專利名稱：車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使車輪驅(qū)動(dòng)的裝置總成及方法，尤其是指一種中心軸不轉(zhuǎn)動(dòng)而驅(qū)動(dòng)車輪的輪轂旋轉(zhuǎn)的裝置總成及方法。
使車輪旋轉(zhuǎn)的方法大致有兩種，最常見的是車輪的輪轂與車輪的中心軸鎖固，并將中心軸由軸承樞設(shè)在車架上，當(dāng)以動(dòng)力驅(qū)使中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，則可帶動(dòng)車輪隨之旋轉(zhuǎn)。另一種是以輪轂內(nèi)部的感應(yīng)電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)車輪的方法，這種方法極為少見，截至目前為止似乎未有很理想的產(chǎn)品出現(xiàn)。該方法如本說(shuō)明書附

圖10、11和12所示，是使中心軸固定于車架而不會(huì)旋轉(zhuǎn)，然后在中心軸上設(shè)繞組線圈并通以電流成為定子，另外在輪轂內(nèi)部排列能與輪轂一齊旋轉(zhuǎn)的多數(shù)永久磁鐵共同構(gòu)成為轉(zhuǎn)子，由定子與轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生的電場(chǎng)，來(lái)驅(qū)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而帶動(dòng)輪轂隨之旋轉(zhuǎn)。圖10的前有技術(shù)，曾在美國(guó)專利第5,207,288號(hào)說(shuō)明書的發(fā)明背景中被引述，圖11的前有技術(shù)，則是由美國(guó)專利第4,913,258號(hào)所揭示，圖12的前有技術(shù)，則是由飛雅特公司所發(fā)展的產(chǎn)品。
前面第一種方法，是一般傳統(tǒng)車輪的輪軸所習(xí)以為用的。
第二種以輪轂內(nèi)的感應(yīng)電場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)輪轂的方法，如圖12所示的飛雅特公司亦曾發(fā)展的一種電動(dòng)車輪，該方法由于在中心軸上的繞組線圈所產(chǎn)生的熱不易散失，因此如果沒(méi)有一個(gè)很良好的散熱方式來(lái)配合，該種設(shè)計(jì)勢(shì)必?zé)o法使車輪高速旋轉(zhuǎn)，或供長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)需供給大量電流，而長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)需持續(xù)供給電流，繞組線圈將產(chǎn)生高熱而可能被燒毀短路。這種缺陷尤其會(huì)在車輛持續(xù)上坡的行駛中出現(xiàn)，中心軸上的定子的繞組線圈，雖然接受了特大量電流，但車輪轉(zhuǎn)速仍然緩慢，對(duì)于由繞組線圈產(chǎn)生的高熱，縱然在車輪側(cè)面設(shè)有風(fēng)扇及散熱翼片，來(lái)協(xié)助車輪內(nèi)部的空氣流動(dòng)，但仍無(wú)法適量地把熱量散發(fā)。此結(jié)果乃使繞組線圈的溫度持續(xù)上升，但由感應(yīng)電場(chǎng)的輸出力量卻反而減少。該方法存在的另一個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)不能供電予定子的繞組線圈時(shí)，繞組線圈內(nèi)的矽鋼片將與轉(zhuǎn)子上的永久磁鐵彼此吸引，此現(xiàn)象使車輪空轉(zhuǎn)時(shí)受到很大的阻力，亦即應(yīng)用傳統(tǒng)方法的電動(dòng)車一旦遇上不能供電至繞組線圈的意外狀態(tài)時(shí)，要推使車輪移動(dòng)將顯得格外吃力。
上述以感應(yīng)電場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪的傳統(tǒng)技術(shù)，所以無(wú)法將永久磁鐵設(shè)在定子上，相對(duì)地將繞組線圈設(shè)在輪轂內(nèi)的轉(zhuǎn)子上，是由于繞組線圈如何在旋轉(zhuǎn)中可以很理想地獲得電流，而且使之實(shí)施時(shí)并無(wú)組合或裝配上的困難，似乎一直無(wú)法獲得很理想的解決方法，因此將繞組線圈設(shè)在轉(zhuǎn)子上的想法并未被理想地實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明目的，在于提供一種以感應(yīng)電場(chǎng)技術(shù)驅(qū)使車輪旋轉(zhuǎn)的車輪的驅(qū)動(dòng)裝置總成及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中繞組線圈所產(chǎn)生的熱量不易散失、無(wú)法使車輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)或長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)等問(wèn)題，同時(shí)可更適用于上坡行駛中的低速運(yùn)動(dòng)車輪，或自行車與輪椅等低速行駛的車輛。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的該裝置是由不旋轉(zhuǎn)的中心軸和繞著中心軸旋轉(zhuǎn)的輪轂所組成，在中心軸的固定件上裝設(shè)定子，該定子由多數(shù)不同極的永久磁鐵平行于中心軸而徑向間隔排列；導(dǎo)電元件平行于中心軸而軸向固定在中心軸的固定件上；一包括以絕緣材料為本體的環(huán)狀印刷電路板，該電路板上有兩組導(dǎo)電片群，其中在電路板側(cè)面的內(nèi)層區(qū)域分布有一組內(nèi)層導(dǎo)電片群，電路板的外層區(qū)域分布有一組外層導(dǎo)電片群，且上述內(nèi)層的每一導(dǎo)電片，與外層的任一導(dǎo)電片連接，且內(nèi)層的導(dǎo)電片群可被上述導(dǎo)電元件接觸；供作為輪轂的輪框樞設(shè)在中心軸上，輪框的內(nèi)部設(shè)有多組徑向分布且對(duì)應(yīng)于永久磁鐵的繞組線圈，來(lái)形成相對(duì)于上述定子的轉(zhuǎn)子，且每一組繞組線圈分別與上述電路板外層的導(dǎo)電片群其中之一連接，該輪框與電路板固定，而能一齊在中心軸上同步旋轉(zhuǎn)；在中心軸的固定件上有一供電元件，可將電力由導(dǎo)電元件傳經(jīng)電路板而至上述輪框內(nèi)部的繞組線圈，使繞組線圈獲得電流時(shí)能與定子上的永久磁鐵產(chǎn)生電場(chǎng)，而驅(qū)使輪框繞著中心軸旋轉(zhuǎn)。
一種用以支持車輪的輪轂繞著不旋轉(zhuǎn)的中心軸旋轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪的方法，包括以下步驟a)固定中心軸使之不旋轉(zhuǎn)，且將固定件附著于中心軸；b)設(shè)置多數(shù)不同極而間隔徑向輻射狀環(huán)繞排列的永久磁鐵在一定子上；c)使定子環(huán)繞著不旋轉(zhuǎn)的中心軸；d)布置一外層輻射狀導(dǎo)電片群隱藏于一環(huán)狀印刷電路板的本體內(nèi)，且布置一裸露的內(nèi)層導(dǎo)電片群于環(huán)狀印刷電路板上，并使內(nèi)層的每一導(dǎo)電片皆個(gè)別連于外層的其中之一導(dǎo)電片；
e)固定導(dǎo)電元件在中心軸的固定件上，并使該導(dǎo)電元件平行于中心軸軸向接觸于印刷電路板上的內(nèi)層導(dǎo)電片群；f)樞設(shè)一供作為輪轂用的輪框在中心軸上，并在該輪框內(nèi)部設(shè)置多組繞組線圈，能分別對(duì)應(yīng)于定子的各永久磁鐵，而分別產(chǎn)生電場(chǎng)；9)印刷電路板固定于輪框的側(cè)面，且使輪框內(nèi)部的各繞組線圈，個(gè)別與印刷電路板的外層其中之一導(dǎo)電片連接；h)供應(yīng)電流給導(dǎo)電元件，經(jīng)印刷電路板傳至輪框內(nèi)部的繞組線圈，使之對(duì)應(yīng)于定子上的永久磁鐵產(chǎn)生電場(chǎng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)輪框旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明以多組繞組線圈構(gòu)成轉(zhuǎn)子，以對(duì)應(yīng)于在中心軸上以多數(shù)永久磁鐵構(gòu)成的定子，在繞組線圈獲得電流時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)，而驅(qū)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。如熟悉電機(jī)者所知，感應(yīng)電場(chǎng)形成后，繞組線圈將產(chǎn)生高熱，如果不將該熱量散發(fā)，繞組線圈的磁場(chǎng)效應(yīng)將降低，而且可能會(huì)將絕緣膜燒毀致線圈產(chǎn)生短路。本發(fā)明將繞組線圈設(shè)在轉(zhuǎn)子上，可借旋轉(zhuǎn)中的離心氣流更有效地使繞組線圈的熱量散失。
本發(fā)明將一可旋轉(zhuǎn)的環(huán)狀印刷電路式導(dǎo)電片固定在轉(zhuǎn)子輪框的側(cè)面絕緣面板上，該電路板上有內(nèi)層與外層兩組輻射狀導(dǎo)電片群，外層的導(dǎo)電片群與內(nèi)層彼此連通，其中內(nèi)層的導(dǎo)電片群供與附著于中心軸固定件的導(dǎo)電元件譬如是碳刷接觸，另外，外層的導(dǎo)電片群則與轉(zhuǎn)子上的各繞組線圈一一連接，使電流能通過(guò)碳刷組與印刷電路板，供應(yīng)給轉(zhuǎn)子上的各繞組線圈，從而使轉(zhuǎn)子上的繞組線圈以最佳的方法獲得電流。
本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，可以使車輪高速旋轉(zhuǎn)，并有效地使繞組線圈的熱量散失，使得以應(yīng)用感應(yīng)電場(chǎng)的技術(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪的效果更為顯著。
下面結(jié)合各種實(shí)施例及其附圖，對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和使用情況作進(jìn)一步描述。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的側(cè)剖視2是本實(shí)施例2的側(cè)剖視圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的側(cè)剖視圖。
圖4是沿圖2的線A-A所截的視圖，顯示印刷電路板的構(gòu)造。
圖5是沿圖4的線B-B所截的放大剖視圖。
圖6類似圖4，但顯示另一種印刷電路板的構(gòu)造。
圖7是沿圖6的線C-C所截的放大剖視圖。
圖8是沿圖2的線D-D所截的視圖，顯示減速機(jī)構(gòu)的一種實(shí)施例。
圖9是沿圖2的線E-E所截的視圖，顯示鼓式剎車元件。
圖10、圖11和圖12分別是背景技術(shù)的構(gòu)造圖。
圖中，1-輪框11-內(nèi)輪框12-外輪框121-第一側(cè)面122-第二側(cè)面123-螺絲孔124-凸緣13-輪子14-翼片2-定子21-剎車室22-永久磁鐵3-轉(zhuǎn)子4-繞組線圈41-供電元件42-導(dǎo)電元件(碳刷)43-印刷電路板44-本體45-孔46-內(nèi)層導(dǎo)電片群47-外層導(dǎo)電片群471-外端5-中心軸51-固定件6-減速機(jī)構(gòu)61-主動(dòng)輪62-從動(dòng)輪63-連桿64-惰輪組7、71-軸承元件8-鼓式剎車元件81-蝶式剎車元件本發(fā)明的方法是以設(shè)在輪轂中的感應(yīng)電場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)用以支持車輪的輪轂，使其繞著不旋轉(zhuǎn)的中心軸旋轉(zhuǎn)，乃致使車輪旋轉(zhuǎn)。實(shí)施例1是以輪框(1)直接成為輪轂而帶動(dòng)車輪，但也可以間接帶動(dòng)車輪，即構(gòu)成圖2與圖3的實(shí)施例。間接帶動(dòng)車輪的方法須使輪框(1)由一外輪框(12)與一內(nèi)輪框(11)組成，其中外輪框用以作為輪轂支持車輪，內(nèi)輪框用以固定由多組繞組線圈構(gòu)成的轉(zhuǎn)子(3)，且內(nèi)輪框在旋轉(zhuǎn)時(shí)，先經(jīng)一齒輪或皮帶減速機(jī)等任何型式的減速機(jī)構(gòu)，再驅(qū)動(dòng)外輪框(12)轉(zhuǎn)動(dòng)。也就是說(shuō)，間接帶動(dòng)車輪的方法另須包括使輪框(1)由一樞設(shè)在中心軸(5)上的內(nèi)輪框(11)，與另一樞設(shè)在中心軸(5)上且環(huán)繞在內(nèi)輪框外的外輪框(12)組合而成；設(shè)置多組繞組線圈(4)于內(nèi)輪框(11)，且將印刷電路板(43)固定于內(nèi)輪框(11)，并將各繞組線圈一一與印刷電路板上的外層其中之一導(dǎo)電片連接；外輪框(12)作為輪轂而支持車輪；設(shè)置一減速機(jī)構(gòu)(6)于輪框側(cè)，并將減速機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪(61)與內(nèi)輪框(11)連接，同時(shí)將從動(dòng)輪(62)與外輪框連接。
為了在不供電給繞組線圈時(shí)不致因定子的永久磁鐵與轉(zhuǎn)子上的矽鋼片產(chǎn)生的吸引力造成車輪空轉(zhuǎn)時(shí)的阻力，可使定子(2)以軸承元件樞設(shè)在中心軸(5)上，且設(shè)一剎車室(21)在定子(2)內(nèi)；固定一鼓式剎車元件(8)在中心軸(5)上，且容藏于定子的剎車室(21)中，剎車元件在繞組線圈獲得電流時(shí)，是持續(xù)剎著定子使之不旋轉(zhuǎn)，而使轉(zhuǎn)子因電場(chǎng)的排斥力而旋轉(zhuǎn)；相對(duì)地，當(dāng)其繞組線圈不能獲得電流時(shí)，剎車元件乃釋開定子，使定子能隨轉(zhuǎn)子，亦即隨輪框一齊旋轉(zhuǎn)，如此，將不會(huì)因永久磁鐵的吸力而造成輪轂空轉(zhuǎn)中的阻力。當(dāng)然，剎車元件需由一控制元件來(lái)控制，而且剎車元件與定子需有一定位位置，使定子旋轉(zhuǎn)后能在一設(shè)定的位置自動(dòng)與剎車元件結(jié)合。
本發(fā)明所以能使中心軸的供電元件，如連接著電池的電線，經(jīng)導(dǎo)電元件可順利的將電流傳送給轉(zhuǎn)子的各繞組線圈，是借助圖1-6中所示的一環(huán)狀印刷電路板(43)。該電路板(43)的組成包括一環(huán)狀本體(44)，其具有在較小直徑范圍中的內(nèi)層與在較大直徑范圍中的外層，該本體中央設(shè)有孔(45)，供與輪框固定后，與輪框一齊借軸承(71)樞設(shè)于中心軸(5)上；一在內(nèi)層作為換相片的輻射狀導(dǎo)電片群(46)，徑向分布于本體(44)的側(cè)面且裸露于該側(cè)面。另有一在本體外層的輻射狀導(dǎo)電片群(47)，徑向分布于本體(44)上，且隱藏于本體(44)內(nèi)，其中在外層的每一導(dǎo)電片群的外端(471)一小段，裸露于本體(44)外緣，分別與轉(zhuǎn)子(3)上的各繞組線圈(4)焊接。另外，每一外層導(dǎo)電片個(gè)別與內(nèi)層區(qū)域的任一導(dǎo)電片連接，較好的方式是將關(guān)連的外層導(dǎo)電片(47)與內(nèi)層導(dǎo)電片(46)如圖所示一體成型，使當(dāng)電流經(jīng)導(dǎo)電元件(42)(圖中所示的導(dǎo)電元件為碳刷)，傳導(dǎo)給旋轉(zhuǎn)中與碳刷接觸的印刷電路板時(shí)，可將電流由電路板內(nèi)層的導(dǎo)電片傳經(jīng)外層的導(dǎo)電片，最后傳至轉(zhuǎn)子上的各繞組線圈，在此例中的內(nèi)層輻射狀導(dǎo)電片群(46)是用以作為換相用。
上述環(huán)狀印刷電路板的實(shí)施例，在接受大電流時(shí)，碳刷與內(nèi)層輻射狀導(dǎo)電片群接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，下一個(gè)實(shí)施例則可消除該現(xiàn)象。
環(huán)狀印刷電路板(43)的構(gòu)成另外還有一個(gè)實(shí)施的構(gòu)造如圖6與圖7所示。環(huán)狀本體(44)的內(nèi)層導(dǎo)電片群(46)是兩片以上(譬如是三片以構(gòu)成X、Y、Z三相)的同心環(huán)狀導(dǎo)電片，每一導(dǎo)電片與一碳刷(42)個(gè)別按觸，且每一導(dǎo)電片如同前述是與外層的導(dǎo)電片其中之一連接。此例中的內(nèi)層的環(huán)狀導(dǎo)電片，只是單純與功能類如滑環(huán)的碳刷(42)接觸而成為導(dǎo)電介質(zhì)，如果所提供的電流是來(lái)自交流電，則該電源可由變頻器輸出給碳刷；若供應(yīng)的電流是來(lái)自直流電，則該電源可由電子換相器輸出給碳刷。本說(shuō)明書中的導(dǎo)電元件雖以碳刷(42)為例，但該碳刷(42)與環(huán)狀印刷電路板(43)一樣，將可能應(yīng)用超導(dǎo)體材料來(lái)制造，使在傳導(dǎo)電流時(shí)，能減少電流的損失。
實(shí)施例1如圖1所示的車輪驅(qū)動(dòng)裝置，是由繞著不旋轉(zhuǎn)的中心軸(5)旋轉(zhuǎn)的輪轂來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪，輪轂是用以支持車輪。本實(shí)施例裝置包括一裝設(shè)在中心軸(5)上的定子(2)，該定子(2)由多個(gè)不同極的永久磁鐵(22)徑向間隔排列；多個(gè)碳刷(42)軸向固定在中心軸(5)的固定件(51)上，中心軸最好是一實(shí)心軸，這樣可使中心軸的直徑盡量縮小，但仍然維持著必要的剛性，本實(shí)施例的裝置另外還包括一固定于輪框上且于輪框一齊樞設(shè)在中心軸(5)上的環(huán)狀印刷電路板(43)，電路板(43)上有兩組徑向分布的導(dǎo)電片群(46)與(47)(參考圖4-7)，個(gè)別分布在電路板(43)側(cè)面的內(nèi)層區(qū)域與外層區(qū)域。且內(nèi)層的每一導(dǎo)電片(46)，皆裸露于本體(44)的一側(cè)，且個(gè)別與隱藏于絕緣性本體(44)內(nèi)的任一外層導(dǎo)電片(47)連接，內(nèi)層的導(dǎo)電片群可被碳刷(42)接觸；前面已描述過(guò)印刷電路板(43)的兩種實(shí)施例。本實(shí)施例另具有一以軸承7樞設(shè)在中心軸(5)上作為輪轂的輪框(1)，其內(nèi)部設(shè)有多組徑向分布且對(duì)應(yīng)于永久磁鐵(22)的繞組線圈(4)，來(lái)形成相對(duì)于上述定子(2)的轉(zhuǎn)子(3)，且每一組繞組線圈(4)分別與電路板(43)外層的導(dǎo)電片群(47)其中之一連接，該輪框是與電路板(43)固定，而能一齊在中心軸(5)上同步旋轉(zhuǎn)，借旋轉(zhuǎn)中的氣流使輪框內(nèi)的繞組線圈(4)加速散熱；一供電元件(41)，比如是一電線，在附著于中心軸(5)的固定件(51)上，可將電力由碳刷組(42)傳經(jīng)電路板(43)而至輪框內(nèi)部的繞組線圈(4)，使繞組線圈(4)獲得電流時(shí)，能與定子(2)上的永久磁鐵(22)產(chǎn)生電場(chǎng)，而驅(qū)動(dòng)輪框(1)繞著中心軸(5)旋轉(zhuǎn)。
上述實(shí)施例是最基本而典型的裝置，可順利地將由中心軸區(qū)域供應(yīng)的電流，借助碳刷(42)與環(huán)狀印刷電路板(43)，傳給旋轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子的繞組線圈，以后的實(shí)施例都是據(jù)此例的基本構(gòu)造增刪而成，且各例均同于此例，可任選兩種印刷電路板中的其中一種。
實(shí)施例2如圖2與3的實(shí)施例構(gòu)造，定子(2)是借軸承元件(71)樞設(shè)在中心軸(5)的固定件(51)上。另外中心軸(5)上設(shè)有一剎車元件(8)，緊鄰于定子(2)，剎車元件(8)在剎止?fàn)顟B(tài)時(shí)，可使定子(2)不旋轉(zhuǎn)。另一方面，當(dāng)剎車元件(8)在非剎止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即不能阻止定子，所以定子(2)可隨轉(zhuǎn)子(3)旋轉(zhuǎn)時(shí)而轉(zhuǎn)動(dòng)。定子(2)內(nèi)可設(shè)一剎車室(21)，且如圖9所示，剎車元件(8)是一容放在剎車室內(nèi)的剎車鼓。此實(shí)施例可與實(shí)施例1組合，以單一本體的輪框(1)作為輪轂，也可與其它實(shí)施例組合，成為具有減速機(jī)構(gòu)的輪轂。
實(shí)施例3如圖2與3，此例與實(shí)施例1的最大不同在于實(shí)施例1是以單一本體的輪框直接作為支持車輪的輪轂，該輪框沒(méi)有減速機(jī)構(gòu)。但此例種的輪框，是由內(nèi)輪框與外輪框組成。此例特別適用于輪椅或自行車等低速行駛的車輛。此例中的圖雖然顯示的減速機(jī)構(gòu)是由單層或雙層的行星式齒輪組所構(gòu)成，但也可由齒輪式或皮帶式的減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成。此例中的輪框(1)包括個(gè)別樞設(shè)在中心軸(5)上的一外輪框(12)與一內(nèi)輪框(11)，內(nèi)輪框(11)內(nèi)部設(shè)有多組繞組線圈(4)，且內(nèi)輪框(11)是與電路板(43)固定而能同步旋轉(zhuǎn)；外輪框(12)是支持車輪的輪轂。輪框(1)側(cè)面設(shè)一具有主動(dòng)輪(61)與從動(dòng)輪(62)的減速機(jī)構(gòu)(6)，內(nèi)輪框(11)與減速機(jī)構(gòu)(6)的主動(dòng)輪(61)連接，外輪框(12)與減速機(jī)構(gòu)的從動(dòng)輪(62)連接，使內(nèi)輪框(11)旋轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)力，能經(jīng)減速機(jī)構(gòu)減速后傳遞給外輪框(12)。
實(shí)施例4本例與實(shí)施例3類似，但如圖2所示，外輪框(12)有第一側(cè)面(121)與第二側(cè)面(122)，第一側(cè)面(121)設(shè)有一螺絲孔(123)，供與一輪子(13)組合。輪子(13)可以是皮帶變速機(jī)的皮帶輪，也可以是如圖2假想線所示的鏈輪，且該鏈輪是由多階不同齒數(shù)共同組合成的鏈輪組元件，此例適用于多擋變速的自行車。
實(shí)施例5本例類似于實(shí)施例4，但如圖3假想線所示，外輪框(12)的第二側(cè)面(122)設(shè)有一蝶式剎車元件(81)，供必要時(shí)剎止外輪框(12)。
如圖2與圖3所示，外輪框(12)的右側(cè)第一側(cè)面延伸一凸緣(124)，在該凸緣內(nèi)設(shè)的螺絲孔直徑在20-25mm，且使中心軸的直徑小于10mm，這樣由該凸緣形成的介面，可以直接銜接現(xiàn)有的島野(Shimano)變速齒輪軸。此例中所提及的螺絲孔直徑與中心軸直徑的尺寸，只是在說(shuō)明此例應(yīng)用于自行車時(shí)，可于島野變速齒輪軸連接，而并不是用來(lái)限定本發(fā)明的中心軸直徑與螺絲孔的直徑。本發(fā)明若是被應(yīng)用于摩托車或汽車或輪椅，或與其它現(xiàn)有或?qū)?lái)可能出現(xiàn)的變速齒輪軸連接時(shí)，當(dāng)然就不一定是上述的尺寸范圍。本實(shí)施例與以往各種電動(dòng)車輪軸的設(shè)計(jì)不同，本發(fā)明將中心軸盡量縮小且以實(shí)心桿制成，但供電元件(41)，仍可由外輪框(12)的第二側(cè)面(122)進(jìn)入外輪框內(nèi)，且通過(guò)剎車元件(8)而連接至碳刷組。傳統(tǒng)的電動(dòng)車輪軸不能象本發(fā)明一樣，直接與島野變速齒輪軸套接，如圖2、3所示，在外輪框(12)的第二側(cè)面(122)可加設(shè)通風(fēng)翼片(14)，來(lái)加強(qiáng)輪框的空氣流動(dòng)以協(xié)助散熱，甚至于在通風(fēng)翼片的內(nèi)部加設(shè)濾網(wǎng)。如圖2與8所示，前述減速機(jī)構(gòu)(6)可以是行星式的齒輪減速機(jī)構(gòu)，且可將外輪框(12)的內(nèi)緣設(shè)為內(nèi)齒輪，而直接成為減速機(jī)構(gòu)(6)的從動(dòng)輪(62)，主動(dòng)輪(61)是借助連桿(63)上的惰輪組(64)而驅(qū)動(dòng)從動(dòng)輪(62)。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，可在必要時(shí)使中心軸上的定子能隨著輪轂內(nèi)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。因?yàn)樵撗b置以永久磁鐵構(gòu)成定子，以繞組線圈構(gòu)成轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子可以直接或經(jīng)減速機(jī)構(gòu)的間接方式驅(qū)動(dòng)輪轂。定子以軸承樞設(shè)在固定不旋轉(zhuǎn)的中心軸上，且在該定子的內(nèi)部或側(cè)面設(shè)有不旋轉(zhuǎn)的剎車元件，該剎車元件較佳的方式是利用鼓式剎車器，但利用蝶式剎車器、電磁式剎車器或其他型式的剎車器并無(wú)不可。在一般狀態(tài)，以感應(yīng)電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，該剎車元件是保持在第一位置將定子剎住而不會(huì)旋轉(zhuǎn)，而相對(duì)地使轉(zhuǎn)子被感應(yīng)電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。但在特殊狀態(tài)下，譬如是不供電給轉(zhuǎn)子時(shí)，即可使剎車元件改變至第二位置而釋開定子，那么定子借永久磁鐵的吸力將與轉(zhuǎn)子上的繞線用的矽鋼片互相吸引，可使定子能隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，即達(dá)到當(dāng)不通電流給轉(zhuǎn)子時(shí)仍可輕松地推動(dòng)車轂的目的。
本發(fā)明還可達(dá)到使車轂適時(shí)停止的目的。在由轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的車轂外緣固定一蝶式剎車器的剎車片，也就是當(dāng)車轂如欲不旋轉(zhuǎn)、或欲減緩轉(zhuǎn)速時(shí)，可借螺式剎車器來(lái)控制。
車輛在下坡路面滑行時(shí)，可以不供應(yīng)電流給轉(zhuǎn)子的繞組線圈，那么如果繼續(xù)使控制定子旋轉(zhuǎn)的剎車元件保持在剎車位置，即使定子不能旋轉(zhuǎn)，那么繞組線圈因持續(xù)繞著定子旋轉(zhuǎn)，反而可以成為發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生電流，經(jīng)印刷電路板與碳刷，回饋給電源裝置，譬如是電池。
若使控制定子旋轉(zhuǎn)的剎車元件的釋放狀態(tài)能隨著上述蝶式剎車器的剎車狀態(tài)同步相對(duì)動(dòng)作，亦即蝶式剎車器剎車時(shí)，剎車元件則相對(duì)釋放，將使定子在轉(zhuǎn)子欲停止前，借慣性力反而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，此作用是本發(fā)明的連鎖功效。
權(quán)利要求
1.一種車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，是曲不旋轉(zhuǎn)的中心軸(5)和繞著中心軸旋轉(zhuǎn)的輪轂所組成，其特征在于a)在中心軸(5)的固定件(51)上裝設(shè)定子(2)，該定子(2)由多數(shù)不同極的永久磁鐵(22)平行于中心軸(5)而徑向間隔排列；b)導(dǎo)電元件(42)平行于中心軸(5)而軸向固定在中心軸(5)的固定件(51)上；c)一以絕緣材料為本體(44)的環(huán)狀印刷電路板(43)，該電路板(43)上有兩組導(dǎo)電片群，其中在電路板側(cè)面的內(nèi)層區(qū)域分布有一組內(nèi)層導(dǎo)電片群(46)，電路板的外層區(qū)域分布有一組外層導(dǎo)電片群(47)，上述內(nèi)層的每一導(dǎo)電片，與外層的任一導(dǎo)電片連接，且內(nèi)層的導(dǎo)電片群(46)可被上述導(dǎo)電元件(42)接觸；d)供作為輪轂的輪框(1)樞設(shè)在中心軸(5)上，輪框(1)的內(nèi)部設(shè)有多組徑向分布且對(duì)應(yīng)于永久磁鐵(22)的繞組線圈(4)，來(lái)形成相對(duì)于上述定子(2)的轉(zhuǎn)子(3)，且每一組繞組線圈(4)分別與上述電路板(43)外層的導(dǎo)電片群(47)其中之一連接，該輪框(1)與電路板(43)固定，而能一齊在中心軸(5)上同步旋轉(zhuǎn)；e)在中心軸(5)的固定件(51)上有一供電元件(41)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于定子(2)是借軸承元件(71)樞設(shè)與中心軸(5)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于中心軸(5)上設(shè)一剎車元件(8)，緊鄰于定子(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于定子(2)內(nèi)設(shè)有一剎車室(21)，剎車元件(8)是一容放在上述剎車室(21)內(nèi)的剎車鼓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于輪框(1)包括個(gè)別樞設(shè)在上述中心軸(5)上的一外輪框(12)與一內(nèi)輪框(11)，內(nèi)輪框(11)內(nèi)部設(shè)置多組繞組線圈(4)，且內(nèi)輪框(11)系與電路板(43)固定而能同步旋轉(zhuǎn)；輪框(1)側(cè)面設(shè)置有具有主動(dòng)輪(61)與從動(dòng)輪(62)的減速機(jī)構(gòu)(6)，內(nèi)輪框(11)與減速機(jī)構(gòu)(6)的主動(dòng)輪(61)連接，外輪框(12)與減速機(jī)構(gòu)(6)的從動(dòng)輪(62)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于減速機(jī)構(gòu)(6)是一行星式齒輪減速機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于外輪框(12)有第一側(cè)面(121)與第二側(cè)面(122)，其中第一側(cè)面(121)設(shè)有一供與輪子(13)的軸組合的螺絲孔(123)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于外輪框(12)的第一側(cè)面(121)設(shè)有一凸緣(124)，且在該凸緣內(nèi)設(shè)螺絲孔(123)，該螺絲孔的直徑在20-25mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于輪子(13)是鏈輪，且該鏈輪是有多階不同齒數(shù)共同組合成的鏈輪組元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于外輪框(12)有第一側(cè)面(121)與第二側(cè)(122)，其中第二側(cè)面(122)設(shè)有一供剎止外輪框(12)的蝶式剎車元件(81)
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總或，其特征在于外輪框(12)的內(nèi)緣設(shè)有內(nèi)齒輪，成為行星式齒輪減速機(jī)構(gòu)的從動(dòng)齒輪。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于中心軸(5)為實(shí)心軸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于中心軸(5)小于10mm。
14.根據(jù)權(quán)利要求8或13所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于螺絲孔(123)是與島野(Shimane)變速齒輪軸銜接。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于環(huán)狀印刷電路板(43)的外層導(dǎo)電片群(47)，是徑向輻射狀分布且隱藏于電路板(43)外層的本體(44)中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于環(huán)狀印刷電路板(43)的內(nèi)層導(dǎo)電片群(46)是對(duì)稱于外層導(dǎo)電片群(47)而徑向輻射狀分布，但裸露于本體(44)的一側(cè)面，與上述導(dǎo)電元件(42)接觸。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成，其特征在于環(huán)狀印刷電路板(43)的內(nèi)層導(dǎo)電片群(46)，是由多個(gè)同心的圓環(huán)形導(dǎo)電片群構(gòu)成，且裸露于本體(44)的一側(cè)面?zhèn)€別與導(dǎo)電元件(42)接觸。
18.一種用以支持車輪的輪轂繞著不旋轉(zhuǎn)的中心軸旋轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪的方法，包括以下步驟a)固定中心軸(5)使之不旋轉(zhuǎn)，且將固定件(51)附著于中心軸(5)；b)設(shè)置多數(shù)不同極而間隔徑向輻射狀環(huán)繞排列的永久磁鐵(22)在一定子(2)上；c)使定子(2)環(huán)繞著不旋轉(zhuǎn)的中心軸(5)；d)布置一外層輻射狀導(dǎo)電片群(47)隱藏于一環(huán)狀印刷電路板(43)的本體(44)內(nèi)，且布置一裸露的內(nèi)層導(dǎo)電片群(46)于環(huán)狀印刷電路板(43)上，并使內(nèi)層的每一導(dǎo)電片皆個(gè)別連于外層的其中之一導(dǎo)電片；e)固定導(dǎo)電元件(42)在中心軸(5)的固定件(51)上，并使該導(dǎo)電元件平行于中心軸(5)軸向接觸于印刷電路板(43)上的內(nèi)層導(dǎo)電片群(46)；f)樞設(shè)一供作為輪轂用的輪框(1)在中心軸(5)上，并在該輪框(1)內(nèi)部設(shè)置多組繞組線圈(4)，能分別對(duì)應(yīng)于定子的各永久磁鐵(22)，而分別產(chǎn)生電場(chǎng)；g)印刷電路板(43)固定于輪框(1)的側(cè)面，且使輪框內(nèi)部的各繞組線圈(4)，個(gè)別與印刷電路板(43)的外層其中之一導(dǎo)電片(47)連接；h)供應(yīng)電流給導(dǎo)電元件(42)，經(jīng)印刷電路板(43)傳至輪框(1)內(nèi)部的繞組線圈(4)，使之對(duì)應(yīng)于定子(2)上的永久磁鐵(22)產(chǎn)生電場(chǎng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)輪框(1)旋轉(zhuǎn)。19、根據(jù)權(quán)利要求18所述的驅(qū)動(dòng)車輪的方法，其特征在于在中心軸(5)上樞設(shè)定子(2)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的驅(qū)動(dòng)車輪的方法，其特征在于在定子(2)內(nèi)設(shè)一剎車室(21)；一鼓式剎車元件(8)固定在中心軸(5)上，且容藏于定子(2)的剎車室(21)中。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的驅(qū)動(dòng)車輪的方法，其特征在于輪框(1)由一樞設(shè)在中心軸(5)上的內(nèi)輪框(11)，與一樞設(shè)在中心軸(5)上且環(huán)繞在內(nèi)輪框(11)的外輪框(12)組合而成；設(shè)置多組繞組線圈(4)于內(nèi)輪框(11)，且將印刷電路板(43)固定于內(nèi)輪框(11)，并將各繞組線圈一一與印刷電路板(43)上的外層其中之一導(dǎo)電片連接；外輪框(12)作為輪轂支持車輪；設(shè)置一減速機(jī)構(gòu)(6)于輪框側(cè)，并將減速機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪(61)與內(nèi)輪框(11)連接，同時(shí)將從動(dòng)輪(62)與外輪框(12)連接。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的驅(qū)動(dòng)車輪的方法，其特征在于設(shè)置一剎車元件(8)可剎止外輪框(12)。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的驅(qū)動(dòng)車輪的方法，其特征在于使印刷電路板(43)上的內(nèi)層導(dǎo)電片群(46)呈徑向輻射狀分布。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的驅(qū)動(dòng)車輪的方法，其特征在于使印刷電路板(43)上的內(nèi)層導(dǎo)電片群(46)呈同心圓環(huán)狀分布。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于環(huán)狀印刷電路板(43)的本體(44)具有在較小直徑范圍中的內(nèi)層與在較大直徑范圍中的外層，本體(44)中央設(shè)有一孔(45)；內(nèi)層的導(dǎo)電片群(46)分布于本體(44)的側(cè)面且裸露于該側(cè)面；外層的輻射狀導(dǎo)電片群(47)徑向分布于本體(44)上，且隱藏于本體(44)內(nèi)，其中在外層的每一導(dǎo)電片的外端(471)一小段裸露于本體(44)外緣，分別與轉(zhuǎn)子(3)上的各繞組線圈焊接。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的環(huán)狀印刷電路板(43)，其特征在于內(nèi)層的導(dǎo)電片群(46)徑向輻射狀分布于環(huán)狀本體(44)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的環(huán)狀印刷電路板(43)，其特征在于內(nèi)層的導(dǎo)電片群(46)是呈多數(shù)同心圓環(huán)狀個(gè)別分布于環(huán)狀本體(44)。
全文摘要
一種車輪驅(qū)動(dòng)裝置總成及方法，是在固定的中心軸上，平行著中心軸設(shè)置多數(shù)徑向分布的永久磁鐵作為定子，該定子由中心軸上的軸承支持，且由一剎車元件控制該定子旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)。有一由多組感應(yīng)磁場(chǎng)繞組線圈構(gòu)成的轉(zhuǎn)子，樞設(shè)在定子外圍，并與定子相對(duì)形成對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，可直接或經(jīng)一減速機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳至驅(qū)動(dòng)車輪的輪轂；電流是經(jīng)固定于中心軸上的導(dǎo)電元件，與一環(huán)狀電路板接觸而傳至轉(zhuǎn)子的感應(yīng)繞組線圈。
文檔編號(hào)H02K1/12GK1117216SQ9411541
公開日1996年2月21日 申請(qǐng)日期1994年8月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月17日
發(fā)明者楊臣機(jī) 申請(qǐng)人:楊臣機(jī)