TWI403433B - Electric wheel hub motor - Google Patents

Description

電動車之輪轂馬達

本發明係有關於一種電動車之輪轂馬達，尤指一種線圈繞組與磁鐵組件可相對旋轉，且線圈繞組及磁鐵組件可相對中心軸桿旋轉，而可達到結構簡化、易於組裝，及兼顧動力輸出效率等目的之技術。

按習知電動車的車輪驅動機構，其種類很多。而為了讓電動馬達隱藏，並避免傳動機構過度延長，及能應用於電動自行車及輪椅，現今乃有所謂輪轂馬達的問世。所謂輪轂馬達是將馬達內設在車輪之輪轂內，其結構如美國專利第3897843號、第4,346,777號、第4913258號、第5450915號、第5465802號、第5600191號、第6321863號及第7719412號等專利案，及本發明人所擁有的美國第6,974,399號專利案。

目前習知輪轂馬達的機構設計，其形式有很多種。大部份的習知輪轂馬達，為了達到所需的輸出效率，其機構設計上都很複雜，零件多，因而產生零件成本高，組裝不便，花費工時，更造成日後維護不易等缺失。

再者，目前習知輪轂馬達的設計，都是在輪圈上設線圈繞組及磁鐵組件而形成輪轂馬達，至於供應輪轂馬達的供電電池，則是另外設置在車架上，亦即輪轂馬達與供電電池是分別設置在車輪及車架上。其中，為了讓供電電池能正常供應輪轂馬達運轉時所需電源，主要的設計方式，係將線圈繞組固定在輪軸上，並自輪軸周面向內鑽一孔，使孔沿著輪軸之軸向延伸至末端，導線再穿經該孔，而分別電性連通線圈繞組及供電電池。由於一般供電電池體積及重量並不小，須附掛在車架較穩固的位置上，例如車架之座管或後載物架上，因此，導線自輪軸穿出後，須沿著車架延伸佈設而至供電電池，不僅增加佈線的工時及不便性，而且也影響整個車體的美觀。再者，因為輪軸被鑽設沿著軸向延伸的孔，結構強度降低，安全性堪慮。

雖然，目前有車輪會設置有發電電池元件，但發電電池元件主要的功用，是在車輪旋轉時發電，而非直接供應車輪運轉所需電源。亦即，其係在車輪運轉或是剎車時，將其動能再轉換回電能，再輸送至附掛在車架上的蓄電池中儲存。

因鑑於習知輪轂馬達機構複雜，且未在輪圈上直接裝置供電電池，產生上述各項缺失。本發明人乃積極努力研發，終有本發明之成果。為確保本發明之合法權益，爰依法具文提出專利申請。

本發明之第一目的，在提供一種結構簡化，可有效應用於電動車輪的輪轂馬達。達成前述目的之技術手段，係包括有輪圈、連接件、殼體、齒環、線圈繞組、中心軸桿、套管、磁鐵組件、太陽齒輪、行星輪架及複數個行星齒輪。齒環及線圈繞組固定在殼體內部；殼體可相對中心軸桿旋轉；套管由中心軸桿貫穿，並可相對殼體旋轉，其上固定磁鐵組件及太陽齒輪；行星輪架固定在中心軸桿上，其上樞設複數個行星齒輪，行星齒輪分別與齒環及太陽齒輪的齒部嚙合。

本發明之第二目的，在提供一種易於組裝，且能有效應用於電動車輪的輪轂馬達。達成前述目的之技術手段，係殼體二端分別為一封閉部及一開口，且內壁設一橫隔板；開口覆設一殼蓋。封閉部同軸定位有二軸承，二軸承內周分別套固中心軸桿及套管。開口覆設一殼蓋，殼蓋與橫隔板各設一軸承，一軸承內周套設套管，另一軸承內周套設中心軸桿。中心軸桿包括相互套接的一第一桿件及一第二桿件，套管由第一桿件貫穿，行星輪架套固在第二桿件上，且殼蓋上的軸承內周套在第二桿件上。

本發明之第三目的，在提供一種自體附裝有電源的設計，而形成一種完整積體化的構造形態，可供簡便地安裝於各式電動車上，提高適用性，及避免在車架上佈置電源導線及控制導線之不便性及影響車體之美觀。達成前述目的之技術手段，係輪圈之連接件固定輪轂馬達之殼體、供電電池及控制手段；供電電池用以供應輪轂馬達運轉所需之電源；控制手段用以接受一外部無線式傳輸的指令訊號，並依據該指令訊號產生一控制訊號來控制該供電電池供應輪轂馬達運轉所需電源。

本發明之第四目的，在提供一種易於裝配供電電池之輪轂馬達。達成前述目的之技術手段，輪圈內圍接設有呈星形分佈的複數個連接件，每一連接件呈板狀及一面具凹陷，凹陷嵌置盒體，盒體容置供電電池。另配合設一星形的輪圈蓋，以與連接件對應蓋合，封住凹陷，及供殼體固定。

本發明之第五目的，在提供一種電源充沛之輪轂馬達。達成前述目的之技術手段，係有複數個供電電池及複數個盒體，每一盒體固定在連接件上，並沿著輪圈的徑向延伸，每一盒體內容置複數個供電電池，使複數個供電電池沿著輪圈的徑向依序排列。

Ⅰ.本發明第一目的之具體實施例

如圖1至5所示，達成本發明之第一目的的具體實施例，係包括有：一輪圈10，其外周面供套設一輪胎20，輪圈10內周面連接至少一連接件11；一殼體31，其周面呈圓筒狀，固定在連接件11上，而位於輪圈10中央；一齒環35，其固定在殼體31內部；一線圈繞組33，其固定在殼體31的內壁；一中心軸桿32，其貫穿殼體31，並位在殼體31之中央軸線及輪圈10的軸心上，其兩端供固定在一車架上；殼體31與中心軸桿32之間介置一第一軸承313及一第二軸承371，而使殼體31可相對中心軸桿32旋轉；一套管341，其內周由中心軸桿32貫穿，且套管341與殼體31之間介置一第三軸承314及一第四軸承380，而使殼體31可相對套管341旋轉，及使套管341可相對中心軸桿32旋轉；一磁鐵組件34，其固定在套管341上，並與線圈繞組33相對應，使線圈繞組33以不接觸的方式圍繞於磁鐵組件34外圍；一太陽齒輪342，其同軸地固定設置在套管341上；及一行星輪架36，其固定在中心軸桿32上，其上固設有複數個等圓心角分佈的樞軸360，每一樞軸360樞設一行星齒輪362，行星齒輪362分別與齒環35及太陽齒輪342的齒部嚙合。

如圖3及5所示，本具體實施例中，套管341外周中段固定磁鐵組件34。太陽齒輪342固定在套管341的一端。殼體31內壁設有一齒環35。行星輪架36呈一圓盤狀。行星輪架36上設有三個等圓心角分佈的樞軸360；每一樞軸360先套設一軸承361，再樞設一行星齒輪362，使行星齒輪362可相對樞軸360靈活的轉動。行星齒輪362等圓心角地圍繞太陽齒輪342，並位在齒環35內圍，且分別與太陽齒輪342及齒環35的齒部嚙合。

Ⅱ.本發明第二目的之具體實施例

如圖1、5所示，達成本發明之第二目的的具體實施例，其基本構造係包括一輪圈10、複數個連接件11、一殼體30、一齒環35、一線圈繞組33、一中心軸桿32、一套管341、一磁鐵組件34、一太陽齒輪342、一行星輪架36及複數個行星齒輪362。主要特徵，係殼體31二端分別為一封閉部310及一開口311。封閉部310中央具一通孔312，通孔312處緊鄰該第一軸承313的位置上設置該第三軸承314，使第三軸承314與第一軸承313同軸地固定於封閉部310上，並位於通孔312處；第一軸承313內周套固中心軸桿32；第三軸承314套固套管341，並供中心軸桿32貫穿。開口311覆設一殼蓋37，殼蓋37上設第二軸承371，第二軸承371內圍束套中心軸桿32。殼體31內部固設一橫隔板38，橫隔板38上設有環形凸緣383以容置第四軸承380，第四軸承380內周套設套管341，並供中心軸桿32貫穿。橫隔板38分別與封閉部310及殼蓋37圍成一第一容室381及一第二容室382。第一容室381容納太陽齒輪342、行星輪架36、複數個行星齒輪362及齒環35。第二容室382容納套管341、線圈繞組33及磁鐵組件34。中心軸桿32包括相互套接為一剛性體的一第一桿件320及一第二桿件321，套管341由第一桿件320貫穿，行星輪架36套固在第二桿件321上，且殼蓋37上的第二軸承371內周套在第二桿件321上。再者，橫隔板38與封閉部310跨設有螺栓316，利用螺栓316以固定線圈繞組33。

如圖1、3及5所示，本具體實施例中，封閉部310上加設有一軸承座39，供第三軸承314定位其上。具體實施方式，係於封閉部310位於通孔312處設一環形凸緣315，環形凸緣315內部容置第一軸承313，環形凸緣315末端固設軸承座39。軸承座39供第三軸承314定位其上，並使第三軸承314與第一軸承313同軸並置。軸承座39中央具一穿孔390，穿孔390供中心軸桿32穿越。再者，中心軸桿32包括相互套接為一剛性體的一第一桿件320及一第二桿件321，第一桿件320及第二桿321件外周面分別具有一第一凸緣322及一第二凸緣323。第一桿件320軸向貫穿套管341內部。第一軸承313內周套在第一桿件320上，並由第一凸緣322卡制定位。行星輪架36中央具有一長孔363，利用長孔363套於第二桿件321，而使行星輪架36與第二桿件321固定。第二軸承371內周套在第二桿件321上，並由第二凸緣323卡制定位。

Ⅲ.　本發明第三目的之具體實施例

如圖1及6至12所示，達成本發明之第三目的的具體實施例，其基本構造係包括一輪圈10、至少一連接件11、一殼體30、一齒環35、一線圈繞組33、一中心軸桿32、一套管341、一磁鐵組件34、一太陽齒輪342、一行星輪架36及複數個行星齒輪362。連接件11具有相反朝向的一第一端110及一第二端111，第一端110連接至輪圈10的內周面，第二端111向輪圈10的軸心延伸。主要特徵，係連接件11上設置至少一供電電池40及一控制手段50，控制手段50用以接受一外部無線式傳輸的指令訊號，並依據該指令訊號產生一控制訊號來控制供電電池40供應輪轂馬達30運轉所需之電源。

如圖3及6所示，由於線圈繞組33固定在殼體31上，殼體31與輪圈10連接為一剛性體，輪圈10上設置供電電池40。因供電電池40及線圈繞組33隨同輪圈10旋轉，故而二者之間即可以導線43直接做電性連通，使得輪圈10上兼備有輪轂馬達30及供電電池40。

如圖3及6所示，本具體實施例中，供電電池40經由導線43而與線圈繞組33電性連通。導線43不經由中心軸桿32的內部向外穿出，而是直接自殼體31穿越，一端位在殼體31外而與供電電池40電性連通，另一端則位在殼體31內部而與線圈繞組33電性連接。藉此，無須於中心軸桿32鑽孔，故而可提升結構強度及安全性。

Ⅳ.本發明第四目的之具體實施例

如圖1及6至12所示，達成本發明之第四目的的具體實施例，其基本構造係包括一輪圈10、至少一連接件11、一殼體30、一齒環35、一線圈繞組33、一中心軸桿32、一套管341、一磁鐵組件34、一太陽齒輪342、一行星輪架36及複數個行星齒輪362。主要特徵，係輪圈10內圍之至少一連接件11為複數個，每一連接件11呈板狀，且其一面上設有一凹陷114，複數個連接件11及凹陷114形成星形。星形凹陷114供一星形盒體41嵌入。盒體41容置至少一供電電池40。複數個連接件11的第二端111連接為一體而形成一第一固定部112，並呈一星形。第一固定部112供殼體31固定，其中央具有一第一通孔113，第一通孔113供中心軸桿32穿越。輪圈10內圍覆設有一星形輪圈蓋12，輪圈蓋12與複數個連接件11相對蓋合，以封閉凹陷114，並使供電電池40及盒體41定位於凹陷114內部。輪圈蓋12中央設有一第二固定部120供殼體31固定，第二固定部120中央設一第二通孔121，第二通孔121供中心軸桿32穿越。

Ⅴ.本發明第五目的之具體實施例

如圖1及6至12所示，達成本發明之第五目的的具體實施例，其基本構造係包括一輪圈10、至少一連接件11、一殼體30、一齒環35、一線圈繞組33、一中心軸桿32、一套管341、一磁鐵組件34、一太陽齒輪342、一行星輪架36及複數個行星齒輪362。主要特徵，係盒體41呈一體的星形，其中央形成一圓孔42，圓孔42供殼體31穿越，且盒體41容納複數個供電電池40，星形盒體41各分支沿著連接件11延伸而固定，使複數個供電電池沿著輪圈10之徑向依序排列。

Ⅵ.結論

因此，藉由上述之結構設計，可歸納本發明確實具有下列幾點優點：

1、本發明輪圈、供電電池及輪轂馬達，整體結構簡化，故可有效搭配應用於電動車輪。

2、本發明輪轂馬達之殼體具封閉部及開口，開口覆設殼蓋，內部設橫隔板，以區隔容置太陽齒輪、行星輪架、行星齒輪、齒環、轉子及定子。中心軸桿由二桿件相套接，分別供前述元件樞接，整體構件簡化且系統化，故而易於組裝。

3、電動車輪自體附裝有電源，形成完整積體化的構造形態，可供簡便地安裝於各式電動車上，提高適用性，及避免在車架上佈置電源導線及控制導線之不便性及影響車體之美觀。

4、本發明之供電電池固定在輪圈之連接件上，位在輪轂馬達之外圍，且連接供電電池及與線圈繞組的導線不經由該中心軸桿而直接自殼體穿越，中心軸桿無須鑽孔，故而可提高結構強度及安全性。

5、本發明設有複數個供電電池及盒體，盒體呈星形，各分支內容置複數個供電電池，星形盒體各分支固定在連接件上，而沿著輪圈的徑向延伸，使星形盒體各分支內容納複數個供電電池，並沿著輪圈的徑向依序排列，故可供應充沛的電源。

6、本發明之每一連接件呈板狀，並具凹陷以嵌置盒體，盒體容置供電電池，且配合設一星形的輪圈蓋，以封住各凹陷，及供殼體固定，故而可增進組裝之簡易性。

以上所述，僅為本發明之一可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請　鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

10．．．輪圈

11．．．連接件

110．．．第一端

111．．．第二端

112．．．第一固定部

113．．．第一通孔

114．．．凹陷

12．．．輪圈蓋

120．．．第二固定部

121．．．第二通孔

20．．．輪胎

30．．．輪轂馬達

31．．．殼體

310．．．封閉部

311．．．開口

312．．．通孔

313．．．第一軸承

314．．．第三軸承

315．．．凸緣

316．．．螺栓

32．．．中心軸桿

320．．．第一桿件

321．．．第二桿件

322．．．第一凸緣

323．．．第二凸緣

33．．．線圈繞組

34．．．磁鐵組件

341．．．套管

342．．．太陽齒輪

35．．．齒環

36．．．行星輪架

360．．．軸

361．．．軸承

362．．．行星齒輪

363．．．長孔

37．．．殼蓋

371．．．第二軸承

38．．．橫隔板

380．．．第四軸承

381．．．第一容室

382．．．第二容室

383．．．環形凸緣

39．．．軸承座

390．．．穿孔

40．．．供電電池

41．．．盒體

42．．．圓孔

43．．．導線

50．．．控制手段

圖1為本發明之輪轂馬達之分解圖；

圖2為本發明之輪轂馬達之組合立體圖；

圖3為本發明之輪轂馬達之局部斷面立體圖；

圖4為本發明之輪轂馬達之組合正視圖；

圖5為圖4中擷自A-A線的斷面圖；

圖6為本發明之輪圈與輪轂馬達之分解示意圖；

圖7為本發明之輪圈與輪轂馬達之局部組合圖；

圖8為本發明之輪圈與輪轂馬達之組合立體圖；

圖9為本發明之輪圈與輪轂馬達之組合正視圖；

圖10為圖9中擷自A-A線的斷面圖；

圖11為本發明之輪圈與輪轂馬達之組合側視圖；及

圖12為圖11中擷自C-C線的斷面圖。

30‧‧‧輪轂馬達

31‧‧‧殼體

310‧‧‧封閉部

311‧‧‧開口

313‧‧‧第一軸承

314‧‧‧第三軸承

32‧‧‧中心軸桿

320‧‧‧第一桿件

321‧‧‧第二桿件

33‧‧‧線圈繞組

34‧‧‧磁鐵組件

341‧‧‧套管

342‧‧‧太陽齒輪

35‧‧‧齒環

36‧‧‧行星輪架

360‧‧‧軸

361‧‧‧軸承

362‧‧‧行星齒輪

363‧‧‧長孔

37‧‧‧殼蓋

371‧‧‧軸承

38‧‧‧橫隔板

380‧‧‧軸承

39‧‧‧軸承座

390‧‧‧穿孔

Claims (6)

1. 一種電動車之輪轂馬達，其包括有：一輪圈，其外周面供套設一輪胎，而內周面連接至少一連接件；該連接件向該輪圈之軸心延伸；一殼體，其周面呈圓筒狀，固定在該連接件上，而位於該輪圈中央；該殼體二端分別設一封閉部及一開口，該封閉部上設置一第一軸承，該開口覆設一殼蓋，該殼蓋上設置一第二軸承，該第一軸承及該第二軸承內圍束套該中心軸桿；該殼體內部設一橫隔板；該封閉部緊鄰該第一軸承的位置上設置一第三軸承，該橫隔板上設置一第四軸承；該封閉部上設一環形凸緣，該環形凸緣內部容置該第一軸承，該環形凸緣末端固設一軸承座，該軸承座供該第三軸承定位其上，並使該第三軸承與該第一軸承同軸並置；一齒環，其固定在該殼體內部；一線圈繞組，其固定在該殼體上；一中心軸桿，其貫穿該殼體，並位在該殼體之中央軸線及該輪圈的軸心上，其兩端供固定在一車架上，該殼體與該中心軸桿之間介置該第一軸承及該第二軸承，而使該殼體可相對該中心軸桿旋轉；該中心軸桿包括相互套接為一剛性體的一第一桿件及一第二桿件；一套管，其由該中心軸桿貫穿，且該套管與該殼體之間介置該第三軸承及該第四軸承，而使該殼體可相對該套管旋轉，及使該套管可相對該中心軸桿旋轉；該第三軸承及該第四軸承內圍束套該套管，並供該中心軸桿貫穿；該套管由該第一桿件貫穿，第一軸承內周套在該第一桿件上；一磁鐵組件，其固定在該套管上，並與該線圈繞組相對應；一太陽齒輪，其同軸地設置在該套管上；及 一行星輪架，其固定在該中心軸桿上，其上固設有複數個等圓心角分佈的樞軸，每一該樞軸分別樞設一行星齒輪，該行星齒輪分別與該齒環及該太陽齒輪的齒部嚙合；該行星輪架套固在該第二桿件上，且該第二軸承內周套在該第二桿件上。
2. 如請求項1所述之電動車之輪轂馬達，其中，該橫隔板分別與該封閉部及該殼蓋圍成一第一容室及一第二容室，該第一容室容納該太陽齒輪、該行星輪架、該複數個行星齒輪及該齒環，該第二容室容納該套管、該線圈繞組及該磁鐵組件。
3. 如請求項1所述之電動車之輪轂馬達，其中，該至少一連接件上設置至少一供電電池及一控制手段；該控制手段用以接受一外部無線式傳輸的指令訊號，並依據該指令訊號產生一控制訊號來控制該供電電池供應該輪轂馬達運轉所需之電源。
4. 如請求項1所述之電動車之輪轂馬達，其中，該至少一連接件上設置至少一供電電池及一控制手段；該控制手段用以接受一指令訊號，並依據該指令訊號產生一控制訊號來控制該供電電池供應該輪轂馬達運轉所需之電源；該至少一供電電池經由導線而與該輪轂馬達電性連通；該導線不經由該中心軸桿而直接自該殼體穿越。
5. 如請求項1所述之電動車之輪轂馬達，其中，該至少一連接件為複數個，每一該連接件呈板狀，且一面上設有一凹陷；該凹陷供一盒體嵌入；該盒體容置至少一供電電池；該複數個連接件的該第二端連接為一體而形成一第一固定部，並呈一星形；該第一固定部供該殼體固定，其中央具有一第一通孔，該第一通孔供該中心軸桿穿越；該輪圈內圍覆設有一星形輪圈蓋，該輪圈蓋與該複數個連接件相對蓋合，以封閉該凹陷；該輪圈蓋中央設有一第二固定部供該殼體固定，該第二固定部中央設一第二通孔，該第二通孔供該中心軸穿越。
6. 如請求項5所述之電動車之輪轂馬達，其中，該盒體呈一星形，其中央形成一圓孔而供該殼體穿越，且該盒體容納的該至少一供電電池為複數個，該複數個供電電池沿著該輪圈之徑向延伸分佈。