TW201912505A - 輪轂及包含該輪轂的動力輪 - Google Patents

Abstract

一種輪轂，其能夠與輪的軸連接，使得輪轂能夠圍繞所述軸旋轉。所述輪轂包括適於可旋轉地支撐在所述軸上的輪轂殼體和包括定子和轉子的電動機。所述定子適於與所述軸固定地連接。所述轉子被構造成能夠相對於所述定子旋轉。所述轉子包括圓形轉子殼體，齒輪減速模塊位於所述圓形轉子殼體內。所述齒輪減速模塊的輸出與單向傳動模塊連接，所述單向傳動模塊又適於驅動所述輪轂殼體旋轉。由於所述齒輪減速模塊和所述單向傳動模塊包含在所述轉子內，所以可以減小動力輪的尺寸而不犧牲其性能。

Description

輪轂及包含該輪轂的動力輪

本發明係有關於一種自驅動的車輪，其適合於安裝在自行車，三輪車和四輪車上。

許多現代的自行車和其他類型的輕型車輛被設計成使用電力來驅動車輪以推進，作為人力腳踏的替代或作為其補充。例如，也被稱為動力輪的自驅動車輪安裝在在自行車上，該自行車的自行車車架上的不需要外部電動機和/或電池，因為動力輪本身包含內部電動機和可再充電電池。配備一個或兩個動力輪的自行車通常具有與傳統的人力蹬踏自行車相似的外觀，這是因為動力輪的集成設計沒有暴露部件。動力輪的所有主要部件通常都位於輪轂內，該輪轂位於動力輪的中心。

為了使得動力輪中的電動機能驅動動力輪，電動機的典型的高速和低扭矩輸出，必須被轉換成低速和高扭矩的旋轉力，以便驅動動力輪。如齒輪減速模組和單向傳動裝置之類的眾所周知的機構用於將電動機與動力輪連接以進行這種轉換。然而，在傳統動力輪中，必須使用動力輪輪轂內空間的大部分來放置齒輪減速模組和/或單向傳動裝置。這種配置無疑增加了動力輪轂的整體尺寸，使得動力輪的外觀不那麼具有吸引力。

鑒於上述背景，本發明的目的是提供一種消除或至少減輕上述技術問題的可選動力輪及其輪轂結構。

上述目的通過申請專利範圍獨立項的特徵的組合來實現；申請專利範圍的依附項公開了本發明的另外的有利的實施方式。

本領域技術人員將從以下描述中得出本發明的其它目的。因此，上述目的陳述並不詳盡，僅用於說明本發明的一些目的。

因此，本發明一方面為一種輪轂，其能夠與輪的軸連接，使得輪轂能夠圍繞所述軸旋轉。所述輪轂包括適於可旋轉地支撐在所述軸上的輪轂殼體，和包括定子和轉子的電動機。所述定子適於與所述軸固定地連接。所述轉子被構造成能夠相對於所述定子旋轉。所述轉子包括圓形轉子殼體，齒輪減速模組位於所述圓形轉子殼體內。所述齒輪減速模組的輸出與單向傳動模組連接，所述單向傳動模組又適於驅動所述輪轂殼體旋轉。

優選地，所述齒輪減速模組還包括偏心齒輪模組。所述偏心齒輪模組的輸入與所述轉子殼體連接。 所述偏心齒輪模組的輸出與單向傳動模組連接。

更優選地，所述偏心齒輪模組還包括適於被可旋轉地支撐在所述軸上的偏心齒輪。所述偏心齒輪與所述轉子殼體固定地連接並且可由所述轉子殼體驅動旋轉。

根據優選實施方式的變形，所述偏心齒輪通過連接構件與外齒圈連接。所述外齒圈適於在固定地安裝在所述輪轂殼體上的內齒圈內旋轉。

根據優選實施方式的另一變形，所述外齒圈包括外齒；所述內齒圈包括內齒。任何時候只有所述外齒的一部分與所述內齒的一部分嚙合。所述外齒圈具有與所述內齒圈的中心軸線偏離的中心軸線。

根據優選實施方式的又一變形，所述外齒的數量比所述內齒的數量少。

在一個變形中，所述外齒圈與輸出托架連接以驅動其旋轉。所述輸出托架與所述單向傳動模組連接以向其提供所述齒輪減速模組的輸出。述輸出托架具有與轉子相同的旋轉軸線。

在另一變形中，所述齒輪減速模組是行星齒輪模組。所述行星齒輪模組的輸入與電動機的輸出軸連接。所述行星齒輪模組的輸出與所述輪轂殼體連接。

優選地，所述行星齒輪模組還包括適於被可旋轉地支撐在所述軸上的太陽齒輪。所述太陽齒輪與轉子殼體固定地連接並且可由後者驅動旋轉。

更優選地，所述太陽齒輪與多個行星齒輪連接，所述行星齒輪由固定地安裝在所述輪轂殼體上的內齒圈限制。所述行星齒輪適於在所述內齒圈內圍繞所述太陽齒輪旋轉。

根據優選實施方式的變形，所述多個行星齒輪與輸出托架連接以驅動所述行星齒輪旋轉。所述輸出托架與所述單向傳動模組連接以向其提供所述齒輪減速模組的輸出。所述輸出托架具有與軸相同的旋轉軸線。

根據優選實施方式的另一變形，所述單向傳動模組為單向傳動離合器。

可選地，所述單向傳動模組為單向傳動軸承，其將所述齒輪減速模組支撐在所述輪轂殼體。

在一個變形中，所述單向傳動軸承至少部分容納在所述輪轂殼體內。

在另一變形中，所述輪轂還包括與所述殼體固定地連接的鏈輪。所述鏈輪適於與外部鏈條連接並由其驅動。

根據本發明的另一方面，公開一種動力輪，其適於與車架連接。所述動力輪包括：用於將所述動力輪與車架的軸連接，輪轂，及與所述輪轂的輪轂殼體固定地連接的輪緣。所述輪轂包括適於可旋轉地支撐在所述軸上的輪轂殼體，和包括定子和轉子的電動機。所述定子適於與所述軸固定地連接。所述轉子被構造成能夠相對於所述定子旋轉。所述轉子包括圓形轉子殼體，齒輪減速模組位於所述圓形轉子殼體內。所述齒輪減速模組的輸出與單向傳動模組連接，所述單向傳動模組又適於驅動所述輪轂殼體旋轉。

優選地，所述動力輪，還包括多個輪輻；所述輪轂的殼體通過多個所述輪輻與所述輪緣連接。

根據本發明的又一方面，公開一種輪轂，其能夠與輪的軸連接，使得所述輪轂能夠繞所述軸旋轉。所述輪轂包括適於可旋轉地支撐在所述軸上的輪轂殼體，及包括定子和轉子的電動機。所述定子適於與所述軸固定地連接。所述轉子被構造成能夠相對於所述定子旋轉。所述轉子包括轉子殼體。所述轉子還包括位於轉子殼體內的單向傳動模組和軸承。

優選地，所述單向傳動模組和所述軸承將所述轉子與輸出托架連接。所述輸出托架與所述輪轂殼體固定地連接並且適於驅動所述輪轂殼體相對於所述軸線旋轉。

更優選地，所述單向傳動模組和所述軸承沿所述電動機的軸向方向對準。

在一個變形中，所述單向傳動模組為單向軸承。

根據本發明的又一方面，公開一種動力輪，其適於與車架連接。所述動力輪包括用於將所述動力輪與車架的軸連接，輪轂及與所述輪轂的輪轂殼體固定地連接的輪緣。所述輪轂包括適於可旋轉地支撐在所述軸上的輪轂殼體，及包括定子和轉子的電動機。所述定子適於與所述軸固定地連接。所述轉子被構造成能夠相對於所述定子旋轉。所述轉子包括轉子殼體。所述轉子還包括位於轉子殼體內的單向傳動模組和軸承。

本發明有許多優點。首先，通過將齒輪減速模組和單向傳動機構定位在電動機的轉子內而不是將它們放置在電動機外部，輪轂的整體尺寸尤其在寬度方面（即，輪轂殼體的兩個側蓋之間的距離）顯著減小。因此，根據本發明的動力輪具有較小的寬度，並且可以製造為外形更像常規的自行車車輪（即，非動力輪型），其對用戶在視覺上有吸引力。同時，由於減速和單向離合器模組仍舊被保持在動力輪中，所以並沒有犧牲動力輪的性能。

另一方面，將齒輪減速模組和單向傳動機構設置在轉子內，意味著就輪轂的相同總體尺寸而言，其允許電動機本身具有更大的尺寸，並且自然而然地實現更好的性能。本領域技術人員應當理解，由於增強的磁場強度，更大的電動機（其將具有例如定子齒上的更多的線圈繞組和轉子上的更多磁體）以更高的速度和更大的轉矩輸出更強的旋轉力。 因此，本發明中的動力輪可以變化以適應較大的電動機，以改善動力輪的性能，而不需要損害其形狀因素。

本發明提供的動力輪對於下一代的四輪車輛是特別有用的。與具有來自內燃機和/或中央電動機的機械驅動力的傳統車輛相比，配備動力輪的車輛可以完全擺脫佔用車輛前部發動機艙的任何發動機或電動機。動力輪的數量例如可以是兩個或四個，這取決於車輛是二輪驅動型還是四輪驅動型。車輛中的中央控制器用於控制動力輪，使得車輛的每個車輪能夠輸出不同的扭矩。換句話說，與傳統車輛一樣，沒有更多的“扭矩分配”，而是可以在需要時單獨調整每個車輪的轉矩。這種配置對於需要可調節的扭矩以克服各種地形困難的越野車輛是有用的。此外，由於沒有中央發動機或電動機，因此不需要車輛中的機械傳動系統。因此，配備動力輪的車輛不容易發生機械故障，同時為乘客和/或貨物提供更多的內部空間。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

在下面的權利要求和本發明的前述描述中，除上下文另外因為明確的語言或必要的含義之外，詞語“包括”或諸如“包括”或“包含”的變體用於包括性的意思，即指定所述特徵的存在，但不排除在本發明的各種實施方式中存在或添加其它特徵。

如本文和權利要求書中所使用的，“耦合”或“連接”是指直接或間接經由一個或多個電氣裝置的電耦合或連接，除非另有說明。

諸如本文所使用的諸如“水平”，“垂直”，“向上”，“向下”，“上”，“下”的術語和類似術語是為了以正常的使用取向描述本發明的目的，並不旨在將本發明限制於任何特定取向。

圖1表示根據本發明的第一實施方式的動力輪。動力輪包括輪胎1、輪緣2、輪轂3和多個輪輻4。輪轂3通過多個輪輻4與輪緣2連接，使得當輪轂3通過機械力被驅動以移動時，輪緣2和輪轂3一起旋轉。為了能夠旋轉，輪轂3以及相應的輪緣2可旋轉地支撐在軸10上（稍後將詳細描述）。如本領域技術人員將理解的，輪胎1覆蓋輪緣2的外表面以保護輪緣並且實現更好的車輛性能。 該實施方式中的動力輪被製成典型的自行車車輪的尺寸，使得動力輪可以用於替換現有自行車上的普通自行車車輪，通過簡單地將車軸10與車架或更具體地自行車車架（未示出）的輸入連接。

現在請參閱圖2，輪轂的殼體由圓形頂蓋5和兩個側蓋7限定，頂蓋5和側蓋7通過螺釘13彼此連接以形成一體。動力輪的自驅動運轉所需的所有部件都包含在殼體內。輪轂殼體通過第一軸承8和第二軸承9可旋轉地支撐在軸10上。由最遠離開的兩個側蓋7的部分之間的距離限定的殼體的寬度大於輪胎1的寬度。確定這樣的殼體寬度是為了使殼體容納電動機，而其它傳動機構容納在電動機內，並且它們不佔用輪轂內部電動機外部的空間。在軸10的一端上，配置有鏈輪30，該鏈輪30固定在相鄰的側蓋7上並與其一起旋轉。如本領域技術人員將理解的，鏈輪30能夠與自行車的鏈條（未示出）接合。

軸10的兩端53被成形為具有扁平的橫截面，換句話說，兩端53具有沿著一個正交方向的尺寸與沿著另一正交方向的尺寸不同的橫截面。對應於軸端53的這種扁平的橫截面形狀，兩個鉤形墊圈18被構造成分別通過形成在鉤形墊圈18上的扁平開口（未示出）套在軸10的兩端53上。開口也具有扁平的形狀，因此它們對應於軸端53的橫截面形狀。因此，由於扁平的軸端53和鉤形墊圈18，軸10被禁止相對於鉤形墊圈18旋轉，鉤墊圈18用於將軸和動力輪安裝到自行車車架（未示出）上的輸入，如本領域技術人員將理解的那樣。電線67將動力輪轂中的電動機與通常安裝在自行車的框架上的外部控制器和/或附加電池連接。

如圖2所示，電動機被容納在輪轂殼體內在輪轂中心。電動機的尺寸由電動機殼體16限定，電動機殼體16具有與輪轂殼體相似的形狀因數，但僅比輪轂殼體小。電動機殼體16具有與軸10的相應的凹部（未示出）相配合的平鍵31，使得電動機整體與軸10牢固地連接並且不能相對於軸10旋轉。在電動機和頂蓋5以及底蓋6，還有其他內部空間33用於放置動力輪的其他部件，例如電池（未示出）。電動機殼體16由幾個通過螺釘11連接在一起的零件（未示出）組成。因此，電動機殼體16的結構類似於輪轂的殼體。在電動機殼體16內，包含轉子40和定子42，其與軸10圍繞中心軸線43同軸。線圈繞組45以本領域技術人員公知的方式構造在定子42上。定子42與電動機殼體16固定地連接，由於上述的平鍵31，並且與軸10固定地連接，使得定子42和電動機殼體16在動力輪的運轉期間保持靜止。另一方面，轉子40具有由轉子殼體限定的尺寸。轉子殼體具有與常規轉子的形狀相似的圓形形狀。 從圖2可以看出，在該實施方式中，轉子殼體由轉子的第一端的周向壁40b和一個側壁40a構成。然而，沒有側壁在轉子的與軸向第一端相反的第二端處形成轉子殼體40。而是，轉子40經由第三軸承12可旋轉地支撐在電動機殼體16上。在周向壁40b的外表面上設置有位於轉子殼體40頂部的磁體41。

如圖2所示的動力輪轂包含齒輪減速模組和單向傳動模組，兩者都位於轉子殼體40內，使得齒輪減速模組和單向傳動模組的沒有部分在電動機外部。 在齒輪減速模組中，有一個由第四軸承15支撐在軸10上的偏心齒輪17，因此偏心齒輪17可相對於軸10旋轉。偏心齒輪17進一步通過平鍵44與轉子殼體的側壁40a固定地連接，並與轉子殼體同時旋轉。 特別地，偏心齒輪17為兩級管狀，其第一段與轉子殼體連接並由第四軸承15支撐。另一端的偏心齒輪17的第二段聯接到外齒圈19。還有一個固定在偏心齒輪17上的平衡件29，以平衡由偏心齒輪17偏心旋轉引起的振動。偏心齒輪17的旋轉使外齒圈19移動。 同時，外齒圈19經由一個或多個第五軸承21支撐在偏心齒輪17上。注意，偏心齒輪17的第一段和第二段在其圓周方向上具有不同的厚度。 厚度的這種不等導致偏心齒輪17輸出偏心運動，這將在後面更詳細地描述。

外齒圈19由內齒圈20限制。圖3最好地示出了外齒圈19和內齒圈20之間的形狀和相互空間關係。外齒圈19適於在內圈齒輪20內旋轉。被稱為內齒圈20是因為它的齒形成在內齒圈20的內圓周表面。相應地，外齒圈19的齒形成在外齒圈19的外周表面。外齒圈19的半徑小於內齒圈20的半徑，外齒圈19上的齒數也比內齒圈20的齒數略少。在圖3所示的實施方式中，外齒圈19上有十八個齒，內齒圈20上有十九個齒。由於尺寸不同，外齒圈19的中心偏離內齒圈20的中心。外齒圈19適於在內齒圈20內旋轉，但是在任何時候，外齒圈19上僅有一部分齒與內齒圈上的齒的一部分嚙合。在如圖3所示的時刻，只有來自外齒圈19和內齒圈20的三個齒完全接合。 在外齒圈19上形成有兩個安裝孔23，用於聯接到齒輪減速模組的輸出端，這將在後面更詳細地描述。

回到圖2，內齒圈20被固定到齒輪支撐件24，齒輪支撐件24又固定到電動機殼體16上。結果，內齒圈20不適於旋轉。如上所述，襯套25在安裝孔23處安裝到外齒圈19。襯套25將外齒圈19與輸出托架22的一端連接。輸出托架22經由一個或多個第六軸承35可旋轉地支撐在齒輪支撐件24上。輸出托架22被配置成相對於軸10轉動但不直接與軸10連接。輸出托架22的另一端由連接凸緣26上的單向傳動機構支撐。該實施方式中的單向傳動機構是單向離合器27。連接凸緣26通過螺釘28固定到輪轂殼體的側蓋7。因此，連接凸緣26和輪轂殼體同時旋轉。在軸10的另一端，連接有與輪轂殼體固定地連接的制動凸緣47。

單向離合器27可以採用本領域技術人員所理解的任何已知的結構。 作為示例性實施方式，單向離合器27可以包括具有從動件（例如棘輪）和驅動件（例如，齒圈）的飛輪，所有這些都未在附圖中示出。如本領域技術人員理解的是，只有當驅動件的旋轉速度大於從動件的旋轉速度，從動件才能被驅動件驅動旋轉。 相反，當從動件以比驅動件的速度大的速度旋轉時，從動件滑過驅動件而不會使其轉動。

現在轉向上述動力輪的運轉。 參考圖2，在運轉期間，由於定子42和轉子40之間的磁通量的變化，一旦通電，動力輪中的電動機的轉子將圍繞中心軸線43開始旋轉。轉子的旋轉意味著磁體41固定在其上的轉子殼體相對於軸10旋轉。接下來，由於偏心齒輪17與轉子殼體40固定地連接，偏心齒輪17圍繞中心軸線43旋轉。然而，由於如上所述的偏心齒輪17的偏心形狀，偏心齒輪17經由連接部件29將偏心驅動力傳遞到外齒圈19。由於外齒圈19限制在固定內齒圈20內， 隨著偏心齒輪17旋轉，齒輪部分嚙合，外齒圈19在內齒圈20內旋轉。第五軸承21在其旋轉動作期間為外齒圈19提供支撐。外齒圈19的旋轉運動然後通過襯套25傳遞到輸出托架22。輸出托架22的轉動再次與轉子40同軸。注意，由於上述具有不同形狀和數量的齒的不同齒輪的接合，輸出托架22的旋轉速度比轉子40的速度小，特別是外齒圈19上的齒的數量略小於內齒圈20上的齒的數量。齒輪減速比可根據需要配置，例如在10％至50％的範圍內。如果動力輪不旋轉或以比連接凸緣26的速度慢的速度旋轉，則輸出托架22經由單向離合器27驅動連接凸緣26旋轉。在這種情況下，單向離合器27運轉以將動力從輸出托架22傳遞到連接凸緣26。連接凸緣26固定到輪轂殼體上並依次與鏈輪30連接，因此連接凸緣26的旋轉導致動力輪旋轉，從而移動與動力輪一起安裝的自行車。在整個過程中，軸10總是靜止。

然而，如果動力輪中的電動機旋轉，但動力輪以比連接凸緣26的速度更快的速度旋轉，則單向離合器27被禁用並且不從輸出托架22到連接凸緣26傳遞動力。因此，動力輪的（更快）的旋轉，例如在用戶騎自行車下坡的情況下，或者他非常快地踏自行車，不會導致電動機在輪轂上旋轉。 上述實施方式中的偏心齒輪模組有助於在循環期間平衡由自行車引起的振動，結果將使電動機的這種振動的影響最小化。

圖4-5示出了根據本發明的另一實施方式的動力輪轂，其中輪轂不包含偏心齒輪模組，而是行星齒輪模組。為了簡潔起見，這裡將只描述輪轂的部件不同於參照圖2-3所述的部件。在本實施方式中，行星齒輪模組包含在電動機的轉子內，但是單向傳動模組不是。特別地，本實施方式中的電動機包括定子142和轉子140。轉子140被構造成可相對於軸110旋轉，並且由電動機殼體116上的第一軸承112支撐。太陽齒輪117通過第二軸承115支撐在軸110上，太陽齒輪117通過平鍵144與轉子140固定地連接。太陽齒輪117與多個行星齒輪119嚙合，行星齒輪119可圍繞電動機的中心軸線143旋轉，並且還圍繞它們各自的旋轉軸線旋轉。

圖5更詳細地示出了圖3中的輪轂的行星模組。有三個行星齒輪119同時與太陽齒輪117和內齒圈120嚙合。內齒圈120通過螺紋固定到電動機殼體上，因此不能旋轉。 然而，由於內齒圈120和行星齒輪119之間的接合，行星齒輪119能夠旋轉，且隨著太陽齒輪117旋轉而同時旋轉。 可以看出，內齒圈120，太陽齒輪117和行星齒輪119的旋轉運動都共享相同的中心軸線。

回到圖4，內齒圈120固定到電動機殼體116。每個行星齒輪119可旋轉地套在相應的行星軸166上。行星軸166被緊緊地壓在輸出托架122上。 輸出托架122提供齒輪減速模組的輸出驅動力。 輸出托架122經由單向離合器127與連接凸緣126連接。連接凸緣126與輪轂殼體的側蓋105和鏈輪130固定地連接，使得它們在任何情況下一起旋轉。

在運轉期間，由於定子142和轉子140之間的磁通量的變化，一旦通電，動力輪中的電動機的轉子將圍繞中心軸線143開始旋轉。接下來，由於太陽齒輪117與轉子140固定地連接，太陽齒輪117圍繞中心軸線143旋轉。由於行星齒輪119被限制在固定內齒圈120內，行星齒輪119旋轉，且同時由於太陽齒輪117旋轉而旋轉。然後，行星齒輪119以低於轉子140的速度但高於轉子140的轉矩驅動輸出托架122繞中心軸線143旋轉。如果動力輪不旋轉或以比連接凸緣126的速度慢的速度旋轉，則輸出托架122通過單向離合器127驅動連接凸緣126旋轉。在這種情況下，單向離合器127運轉以將來自輸出托架122的動力傳遞到連接凸緣126。連接凸緣126固定到輪轂殼體，並且依次與鏈輪130連接，因此連接凸緣126的旋轉導致動力輪旋轉，從而將安裝有動力輪的自行車向前移動。在整個過程中，軸110總是靜止的。

圖6示出了本發明的另一實施方式。為了簡潔起見，這裡將只描述輪轂的部件不同於參照圖2-3所述的部件。在該實施方式中，不存在齒輪減速模組。而是，轉子240經由第一軸承252直接支撐在電動機的中空軸250上，中空軸250又通過第二軸承225支撐在軸210上。軸210穿過中空軸250，但是這兩個軸不一起旋轉。然而，轉子240僅通過單向軸承254驅動空心軸250旋轉，而不能通過不起驅動功率傳遞功能的第一軸承252旋轉。中空軸250與連接凸緣226連接，該連接凸緣226與輪轂殼體207的側蓋和鏈輪230固定地連接，使得它們在任何情況下都一起旋轉。

在運轉期間，轉子240通過單向軸承254直接驅動電動機軸222，其中電動機軸222然後驅動動力輪旋轉。 單向軸承254就像其他單向傳動機構一樣，當轉子以比輪的速度更高的速度旋轉時，使得能量能夠從轉子傳遞到電動機軸。 然而，當動力輪以比轉子速度更快的速度旋轉時，單向軸承254被禁用並且不將動力從轉子傳遞到電動機軸。因此，例如在用戶騎自行車下坡的情況下，或者他非常快速地踏自行車的動力輪的（更快）的旋轉不會導致輪轂中的電動機旋轉。

圖7-8示出了本發明的另一實施方式的動力輪轂中的電動機。 為了簡潔起見，這裡將只描述電動機的不同於參照圖2-3描述的那些的部件。特別地，本實施方式中的電動機包含定子342和轉子340。轉子340被構造成可相對於軸310旋轉，並且由第一軸承312支撐在電動機殼體316上。太陽齒輪317 通過第二軸承315支撐在軸310上，並且太陽齒輪317通過平面鍵344與轉子340固定地連接。太陽齒輪317與多個行星齒輪319嚙合，行星齒輪319圍繞中心軸線343旋轉並且還圍繞它們各自的旋轉軸線旋轉。類似於圖2所示的動力輪轂，在圖7中，動力輪轂的一端具有鏈輪330，另一端具有制動凸緣347。鏈輪330可與輪轂殼體的側蓋305一起旋轉。 如本領域技術人員將理解的，鏈輪330能夠與自行車的鏈條（未示出）接合。 制動凸緣347具有呈圓盤狀的延伸部321。延伸部321可以用於通過盤式制動器323如本領域技術人員所熟悉的那樣對動力輪進行制動。

圖8更詳細地示出了圖7中的電動機的行星模組。它具有三個行星齒輪319，其同時與太陽輪317和內齒圈320嚙合。內齒圈320通過螺紋固定到電動機殼體上，因此不能旋轉。然而，由於內齒圈320和行星齒輪319之間的接合，行星齒輪319能夠旋轉且隨著太陽齒輪317旋轉而同時旋轉。可以看出，內齒圈320，太陽齒輪317和行星齒輪319的旋轉運動都共享相同的中心軸線。

回到圖7，內齒圈320固定到電動機殼體316。每個行星齒輪319可旋轉地套在相應的行星軸366上。行星軸366被緊緊地壓在輸出托架322上。輸出托架322提供齒輪減速模組的輸出驅動力。輸出托架322經由單向離合器327與連接凸緣326連接。連接凸緣326與輪轂殼體的側蓋305和鏈輪330固定地連接，使得它們在任何情況下都一起旋轉。

在運轉期間，由於定子342和轉子340之間的磁通量的變化，一旦通電，動力輪中的電動機的轉子將圍繞中心軸線343開始旋轉。接下來，由於太陽齒輪317與轉子340固定連接，太陽齒輪317圍繞中心軸線343旋轉。由於行星齒輪319被限制在固定的內齒圈320內，所以行星齒輪319旋轉，且由於太陽齒輪317旋轉同時旋轉。 然後，行星齒輪319以比轉子340的轉速更低的速度但比轉子340的轉矩高的轉矩驅動輸出支架322繞中心軸線343旋轉。如果動力輪不旋轉或者以比連接凸緣326的速度慢的速度旋轉，則輸出托架322經由單向離合器327驅動連接凸緣326而旋轉。在這種情況下，單向離合器327 運轉以將功率從輸出托架322傳遞到連接凸緣326。連接凸緣326固定到輪轂殼體，並且依次與鏈輪330連接，因此連接凸緣326的旋轉導致動力輪旋轉，從而使安裝了動力輪的自行車向前移動。在整個過程中，軸310總是靜止的。

現在轉到如圖9-10所示，本發明的另一實施方式示出了適於在汽車上使用的動力輪的輪轂。為了簡潔起見，這裡將只描述電動機的不同於參照圖2-3描述的那些的部件。特別地，在本實施方式中，不存在自行車所需的部件，包括但不限於鏈輪，鏈條等。而且，在圖9-10所示的動力輪轂中，用於在輪轂中操作電動機的電源被放置在輪轂外部，例如在汽車內的位置。電力通過電線467從電源傳遞到電動機。如圖所示的輪轂包含圓形頂蓋405，其固定到兩個側蓋407以形成輪轂殼體。多個輪柱465將連接凸緣426固定到輪轂殼體，使得它們可以同時旋轉。本領域技術人員將理解的輪柱465用於將汽車的車輪安裝在輪轂上。

電動機位於輪轂中，沒有留下空間用於放置諸如電池的其它部件。電動機包括電動機殼體416，在該電動機殼體416內配置有定子442和轉子440。電動機殼體416具有與輪轂殼體相似的結構。 轉子440被構造成能夠相對於軸410旋轉，並且由一個或多個第一軸承412支撐在軸410上。太陽齒輪417由一個或多個第二軸承415支撐在軸410上，並且太陽齒輪417通過平鍵444與轉子440固定地連接。太陽齒輪417與多個行星齒輪419嚙合，行星齒輪419圍繞電動機的中心軸線443旋轉並且也圍繞它們各自的旋轉軸線旋轉。

圖10更詳細地示出了圖9中的電動機的行星模組。它具有三個行星齒輪419，其同時與太陽齒輪417和內齒圈420嚙合。 內齒圈420通過螺紋固定到電動機殼體上，因此不能旋轉。 然而，由於內齒圈420與行星齒輪419之間的接合，行星齒輪419能夠旋轉，且隨著太陽齒輪417旋轉而同時旋轉。 可以看出，內齒圈420，太陽齒輪417和行星齒輪419的旋轉運動都共享相同的中心軸線。

回到圖9，內齒圈420固定到電動機殼體416上。每個行星齒輪419可旋轉地套在相應的行星軸466上。行星軸466被緊緊地壓在輸出托架422上。 輸出托架422提供減速模組的輸出驅動力。 然後如前所述，連接凸緣426與輪轂殼體的側蓋407連接。

在運轉期間，由於定子442和轉子440之間的磁通量的變化，一旦通電，動力輪中的電動機的轉子將圍繞中心軸線443開始旋轉。接下來，由於太陽齒輪417與轉子440固定地連接，太陽齒輪417圍繞中心軸線443旋轉。由於行星齒輪419被限制在固定的內齒圈420內，行星齒輪419旋轉，且由於太陽齒輪 417旋轉而同時旋轉。行星齒輪419然後驅動輸出托架422以比轉子440的速度低的速度但比轉子440的轉矩高的轉矩圍繞中心軸線443旋轉。輸出托架422然後將連接凸緣426驅動旋轉。

現在轉到圖11，本發明的另一實施方式示出了適於在電動摩托車上使用的動力輪的輪轂。為了簡潔起見，這裡將只描述電動機的不同於參照圖2-3描述的那些的部件。如圖所示的輪轂包括圓形頂蓋505，其固定到兩個側蓋507以形成輪轂殼體。 電動機殼體516與輪轂殼體同軸設置並放置在輪轂殼體內。電動機殼體516和頂蓋505之間還有一些其它的空間，用於容納諸如動力輪的電池的部件。 電動機包括定子542和轉子540。轉子540被構造成可相對於軸510旋轉。

在該實施方式中，齒輪減速模組不再放置在電動機的轉子540內。而是，齒輪減速模組放置在電動機殼體516的內部，但在轉子540和定子542的外部。特別地，太陽齒輪517由一個或多個第二軸承515支撐在軸510上。太陽齒輪517與多個行星齒輪519嚙合，行星齒輪能夠圍繞電動機的中心軸線543旋轉，並且還繞其各自的旋轉軸線旋轉。內齒圈520固定在電動機殼體516上。每個行星齒輪519被可旋轉地套在相應的行星軸566上。行星軸566被緊緊地壓在輸出托架522上。輸出托架522提供齒輪減速模組到連接凸緣526輸出驅動力，然後連接凸緣526與輪轂殼體的側蓋507連接。在軸510的端部連接有與輪轂殼體固定地連接的制動凸緣547。

在運轉期間，由於定子542和轉子540之間的磁通量的變化，一旦通電，動力輪中的電動機的轉子將圍繞中心軸線543開始旋轉。接下來，由於太陽齒輪517與轉子540固定地連接 ，太陽齒輪517繞中心軸線543旋轉。由於行星齒輪519被限制在固定的內齒圈520內，行星齒輪519旋轉，且由於太陽齒輪517的旋轉而同時旋轉。 行星齒輪519然後驅動輸出托架522以比轉子540低的速度但比轉子540高的轉矩繞中心軸線543旋轉。然後，輸出托架522驅動連接凸緣526以旋轉。

現在轉到圖12，本發明的另一實施方式示出了適合於在汽車上使用的動力輪。為了簡潔起見，這裡將僅描述與參考前面附圖所描述的不同的電動機的部件。圖12所示的動力輪與圖9-10不同。圖12中的動力輪採用齒輪減速機構在轉子內的設計，與圖1-8所示類似。 圖12中的動力輪中的電動機具有與圖4中最相似的結構，其使用位於轉子內的行星齒輪系統來降低電動機的輸出速度由於驅動車輛所需的電池容量並要求期望的續航力，沒有將電池模組放置在電動機殼體616和輪轂殼體605之間。而是，用於驅動車輛的電池模組位於車輛框架（未示出）中的不同位置。 在軸610的一端附近，具有沿著徑向向外的方向延伸的延伸部621，其形成在輪轂殼體605上。延伸部621適於與盤式制動器623接合以執行制動動作。 整個輪轂603容納在由車輪裝飾件697形成的空間中，並通過多個螺釘665可拆卸地固定在該空間上。在車輪裝飾件697的圓周表面上覆蓋有輪胎601。

因此，完整地描述了本發明的示例性實施方式。 雖然描述涉及特定實施方式，但是對於本領域技術人員來說，本發明可以通過這些具體細節的變化來實現。 因此，本發明不應被解釋為限於本文所闡述的實施方式。

雖然已經在附圖和前面的描述中詳細地示出和描述了本發明，但是將其視為是說明性的而不是限制性的，應當理解，僅示出和描述了示例性實施方式並且不以任何方式限制本發明的範圍。 可以理解，本文所描述的任何特徵可以與任何實施方式一起使用。 說明性實施方式並不排除彼此或本文中未敘述的其他實施方式。 因此，本發明還提供包括上述一個或多個說明性實施方式的組合的實施方式。 在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以進行本發明的修改和變化，因此，只應由所附權利要求書指出限制。

例如，如圖1-8所示的動力輪製成標準自行車車輪尺寸。 然而，很明顯，對於其他類型的車輛，根據本發明的動力輪也可以製成其他尺寸，例如具有不同的半徑和寬度（當沿徑向觀察時）。 特別地，動力輪轂的殼體可以設計成具有更大的半徑和/或寬度，因此提供更多或更少的用於容納電池單元的內部空間。

在本發明的一個變型中，安裝動力輪的自行車不具有用於使用腳踏力來驅動車輪的鏈輪和鏈條系統。而是，發電機聯接到踏板，使得騎自行車者的踏板動作使發電機產生電力。 然後將電力傳送到電池模組以對電池模組進行再充電。 同時，踏板與能夠根據踏板的力、速度、轉矩等對動力輪控制器產生控制命令的傳感器連接。 然後可以根據騎自行車者的踏板動作產生的命令來控制動力輪。

在上述優選實施方式中，動力輪安裝在自行車上。毫無疑問，動力輪也可以用於其他類型的車輛以實現自驅動，例如獨輪車，自行車，三輪車或四輪車。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

1‧‧‧輪胎

2‧‧‧輪緣

3‧‧‧輪轂

4‧‧‧輪輻

5‧‧‧頂蓋

6‧‧‧底蓋

7‧‧‧側蓋

8‧‧‧第一軸承

9‧‧‧第二軸承

10‧‧‧軸

11‧‧‧螺釘

12‧‧‧第三軸承

13‧‧‧螺釘

15‧‧‧第四軸承

16‧‧‧電動機殼體

17‧‧‧偏心齒輪

18‧‧‧墊圈

19‧‧‧外齒圈

20‧‧‧內齒圈

21‧‧‧第五軸承

22‧‧‧輸出托架

23‧‧‧安裝孔

24‧‧‧齒輪支撐件

25‧‧‧襯套

26‧‧‧凸緣

27‧‧‧單向離合器

28‧‧‧螺釘

29‧‧‧平衡件

29‧‧‧連接部件

30‧‧‧鏈輪

31‧‧‧平鍵

33‧‧‧內部空間

35‧‧‧第六軸承

40‧‧‧轉子

40‧‧‧轉子殼體

40a‧‧‧側壁

40b‧‧‧周向壁

41‧‧‧磁體

42‧‧‧定子

43‧‧‧中心軸線

44‧‧‧平鍵

45‧‧‧線圈繞組

47‧‧‧制動凸緣

53‧‧‧兩端

67‧‧‧電線

105‧‧‧側蓋

110‧‧‧軸

112‧‧‧第一軸承

115‧‧‧第二軸承

116‧‧‧電動機殼體

117‧‧‧太陽齒輪

119‧‧‧行星齒輪

120‧‧‧內齒圈

122‧‧‧輸出托架

126‧‧‧凸緣

127‧‧‧單向離合器

130‧‧‧鏈輪

140‧‧‧轉子

142‧‧‧定子

143‧‧‧中心軸線

144‧‧‧平鍵

166‧‧‧行星軸

210‧‧‧軸

222‧‧‧電動機軸

225‧‧‧第二軸承

240‧‧‧轉子

250‧‧‧中空軸

252‧‧‧第一軸承

254‧‧‧單向軸承

305‧‧‧側蓋

310‧‧‧軸

312‧‧‧第一軸承

315‧‧‧第二軸承

316‧‧‧電動機殼體

317‧‧‧太陽齒輪

319‧‧‧行星齒輪

320‧‧‧內齒圈

321‧‧‧延伸部

323‧‧‧盤式制動器

330‧‧‧鏈輪

340‧‧‧轉子

342‧‧‧定子

343‧‧‧中心軸線

344‧‧‧平面鍵

347‧‧‧制動凸緣

366‧‧‧行星軸

322‧‧‧輸出托架

327‧‧‧單向離合器

326‧‧‧凸緣

405‧‧‧頂蓋

407‧‧‧側蓋

410‧‧‧軸

412‧‧‧第一軸承

415‧‧‧第二軸承

416‧‧‧電動機殼體

417‧‧‧太陽齒輪

419‧‧‧行星齒輪

420‧‧‧內齒圈

426‧‧‧凸緣

440‧‧‧轉子

442‧‧‧定子

443‧‧‧中心軸線

444‧‧‧平鍵

465‧‧‧輪柱

466‧‧‧行星軸

467‧‧‧電線

505‧‧‧頂蓋

507‧‧‧側蓋

510‧‧‧軸

515‧‧‧第二軸承

516‧‧‧電動機殼體

517‧‧‧太陽齒輪

519‧‧‧行星齒輪

520‧‧‧內齒圈

522‧‧‧輸出托架

526‧‧‧連接凸緣

540‧‧‧轉子

542‧‧‧定子

543‧‧‧中心軸線

547‧‧‧制動凸緣

566‧‧‧行星軸

601‧‧‧輪胎

603‧‧‧輪轂

605‧‧‧輪轂殼體

610‧‧‧軸

616‧‧‧電動機殼體

621‧‧‧延伸部

623‧‧‧盤式制動器

665‧‧‧螺釘

697‧‧‧車輪裝飾件

圖1為根據本發明第一實施方式動力輪的正視圖。 圖2為圖1所示的動力輪內的輪轂的側剖視圖，其包含偏心齒輪模組。 圖3表示圖2的輪轂中的齒輪減速模組中的外齒圈和內齒圈的嚙合關係。 圖4為根據本發明另一實施方式的輪轂的側剖視圖，所述輪轂包括行星齒輪模組。 圖5表示圖4的輪轂內的行星齒輪模組。 圖6為根據本發明另一實施方式的輪轂的側剖視圖，所述輪轂包括非齒輪減速機構。 圖7為根據本發明另一實施方式的動力輪內的電動機的側剖視圖，所述電動機包括行星齒輪模組。 圖8表示圖7的電動機內的行星齒輪模組。 圖9為根據本發明另一實施方式的動力輪內的電動機的側剖視圖，所述電動機包括行星齒輪模組。 圖10表示圖9的電動機內的行星齒輪模組。 圖11為根據本發明另一實施方式的動力輪內的電動機的側剖視圖，所述電動機包括行星齒輪模組。 圖12為根據本發明另一實施方式的動力輪的側剖視圖，所述動力輪可以安裝在四輪車。 在附圖中，相同的附圖標記在本文所述的幾個實施方式中表示相同的部分。

Claims (23)

1. 一種輪轂，其能夠與輪的軸連接，使得輪轂能夠圍繞所述軸旋轉，所述輪轂包括： a）適於可旋轉地支撐在所述軸上的輪轂殼體; b）包括定子和轉子的電動機； 所述定子適於與所述軸固定地連接；所述轉子被構造成能夠相對於所述定子旋轉； 其中所述轉子包括圓形轉子殼體，齒輪減速模塊位於所述圓形轉子殼體內；所述齒輪減速模塊的輸出與單向傳動模塊連接，所述單向傳動模塊又適於驅動所述輪轂殼體旋轉。
2. 如申請專利範圍第1項所述的輪轂，其中所述齒輪減速模塊還包括偏心齒輪模塊；所述偏心齒輪模塊的輸入與所述轉子殼體連接；所述偏心齒輪模塊的輸出與所述單向傳動模塊連接。
3. 如申請專利範圍第2項所述的輪轂，其中所述偏心齒輪模塊還包括適於被可旋轉地支撐在所述軸上的偏心齒輪；所述偏心齒輪與所述轉子殼體固定地連接並且可由所述轉子殼體驅動旋轉。
4. 如申請專利範圍第3項所述的輪轂，其中所述偏心齒輪通過連接構件與外齒圈連接；所述外齒圈適於在固定地安裝在所述輪轂殼體上的內齒圈內旋轉。
5. 如申請專利範圍第4項所述的輪轂，其中所述外齒圈包括外齒；所述內齒圈包括內齒；任何時候只有所述外齒的一部分與所述內齒的一部分嚙合；所述外齒圈具有與所述內齒圈的中心軸線偏離的中心軸線。
6. 如申請專利範圍第5項所述的輪轂，其中所述外齒的數量比所述內齒的數量少。
7. 如申請專利範圍第5項所述的輪轂，其中所述外齒圈與輸出托架連接以驅動其旋轉；所述輸出托架與所述單向傳動模塊連接以向其提供所述齒輪減速模塊的輸出；所述輸出托架具有與所述轉子相同的旋轉軸線。
8. 如申請專利範圍第1項所述的輪轂，其中所述齒輪減速模塊是行星齒輪模塊；所述行星齒輪模塊的輸入與電動機的輸出軸連接；所述行星齒輪模塊的輸出與所述輪轂殼體連接。
9. 如申請專利範圍第8項所述的輪轂，其中所述行星齒輪模塊還包括適於被可旋轉地支撐在所述軸上的太陽齒輪；所述太陽齒輪與轉子殼體固定地連接並且可由後者驅動旋轉。
10. 如申請專利範圍第9項所述的輪轂，其中所述太陽齒輪與多個行星齒輪連接，所述行星齒輪由固定地安裝在所述輪轂殼體上的內齒圈限制；所述行星齒輪適於在所述內齒圈內圍繞所述太陽齒輪旋轉。
11. 如申請專利範圍第10項所述的輪轂，其中所述多個行星齒輪與輸出托架連接以驅動所述行星齒輪旋轉；所述輸出托架與所述單向傳動模塊連接以向其提供所述齒輪減速模塊的輸出；所述輸出托架具有與軸相同的旋轉軸線。
12. 如申請專利範圍第1項所述的輪轂，其中所述單向傳動模塊為單向傳動離合器。
13. 如申請專利範圍第1項所述的輪轂，其中所述單向傳動模塊為單向傳動軸承，其將所述齒輪減速模塊支撐在所述輪轂殼體。
14. 如申請專利範圍第13項所述的輪轂，其中所述單向傳動軸承至少部分容納在所述輪轂殼體內。
15. 如申請專利範圍第1項所述的輪轂，還包括與所述殼體固定地連接的鏈輪；所述鏈輪適於與外部鏈條連接並由其驅動。
16. 一種動力輪，其適於與車架連接，包括： a）用於將所述動力輪與所述車架的軸連接； b）如申請專利範圍第1項所述的輪轂；及 c）與所述輪轂的輪轂殼體固定地連接的輪緣。
17. 如申請專利範圍第16項所述的動力輪，還包括多個輪輻；所述輪轂的殼體通過多個所述輪輻與所述輪緣連接。
18. 一種輪轂，其能夠與輪的軸連接，使得所述輪轂能夠繞所述軸旋轉，所述輪轂包括： a）適於可旋轉地支撐在所述軸上的輪轂殼體; b）包括定子和轉子的電動機； 所述定子適於與所述軸固定地連接；所述轉子被構造成能夠相對於所述定子旋轉； 其中所述轉子包括轉子殼體；所述轉子還包括位於轉子殼體內的單向傳動模塊和軸承。
19. 如申請專利範圍第18項所述的輪轂，其中所述單向傳動模塊和所述軸承將所述轉子與輸出托架連接；所述輸出托架與所述輪轂殼體固定地連接並且適於驅動所述輪轂殼體相對於所述軸線旋轉。
20. 如申請專利範圍第19項所述的輪轂，其中所述單向傳動模塊和所述軸承沿所述電動機的軸向方向對準。
21. 如申請專利範圍第20項所述的輪轂，其中所述單向傳動模塊為單向軸承。
22. 一種動力輪，其適於與車架連接，包括： a）用於將所述動力輪與所述車架的軸連接； b）如申請專利範圍第18項所述的輪轂；及 c）與所述輪轂的輪轂殼體固定地連接的輪緣。
23. 如申請專利範圍第22項所述的動力輪，還包括多個輪輻；所述輪轂的殼體通過多個所述輪輻與所述輪緣連接。