TWI603866B - 帶制動器的輪內馬達 - Google Patents

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安卓安努斯 約翰尼斯 漢妮
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Description

帶制動器的輪內馬達
本發明係關於一種帶制動器的輪內馬達。
此類輪內馬達係於描述(例如)國際專利申請案WO 2010/101914中，該申請案描述一種用於車輛之輪總成，其包括：一非旋轉支撐部件；一輪子，其包括一輪緣；一十字軸架；及一輪轂，該輪緣具有一徑向內部表面，其中該輪子藉由該非旋轉支撐部件可旋轉地支撐，用以繞一輪軸線旋轉；及一電動馬達，其具有軸向延伸之馬達孔，其中該電動馬達包括一非旋轉馬達部分及一旋轉馬達部分，其中該旋轉馬達部分可操作地連接至該輪子且與該輪緣之徑向內部表面間隔分開，以便與來自該輪緣之該徑向內部表面的任何徑向地向內定向之力實質分離，其中該非旋轉馬達部分係固定地連接至該非旋轉支撐部件。視需要進一步包括一制動器之該總成欲經由一懸架軸安裝至一車輛。
然而，在該已知總成中，該旋轉馬達部分係佈置於該非旋轉馬達部分之內，且需要一佔用空間且複雜之機構以將轉子之旋轉運動移轉至輪子之輪緣。
本發明之一目的係提供一種帶整合式制動系統之改良輪內馬達，該制動系統具有低複雜度構造。
為達此目的，根據第一觀點，本發明提供一種用於一車輛之輪子，該輪內部包括： 一外殼，其具有用於安裝至該車輛之一第一側；一電動馬達，其用於驅動該輪子之移動，該電動馬達包括：一定子，該定子旋轉固定地連接至該外殼；及一轉子，該轉子旋轉地耦接至該定子並且具有一旋轉軸線，該定子係佈置於該轉子內；及一制動系統，其適合嚙合該轉子，用以制動該轉子相對於該定子之移動，其特徵在於該外殼包括一軸，該軸旋轉固定地附接至該外殼且自該外殼與該旋轉軸線同軸地突出，其中當沿著該旋轉軸線觀察時，該軸與該第一側間隔分開，其中該轉子包括一輪緣，該輪緣用於將一輪胎安裝於該輪緣上，且該轉子進一步包括一輪板，該輪板包括用於接納該軸之一輪轂，該輪板進一步包括該制動鼓，其中該輪緣、該輪板及該制動鼓附接在一起成為一整體及/或成為一單一零件，其中該制動系統包括一致動器，該致動器適合致動該制動系統與該制動鼓之嚙合，及其中該外殼包括用於控制該電動馬達之控制電子器件。
該輪子可因此經安裝作為一車輛上之一模組，而不必將外部的額外制動器附接至該輪子，且不必於該車輛中提供額外的電子器件來控制該電動馬達。
控制電子器件較佳地完全含於外殼內或藉由外殼包圍，且因此大體上得以保護免受來自該外殼外部之顆粒及/ 或液體。在此情況下，由控制電子器件沿旋轉軸線之方向佔據的空間受外殼沿該旋轉軸線之寬度限制。較佳地，控制電子器件具有一縱軸，該縱軸經定向大體上垂直於輪子之旋轉軸線。舉例而言，該等電子器件包括平面印刷電路板(PCB)，其中該PCB之平面經佈置至少大體上垂直於該旋轉軸線。
較佳地，制動系統係附接至外殼，例如附接至該外殼中或至該外殼上。施加於輪上之任何制動力經由該外殼傳送至車輛，而不是經由軸來傳送。因此，該軸可為相對輕型的構造。
由於輪緣、輪板及制動鼓彼此附接成為一單一零件，例如由材料(例如金屬)之單一連續塊體形成，且在組裝及拆卸軸上之轉子期間無需進一步相對於彼此對準或附接，所以有助於由本發明提供之輪子的組裝、拆卸、維護及維修。
較佳地，定子係旋轉固定地連接至外殼，且合併的輪緣、輪板及制動鼓經由軸來旋轉地連接至改外殼。由於該定子係附接至合併的輪緣、輪板及制動鼓，所以轉子係旋轉地耦接至該定子。
因為外殼提供用於支撐輪子之轉子的旋轉移動的軸，所以無需將一軸安裝至該輪子上。本發明之輪子可安裝至車輛上之任何位置，甚至獨立於車輛之安裝元件的位置，該等安裝元件適合將輪子安裝至車輛。可安裝該輪子而無需車輛構造之任何機械改變。
然而，較佳地，以根據本發明之輪子改裝之車輛的原始安裝元件留於原處及/或於將此輪子安裝至車輛時使用。此外，不需要將眾多不同尺寸之軸承持於手中用以將輪子裝配至不同車輛之現有輪軸上。因為不存在穿過外殼之軸，所以可能在外殼內使用大體上平坦且工業上可用之控制電子器件，進而又容許將該外殼之尺寸設定為足夠小以大體上完全含於該輪內。
在一實施例中，控制電子器件包括用於控制電力且向電動馬達供應電力之電力電子器件，例如IGBT電流模組及電流調節器。根據本發明之輪子可因此直接連接至VDC電源，而無需將諸如反流器之額外電力電子器件安設於車輛本身中。因為不存在穿過外殼之軸，所以外殼內可供電力電子器件使用之空間更大，且該等電力電子器件可佈置於外殼內任意處，甚至不至於與旋轉軸線相交之位置處。
在一實施例中，該輪子實施為直接驅動輪。因此，轉子直接驅動輪子，而無需任何中間齒輪或類似物，且定子(尤其是該定子之磁鐵)直接將旋轉力施加至轉子。大體上沒有旋轉力經由軸或齒輪傳送至轉子。在電力供電之輪子，諸如直接驅動輪子中，尤其有利地是將轉子繞定子置放替代將定子繞轉子置放。可由馬達產生之扭矩係轉子直徑之二次函數。例如，若具有直徑為1單位之轉子的馬達能夠產生1Nm之扭矩，則具有直徑為1.2單位之轉子的相同馬達將能夠產生1.44Nm之扭矩。
在一實施例中，制動系統係安裝於外殼上，較佳地安 裝於該外殼的與該第一側對置之一側上。因此，在該車輛與外殼之第一側之間無需用於制動系統的額外空間。
在一實施例中，當沿著旋轉軸線觀察時，制動系統係佈置於轉子與外殼之間。該制動系統較佳地係佈置於轉子之該輪板與外殼之間。
在一實施例中，制動系統包括用於制動與該轉子上之第二嚙合表面嚙合之第一嚙合表面，其中該輪子進一步包括適合收集制動磨損顆粒之收集構件。制動磨損顆粒進入且干擾輪子之電子組件的機會因此顯著地減小。
在一實施例中，收集構件定位於靠近該第一嚙合表面與該第二嚙合表面之一嚙合點處，較佳位於該嚙合點之3cm距離內。在一較佳實施例中，收集構件經定位相比輪軸承更靠近該嚙合點。相對較小尺寸之收集構件可因此用以有效地收集制動磨損顆粒。
在一實施例中，輪子進一步包括一輪軸承，其中該收集構件適合收集與該輪軸承間隔分開之一位置處的制動磨損顆粒。制動磨損顆粒進入且損壞輪子之輪軸承的機會因此顯著地減小。
在一實施例中，該第一嚙合表面及/或該第二嚙合表面包含一金屬，且該收集構件包括定位於靠近該嚙合點處之磁鐵，較佳地為永磁鐵。較佳地，選擇容易藉由磁力吸引之金屬或金屬合金，例如鐵或鎳或包含此等金屬之合金。
在一實施例中，制動系統經佈置與該第一側間隔分開。此外，在該車輛與該外殼第一側之間無需用於制動系 統的額外空間。
在一實施例中，該定子係繞外殼佈置。因此，用於控制電動馬達之控制電子器件可容易裝配於輪內，而定子可仍具有沿旋轉軸線之寬度，該寬度至少等於外殼沿旋轉軸線之寬度。較佳地，該定子包括一內部圓周表面，該內部圓周表面大體上鄰接外殼之一外部圓周表面。
在一實施例中，轉子包括一輪緣，該輪緣用於將一輪胎安裝至該輪緣上。較佳地，當輪胎安裝至輪緣上時，該輪胎自一側滑過輪緣直至輪胎鄰接該輪緣之斜面邊緣，其後一輪緣環在與該斜面邊緣對置之輪緣邊緣處或附近附接至該輪緣/轉子/制動鼓。
在一實施例中，定子包括一或多個電磁鐵，其中轉子包括繞該一或多個電磁鐵置放之永磁鐵。因此，定子與轉子一起形成可由控制電子器件控制之一電動馬達。
在一實施例中，當沿著旋轉軸線觀察時，該電動馬達完全佈置於輪緣之第一側與輪緣之對置第二側之間。
在一實施例中，制動系統包括一鼓制動系統。
在一實施例中，該外殼包括一直通道，該直通道用於自該輪子外部連接至制動系統之一鋼絲或桿體，其中該鋼絲或桿體相對於制動系統之一位移致動該制動系統。因此，本發明在輪內部提供一機械制動系統，該制動系統可容易地連接至一附接有輪子之車輛之一或多個制動鋼絲或類似物。較佳地，鋼絲或桿體之位移將制動系統置於泊車模式。
在一實施例中，該外殼包括一直通道，該直通道用於自該輪子外部連接至制動系統之包含制動液的一管道或管路，其中該管道或管路內之該制動液的一壓力改變致動該制動系統。該輪子可因此容易地連接至一附接有輪子之車輛之一或多個液壓制動管路或類似物。較佳地，該輪子經提供連接至一機械制動鋼絲或桿體及一液壓制動管路二者。
在一實施例中，該外殼包括凹形表面，該表面於該第一側處係敞開端，其中較佳而言，該表面離該第一側最遠之一點沿旋轉軸線與第一側之間的距離大於或等於輪子沿該旋轉軸線之寬度之四分之一，較佳地大於或等於該寬度之三分之一。因此，於輪內提供足夠之空間以容納自車輛之突起部，例如現有輪子安裝元件，以使得將輪子安裝至車輛時不必改變此等突出部。
在一實施例中，該外殼沿著該輪子之寬度沿著旋轉軸線延伸超過該寬度之至少一半，較佳超過該寬度之至少四分之三。該外殼因此為定子提供有效支撐。
在一實施例中，在外殼內位於該第一側之輪子的大體上所有部件皆相對於該外殼旋轉地固定。該外殼可因此經建構而於外殼內不帶有軸承。此外，任何軸承於輪內外殼外部之置放容許軸承之便利維護、更換及/或檢查而無需打開外殼。
在一實施例中，外殼進一步包括一冷卻系統，該冷卻系統適合冷卻電動馬達、控制電子器件及/或制動系統中的 任一者。因為外殼緊鄰於電動馬達及控制電子器件之實質部分，所以可達成有效之冷卻。冷卻系統較佳地包括一冷卻管道，該冷卻管道靠近於定子及/或控制電子器件之外部表面，且較佳地適合供冷卻液通過。
在一實施例中，轉子包括一輪緣，該輪緣用於將一輪胎安裝至該輪緣上；及一輪板，該輪板包括用於接納一輪軸之一輪轂，該輪板進一步包括一制動鼓，其中該輪緣及該輪板一起形成一整體或成為一單一零件。藉由將輪緣、輪板、輪轂及制動鼓提供為一單一零件，達成一堅固、輕質但簡單之構造。
在一實施例中，該外殼包括一大體上中空主體，該主體具有一圓周壁及一大體上敞開之第一側與一對置的大體上封閉之第二側。該中空主體較佳具有圓柱形形狀。較佳地，冷卻系統亦具有一圓周壁及一大體上敞開之第一側與一對置的大體上封閉之第二側，以使得外殼之中空主體及冷卻系統界定一中空部分且於該第一側處係敞開端。在一較佳實施例中，冷卻系統經尺寸設定以使得冷卻系統圓周壁之外部表面可經置放大體上鄰接中空主體圓周壁之內部表面。
在一實施例中，該外殼進一步包括一附接配接器，該附接配接器具有用於與車輛附接之一凸緣，及當沿著旋轉軸線觀察時，與該凸緣間隔分開之一大體上封閉表面。當附接配接器附接於中空主體之第一側處時，該封閉表面大體上封閉該第一側及因此封閉外殼之內部。當附接配接器 裝配至已具有輪軸之車輛時，此輪軸或確切而言車輛之任何其他部件可至少部分地突出至配接器之敞開端中。因此，當以根據本發明之輪子改裝車輛時，不必要切斷車輛之現有輪軸。較佳地，提供許多可互換之附接配接器用於外殼，各配接器適用於預定類型之車輛，例如適用於具有不同種類輪子外殼之車輛。沿著旋轉軸線的介於凸緣與配接器之大體上封閉表面之間的距離可隨可互換附接配接器變化，可隨凸緣沿著旋轉軸線之寬度變化。應注意的是，如本文所述之附接配接器的使用在根據本發明之省略制動系統的電動輪中亦為有利的。大體上封閉表面較佳地大體上垂直於旋轉軸線，且較佳為圓盤形狀。
在一實施例中，該凸緣具有之直徑大於或等於該封閉表面之直徑。因此，外殼亦可容易地安裝至凸緣上且可獲得配接器與車輛之堅固附接。
在一實施例中，附接配接器大體上成形為一開端式平頂圓錐體或一開端式平頂圓柱體。
在一實施例中，附接配接器之大體上封閉表面沿著旋轉軸線與該凸緣間隔分開一距離，該距離為該輪子沿著該旋轉軸線的寬度之至少五分之一。
根據第二觀點，本發明提供一種具備根據本發明之輪子的車輛。
根據第三觀點，本發明提供一種用於將一輪子附接至一車輛之方法，該輪子包括具有用於安裝至一車輛之一第一側的一外殼、用於驅動該車輛之移動的一電動馬達，該 電動馬達包括：旋轉固定地連接至該外殼之一定子及旋轉地耦接至該定子並且具有一旋轉軸線之一轉子，該定子係佈置於該轉子內，該輪子進一步包括適合嚙合該轉子以便制動該轉子相對於該定子之移動的一制動系統，其中該外殼包括用於控制該電動馬達之控制電子器件，且其中當沿著該旋轉軸線觀察時，該制動系統係佈置於該轉子與該外殼之間，該方法包括以下步驟：從具有不同尺寸之一系列附接配接器中選擇一附接配接器，將該所選附接配接器安裝至該外殼之該第一側，將該所選附接配接器安裝至該車輛，其中該附接配接器係基於該車輛之一特定構造或車型來選擇。
在一實施例中，該一系列附接配接器中之該等附接配接器各自具有用於附接至車輛之一凸緣，及一大體上封閉表面，其中該等凸緣具有大體上相似之尺寸，且該一系列之配接器中的各個配接器之該凸緣與該封閉表面之間的一距離係變化的。
根據第四觀點，本發明提供一種用於一車輛之輪子，該輪內部包括：一外殼，其具有用於安裝至一車輛之一第一側；一電動馬達，其用於驅動該車輛之移動，該電動馬達包括：一定子，該定子旋轉固定地連接至該外殼；及一轉子，該轉子旋轉地耦接至該定子並且具有一旋轉軸線，該 定子係佈置於該轉子內；及一制動系統，其適合嚙合該轉子，用以制動該轉子相對於該定子之移動。
在一實施例中，轉子包括一輪緣，該輪緣用於將一輪胎安裝至該輪緣上；及一輪板，該輪板包括用於接納一輪軸之一輪轂，該輪板進一步包括一制動鼓，其中該輪緣及輪板附接在一起成為一整體及/或成為一單一零件。
概括而言，本發明係關於用於一車輛之輪子，該輪內部包括：一外殼，該外殼具有用於安裝至一車輛的一第一側；一電動馬達，其用於驅動該車輛之移動，該電動馬達包括：一定子，該定子旋轉固定地連接至該外殼；及一轉子，該轉子旋轉地耦接至該定子並具有一旋轉軸線，該定子係佈置於該轉子內；及一制動鼓，該制動鼓與該轉子一起形成一整體設備零件。本發明進一步係關於於輪內包括一制動系統且進一步具有一輪緣系統之該輪子，其中該輪緣與該定子且與該制動系統之一制動鼓一起形成一整體部件，亦即，形成一整體設備零件。在一較佳實施例中，該制動系統定位於該外殼的與該第一側對置之一側上。本發明進一步係關於一種具備根據本發明之輪子的車輛且係關於一種用於將該輪子安裝至一車輛之方法及一種用於將該輪子安裝至一車輛之配裝板。
本說明書所描述且展示之各種觀點及特徵可個別地應用於任何可能之情況。此等個別觀點，尤其是在隨附申請專利範圍獨立項中描述之觀點及特徵可作為專利申請分案 之主題。
圖1A及圖1B分別展示根據本發明之輪子1的展開圖及其橫截面圖。輪子1包括附接配接器或配裝板10及中空主體40，當該中空主體與冷卻系統30組裝於一起時形成一外殼。配裝板10包括處於該外殼之第一側11之凸緣12，用以將輪子安裝至車輛。或者，可省略配裝板10且可將外殼30、40與第一側31一起直接安裝至車輛。輪子1包括一電動馬達，該電動馬達包括：定子50，其旋轉固定地連接至外殼30、40；及轉子60，其旋轉地耦接至該定子且具有旋轉軸線R。定子50包括許多具有導電材料之定子繞組，該等繞組形成如該項技術中已知之一或多個電磁鐵。轉子60包括永磁鐵62(參見圖1B)，該等永磁鐵經佈置環繞旋轉軸線R且靠近輪緣63之內部圓周表面，該輪緣具有用於將輪胎安裝至該輪緣上之外部圓周表面。永磁鐵藉由機械鎖緊環61固持於輪緣63中之適當位置。該轉子進一步包括輪板64、輪緣環65及輪罩66。機械鎖緊環61、永磁鐵62、輪緣63、輪板64、輪緣環65及輪罩66皆相對於彼此旋轉地固定，且永磁鐵62、輪緣63、輪板64、軸承支座67及制動鼓68(亦表示為制動輪緣)一起形成單件構造。在外殼30、40內，輪子1包括用於控制電動馬達之控制電子器件20，以使得在定子50中之電磁鐵可提供磁場來提供轉子的永磁鐵62相對於外殼30、40繞旋轉軸線R之旋轉運動。該等控制電子器件包括一或多個IGBT電流模組 21及一電流調節器22。外殼包括外部中空主體40及內部中空主體30，後者形成外殼之冷卻系統。冷卻系統30包括用於諸如水的冷卻液流動之溝槽32，用以冷卻控制電子器件20及定子50。外殼中空主體40及外殼之冷卻系統30二者皆包括一中空圓柱體，各中空圓柱體於輪子之第一側處具有一敞開端，且於其各別對置側處具有一大體上封閉端35、45，其中冷卻系統30適合以大體上裝配地插入中空主體40中。於組裝狀態下，冷卻系統30之外部表面33大體上鄰接外殼40之內部表面43，該內部表面具備相應溝槽42。因此，冷卻液可經輸送穿過外殼30、40，且靠近圓周壁之外部表面44及中空主體40之封閉端45冷卻係用於冷卻定子50之電磁鐵，且靠近冷卻系統30之內部表面36，尤其是靠近封閉端35之內部表面的冷卻係用於冷卻控制電子器件30。外殼之中空主體40及冷卻系統30二者皆具備匹配貫通孔37a、37b、37c、47a、47b、47c，供電線路(未圖示)可自控制電子器件20引導穿過該等貫通孔至定子50之電磁鐵。
外殼具備軸48，該軸與輪子之第一側11間隔分開且自外殼之中空主體40的封閉端突出。軸48提供用於轉子60之軸承支座，該轉子藉助於軸承(未圖示)旋轉地連接至該軸承支座，且當沿著旋轉軸線觀察時，該軸具有之長度小於輪子寬度之四分之一。因為該軸相對較短，亦即，該軸並未沿著輪子沿著旋轉軸線R的大體上整個寬度延伸，所以中空主體40內可供控制電子器件20及冷卻系統30使 用之空間更大。
當組裝時，配裝板10及外殼之中空主體40與冷卻系統30可藉由鎖緊螺栓夾緊在一起，該等鎖緊螺栓延伸穿過位於配裝板10之凸緣12處之螺栓孔80及分別位於冷卻系統30與中空主體40之敞開端邊緣處之螺栓孔81及82。
圖2A及圖2B更詳細地展示根據本發明之輪子外殼的中空主體40及輪子之制動系統。圖2A展示外殼之中空主體40的等距視圖，圖中該外殼之內部表面更清晰可見。圓周內部表面43具備溝槽42，當輪子1處於組裝狀態時，該等溝槽與在冷卻系統30之圓周外部表面33中之相應溝槽32一起形成一管道。溝槽42具有接近於中空主體40之敞開端的起點42a及亦接近於中空主體40之敞開端的終點42b。溝槽42沿著一大體上直接通路於圓周內部表面43上自起點42a向封閉端45之朝內側前行，且於圓周內部表面43上之自該封閉端波浪式返回43至終點42b。流過圓周壁中之溝槽32、42的冷卻液冷卻該等壁32、44，且又有助於冷卻電動馬達之定子繞組。流過封閉端35、45中之溝槽的冷卻液有助於冷卻控制電子器件20。
圖2B更清晰地展示中空主體40之大體上封閉端45中之貫通口47a、47b、47c。此等貫通口適合使電源線及/或控制線自外殼30、40內部之控制電子器件20穿引至外殼30、40之外部以與定子50之電繞組連接。當外殼之中空主體40與冷卻系統30及控制電子器件20已完成組裝時，定子50可因此方便地導電地連接至控制電子器件20。如圖 1A中可見，冷卻系統30包括相應的貫通孔。
外殼之中空主體40包括另外兩個貫通口49a、49b，該等貫通口自外殼之第一側延伸至外殼之大體上封閉之對置端45，且容許液壓制動軟管通過以便連接制動缸，且容許制動鋼絲通過以便分別連接制動塊。當根據本發明之輪子安裝至一習知車輛時，已存在於該車輛中之制動軟管及制動鋼絲可因此容易地附接至輪子來為該車輛提供機械制動能力，亦即，獨立於電子組件之運作的制動系統。如圖1A中所示，冷卻系統30具備相應貫通孔39a、39b，以使得電源線、一或多個液壓制動軟管及/或制動鋼絲可自外殼之內部延伸至外殼之外部。
圖2B亦更詳細地展示制動系統70。輪子之制動系統係一機械制動系統，展示該系統之制動塊71a、71b及液壓制動缸72。當制動缸72伸展時，制動塊71a、71b嚙合轉子(未圖示)之制動鼓。制動缸72旋轉固定地附接至外殼之中空主體40且可使用液壓軟管以已知之方式操作。此外，儘管未圖示，制動系統亦可包括用於將制動塊71a、71b置放及/或卡死於一位置上之泊車制動桿，在該位置上，該等制動塊較佳地獨立於制動缸72而嚙合泊車鼓。當沿著旋轉軸線R觀察時，制動系統70包括於輪內且佈置於轉子60(尤其是該轉子之輪板64)與外殼30、40之間。制動系統70且因此輪子1可相對於車輛安裝至任意處，大體上獨立於車輛之任何現有輪軸線(諸如車輛之前輪軸線或後輪軸線)之位置及/或尺寸。
在正常情況下，車輛之制動係以電性方式藉由使用輪子之馬達以反旋轉作用(熟知為再生制動)來進行，在該制動期間制動塊不嚙合制動鼓。然而，在當機械制動系統起動而轉子正在旋轉之罕見情況下，制動塊71a、71b嚙合制動鼓且摩擦力造成制動塊71a、71b之磨損顆粒及/或制動鼓分離。當此等磨損顆粒卡入相對於彼此移動之表面之間時，例如當此等磨損顆粒卡入介於外殼之中空主體40之軸48與轉子50之間的軸承中時，此等磨損顆粒可能損壞輪子。為阻止此損壞，根據本發明，將六個永磁鐵73安裝至外殼之封閉端45的朝外表面上，位於靠近介於制動塊71a、71b與制動鼓之間的嚙合點之位置處。在所示之實施例中，此等永磁鐵經佈置靠近制動鼓之內部邊緣(未圖示)。適合嚙合制動鼓之制動塊71a、71b的部件包含足以吸引至永磁鐵73之鐵磁材料，以使得制動期間形成之磨損顆粒大體上收集於此等磁鐵73處。
圖3展示根據本發明之轉子60的部分之橫截面圖。轉子包括：輪緣63，該輪緣用於將輪胎安裝至該輪緣上；及圓盤形輪板64，該輪板至少部分地封閉朝外殼之第一側遠離的轉子之一側。轉子60進一步包括若干永磁鐵62，該等永磁鐵藉助於機械鎖緊環61以旋轉固定連接方式固持於輪緣63中。當定子50之電磁鐵起動時，永磁鐵62適合將旋轉力相對於定子提供至轉子60以驅動車輛之移動。
輪板64包括具備軸承(未圖示)之輪轂67，該等軸承用於將轉子連接至外殼之軸48。輪板64包括包含金屬材料 之制動鼓68，該制動鼓沿著旋轉軸線延伸且適合當制動系統起動時與制動系統之制動塊71a、71b嚙合。輪緣63、輪板64、輪轂67及制動鼓68一起形成一整體，因此形成輪子之單一組件，該單一零組件可容易地安裝至輪子之外殼30、40，且為轉子60提供結構完整性。
圖4展示根據本發明之輪子的附接配接器10之橫截面側視圖。配接器10包括用於附接至車輛之凸緣12，及朝凸緣遠離之大體上封閉表面13。在封閉表面13之對置側，配接器界定中空空間14，其中可至少部分地容納車輛之現有輪軸線或其他突起部。距離d為介於大體上封閉表面13與凸緣12之間的距離。較佳地，可用具有不同距離d之若干配接器，以使得當根據本發明之輪子安裝至車輛時，可選擇具有適用於該車輛之距離d的板。此適合距離通常為容許將輪子安裝至車輛上之最小距離。在一較佳實施例中，控制電子器件20安裝至外殼內，大體上靠近冷卻系統30。然而或者，控制電子器件可安裝至附接配接器之大體上封閉表面上。
圖5展示根據本發明之輪子之橫截面圖，該輪子處於組裝狀態。可見的是，輪子之所有部件係大體上處於藉由輪緣63跨越之體積內。換言之，輪子大體上不具有突出該輪子外部超過該第一側，或超過輪子之輪板的部件。
車輛之配裝板10可以其第一側11安裝至車輛，以便容許自車輛之任何現有突起部向輪子1中突出達距離d。控制電子器件20安裝至外殼之冷卻單元30，該外殼進一步包 括中空主體40。包括電磁鐵51之定子50藉由外殼支撐且大體上環繞該外殼。定子50藉由氣隙90與轉子間隔分開。包括輪緣63、輪板64、輪轂67及藉由機械鎖緊環61固持於適當位置中之永磁鐵62的轉子係藉由該轉子之輪轂67支撐在外殼之軸48上。輪板64包括制定鼓68，用以在當制定系統起動時與制動塊嚙合。轉子之構造於單件構造內實現若干功能。轉子為機械制動系統提供嚙合表面，支撐輪胎且適合承受車輛重量之至少部分。同時，因為轉子固持有車輛推進所需之永磁鐵，所以轉子形成車輛之輪內電動馬達的部件。最後，轉子包括用於裝配輪胎之輪緣。具有此組合功能性之轉子大體上輕於個別組件之重量總和，因此當根據本發明之一或多個輪子安裝至車輛上時，顯著地減小車輛之非跳動重量(unsprung weight)，此在相對小型車輛(諸如小客車)之車輛懸架系統中尤其有利。
要瞭解的是，以上描述係包括來說明較佳實施例之運作且並不意謂限制本發明之範疇。根據以上論述，仍將由本發明之精神及範疇涵蓋之眾多變化將對熟習該項技術者而言顯而易見。
d‧‧‧距離
R‧‧‧旋轉軸線
1‧‧‧輪子
10‧‧‧附接配接器/配裝板
11‧‧‧第一側
12‧‧‧凸緣
13‧‧‧封閉表面
14‧‧‧中空空間
20‧‧‧控制電子器件
21‧‧‧IGBT電流模組
22‧‧‧電流調節器
30‧‧‧內部中空主體/冷卻系統/外殼
31‧‧‧第一側
32‧‧‧溝槽/壁
33‧‧‧外部表面
35‧‧‧封閉端
36‧‧‧內部表面
37a‧‧‧貫通孔
37b‧‧‧貫通孔
37c‧‧‧貫通孔
39a‧‧‧貫通孔
39b‧‧‧貫通孔
40‧‧‧中空主體/外部中空主體/外殼
42‧‧‧溝槽
42a‧‧‧起點
42b‧‧‧終點
43‧‧‧圓周內部表面/內部表面
44‧‧‧外部表面/壁
45‧‧‧封閉端
47a‧‧‧貫通口
47b‧‧‧貫通口
47c‧‧‧貫通口
48‧‧‧軸
49a‧‧‧貫通口
49b‧‧‧貫通口
50‧‧‧定子
51‧‧‧電磁鐵
60‧‧‧轉子
61‧‧‧機械鎖緊環
62‧‧‧永磁鐵
63‧‧‧輪緣
64‧‧‧輪板
65‧‧‧輪緣環
66‧‧‧輪罩
67‧‧‧軸承支座/輪轂
68‧‧‧制動鼓
70‧‧‧制動系統
71a‧‧‧制動塊
71b‧‧‧制動塊
72‧‧‧液壓制動缸/制動缸
73‧‧‧永磁鐵
80‧‧‧螺栓孔
81‧‧‧螺栓孔
82‧‧‧螺栓孔
90‧‧‧氣隙
將基於隨附圖式所展示之一示範性實施例闡釋本發明，在圖式中：圖1A及圖1B分別展示根據本發明之輪子的展開圖及橫截面展開圖；圖2A及圖2B展示根據本發明之外殼的等距後視圖及 等距前視圖；圖3展示根據本發明之輪子之轉子的一部分之橫截面圖；圖4展示根據本發明之輪子的附接配接器之橫截面側視圖；圖5展示根據本發明之輪子的橫截面圖。
R‧‧‧旋轉軸線
1‧‧‧輪子
10‧‧‧附接配接器/配裝板
11‧‧‧第一側
12‧‧‧凸緣
13‧‧‧封閉表面
20‧‧‧控制電子器件
21‧‧‧IGBT電流模組
22‧‧‧電流調節器
30‧‧‧內部中空主體/冷卻系統/外殼
31‧‧‧第一側
32‧‧‧溝槽/壁
33‧‧‧外部表面
35‧‧‧封閉端
37a‧‧‧貫通孔
37b‧‧‧貫通孔
37c‧‧‧貫通孔
39a‧‧‧貫通孔
39b‧‧‧貫通孔
40‧‧‧中空主體/外部中空主體/外殼
44‧‧‧外部表面/壁
45‧‧‧封閉端
47a‧‧‧貫通口
47b‧‧‧貫通口
47c‧‧‧貫通口
48‧‧‧軸
50‧‧‧定子
60‧‧‧轉子
61‧‧‧機械鎖緊環
63‧‧‧輪緣
6d‧‧‧輪板
65‧‧‧輪緣環
66‧‧‧輪罩
80‧‧‧螺栓孔
81‧‧‧螺栓孔
82‧‧‧螺栓孔

Claims (25)

  1. 一種用於一車輛之輪子，該輪內部包括：一外殼，其具有用於安裝至一車輛之一第一側；一電動馬達，其用於驅動該車輛之移動，該電動馬達包括：一定子，該定子旋轉固定地連接至該外殼；及一轉子，該轉子旋轉地耦接至該定子並且具有一旋轉軸線，該定子係佈置於該轉子內；及一制動系統，其適合嚙合該轉子，用以該轉子相對於該定子之制動移動，其中該外殼包括一軸，該軸旋轉固定地附接至該外殼且自該外殼與該旋轉軸線同軸地突出，其中當沿著該旋轉軸線觀察時，該軸與該第一側間隔分開，該外殼包含一大體上中空圓柱狀主體，該大體上中空圓柱狀主體具有一圓周壁及一大體上敞開之第一側與一對置的大體上封閉之第二側；其中該定子大體上環繞該外殼，並且被該外殼支撐；其中該轉子包括一輪緣，該輪緣用於將一輪胎安裝於該輪緣上；及一輪板，該輪板包括用於接納該軸之一輪轂，該輪板進一步包括該制動鼓，其中該制動系統包括一致動器，該致動器適合致動該制動系統與該制動鼓之嚙合，及其中該外殼包括用於控制該外殼之中的該電動馬達之控制電子器件。
  2. 如申請專利範圍第1項之輪子，其中該輪緣、該輪 板、該輪轂及該制動鼓附接在一起成為一整體，特別是形成為一單一零件。
  3. 如申請專利範圍第1項之輪子，其特徵在於該等控制電子器件包括用於控制電力且向該電動馬達供應電力之電子器件，較佳為IGBT電流模組及一電流調節器。
  4. 如申請專利範圍第1項之輪子，其特徵在於該輪子為一直接驅動輪。
  5. 如申請專利範圍第1項之輪子，其特徵在於該制動系統係安裝於該外殼的與該第一側對置之一側上。
  6. 如申請專利範圍第1項之輪子，其特徵在於當沿著該旋轉軸線觀察時，該制動系統係佈置於該轉子與該外殼之間。
  7. 如申請專利範圍第1項之輪子，其特徵在於該制動系統包括用於制動與該轉子上之一第二嚙合表面嚙合之一第一嚙合表面，其中該輪子進一步包括適合收集制動磨損顆粒之收集構件。
  8. 如申請專利範圍第7項之輪子，其特徵在於該收集構件定位於靠近該第一嚙合表面與該第二嚙合表面之一嚙合點處，較佳位於該嚙合點之3cm距離內。
  9. 如申請專利範圍第7項之輪子，其特徵在於該輪子進一步包括一輪軸承，其中該收集構件適合收集與該輪軸承間隔分開之一位置處的制動磨損顆粒。
  10. 如申請專利範圍第7項之輪子，其特徵在於該第一嚙合表面及/或該第二嚙合表面包含一金屬，且其中該收集 構件包括定位於靠近該嚙合點處之磁鐵。
  11. 如申請專利範圍中第1項之輪子，其特徵在於該制動系統經佈置與該第一側間隔分開。
  12. 如申請專利範圍第1項之輪子，其特徵在於該定子包括一或多個電磁鐵，且其中該轉子包括繞該一或多個電磁鐵置放之永磁鐵。
  13. 如申請專利範圍第1項之輪子，其特徵在於當沿著該旋轉軸線觀察時，該電動馬達完全佈置於該輪緣之一第一側與該輪緣之一對置第二側之間。
  14. 如申請專利範圍第1項之輪子，其特徵在於該制動系統包括一鼓制動系統。
  15. 如申請專利範圍第1項之輪子，其特徵在於該外殼包括一直通道，該直通道用於自該輪子外部連接至該制動系統之一鋼絲或桿體，其中該鋼絲或桿體相對於該制動系統之一位移致動該制動系統。
  16. 如申請專利範圍第1項之輪子，其特徵在於該外殼包括一直通道，該直通道用於自該輪子外部連接至該制動系統之包含制動液的一管道，其中該管道內之該制動液的一壓力改變致動該制動系統。
  17. 如申請專利範圍第1項之輪子，其特徵在於該外殼沿著該輪子之寬度沿著該旋轉軸線延伸超過該寬度之至少一半，較佳超過該寬度之至少四分之三。
  18. 如申請專利範圍第1項之輪子，其特徵在於該外殼內處於該第一側之該輪子的大體上所有部件皆相對於該外 殼旋轉地固定。
  19. 如申請專利範圍第1項之輪子，其特徵在於該外殼進一步包括一冷卻系統，該冷卻系統適合冷卻該電動馬達、該等控制電子器件及/或該制動系統中的任一者。
  20. 如申請專利範圍第1項之輪子，其中該外殼包括一外殼中空主體和一冷卻系統，外殼中空主體及冷卻系統分別包括一中空圓柱體，該中空圓柱體於輪子之第一側處具有一敞開端，且於其各別對置側處具有一大體上封閉端，該冷卻系統適合以大體上裝配地插入中空主體中。
  21. 如申請專利範圍第1項之輪子，其特徵在於該外殼進一步包括一附接配接器，該附接配接器具有一用於與該車輛附接之凸緣，且當沿著該旋轉軸線觀察時，一大體上封閉表面與該凸緣間隔分開。
  22. 如申請專利範圍第21項之輪子，其特徵在於該凸緣具有之直徑大於或等於該封閉表面之直徑。
  23. 如申請專利範圍第21項之輪子，其特徵在於該附接配接器大體上成形為一開端式平頂圓錐體或一開端式平頂圓柱體。
  24. 如申請專利範圍第21項之輪子，其特徵在於該附接配接器之該大體上封閉表面沿著該旋轉軸線與該凸緣間隔分開一距離，該距離為該輪子沿著該旋轉軸線的寬度之至少五分之一。
  25. 一種車輛，其特徵在於其包括如申請專利範圍第1至24項中任一項之輪子。
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