端分别可转动地枢接于两第三轴承393内。

所述二级小齿轮364固定套设于第二转轴372上并叠置于一级大齿轮362上随一级大齿轮362同步转动；所述二级大齿轮365直接与二级小齿轮364相啮合。所述齿轮箱箱体32在其上下两侧还分别形成有第四轴承孔384，每一第四轴承孔384内设置有第四轴承394。所述二级大齿轮365固定套接于第四转轴374上，所述第四转轴374的两端分别可转动地枢接于两第四轴承394内。

所述三级小齿轮366固定套设于第四转轴374上并叠置于二级大齿轮365套下方随二级大齿轮365同步转动；所述三级(末级)大齿轮367通过三级惰轮368与三级小齿轮366传动连接。所述齿轮箱箱体32在其上下两侧还分别形成有第五轴承孔385，每一第五轴承孔385内设置有第五轴承395。所述三级惰轮368固定套接于第五转轴375上，所述第五转轴375的两端分别可转动地枢接于两第五轴承395内。

末级大齿轮367固定设置在一环形元件80上。在所示的实施例中，末级大齿轮367与环形元件80一体成型。环形元件80环套在轴套44上，在环形元件80的环形内周面与轴套44外周面之间设置一轴承42，因此末级大齿轮367和轴套44之间可相对转动。较佳地，所述轴承42为滚珠轴承，其外圈与环形元件80固定、内圈与轴套44固定。在操作中，轴承42的外圈不转，内圈随轴套44转动。在所示的实施例中，轴承42与轴套44的外周面之间还设置一车轮主轴承套43，所述齿轮箱箱体32向外伸出形成一连接环320，所述连接环320套设于主轴承套43上。环形元件80的一端设有车轴连接部82，车轴连接部82设有连接孔84，用于供自行车车轴90穿过并与自行车车轴90固定连接。

所述三级大齿轮367位于齿轮箱箱体32之外并通过环形元件80固定套接于车轴90上，车轴90是不转的，因此三级大齿轮367在操作中是固定不动的，如此在电机34的驱动以及三级大齿轮367的反向作用下，齿轮箱箱体32、以及设置于齿轮箱箱体32内的电机34、一级小齿轮361、一级大齿轮362、二级小齿轮364、二级大齿轮365、三级小齿轮366整体绕三级大齿轮367转动。由于驱动模块30的主体与轮毂40固定连接，轮毂40与车轴90转动连接，从而使得轮毂40以及轮胎50相对车轴90转动，实现了车轮的行进。

本发明电动车轮内设电池10、控制模块20以及驱动模块30，整体结构模组化，可以直接安装于车辆的车轴上，通过遥控器60即可控制车辆行进，在安装、更换、以及使用上极为方便，通过直接更换车轮即可将原人力自行车、三轮车改装为电动自行车、电动三轮车，可以合理利用现有资源，实现一车二用，而利用本发明电动车轮所构成的电动车，还可实现车辆的自动化与智能化，增加了使用者的兴趣与乐趣，特别在坡道等骑行道路上，可以增加助力，节省体能，方便出行。

需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种电动车轮，包括轮毂，其特征在于，所述轮毂上设置有电池、与电池连接的控制模块、以及驱动模块，所述驱动模块包括与控制模块连接的电机、以及传动连接所述电机与轮毂的齿轮减速机构。

2.如权利要求1所述的电动车轮，其特征在于，所述齿轮减速机构为多级减速机构，每一级减速机构包括传动连接的小齿轮与大齿轮，每一级减速机构的小齿轮与上一级减速机构的大齿轮同步转动，第一级减速机构的小齿轮与电机传动连接，最末一级减速机构的大齿轮用于与自行车的车轴固定连接。

3.如权利要求2所述的电动车轮，其特征在于，所述驱动模块还包括有齿轮箱箱体，所述齿轮箱箱体固定连接于轮毂上，所述齿轮箱箱体上形成有对应各个小齿轮与大齿轮的轴承孔，所述轴承孔内装配有轴承支撑小齿轮、大齿轮的转动，最末一级减速机构的大齿轮位于齿轮箱外，电机启动驱动齿轮箱箱体绕最末一级减速机构的大齿轮转动。

4.如权利要求2所述的电动车轮，其特征在于，所述轮毂的中央固定设置有轴套，所述轴套供所述自行车的车轴转动地插接于其内，所述最末一级减速机构的大齿轮环套所述轴套并与轴套转动连接。

5.如权利要求2所述的电动车轮，其特征在于，所述小齿轮与大齿轮之间还设置有惰轮。

6.如权利要求1所述的电动车轮，其特征在于，所述轮毂上形成有开口，所述开口为2～12个，所述每一开口处设置有壳体，所述电池、驱动模块、控制模块收容于壳体内，所述壳体形成有开孔用于电池、驱动模块、控制模块的连线。

7.如权利要求6所述的电动车轮，其特征在于，所述电池为充电电池，所述壳体上形成有充电接口。

8.如权利要求1所述的电动车轮，其特征在于，所述控制模块包括通信单元、与电池连接的电池管理单元、以及与电机连接的电机调速单元，所述通信单元接收外部操作指令，所述电机调速单元根据操作指令启停电机。

9.一种自行车，包括车架，所述车架上形成有车轴，其特征在于：还包括权利要求1-8任意一项所述的电动车轮，所述电动车轮的轮毂转动地连接于车轴上。

10.如权利要求9所述的电动车轮，其特征在于，所述车架上设有遥控器，所述遥控器与控制模块的通信单元无线通讯。