TWI465353B - 動力輪 - Google Patents

Description

動力輪

本發明有關於一種動力輪，特別是指透過動力輪進行驅動而不需要設置有傳統電動馬達的車輛。

請參閱第1圖，為一電力驅動式輪椅之手輪圈的構造示意圖。如圖所示，手輪圈10包括有一輪圈11、複數個支架14、複數個永久磁鐵13及複數個電磁鐵16，其中該永久磁鐵13沿著輪圈11進行設置，支架14的一端連接輪圈11的軸心17，電磁鐵16則設置在支架14的另一端，在應用時使用者可手持手輪圈10並進行轉動。永久磁鐵13排列成NS極對(NS pole pairs)且平均沿著輪圈11面對軸心17的內表面設置，例如永久磁鐵13以NS交錯的方式設置。如第1圖所示之永久磁鐵13的NS對以徑向的方式平均沿著輪圈11的內表面設置，且永久磁鐵13占據整個輪圈11的內表面，並面對輪圈11的軸心17。

電磁鐵16的設置位置與輪圈11的內側相對，在使用時可向電磁鐵16供給電源，並使得電磁鐵16暫時產生磁力，如NS對(NS pair)，且電磁鐵16所產生的磁力會與輪圈11上之永久磁鐵13的磁力作用(磁耦合)，則輪圈11將會相對於軸心17進行轉動。

如第1圖所示之電磁鐵16以徑向的方式設置，且其設置位置與輪圈11內側的永久磁鐵13相對。電磁鐵16被區分成兩個群組， 如第一電磁鐵組121及第二電磁鐵組123。第一電磁鐵組121被設置在第一支架141的一端，而第一支架141的另一端則設置在輪圈11的軸心17上。相同的，第二電磁鐵組123則設置在第二支架143的一端，而第二支架143的另一端則設置在輪圈11的軸心17，使得第一電磁鐵組121與第二電磁鐵組123的設置位置以軸心17為中心並相互對稱。

電磁鐵16與永久磁鐵13之間存在有一間隙15，並使得設置有永久磁鐵13的輪圈11可相對於支架14上的電磁鐵16進行轉動。然而，在使用手輪圈10的過程中，使用者的手指或其他部位都有可能被外露的間隙15所夾持，並容易導致使用者受傷。

此外，在經過一定時間的使用之後，亦可能會發生輪圈11變形的情形，並造成輪圈11上的永久磁鐵13與支架14上之電磁鐵16的間隙15大小改變，使得永久磁鐵13與電磁鐵16之間相互作用的磁力產生變化，進而導致手輪圈10的轉動效能下降或損壞。

本發明之一目的，在於提供一種動力輪，主要於轉子上設置有一容置空間，並使得定子上的電磁鐵組及/或定子區塊位於轉子之容置空間內，藉此以避免在使用動力輪的過程中發生夾手的情形。

本發明之又一目的，在於提供一種動力輪，主要於轉子與定子區塊之間設置有一軸承，藉此將可在轉子與定子之間進行相對運動時，藉此將可固定電磁鐵組及永久磁鐵之間的間隙大小，並有利於進行轉子與定子之間的相對運動。

本發明之又一目的，在於提供一種動力輪，主要於定子區塊 及支撐架之間設置有至少一調整單元，藉此將可保持轉子上之永久磁鐵與定子區塊上之電磁鐵組之間的相對位置，並有利於維持動力輪運轉的效能。

本發明之又一目的，在於提供一種動力輪，主要於轉子與定子之間設置有至少一防水墊片，以防止外界的水氣進入轉子上的容置空間，藉此以避免外界的水氣與容置空間內的電磁鐵組及/或永久磁鐵接觸，以增加動力輪的使用壽命。

為達上述目的，本發明提供一種動力輪，包括有：一轉子，包括有一容置空間；複數個永久磁鐵，設置於轉子之容置空間內；一定子，包括至少一定子區塊；及至少一電磁鐵組，設置於定子區塊上，其中電磁鐵組位於轉子之容置空間內，並與永久磁鐵相對。

上述動力輪的一實施例，其中該轉子上的永久磁鐵與該定子區塊上的電磁鐵組之間存在有一間隙。

上述動力輪的一實施例，包括有至少一軸承設置於該轉子與該定子區塊之間。

上述動力輪的一實施例，其中該定子包括有至少一支撐架，且該定子區塊設置於該支撐架上。

上述動力輪的一實施例，包括有至少一調整單元設置於該支撐架及該定子區塊之間，並用以調整該定子區塊上之電磁鐵組與該轉子上之永久磁鐵的相對位置。

上述動力輪的一實施例，包括有至少一防水墊片設置於該轉子與該定子之間，並使得該轉子上的容置空間成為封閉的空間。

上述動力輪的一實施例，包括有至少一排水通道，設置於該轉子與該定子之間。

上述動力輪的一實施例，其中該排水通道設置於該防水墊片與該定子之間。

上述動力輪的一實施例，其中該電磁鐵組包括有至少一線圈及至少一導磁單元，且該線圈纏繞於該導磁單元上。

上述動力輪的一實施例，其中該轉子為環狀構造，且該容置空間環設於該轉子的內緣，使得該容置空間成為環狀的空間。

上述動力輪的一實施例，其中該轉子為輪椅的手輪管或車輛的驅動輪。

10‧‧‧手輪圈

11‧‧‧輪圈

121‧‧‧第一電磁鐵組

123‧‧‧第二電磁鐵組

13‧‧‧永久磁鐵

14‧‧‧支架

141‧‧‧第一支架

143‧‧‧第二支架

15‧‧‧間隙

16‧‧‧電磁鐵

17‧‧‧軸心

20‧‧‧動力輪

21‧‧‧轉子

22‧‧‧容置空間

23‧‧‧永久磁鐵

24‧‧‧間隙

25‧‧‧定子

251‧‧‧定子區塊

253‧‧‧支撐架

255‧‧‧調整單元

26‧‧‧軸承

27‧‧‧電磁鐵組

271‧‧‧電磁鐵

29‧‧‧軸心

30‧‧‧動力輪

36‧‧‧防水墊片

38‧‧‧排水通道

40‧‧‧動力輪

41‧‧‧轉子

411‧‧‧固定架

42‧‧‧容置空間

43‧‧‧永久磁鐵

44‧‧‧間隙

45‧‧‧定子

451‧‧‧定子區塊

46‧‧‧防水墊片

47‧‧‧電磁鐵組

471‧‧‧電磁鐵

48‧‧‧排水通道

49‧‧‧軸承

第1圖：為習用電力驅動式輪椅之手輪圈的構造示意圖；第2圖：為本發明動力輪一實施例的構造示意圖；第3圖：為本發明動力輪一實施例的剖面示意圖；第4圖：為本發明動力輪又一實施例的剖面示意圖；第5圖：為本發明動力輪又一實施例的構造示意圖；第6圖：為本發明動力輪又一實施例的剖面示意圖；第7圖：為本發明動力輪又一實施例的剖面示意圖；第8圖：為本發明動力輪又一實施例的構造示意圖；及第9圖：為本發明動力輪又一實施例的構造示意圖。

請參閱第2圖及第3圖，分別為本發明動力輪一實施例的構造示意圖及剖面示意圖。如圖所示，動力輪20包括有一轉子21、複數個永久磁鐵23及一定子25，其中定子25包括有至少一定子區塊251及至少一支撐架253。定子區塊251設置於支撐架253上，且定子區塊251上設置有至少一電磁鐵組27。定子區塊251上的電磁 鐵組27與轉子21上的永久磁鐵23相對，並於兩者之間存在有一間隙24，使得轉子21可相對於定子25進行轉動。

轉子21包括有一容置空間22，例如轉子21可為圓形的環狀構造，並於轉子21的內緣環設該容置空間22，使得容置空間22成為一環狀的空間。定子區塊251及電磁鐵組27位於轉子21的容置空間22內，並使得定子區塊251上的電磁鐵組27與轉子21上的永久磁鐵23相對，且定子區塊251上的電磁鐵組27與轉子21上的永久磁鐵23為週期性的磁耦合關係。

本發明實施例之永久磁鐵23排列成NS極對(NS pole pairs)並設置於轉子21之容置空間22內，且永久磁鐵23占據整個轉子21之全部或部分的內表面。此外，永久磁鐵23的N極或S極以軸向的方式設置，且各個永久磁鐵23以NS交錯的方式排列。

定子25之支撐架253固定於動力輪20的軸心29，並於支撐架253的兩端分別設置有至少一定子區塊251。各個定子區塊251上分別設置有至少一電磁鐵組27，使得電磁鐵組27及/或定子區塊251以軸心29為中心並相互對稱。此外，各個電磁鐵組27包括有複數個電磁鐵271，例如電磁鐵組27可包括有六個電磁鐵271。在實際應用時，若提供給動力輪20的驅動電源為三相電源，電磁鐵組27上之電磁鐵271的數量將為三的倍數，例如電磁鐵271的數量可為三個、六個、九個…等。若提供給動力輪20的驅動電源為二相電源，則電磁鐵271的數量將為二的倍數，例如電磁鐵271的數量可兩個、四個、六個、八個…等。

電磁鐵組27內之電磁鐵271主要由線圈纏繞而成，當電流導通時將會使得電磁鐵271產生磁力，在不同實施例中亦可將線圈纏繞在導磁單元，例如導磁單元可由鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)等 材質所製成之柱狀體，可使得電磁鐵271產生較大的磁力，以提高動力輪20的扭力。

在本發明中由於電磁鐵組27及/或定子區塊251皆位於轉子21的容置空間22內，使得定子25與轉子21之間的間隙24不會明顯的外露在動力輪20的外部結構上，藉此可避免使用者的手指在使用過程中被定子25與轉子21之間的間隙24夾到，以提高動力輪20在使用時的安全性。

為了提高動力輪20的效能，亦可進一步在定子區塊251與轉子21之間設置有至少一軸承(bearing)26，例如軸承26可為球狀或長條狀，在實際應用時，亦可將軸承26設置於定子區塊251或轉子21上。藉由軸承26的設置，將可以在轉子21與定子25進行相對運動時，維持轉子21上之永久磁鐵23與定子區塊251上之電磁鐵組27之間的間隙24大小，並有利於進行轉子21與定子25之間的相對運動。

在本發明一較佳實施例中，支撐架253可透過至少一調整單元255與定子區塊251相連接，透過調整單元255的使用，將可以調整定子區塊251上之電磁鐵組27與支撐架253之間的相對位置，吸收因動力輪20真圓度的變形量。調整單元255可為具有形變特性之裝置，例如調整單元255可為彈簧或滑塊。

一般而言，動力輪20在經過一段時間的使用之後，往往會因為外界的壓力而造成動力輪20發生形變，並可能會使得動力輪20上之轉子21的外觀不為正圓。隨著轉子21之外觀形狀的改變，將可能會進一步導致定子區塊251上之電磁鐵組27與轉子21上之永久磁鐵23之間的重疊面積縮小，進而對動力輪20的效能造成影響。

透過調整單元255及/或軸承26的使用，將可有效維持轉子21上之永久磁鐵23與定子區塊251上之電磁鐵組27之間的相對位置，即便轉子21的外觀形狀發生改變而不為正圓，亦不會對動力輪20的運轉效能造成影響。

請參閱第4圖，為本發明動力輪又一實施例之剖面示意圖。如圖所示，動力輪30包括有一轉子21、複數個永久磁鐵23、一定子25，其中定子25包括有至少一定子區塊251，且定子區塊251上設置有至少一電磁鐵組27，各個電磁鐵組27包括有複數個電磁鐵271。轉子21包括有一容置空間22，其中電磁鐵組27及/或定子區塊251位於轉子21之容置空間22內。電磁鐵組27與永久磁鐵23相對，並於兩者之間存在有一間隙24，使得轉子21可相對於定子25進行轉動。

在本發明實施例中，動力輪30還包括有至少一防水墊片36，設置於轉子21與定子25之間，例如可將防水墊片36設置於轉子21或定子25上，使得轉子21上的容置空間22成為一封閉的空間，以防止外部的水氣進入容置空間22，藉此以保護容置空間22內的電磁鐵組27。

此外，動力輪30亦可包括有一排水通道38，設置於轉子21與定子25之間，並可透過轉子21轉動時所產的離心力將可能侵入容置空間22的水份排出。在本發明一較佳實施例中，可將排水通道38設置於防水墊片36與定子25之間，使得部分水氣在接觸防水墊片36之前，便可經由排水通道38導出，藉此可進一步降低水氣侵入容置空間22的機會。此外，由於電磁鐵271因電流經過產生的熱，使容置空間22溫度升高，內部空氣壓力高過於轉子21外部空氣的壓力，亦可降低水氣進入容置空間22的機會。

由於電磁鐵271及永久磁鐵23主要是由鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)等材質所製成，在長時間與水氣接觸之後，將可能會導致電磁鐵271或永久磁鐵23生鏽或損壞。透過防水墊片36及/或排水通道38的設置，將可隔離外界的水氣與電磁鐵271及/或永久磁鐵23，並可有效提高動力輪30的使用壽命。

請參閱第5圖及第6圖，為本發明動力輪又一實施例的構造示意圖及剖面示意圖。如圖所示，動力輪40包括有一轉子41、複數個永久磁鐵43、一定子45，其中定子45包括有至少一定子區塊451，並於定子區塊451上設置有至少一電磁鐵組47，且該電磁鐵組47包括有複數個電磁鐵471。轉子41包括有一容置空間42，其中電磁鐵組47及/或定子區塊451位於轉子41之容置空間42內，且電磁鐵組47與容置空間42內的永久磁鐵43相對，並於兩者之間存在有一間隙44，使得轉子41可相對於定子45進行轉動。

在本發明實施例中，轉子41包括有一固定架411，並將永久磁鐵43設置於固定架411上。定子區塊451可用以包覆永久磁鐵43，並使得定子區塊451上的電磁鐵組47與固定架411上的永久磁鐵43相對，例如可將定子區塊451設計為U字形，並可用以包覆設置於固定架411上的永久磁鐵43。

此外，U形定子區塊451亦可包覆部分的固定架411，並可於U形之定子區塊451及固定架411之間設置有至少一軸承49，藉此將可進一步穩固永久磁鐵43與電磁鐵組47之間的相對位置，並可穩定動力輪40的運轉效能。

本實施例之永久磁鐵43排列成NS極對(NS pole pairs)，且各個永久磁鐵43的N極或S極以徑向的方式設置。

在實際應用時，亦可於轉子41與定子45之間增設有防水墊片 46及/或排水通道48，如第7圖所示，並使得轉子41上的容置空間42成為一封閉的空間，且因電磁鐵471因電流經過產生的熱，使容置空間42溫度升高，內部空氣壓力高過於轉子41外部空氣的壓力，亦可降低水氣進入容置空間42的機會，並可延長動力輪40的使用壽命。

本發明所述之電磁鐵組27/47的纏繞方式，以及永久磁鐵23/43具有相對應的排列方式，可使主要氣隙磁通方向為軸向或徑向，例如第3圖及第4圖所示之動力輪20/30的電磁鐵組27及永久磁鐵23主要以軸向磁通的方式設置，並以平行動力輪20/30、轉子21及/或定子25之軸心29的方向纏繞電磁鐵組27的線圈。第5圖、第6圖及第7圖所示之動力輪40的電磁鐵組47及永久磁鐵43則以徑向磁通的方式設置，並沿著動力輪40、轉子41及/或定子45之半徑的方向纏繞電磁鐵組47的線圈。在使用時可依據實際的需求，選擇上述兩種纏繞方式的任一種來製作動力輪。

在本發明上述實施例中，動力輪20/30/40主要包括有兩個定子區塊251/451及兩組電磁鐵組27/47，並分別設置於支撐架253的兩端。然而在不同實施例中定子區塊251/451及電磁鐵組27/47的數量亦可為一個，如第8圖所示僅設置有一個定子區塊251/451及一個電磁鐵組27/47。此外，定子區塊251/451及電磁鐵組27/47的數量亦可為一個以上，如第9圖所示設置有三個定子區塊251/451及電磁鐵組27/47。

上述之動力輪20/30/40主要用以驅動車輛行進，例如輪椅、電動腳踏車或摩托車…等，其中轉子21/41可為車輛的驅動輪或是輪椅的手輪管。

以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定 本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

20‧‧‧動力輪

21‧‧‧轉子

23‧‧‧永久磁鐵

25‧‧‧定子

251‧‧‧定子區塊

253‧‧‧支撐架

255‧‧‧調整單元

27‧‧‧電磁鐵組

271‧‧‧電磁鐵

29‧‧‧軸心

Claims (9)

1. 一種動力輪，包括有：一轉子，包括有一容置空間；複數個永久磁鐵，設置於該轉子之容置空間內；一定子，包括至少一定子區塊，其中該定子包括有至少一支撐架，且該定子區塊設置於該支撐架上；至少一電磁鐵組，設置於該定子區塊上，其中該電磁鐵組位於該轉子之容置空間內，並與該永久磁鐵相對；及至少一調整單元，設置於該支撐架及該定子區塊之間，並用以調整該定子區塊上之電磁鐵組與該轉子上之永久磁鐵的相對位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之動力輪，其中該轉子上的永久磁鐵與該定子區塊上的電磁鐵組之間存在有一間隙。
3. 如申請專利範圍第2項所述之動力輪，包括有至少一軸承設置於該轉子與該定子區塊之間。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之動力輪，包括有至少一防水墊片設置於該轉子與該定子之間，並使得該轉子上的容置空間成為封閉的空間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之動力輪，包括有至少一排水通道，設置於該轉子與該定子之間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之動力輪，其中該排水通道設置於該防水墊片與該定子之間。
7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之動力輪，其中該電磁鐵組包括有至少一線圈及至少一導磁單元，且該線圈纏繞於該導磁單元上。
8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之動力輪，其中該轉子為環狀構造，且該容置空間環設於該轉子的內緣，使得該容置空間成為環狀的空間。
9. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之動力輪，其中該轉子為輪椅的手 輪管或車輛的驅動輪。