TWI414454B - 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組件旋轉，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。

為了改善一般習知輪轂馬達所產生上述之缺失，本發明積極投入研究，經長期投入研發，已有一系列的研發成果產出，例如由本發明人於先前所提出申請的中華民國專利第099129291號專利申請案，其雖已有改善習知輪轂馬達之缺失的效果，然而為了精益求精，本發明更不斷持續投入研發，終有本發明之更良設計的成果產出。

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，但其發電電池元件是發電機的構造設計，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，且未在車輪之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、中心軸組件、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；殼體可相對中心軸組件旋轉；中心軸組件包括同軸之第一固定軸、第二固定軸及轉軸，並可相對殼體旋轉，轉軸上固定磁鐵組件及太陽齒輪；行星輪架經單向軸承而定位在第一固定軸上，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，且結構穩固而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，係殼體二端分別具一開口，開口分別覆設第一封閉件及第二封閉件，且內壁設一橫隔板。第一封閉件同軸定位有一第一軸承及一第三軸承，第一軸承及第三軸承內周分別套固第一固定軸及轉軸。第二封閉件與橫隔板分設第二軸承及第四軸承，第四軸承內周套設轉軸，第二軸承內周套設第二固定軸。中心軸組件包括同軸之第一固定軸、第二固定軸及轉軸，轉軸與第二固定軸經第五軸承連接，行星輪架經一單向軸承套設在第二固定軸上。

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，係車輪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.本發明第一具體實施例

如圖1至5所示，達成本發明之第一及二目的的具體實施例，其電動車用輪轂馬達係供與電動車之一車輪結合，用以驅動該車輪旋轉，包括有：一殼體31,其周面呈圓筒狀，用以與車輪以同軸方式連接固定；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；一中心軸組件32,其沿著殼體31中心軸線延伸設置，其包括同軸的一第一固定軸320、一第二固定軸321及一轉軸322；第一固定軸320、第二固定軸321及轉軸322分別具有相反向的一第一端及一第二端，第一固定軸320之第一端及第二固定軸321之第二端分別供固定在一車架上(若電動車為電動自行車，則是固定在前叉或後叉，因其固定為一般習知技術，故圖中未再明示)；殼體31與第一固定軸320及第二固定軸321之間分別介置一第一軸承313及一第二軸承371,而使殼體31可相對第一固定軸320、第二固定軸321及整個中心軸組件32旋轉；轉軸322上同軸固設一太陽齒輪340及一磁鐵組件34,轉軸322與殼體31之間分別介置一第三軸承314及一第四軸承380,而使殼體31可相對轉軸322旋轉，及使轉軸322可相對第一固定軸320及第二固定軸321旋轉；磁鐵組件34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；及一行星輪架36,其可單向旋轉地套繞該中心軸組件32並為同軸，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340的齒部嚙合。

如圖3及5所示，本發明具體實施例中，轉軸322中段固定磁鐵組件34。太陽齒輪340固設在轉軸322鄰近轉軸322的第二端。殼體31內壁固設有一齒環35。行星輪架36呈一星盤狀，其包括有一第一端面及一第二端面，其第一端面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340,並位在齒環35內圍，且分別與太陽齒輪340及齒環35的齒部嚙合。行星輪架36的第二端面向外軸向延伸有一第一套筒364,第一套筒364具有一軸向貫穿的套孔363,第二固定軸321的第一端伸入套孔363內，使第一套筒364包圍第二固定軸321的第一端並介置一單向軸承373,藉單向軸承373使行星輪架36可相對第二固定軸321及整個中心軸組件32單向旋轉。

如圖3及5所示，本發明之輪轂馬達的一種較佳實施例中，第二固定軸321之第一端與轉軸322之第二端經一第五軸承372相連接。更佳實施例，係第二固定軸321之第一端設有一擴大外徑的第二套筒323。第二套筒323外周由第一套筒364包圍並介置單向軸承373,而內周則圍繞轉軸322之第二端並介置第五軸承372,藉第五軸承372而使第二套筒323與轉軸322相連接，並藉轉軸322經第五軸承372而適當支撐第二固定軸321,使第二固定軸321得以穩定承載單向承軸373、行星輪架36及行星齒輪362。

如圖3及5所示，本發明之輪轂馬達的一種較佳實施中，該殼體二端分別設一第一開口310及第二開口311,第一開口310及第二開口311分別覆設一第一封閉件37及一第二封閉件370,內部中段處固設一橫隔板38。第一封閉件37中央設一第一軸承座39,第一軸承座39具有一第一容槽390,第一容槽390內供容置第一軸承313及第三軸承314。第二封閉件370中央設一第二軸承座391,第二軸承座391具有一第二容槽392,第二容槽392內供容置第二軸承371,橫隔板38中央設一第三軸承座381,第三軸承座381具有一第三容槽382,第三容槽382內供容置第四軸承380。第一軸承313及第二軸承371內圍分別束套設第一固定軸320及第二固定軸321,第一固定軸320及第二固定軸321分別軸向貫穿第一封閉件37及第二封閉件370。第三軸承314及第四軸承380內圍分別束套轉軸322,轉軸322貫穿橫隔板38,磁鐵組件34位於第三軸承314及第四軸承380之間，第四軸承380位於磁鐵組件34及太陽齒輪340之間。再者，一種較佳實施例中，第一軸承座39的第一容槽390內部依序容置第一軸承313、一墊環315及第三軸承314,以墊環315隔離定位第一軸承313及第三軸承314而呈同軸並置，以簡化結構而便於組裝。

Ⅱ.　本發明第二具體實施例

如圖1及6至8所示，達成本發明之第三至五目的的具體實施例，係包括有車輪之輪圈10及輪轂馬達30。輪圈10向中心延伸設有至少一連接件11。至少一連接件11用以連接輪轂馬達30,其上設置至少一供電電池40及一控制手段50。輪轂馬達30則如上述第一具體實施例所載述之構造，在此不再詳細贅述。而此具體實施例之主要特徵，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。

如圖3及6所示，本具體實施例中，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。

如圖3及6所示，本具體實施例中，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、輪轂馬達整體結構簡化，故可有效搭配應用於電動車輪。

2、輪轂馬達之中心軸組件包括同軸第一固定軸、第二固定軸及轉軸，搭配於行星輪架與第二固定軸間設置單向軸承，整體構件簡化且系統化，而易於組裝。再者，第二固定軸與轉軸之間以第五軸承連接，使機構更形穩固。

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、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、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、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．．．第一開口

311．．．第二開口

313．．．第一軸承

314．．．第三軸承

315．．．墊環

32．．．中心軸組件

320．．．第一固定軸

321．．．第二固定軸

322．．．轉軸

33．．．線圈繞組

34．．．磁鐵組件

340．．．太陽齒輪

35．．．齒環

36．．．行星輪架

360．．．樞軸

361．．．軸承

362．．．行星齒輪

363．．．套孔

364．．．第一套筒

37．．．第一封閉件

370．．．第二封閉件

371．．．第二軸承

372．．．第五軸承

373．．．單向軸承

38．．．橫隔板

380．．．第四軸承

381．．．第三軸承座

382．．．第三容槽

39．．．第一軸承座

390．．．第一容槽

391．．．第二軸承座

392．．．第二容槽

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；及

圖8為本發明之輪圈與輪轂馬達之組合立體圖。

30．．．輪轂馬達

31．．．殼體

310．．．第一開口

311．．．第二開口

313．．．第一軸承

314．．．第三軸承

315．．．墊環

32．．．中心軸組件

320．．．第一固定軸

321．．．第二固定軸

322．．．轉軸

33．．．線圈繞組

34．．．磁鐵組件

340．．．太陽齒輪

35．．．齒環

36．．．行星輪架

360．．．樞軸

361．．．軸承

362．．．行星齒輪

363．．．套孔

364．．．第一套筒

37．．．第一封閉件

370．．．第二封閉件

371．．．第二軸承

372．．．第五軸承

373．．．單向軸承

38．．．橫隔板

380．．．第四軸承

39．．．第一軸承座

390．．．第一容槽

Claims (7)

1. 一種電動車之輪轂馬達，其供與一車輪結合，用以驅動該車輪旋轉，其包括：一殼體，其呈筒狀，外部供與該車輪連接；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；一中心軸組件，其沿著該殼體中心軸線延伸設置，其包括：一第一固定軸，其包括一第一端及一第二端，其第一端供固定在一車架上，該殼體與該第一固定軸之間介置一第一軸承，而使該殼體可相對該第一固定軸旋轉；一第二固定軸，其包括一第一端及一第二端，其第二端供固定在一車架上，該殼體與該第二固定軸之間分別介置一第二軸承，而使該殼體可相對該第二固定軸旋轉；及一轉軸，其與該第一固定軸及該第二固定軸同軸，其包括一第一端及一第二端，其上同軸固設一太陽齒輪及一磁鐵組件，該轉軸與該殼體之間分別介置一第三軸承及一第四軸承，而使該殼體可相對該轉軸旋轉，及使該轉軸與該第一固定軸及該第二固定軸同軸，且使該轉軸可相對該第一固定軸及該第二固定軸旋轉；及一行星輪架，其可單向旋轉地套繞該中心軸組件並為同軸，其包括一第一端面及一第二端面，其第一端面樞設複數個等圓心角環佈的行星齒輪，該複數個行星齒輪分別與該齒環及該太陽齒輪的齒部嚙合，其中，該第二端面軸向延伸有一第一套筒，該第一套筒圍繞該第二固定軸的第一端並介置一單向軸承，藉該單向軸承使該行星輪架可相對該第二固定軸及該中心軸組件單向旋轉，該第二固定軸的第一端與該轉軸的第二端經一第五軸承相連接，該第二固定軸的第一端設有一第二套 筒，該第二套筒環繞該轉軸的第二端並介置該第五軸承而相連接。
2. 如請求項1所述之電動車之輪轂馬達，其中，該殼體二端分別設一第一封閉件及一第二封閉件，內部中段固設一橫隔板；該第一封閉件上固設一第一軸承座，該第一軸承座包括有一第一容槽，該第一容槽容置該第一軸承及該第三軸承；該第二封閉件上設置該第二軸承，該橫隔板上設置該第四軸承；該第一軸承及該第二軸承內圍分別束套該第一固定軸及該第二固定軸；該第三軸承及該第四軸承內圍分別束套該轉軸，該磁鐵組件位於該第三軸承及該第四軸承之間，該第四軸承位於該磁鐵組件及該太陽齒輪之間。
3. 如請求項2所述之電動車之輪轂馬達，其中，該軸承座設有一第三套筒，該套筒內部依序容置該第一軸承、一墊環及該第三軸承，以該墊環隔離該第一軸承及該第三軸承而呈同軸並置。
4. 如請求項1所述之電動車之輪轂馬達，其中，該車輪包括一輪圈，該輪圈向中心延伸設有至少一連接件，該至少一連接件用以連接該殼體，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。
5. 如請求項4所述之電動車之輪轂馬達，其中，該指令訊號為一外部無線式傳輸的指令訊號；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組件而直接自該殼體穿越。
6. 如請求項4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組件穿越；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組件穿越。
7. 如請求項6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。