CN117656701A - 自力式全地形轮 - Google Patents

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米克尔·约翰·卡恩
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Abstract

本发明提供了一种机动轮组件。该机动轮组件包括包括定子和转子的轮毂内电机。轴与轮毂内电机的定子相连。机动轮组件还包括轮毂，其附接至转子并被配置为与转子一起旋转。轮毂围绕轴和轮毂内制动系统设置。轮组件还包括围绕轮毂设置的轮胎。机动轮组件还包括围绕轴设置的轮毂内制动系统。轮毂内制动系统包括偏置系统、致动器板、制动板和制动片系统。偏置系统被配置为将致动器板偏置到接合位置，以使制动片系统将力施加到制动板上，以防止轮毂和轮胎旋转。

Description

自力式全地形轮
相关申请的交叉引用
本申请要求2022年9月8日提交的发明名称为“Self-PoweredAll-Terrain Wheel”的第63/404,557号美国临时专利申请的优先权；通过引用将该申请的全部内容并入本文中。
技术领域
本发明的各实施例总体上涉及轮组件(wheel assemblies)，更具体地说，涉及机动轮组件(motorized wheel assemblies)。
背景技术
轮组件使设备的运输更容易。轮组件通常与设备的轮轴(axle)同宽，并且可包括相互独立配置的多个部件。在许多轮组件中，制动系统和电机系统是不同的。与轮轴附接的方法和不同的部件限制了轮组件的防水能力，因此，使用轮组件的设备无法在所有条件下使用。
发明内容
本发明涉及一种机动轮组件(motorized wheel assembly)，其被配置为在轮组件中包含各种部件(例如，电机和/或制动系统)。这些轮毂内部件允许机动轮组件可与自由滚动轮(freerolling wheels)互换，并且/或者防水性能至少达到IPX6。
机动轮组件的各种示例实施例被配置为单侧连接，从而允许用机动轮组件替代自由滚动轮。机动轮组件被配置为沿轴分配单侧安装的电机产生的载荷。
机动轮组件的各种示例实施例均配置有轮毂内制动系统(in-hub brakesystem)。轮毂内制动系统可与轮毂一起旋转，并可被偏置到中立、制动位置。在这方面，电机的初始旋转使制动器脱离，并允许制动系统与轮毂一起旋转，直到电机关闭。
此外，本发明的各种示例实施例提供一种防水机动轮组件。在这方面，轮组件能够在暴雨中穿越湿地，甚至在浅水中穿越，而不会淹没电机或导致内部部件腐蚀。
在本发明的一些实施例中，提供一种机动轮组件。该机动轮组件包括轮毂内电机(in-hub motor)，其包括定子和转子。一轴与轮毂内电机的定子连接。该机动轮组件还包括轮毂，其附接至转子并被配置为与转子一起旋转。轮毂围绕上述轴和轮毂内制动系统布置。轮组件还包括围绕轮毂布置的轮胎。机动轮组件还包括轮毂内制动系统。轮毂内制动系统包括偏置系统和与偏置系统机械通信的致动器板。致动器板被配置为在脱离位置和接合位置之间至少部分地沿上述轴移动或相对上述轴旋转。制动系统还包括制动板，该制动板围绕上述轴设置并与致动器板间隔开。制动系统还包括与致动器板机械连接的制动片系统。偏置系统被配置为将致动器板偏置到接合位置，使制动片系统向制动板施加力，以防止轮毂和轮胎旋转。在一些实施例中，电机的驱动会使偏置系统转换到第二位置，该位置会从致动器板上移除偏置力，致动器板本身被偏置到脱离位置，在该位置上，制动片系统停止向制动板施加力，从而允许轮毂和轮胎旋转。
本文提供了本发明的其他示例实施例。
在一示例实施例中，提供一种机动轮组件。该机动轮组件包括轮毂内电机，其包括定子和转子。机动轮组件进一步包括与定子连接的轴。机动轮组件还包括轮毂内制动系统。该制动系统包括偏置系统和与偏置系统机械通信的致动器板。致动器板被配置为在脱离位置和接合位置之间至少部分地沿上述轴移动或相对上述轴旋转。制动系统还包括围绕上述轴设置的制动板，其中，制动板与致动器板间隔开。制动系统还包括与致动器板机械连接的制动片系统。机动轮组件还包括附接至转子并被配置为与转子一起旋转的轮毂，其中，轮毂围绕上述轴和轮毂内制动系统设置。机动轮组件还包括围绕轮毂布置的轮胎。偏置系统被配置为将致动器板偏置到接合位置，以使制动片系统向制动板施加力，以防止轮毂和轮胎旋转。
在一些实施例中，上述轮毂内制动系统被配置为围绕上述轴旋转。
在一些实施例中，上述偏置系统包括磁体，其中，磁体被配置为将致动器板吸引到接合位置。在一些实施例中，偏置系统进一步包括邻近致动器板并与致动器板相对于上述轴错位的磁性板。在一些实施例中，上述磁体可绕磁体轴线在磁体与致动器板磁通信时的第一位置和磁体与磁性板磁通信时的第二位置之间旋转。在一些实施例中，当上述磁体处于第一位置时，磁体提供一磁力，作为对致动器板的第一偏置力。致动器板通过第二偏置力偏离磁体至脱离位置。第二偏置力小于第一偏置力。磁性板从磁体吸收足够的磁力，以使第二偏置力能够使致动器板转换到脱离位置，使得制动片系统不会将力施加到制动板上，以实现轮毂和轮胎的旋转。
在一些实施例中，上述制动片系统包括固定制动片和滑动制动片安装座内的滑动制动片，其中，致动器板与滑动制动片进行机械通信。在一些实施例中，致动器板固定到枢轴板上，其中，枢轴板与滑动制动片安装座机械连接，使得致动器板围绕枢轴板的运动改变滑动制动片的位置。
在一些实施例中，轮组件的防水等级至少达到IPX6。
在一些实施例中，上述轮胎是气球轮胎(balloon tire)。
在一些实施例中，上述轮胎是全地形轮胎(all-terrain tire)。
在一些实施例中，上述偏置系统被配置为在至少(i)电机失去动力或(ii)电机停止运行的情况下防止轮毂和轮胎旋转。
在另一示例实施例中，提供一种机动轮组件。该机动轮组件包括轮毂内电机，其包括定子和转子，及限定第一端和第二端的轴。上述轴的第一端与定子连接。机动轮组件包括与上述轴的第二端连接的轴附接件(shaft attachment)；及至少一根与定子电气通信并延伸至连接线接口的连接线。这至少一根连接线被配置为从外部电源向电机供电。机动轮组件还包括一轮毂，该轮毂附接至上述转子并被配置为与转子一起旋转。轮毂围绕上述轴的一部分布置。上述轴的该部分在第一端和密封位置之间延伸，该密封位置位于上述轴的第一端和第二端之间。机动轮组件还包括密封板，其在密封位置处设置在轮毂内；及轮胎，其设置在轮毂周围。上述连接线接口位于密封板外部，并且，上述至少一根连接线至少部分地在上述轴内延伸，并且在密封位置之后和轴附接件之前延伸到上述轴的外部，使得轴附接件可附接至可移动设备的任何轮轴上，而连接线接口位于该附接件的外部。
在一些实施例中，上述至少一根连接线和连接线接口不随转子和轮胎旋转。在一些实施例中，机动轮组件进一步包括附接至上述轴的至少一个凸台、及与轮毂机械连接的至少一个衬套，这至少一个衬套被配置为围绕上述至少一个凸台和上述至少一个连接线旋转。上述至少一个凸台被配置为沿上述轴分配机动轮组件产生的载荷。
在一些实施例中，上述轴附接件被配置为附接至任何轮轴。
在一些实施例中，上述轮组件是防水的。
在一些实施例中，上述机动轮组件进一步包括轮毂内制动系统，其中，该轮毂内制动系统设置在轮毂内。
在一些实施例中，上述至少一根连接线被配置为从外部通信源向电机提供通信信号。
在另一示例实施例中，提供一种用于沙地的机动轮组件。该机动轮组件包括轮毂内电机，其包括定子和转子；及连接至定子的轴。该机动轮组件还包括至少一根与定子电气通信的连接线，其中，这至少一根连接线被配置为从外部电源向电机供电。该机动轮组件进一步包括附接至转子并被配置为与转子一起旋转的轮毂；及围绕轮毂设置的气球轮胎。
在一些实施例中，上述机动轮组件的防水等级至少达到IPX6。在一些实施例中，上述机动轮组件进一步包括密封板，其被配置为密封与轮毂内电机相对的轮毂；设置在轮毂内电机和轮毂之间的第一密封环；设置在密封板和毂之间的第二密封环；设置在上述轴和密封板之间的轴密封环；及设置在上述至少一根连接线和密封环之间的连接线密封环。
在一些实施例中，上述机动轮组件进一步包括轮毂内制动系统。
此外，本文还考虑轮毂组件和各种进一步的子组件的示例实施例，以及相关的使用方法和制造方法。
附图简要说明
在对本发明进行了概括性说明之后，现在将参照附图，其中，这些附图不一定按比例绘制，其中：
图1A-图1B示出了根据本文讨论的一些实施例的示例机动轮组件的立体图；
图2示出了根据本文讨论的一些实施例的机动轮毂组件的侧视图；
图3A示出了根据本文讨论的一些实施例的图2所示机动轮毂组件的分解图；
图3B示出了根据本文讨论的一些实施例的图2所示机动轮毂组件的内容物的侧视图；
图4A示出了根据本文讨论的一些实施例的电机与轴和连接线的连接的立体图；
图4B示出了根据本文讨论的一些实施例的电机密封板在与电机连接之前的立体图；
图4C示出了根据本文讨论的一些实施例附接至电机的电机密封板的立体图；
图5A示出了根据本文讨论的一些实施例附接至电机的轴的立体图；
图5B示出了根据本文讨论的一些实施例的外轮毂的立体图；
图5C示出了根据本文讨论的一些实施例，外轮毂与电机相互作用的剖视图；
图6示出了根据本文讨论的一些实施例的轮毂组件的一部分的特写立体图；
图7A示出了根据本文讨论的一些实施例的内轮毂的立体图，示出了轮毂内制动系统的部分；
图7B示出了根据本文讨论的一些实施例的内轮毂的立体图，示出了轮毂内制动系统的部分；
图8A示出了根据本文讨论的一些实施例的内轮毂的立体图，示出了轮毂内制动系统的部分；
图8B示出了根据本文讨论的一些实施例的轮毂内制动系统的一部分的剖视图；
图8C示出了根据本文讨论的一些实施例的内轮毂和轮毂内制动系统的立体图；
图8D示出了根据本文讨论的一些实施例的制动片系统的一部分的立体图；
图8E示出了根据本文讨论的一些实施例，图8D所示制动片系统的该部分沿剖面线8E的剖视图；
图9A示出了根据本文讨论的一些实施例的内轮毂和轮毂内制动系统的特写立体图；
图9B示出了根据本文讨论的一些实施例的内轮毂和轮毂内制动系统的特写立体图；
图9C示出了根据本文讨论的一些实施例的内轮毂和轮毂内制动系统的立体截面图；
图10A示出了根据本文讨论的一些实施例的邻近密封板设置的轮毂内制动系统的一部分的立体图；
图10B示出了根据本文讨论的一些实施例，图10A所示轮毂内制动系统的该部分沿剖面线10B的剖视图；
图10C示出了根据本文讨论的一些实施例，与轮毂内制动系统相对的密封板的立体图；
图11A示出了根据本文讨论的一些实施例，邻近密封板设置的轮毂内制动系统的立体图，其中，制动系统被接合；
图11B示出了根据本文讨论的一些实施例，邻近密封板设置的轮毂内制动系统的侧视图，其中，制动系统被接合；
图11C示出了根据本文讨论的一些实施例，电机密封板配置的立体图，其中，制动系统被接合；
图12A示出了根据本文讨论的一些实施例，邻近密封板设置的轮毂内制动系统的立体图，其中，制动系统处于脱离状态；
图12B示出了根据本文讨论的一些实施例，邻近密封板设置的轮毂内制动系统的侧视图，其中，制动系统处于脱离状态；
图12C示出了根据本文讨论的一些实施例，电机密封板配置的立体图，其中，制动系统处于脱离状态；及
图13示出了根据本文讨论的一些实施例，图2所示机动轮毂组件沿剖面线13的剖视图。
具体实施方式
下文将参照附图对本发明的示例实施例进行更全面的描述，其中，这些附图中示出了本发明的部分而非全部实施例。事实上，本发明可以以许多不同的形式体现，不应被理解为仅限于本文所阐述的示例实施例；更确切地说，提供这些实施例是为了使本公开满足适用的法律要求。相同的附图标记指代相同的元件。
轮组件(wheel assemblies)用于设备上，以帮助设备运输。许多不同类型的运输工具使用不同的轮组件。轮组件在轮胎类型和尺寸、电机位置(motor position)、电机支架(motor support)、制动器配置等方面基本上是可定制的。在这方面，不同的轮组件可配置用于不同的活动，例如，骑车(bicycling)、开车(driving)、推手推车(wheelbarrow)、拉货车(wagon)等。一般来说，不同的轮组件可根据活动类型、电机配置(motorconfiguration)、地形(terrain)或类似需求进行专门配置。本发明的各示例实施例涉及用于附接至多种类型设备的轮组件。
图1A-图1B示出了示例机动轮组件(motorized wheel assembly)100的立体图。轮组件100包括围绕轮毂(hub)120设置的轮胎(tire)101。轮毂组件120可被配置为支撑轮胎101并与轮胎101一起旋转。在一些实施例中，轮毂组件120的一端可通过密封板(sealingplate)122密封，轮毂盖(hub cap)121可与密封板122相对地设置(例如，粘接)在轮毂组件120上。在一些实施例中，轴附接件(shaft attachment)135可围绕一轴(参见例如图3A中的130)定位，该轴延伸穿过密封板122。在这方面，轮组件100可被配置为用轴附接件(shaftattachment feature)135附接至任何轮轴上。在这方面，本发明的示例轮组件可与非机动轮组件互换。同样，轮组件100也可从轮轴上拆卸下来，以便于存放。在一些实施例中，手动制动释放装置(manual brake release)155可通过密封板122定位，使得用户可旋转手动制动释放装置155以手动释放轮毂120内的制动系统(例如，图3B中的156和173)。
在一些实施例中，轮胎101可以是气球轮胎(balloon tire)。在这方面，轮胎101可以是为全地形配置的低压轮。在一些实施例中，轮胎101可被配置为在沙滩等沙地和/或泥地或其他松软地面上穿越。此外或替代地，轮胎101可被配置为在岩石和/或不平整的地形上穿越，例如，在崎岖小路上。
图2示出了轮毂组件102的侧视图(例如，不带轮胎101的轮组件100)。在一些实施例中，轮毂组件102可包括包括第一轮毂部分120a和第二轮毂部分120b的轮毂，其中，第一轮毂部分120a和第二轮毂部分120b可连接并形成防水密封。在一些实施例中，电机110可附接至第一轮毂部分120a。如本文所述，电机110可与被配置为手动解锁制动系统的手动制动释放装置155保持机械连接。在一些实施例中，轴(例如，图3A中的130)可在电机110和轴附接部件135之间延伸穿过轮毂组件102。在一些实施例中，轮毂组件120可被配置为围绕轴130旋转。在这方面，与第一轮毂部分120a或第二轮毂部分120b保持机械连接的部件也可围绕轴130旋转。此外，与轮毂组件120进行机械连接的任何部件均可被配置为与轮毂组件120一起绕轴130旋转。
如本文将进一步讨论的，轮毂组件102可进一步包括从电机110延伸穿过轮毂102的连接线131。在一些实施例中，连接线131可延伸到密封板(例如，图1A中的122)外部，以便在连接接口处连接。在一些实施例中，连接接口可以连接到至少一个电源，例如，电池。因此，该电池可安装在运输设备(如手推车(cart)、轮椅、手推购物车(push cart)、小型机动车辆(buggy)等)内或运输设备上。上述连接接口还可包括与用户输入装置(例如，油门(throttle)、操纵杆(joystick)等)的连接，该用户输入装置被配置为控制轮组件100的机动运动(例如，正向或反向操作电机、制动电机、引导轮组件等)。
图3A-图3B示出了轮毂组件102内的各种部件及其结构。具体地说，图3A示出了各部件的分解图，图3B示出了没有轮毂102的轮毂组件102的侧视图。这些视图提供了轮毂组件102的一般结构，下文中将参照本文中的其他图对其进行更详细的描述。在一些实施例中，制动系统可包括偏置系统(biasing system)173(图3B)和制动片系统(brake padsystem)156。制动系统可默认为接合状态，并可在受力(例如，电机110或手动制动释放装置155)时脱离。在一些实施例中，制动轴(brake shaft)143可在电机110和制动系统之间转换制动系统状态(例如，接合或脱离)。
在一些实施例中，电机110可设置在轮毂组件102的外端。电机110可从连接线131接收电力，连接线131可连接到外部电源，例如，电池。在一些实施例中，电源可安装在设备(例如，轮椅、手推车(pushcart)、小型机动车辆(buggy)等)的主体上。在一些实施例中，连接线131可连接至连接线端子133，该连接线端子133将连接线131与电机线(motor wires)连接，以提供外部电源和电机110之间的电气通信。在这方面，在一些实施例中，电机110可接收来自不同来源(例如，电源和通信信号源)的电源和通信信号，而在其他实施例中，电机110可接收来自同一来源(例如，用户输入设备)的电源和通信信号。参照图4A-图4B，电机110包括转子111和定子112。在一些实施例中，转子111被配置为围绕静止的定子112旋转。在这方面，仅与转子111接触的任何部件可被配置为旋转，而仅与定子112接触的部件可是静止的。
在一些实施例中，参照图4A-图5C，轴130可通过定子突起(statorprotrusion)113、轴支架(shaft support)160和销(pin)连接至定子112。解释一下，参照图5A，轴支架160可围绕定子支架113和连接线131定位。在一些实施例中，轴支架160可至少部分呈圆锥形。在这方面，与定子突起113连接的一侧可小于与轴130连接的一侧。在一些实施例中，定子突起113可具有至少一个平的表面，使得轴支架160可与定子突起113接合而不会围绕定子突起113旋转。轴支架160可用螺母或类似的紧固装置固定在定子突起上。在一些实施例中，轴130可定位在轴支架160中，并用紧固件160a固定至轴支架160。在这方面，轴130相对于转子111可以是静止的。在一些实施例中，轴130可限定实心体，而在其他实施例中，轴130可至少部分是空心的。在这方面，可考虑轴130和电机110之间各种类型的连接。
在一些实施例中，连接线131可连接至定子112，与定子突起113和轴130相邻。在一些实施例中，连接线131可穿过轴支架160定位，并可在轴支架160内与轴130相邻固定。在这方面，在一些实施例中，连接线131可平行于轴130延伸，同时位于轴130外部。在其他实施例中，连接线131可穿过轴130延伸，连接线端子133可设置在轴130上。在这方面，连接线131和连接线端子133都可是固定的，因为各自都附接至轴130。
在一些实施例中，转子111可包括至少一个转子突起115。如图4A所示，这至少一个转子突起115可以是多于一个的突起。在这样的实施例中，这多个转子突起115可例如围绕转子111均匀地间隔开(但可考虑其他间隔)。
在一些实施例中，电机110可包括沿转子111的电机叶片(motor vanes)116。电机叶片116可在定子112和密封件165之间沿径向延伸。在一些实施例中，密封件165可形成为转子111的一部分，而在其他实施例中，密封件165可附接(例如，粘附)至转子111上。在一些实施例中，密封件165可在转子111和另一部件之间提供防水密封，以使轮毂组件102的电机110不透水。
在一些实施例中，参照图4A-图4C，电机密封板137可围绕密封件165定位，并可与上述至少一个转子突起115接合。在一些实施例中，可使用粘结剂(binder)将电机密封板137固定到密封件165上。在一些实施例中，粘结剂可通过室温硫化(room temperaturevulcanization，RTV)固化。在这方面，需要大气中的水分来固化粘结剂。在一些实施例中，电机密封板137可固定到密封件165上，从而使轮毂组件102的电机110部件防水。
在一些实施例中，参照图4B，电机密封板137可包括围绕周边布置的切口(cutouts)137a。在这方面，每个切口137a可对应于上述至少一个转子突起115并定位在这至少一个转子突起115上。在这方面，多个切口137a与这至少一个转子突起115之间的接合可保持电机密封板137在电机110上的放置和定位。在一些实施例中，电机密封板137可以是铝或不锈钢。
在一些实施例中，电机密封板137可包括抛光区域(polished area)137b。在一些实施例中，抛光区域137b可与轮毂组件120形成唇形密封(lip seal)，从而防止水渗入电机110。
在一些实施例中，电机密封板137可包括与轮毂120、及制动系统的部件相互作用的部件(features)。在一些实施例中，电机密封板137可包括至少一个扭矩传递部件(torque transfer feature)153。在一些实施例中，这些扭矩传递部件153可围绕电机密封板137均匀间隔开，而在其他实施例中，这些扭矩传递部件153可围绕电机密封板137分布，但不一定是等间隔的。在一些实施例中，可具有四个扭矩传递部件。在一些实施例中，第一和第二扭矩传递部件可相隔20度，第二和第三扭矩传递部件可相隔160度，第三和第四扭矩传递部件可相隔20度，第四和第一扭矩传递部件可相隔160度。因此，第一与第二扭矩传递部件之间的间距、及第三与第四扭矩传递部件之间的间距可为轮毂提供例如相对于电机110的10度旋转，如本文所讨论的，这可转化为制动系统，特别是磁体系统(例如，图3B中的173)的90度旋转。在这方面，如本文将讨论的，轮毂组件120的扭矩传递块(torquetransferblock)154可定位在第一与第二扭矩传递部件之间、及第三与第四扭矩传递部件之间，使得轮毂的扭矩传递块154可在扭矩传递部件153之间旋转10度(例如，正向和负向)，以使制动系统接合或松开。
参照图4C，在一些实施例中，可在每个扭矩传递部件153周围设置缓冲器(bumper)153a。缓冲器153a可以是橡胶材料，以提供柔和的交互作用和电机的安静运行。
在一些实施例中，电机密封板137可包括齿轮部分(gear section)159。在一些实施例中，齿轮部分159可与扭矩传递部件153之一相接。齿轮部分159可提供制动轴(参见例如图2中的143)与电机(参见例如图2中的110)之间的机械连接点，以将制动系统(和/或其部件，例如，致动器板(actuatorplate)141)从接合位置过渡到脱离位置(disengagedposition)。
电机密封板137可进一步包括至少一个扭转弹簧安装部件(torsion springmounting feature)158。在一些实施例中，电机密封板137可包括两个径向(在直径上)相对的扭转弹簧安装部件158。在这方面，第一扭转弹簧安装部件158可设置在齿轮部分159与扭矩传递部件153之间，而第二扭转弹簧安装部件158可设置在两个扭矩传递部件153之间。在一些实施例中，扭转弹簧安装部件158可包括安装座(mount)158b和凹槽部件(groovefeature)158a。扭转弹簧139可定位在扭转弹簧安装座158上，使得扭转弹簧139的主体定位在安装座158b上，且扭转弹簧139的支腿139a固定在凹槽部件158a中。
在一些实施例中，扭转弹簧139可以是螺旋弹簧(coil spring)，而在其他实施例中，扭转弹簧可以是板簧(leafspring)。如前所述，在轮毂与电机之间有10度的相对运动，使得电机可以在不传递扭矩的情况下关闭制动器。当制动系统处于接合位置时，扭转弹簧158处于中立位置(neutral position)，此时弹簧支腿139a上没有对向力，然而，当制动系统松开时，其中一个支腿139a从凹槽部件158移开，以考虑轮毂与电机110之间的相对运动。
图5A-图5C示出了轮组件的第一轮毂部分。图5A示出了电机110、轴130和电机密封板137，图5B示出了第一轮毂部分120a及其部件，图5C示出了当第一轮毂部分与电机接合时第一轮毂部分120a的横截面。
在一些实施例中，第一轮毂部分120a可限定从外缘191到内缘192的变直径(changing diameter)。在这方面，外缘191的直径可大于内缘192的直径。在一些实施例中，第一轮毂部分120a的外缘191可被配置为与电机(例如，图2中的110)连接。在一些实施例中，外缘191的直径可大于电机直径，使得电机110可嵌入第一轮毂部分120a内。在一些实施例中，第一轮毂部分120a可包括肋(rib)193。肋193可模压到轮毂120a中。在一些实施例中，唇形密封件(lip seal)117可设置在肋193上方。唇形密封件117可由橡胶或类似基材形成。在一些实施例中，唇形密封件117可对应并密封至电机密封板137的抛光表面137b，从而为轮毂组件提供防水性能。第一轮毂部分120a可包括至少一个电机O形圈(motor o-ring)183，其被配置为在第一轮毂部分120a与电机(例如，图2中的110)之间提供防水密封。
在一些实施例中，第一轮毂部分120a可包括一个或多个径向(在直径上)相对的扭矩传递块(torque transferblocks)154。如上所述，当第一轮毂部分120a与电机密封板137接合时，扭矩传递块154可定位在扭转扭矩部件153之间。在这方面，第一轮毂部分120a可被配置为围绕轴130旋转，其中，旋转的角度受扭矩传递部件153的约束。为了说明这一点，扭矩传递块154被配置为可在相邻扭矩传递部件153之间移动。因此，电机与第一轮毂部分120a之间的旋转受限于电机密封板137上相邻扭矩传递部件153之间的空间大小。因此，正如本文将进一步讨论的那样，制动轴143旋转90度相当于电机密封板137旋转10度，扭矩传递部件153可相隔20度，这样制动轴可从中立位置(例如，制动系统接合的位置)顺时针或逆时针旋转90度。在其他实施例中，制动轴143的90度旋转可对应于3度旋转、5度旋转、8度旋转，甚至在某些实施例中大于10度旋转。
在一些实施例中，制动轴143可通过制动轴柱(brake shaft column)123定位在第一轮毂部分120a内。在一些实施例中，制动轴143可通过一个或多个紧固件固定在第一轮毂部分120a内。此外，制动轴143可包括位于制动轴143一端的小齿轮(gearpinion)143a。在一些实施例中，小齿轮143a还可将制动轴143固定在制动轴柱123内。在这方面，小齿轮143a的直径可大于制动轴柱123的直径，因此，一旦将小齿轮143a固定在制动轴143上(例如，通过螺钉或类似紧固件)，制动轴就无法穿过制动轴柱123。在一些实施例中，制动轴柱123可以是轮毂内制动系统(包括制动片系统156和偏置系统173)与轮毂120之间的接触点。
第一轮毂部分120a可进一步包括用于接收叶片部件(blade features)138的开口。在一些实施例中，当第一轮毂部分120a与电机密封板137接合时，叶片部件138可位于扭转弹簧139的支腿139a之间。在一些实施例中，叶片部件138被配置为将每个扭转弹簧139的一个弹簧支腿139a移离凹槽部件158a达10度。在这方面，将制动偏置系统173从接合位置转换到脱离位置的力会导致轮毂组件120旋转，进而导致与弹簧支腿139a接合的叶片部件138移动其中一个支腿139a。当电机旋转且制动系统脱离时，该力由电机维持。但是，一旦电机停止转动，弹簧支腿139a就会提供足够大的力，使轮毂转动，进而启动制动系统。
在一些实施例中，第一轮毂部分120a可包括多个连接器通道(connectorchannels)125。在一些实施例中，连接器通道125可在第一轮毂部分120a与第二轮毂部分(例如，图3A中的120b)之间延伸。连接器通道125可被配置为接收紧固件127，例如，用于将第一轮毂部分120a固定到第二轮毂部分120b的螺钉或类似装置。在一些实施例中，紧固件127可以是六角螺栓(hex bolt)或类似的螺栓。在一些实施例中，螺母126可以是垫圈(washer)。在一些实施例中，可至少有两个连接器通道125，而在其他实施例中，可至少有6个连接器通道125。在提供多于一个的连接器通道125的实施例中，这些连接器通道125可在轮毂120内均匀间隔开。
在一些实施例中，第一衬套(firstbush)161可设置在第一轮毂部分120a内。在一些实施例中，第一衬套161可通过用于接收叶片部件183的槽固定在第一轮毂部分120a内。在一些实施例中，第一衬套161可用螺钉或类似的紧固装置固定在第一轮毂部分120a中。第一衬套161可在轴支架160上方旋转。第一轮毂部分120a可进一步包括固定环(retainingring)163，用于将第一衬套161在第一轮毂部分120a内保持就位。在一些实施例中，卡簧(circlip)可进一步位于固定环163上方，以将第一轮毂部分120a和电机110固定为单件。
图6示出了装配好第一轮毂部分120a的轮毂组件102的立体图。在一些实施例中，轴130可包括连接线端子(connection wire terminal)133，其提供电机110与外部电源和其他控制器之间的电气通信。在一些实施例中，可在轴130和连接线端子133周围设置电缆套管(cable sleeve)134，以在轮组件100运行期间保护连接。
参照图7A-图7B，其示出了制动片系统(例如，图3B中的156)的一部分，在一些实施例中，该制动片系统可设置在第二轮毂部分102b内。在一些实施例中，第二轮毂部分102b可被配置与第一轮毂部分120a类似的特征。在一些实施例中，第二轮毂部分102b可在内缘和外缘之间限定与第一轮毂部分102a对称的外轮廓。在一些实施例中，第二轮毂部分120b可包括比第一轮毂部分120a数量更多的连接器通道。在这方面，第一连接器通道125a可与第一轮毂部分120a的连接器通道125相对应。第一连接器通道125a可与连接器通道125对齐，以通过连接器通道紧固件127将第一轮毂部分120a和第二轮毂部分120b固定在一起。
在一些实施例中，第二轮毂部分120b可包括上制动片通道125b(upperbrake padchannels)和下制动片通道(lowerbrake pad channel)125c。这些上制动片通道125b和该下制动片通道125c可位于第一通道125a之间，并可被配置为将固定制动片安装座185固定至第二轮毂部分120b。在一些实施例中，固定制动片安装座185可用紧固件185a固定至第二轮毂部分120b。在一些实施例中，紧固件185a可以是螺钉、螺栓或其他类似紧固件。在一些实施例中，固定制动片安装座185可被配置为固定固定制动片186。固定制动片186和固定制动片安装座185被配置为将制动扭矩传递到轮毂120。
参照图8A-图8E，制动板142可邻近固定制动片186和固定制动片支架185定位。在一些实施例中，制动板142可围绕轴130沿周向延伸，并可围绕轴130静止。在一些实施例中，制动板142可附接至内凸台(innerboss)170。在一些实施例中，内凸台170可与轴130键合，例如以防止绕轴旋转，但内凸台170可沿着轴130沿轴向滑动。在这方面，内凸台170可被设计成接收径向载荷。
滑动制动片安装座187可在与固定制动片安装座185相对的面上邻近制动板142定位。在一些实施例中，滑动制动片安装座187可通过紧固件127附接至固定制动片安装座185。滑动制动片安装座187可被配置为相对于制动板142移动。滑动制动片安装座187可包括位于滑动安装座189上的滑动制动片188。滑动安装座189被配置为垂直于制动板142移动，使得当制动系统接合时固定制动片186和滑动制动片188夹住制动板142以接合制动器并停止轮毂系统120的旋转。在一些实施例中，滑动制动片安装座187可包括一附接点，用于固定致动器板，这一点将在本文中讨论。
图9A-图9C示出了制动系统内的偏置系统173。在一些实施例中，偏置系统173可以是磁体系统、弹簧系统或可在第一位置和第二位置之间移动的类似系统。在一些实施例中，偏置系统173可包括磁体固定座(magnet holder)174，其自制动轴143延伸并锁定至(例如，可随制动轴143旋转)制动轴143。因此，当制动轴143旋转时，磁体固定座174也以相同的角度从第一位置旋转到第二位置。磁体固定座174可邻近制动板143定位但不与之接触。在一些实施例中，阻尼器(dampener)177可设置在制动轴143上方，与磁体固定座174保持一致。阻尼器177可以是弹性材料，例如，橡胶，用于使致动器板141从接合位置转换到脱离位置时的运动变柔和。
磁体固定座174保持磁体175，磁体175被配置为与致动器板141接合。致动器板141在制动轴143与滑动制动片安装座187之间延伸。此外，致动器板141围绕轴130延伸。在一些实施例中，致动器板141可由磁性金属(magnetic metal)制成。在这方面，当磁体175处于第一位置并向致动器板141提供磁力(其从而作为第一偏置力将致动器板141保持在接合位置)时，致动器板141可被磁体175吸引并保持。致动器板141可被配置为相对于制动轴141和轴130运动(例如，沿其运动和/或相对于其旋转(例如，倾斜))。解释一下，致动器板141可通过支架(holder)190保持在滑动制动片安装座187中。支架190可作为致动器板141的旋转点，更具体地说是枢轴板(pivotplate)179的旋转点。在一些实施例中，螺钉178可固定在枢轴板179内，并可与滑动安装座189保持机械通信。
在这方面，当致动器板141绕枢轴板179旋转时，螺钉178的位置移动，进而导致滑动安装座189移动，因此导致滑动制动片188移动。在这方面，致动器板与制动轴143之间的接触开口可提供足够大的开口，以便致动器板141可沿着制动轴143沿轴向移动。
图10A-图10C示出了轮毂系统的部件及密封板122上的偏置系统173部件。在一些实施例中，密封板122可被配置为在沿轴120的密封板位置处与外缘(例如，图5B中的191)相匹配。在一些实施例中，该密封板可包括轴孔(shaft hole)、制动轴孔(brake shafthole)和螺孔(screw hole)。在一些实施例中，轴孔、制动轴孔和螺孔中的每个孔都可线性对齐，并且每个孔的大小都可以接收各自的部件(feature)。如本文所述，每个孔均可包括密封配件(sealing fitting)，例如，O型密封圈或塞子(plug)。在一些实施例中，密封板122可被配置为与轮毂组件102一起旋转。
在一些实施例中，内衬套171可设置在密封板122内，例如以使密封板122围绕轴130，特别是内凸台170旋转。如前所述，由于内衬套171固定在密封板122内，因此，内凸台170只能接收径向载荷，而相比之下，被配置为凸台的轴支架160被配置为接收径向和轴向载荷。在这方面，来自电机110的载荷分布在轮毂内，而不需要电机两侧的外部支撑，例如自行车前叉之间的支撑。
在一些实施例中，第一衬套161和内衬套171可由热塑性塑料制成。在一些实施例中，可使用高强度、低摩擦的热塑性塑料，例如，缩醛(acetal)、尼龙(nylon)或超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。在这方面，第一衬套和内衬套161、171可在高温下保持稳定，并可被配置为承受物理和机械应力，例如，分配和接收来自轮组件的载荷。在一些实施例中，内衬套171和第一衬套161可以是相同的(例如，在形状、尺寸和材料方面)。在这方面，第一衬套161和内衬套171中的每一个都可包括至少一个凹槽(groove)171a，其被配置成与轮毂相互作用。
回到图中，密封板122可包括与制动轴开口邻近的磁性板(magnetic plates)176。在一些实施例中，磁性板176可以是钢或类似金属。磁性板176可被配置为用于将磁场从磁体和致动器板141传递到磁体175和磁性板176。在这方面，由于磁体175和致动器板141之间形成了较大的磁场，当磁体175从致动器板上移开时，需要一个力来移动并克服该磁场。然而，将磁性板176邻近致动器板141定位(并与致动器板141错位)，可使磁场从致动器板141转移到其中一个磁性板176，从而使制动器的接合与脱离之间的转换更加容易。
在一些实施例中，致动器板141可以其他方式偏置到脱离位置，例如由于偏置元件(例如，弹簧、磁体(如辅助磁体(secondary magnet)167)或其他元件)，或形成致动器板141的材料的自然偏置，或其组合。在这方面，一旦磁体175的磁力被移除(例如，第一偏置力被移除)，致动器板141就可通过第二偏置力转换到脱离位置。值得注意的是，在这样的实施例中，第二偏置力可小于第一偏置力，使得致动器板141仍有偏置以移动到接合位置或保持在接合位置(如本文所述)。
在一些实施例中，第二垫片(secondpad)168可设置在磁性板176的下方。第二垫片168可阻尼致动器板141从接合位置到脱离位置的转换。在一些实施例中，辅助磁体167可设置在磁性板176上方。辅助磁体167可被配置为将致动器板保持或部分保持在脱离位置和/或提供第二偏置力(或其一部分)。
在一些实施例中，密封板122可包括由密封件(seal)覆盖的开口178a，以提供接近螺钉178的通道，用于手动调节螺钉178的位置，从而调节滑动制动片188的位置。这可为用户提供收紧或松动制动板142上的制动力的方法。
在一些实施例中，制动轴143可附接至手动制动释放装置155，该手动制动释放装置位于密封板122的外部面上。在一些实施例中，手动制动释放装置可从空档(neutral)旋转例如90度以松开制动系统。在这方面，为了手动释放制动系统，例如，为了手动移动，可旋转手动制动释放装置155以松开制动系统并允许轮组件移动。
在一些实施例中，每个开口可包括密封部分，以防止水进入轮毂组件102。例如，制动轴密封件122b可设置在制动轴开口内，O型密封圈165可设置在轴开口内。
下面将参照图11A-图12C进一步讨论制动组件。图11A-图11C示出了制动系统接合时制动系统部件的各种视图，而图12A-图12C则示出了制动系统松开时制动系统部件的视图。
在接合位置，偏置系统对准中立位置(例如，第一位置)。在这方面，在一些实施例中，制动系统的默认位置是使制动系统接合，从而防止轮组件旋转。在接合或中立位置，磁体175与致动器板141磁连接。在接合位置，致动器板141平行于密封板122和制动板142延伸。在此位置，螺钉178与滑动制动片安装座，特别是滑动安装座(参见例如图8D中的189)接合，使得滑动制动片188和固定制动片186夹住制动板142。在这方面，滑动制动片188和固定制动片186对制动板142的作用力可防止制动板142旋转。
图11C示出了处于接合或中立位置的电机密封板137和第一轮毂部分120a的一部分。在接合位置，扭矩传递块154位于两个相邻的扭矩传递部件之间。此外，(制动轴143的)小齿轮143a位于齿轮部分159的中心。在这方面，轮毂组件120可从中立位置顺时针或逆时针旋转，以松开制动系统。
在中立位置，扭转弹簧139处于中立位置。在这方面，叶片部件(例如图5B中的138)位于扭转弹簧139的支腿139a之间的中心位置。
当制动系统处于松开位置时，轮毂组件可绕轴130旋转。在松开位置，磁体175与密封板122上的磁性板176之一接合。由于磁体175不再与致动器板141保持磁通信，因此，致动器板141可通过围绕枢轴板179旋转而沿制动轴移动。当螺钉178与枢轴板179接合时，螺钉178可消除来自滑动制动安装座的部分力，从而消除来自滑动制动片188的部分力，从而减小制动板142上的滑动制动片188与固定制动片186之间的力。
此外，当制动轴旋转以促进磁体175从致动器板141到磁性板176的接合时，小齿轮143a沿着齿轮块(gearblock)159旋转。旋转后，扭矩传递块154与其中一个扭矩传递部件153相接。在轮毂组件旋转时，通过叶片部件138将张力施加到扭转弹簧139上。解释一下，在中立位置或制动系统啮合时，扭转弹簧139的支腿与叶片部件138和凹槽部件158a相接。然而，当制动系统松开时，叶片部件138会使每个扭转弹簧139的一个支腿从凹槽部件158a移开，从而在弹簧内产生张力。尽管磁体174与磁性板176之间的磁力可足够强大，足以在旋转过程中保持扭转弹簧139内的张力。在一些实施例中，当电机110停止转动时，弹簧内的张力可帮助轮毂组件回到中立位置。这将使小齿轮143a返回到中立位置，磁体175返回到第一位置，从而将致动器板141偏置到接合位置，使制动系统阻止轮毂和轮胎的旋转。在这方面，偏置系统被配置为至少在以下任一情况下防止轮毂和轮胎旋转：(i)电机失去动力或(ii)电机停止运行。
因此，在从脱离位置(其中，轮毂组件与转子一起绕轴和定子自由旋转)转换到接合位置的过程中，扭转弹簧139上的叶片部件138的张力会减小，使得轮毂通过叶片部件施加的力会小于扭转弹簧内的张力。扭转弹簧支腿内的张力可促使轮毂移回中立位置。
图13是图2中所示轮毂组件102沿剖面线13的剖视图。在第一轮毂部分120a与第二轮毂部分120b之间，轮毂O型密封圈182可定位以提供防水密封。在这方面，该轮毂O型密封圈182可填充第一轮毂部分120a与第二轮毂部分120b之间的凹槽，以防止水和其他灰尘和/或碎屑进入轮毂120的主体。
如上所述，电机O型密封圈183可设置在第一轮毂部分120a与电机110的转子111之间。在这方面，轮毂组件120与电机110之间的连接可是防水的，并可防止灰尘和/或其他碎屑进入轮毂主体及转子111与定子112之间。如本文所述，可在轮毂组件102的部件之间使用其他O型密封圈和/或密封件来使该组件防水。
在一些实施例中，轮毂组件102可完全防水。在一些实施例中，轮毂组件的防水等级可至少达到IPX6(例如，IPX6、IPX7、IPX8或其他类似于IPX6的公认防水标准(或未来制定的防水标准))。在这方面，轮毂组件102可免受来自任何角度的高压水流的影响。因此，本文所述的轮组件100可在潮湿环境中使用，而不会损坏其部件。
结论
对于本发明相关领域的技术人员而言，在受益于上述说明和相关附图的教导后，会想到本发明的许多修改和其他实施例。因此，应当理解的是，本发明的实施例并不局限于所公开的具体实施例，修改和其他实施例旨在包含在本发明的范围内。此外，尽管上述说明和相关附图在元件和/或功能的某些示例性组合的背景下描述了示例实施例，但应当理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可通过替代实施例提供元件和/或功能的不同组合。在这方面，例如，与上述明确描述的元件和/或功能的组合不同的组合也涵盖在本发明的范围内。尽管本文使用了特定术语，但这些术语仅在通用和说明意义上使用，而非用于限制目的。

Claims (23)

1.一种机动轮组件，其特征在于，其包括：
轮毂内电机，其包括定子和转子；
轴，其与所述定子连接；
轮毂内制动系统，所述制动系统包括：
偏置系统；
致动器板，其与所述偏置系统机械通信，其中，所述致动器板被配置为在脱离位置和接合位置之间至少部分地沿所述轴移动或相对于所述轴旋转；
制动板，其围绕所述轴定位，其中，所述制动板与所述致动器板间隔开；及
制动片系统，其与所述致动器板机械连接；
轮毂，其附接至所述转子并被配置为与所述转子一起旋转，其中，所述轮毂围绕所述轴和所述轮毂内制动系统设置；及
轮胎，其围绕所述轮毂设置；
其中，所述偏置系统被配置为将所述致动器板偏置到所述接合位置，以使所述制动片系统将力施加到所述制动板上，以防止所述轮毂和所述轮胎旋转。
2.根据权利要求1所述的机动轮组件，其特征在于，所述轮毂内制动系统被配置为绕所述轴旋转。
3.根据权利要求1所述的机动轮组件，其特征在于，所述偏置系统包括磁体，其中，所述磁体被配置为将所述致动器板吸引到所述接合位置。
4.根据权利要求3所述的机动轮组件，其特征在于，所述偏置系统进一步包括与所述致动器板相邻并与所述致动器板相对于所述轴错位的磁性板。
5.根据权利要求4所述的机动轮组件，其特征在于，所述磁体可绕磁体轴线在所述磁体与所述致动器板磁通信的第一位置和所述磁体与所述磁性板磁通信的第二位置之间旋转。
6.根据权利要求5所述的机动轮组件，其特征在于，当所述磁体处于所述第一位置时，所述磁体提供磁力，作为对所述致动器板的第一偏置力，其中，所述致动器板通过第二偏置力偏离所述磁体至所述脱离位置，其中，所述第二偏置力小于所述第一偏置力，并且，所述磁性板从所述磁体吸收足够量的磁力，以使所述第二偏置力能够使所述致动器板转换到所述脱离位置，使得所述制动片系统不会对所述制动板施加力以使所述轮毂和所述轮胎能够旋转。
7.根据权利要求1所述的机动轮组件，其特征在于，所述制动片系统包括固定制动片和滑动制动片安装座内的滑动制动片，并且，所述致动器板与所述滑动制动片进行机械通信。
8.根据权利要求7所述的机动轮组件，其特征在于，所述致动器板固定在枢轴板上，并且，所述枢轴板与所述滑动制动片安装座机械连接，使得所述致动器板围绕所述枢轴板的移动改变所述滑动制动片的位置。
9.根据权利要求1所述的机动轮组件，其特征在于，所述轮组件的防水等级至少为IPX6。
10.根据权利要求1所述的机动轮组件，其特征在于，所述轮胎是气球轮胎。
11.根据权利要求1所述的机动轮组件，其特征在于，所述轮胎是全地形轮胎。
12.根据权利要求1所述的机动轮组件，其特征在于，所述偏置系统被配置为至少在以下任一情况下防止所述轮毂和所述轮胎旋转：(i)所述电机失去动力或(ii)所述电机停止运行。
13.一种机动轮组件，其特征在于，其包括：
轮毂内电机，其包括定子和转子；
轴，其限定第一端和第二端，其中，所述轴的第一端与所述定子连接；
轴附接件，其与所述轴的第二端连接；
至少一根连接线，其与所述定子电气通信并延伸至连接线接口，其中，所述至少一根连接线被配置为从外部电源向所述电机供电；
轮毂，其附接至所述转子并被配置为与所述转子一起旋转，其中，所述轮毂围绕所述轴的一部分设置，其中，所述轴的所述部分在所述第一端和密封位置之间延伸，其中，所述密封位置位于所述轴的第一端和第二端之间；
密封板，其在所述密封位置处设置在所述轮毂内；及
轮胎，其围绕所述轮毂设置；
其中，所述连接线接口位于所述密封板外部，并且，所述至少一根连接线至少部分在所述轴内延伸并在所述密封位置之后和所述轴附接件之前延伸到所述轴外部，使得所述轴附接件可附接至可移动设备的任何轮轴上，而所述连接线接口位于所述附件外部。
14.根据权利要求13所述的机动轮组件，其特征在于，所述至少一根连接线和所述连接线接口不随所述转子和轮胎旋转。
15.根据权利要求14所述的机动轮组件，其特征在于，其进一步包括附接至所述轴的至少一个凸台、及与所述轮毂机械连接的至少一个衬套，所述至少一个衬套被配置为围绕所述至少一个凸台和所述至少一根连接线旋转，其中，所述至少一个凸台被配置为沿所述轴分配所述机动轮组件产生的载荷。
16.根据权利要求13所述的机动轮组件，其特征在于，所述轴附接件被配置为附接至任何轮轴。
17.根据权利要求13所述的机动轮组件，其特征在于，所述轮组件是防水的。
18.根据权利要求13所述的机动轮组件，其特征在于，其还包括轮毂内制动系统，其中，所述轮毂内制动系统设置在所述轮毂内。
19.根据权利要求13所述的机动轮组件，其特征在于，所述至少一根连接线被配置为从外部通信源向所述电机提供通信信号。
20.一种在沙地上使用的机动轮组件，其特征在于，所述机动轮组件包括：
轮毂内电机，其包括定子和转子；
轴，其与所述定子连接；
至少一根连接线，其与所述定子电气通信，其中，所述至少一根连接线被配置为从外部电源向所述电机供电；
轮毂，其附接至所述转子并被配置为与所述转子一起旋转；及
气球轮胎，其围绕所述轮毂设置。
21.根据权利要求20所述的机动轮组件，其特征在于，所述机动轮组件的防水等级至少达到IPX6。
22.根据权利要求21所述的机动轮组件，其特征在于，其还包括：
密封板，其被配置为密封与所述轮毂内电机相对的轮毂；
第一密封环，其设置在所述轮毂内电机和所述轮毂之间；
第二密封环，其设置在所述密封板和所述轮毂之间；
轴密封环，其设置在所述轴和所述密封板之间；及
连接线密封环，其设置在所述至少一根连接线和所述密封环之间。
23.根据权利要求22所述的机动轮组件，其特征在于，其还包括轮毂内制动系统。
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