专利名称：车轮驱动装置总成的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种车轮驱动装置，尤其是指一种中心轴不转动的车轮，其离合装置的改进。
使车轮旋转最常见的方法是车轮的轮毂与车轮的中心轴锁固，并将中心轴由轴承枢设在车架上，当以动力驱使中心轴旋转时，可带动车轮随之旋转。另有一种是以轮毂内部的感应电场驱动车轮的方法，该方法是使中心轴固定于车架而不会旋转，然后在中心轴上设绕组线圈并通以电流成为定子，再在轮毂内部排列能与轮毂一齐旋转的多数永久磁铁共同构成转子，由定子与转子间产生的电场，来驱使转子旋转而带动轮毂随之旋转。这种以轮毂内的感应电场来驱动轮毂的方法，如飞雅特公司曾发展的一种电动车轮，该方法由于在中心轴上的绕组线圈所产生的热不易散失，因此如果没有一个很良好的散热方式来配合，该种设计势必无法使车轮高速旋转，或供长时间的持续运转。因为高速旋转需供给大量电流，而长时间运转需持续供给电流，绕组线圈将产生高热而可能被烧毁短路。这种缺陷尤其会在车辆持续上坡的行驶中出现，中心轴上的定子的绕组线圈，虽然接受了特大量电流，但车轮转速仍然缓慢，对于由绕组线圈产生的高热，纵然在车轮侧面设有风扇及散热翼片，来协助车轮内部的空气流动，但仍无法适量地把热量散发。此结果乃使绕组线圈的温度持续上升，但由感应电场的输出力量却反而减少。该方法存在的另一个问题是，当不能供电予定子的绕组线圈时，绕组线圈内的矽钢片将与转子上的永久磁铁彼此吸引，此现象使车轮空转时受到很大的阻力，亦即应用传统方法的电动车一旦遇上不能供电至绕组线圈的意外状态时，要推使车轮移动将显得格外吃力。
上述以感应电场来驱动车轮的传统技术，所以无法将永久磁铁设在定子上，相对地将绕组线圈设在轮毂内的转子上，是由于绕组线圈如何在旋转中可以很理想地获得电流，而且使之实施时并无组合或装配上的困难，似乎一直无法获得很理想的解决方法，因此将绕组线圈设在转子上的想法并未被理想地实现。
采用上述原理，本实用新型的设计者曾设计出一种散热良好，适于在市区低速行驶，或比现有电动车更适于爬坡的车轮，并已申请专利(CN94219682.1)。在该申请案中，本设计者提供一完整的方案来解决现有电动车轮的缺点，比如以一可旋转的环状印刷电路式导电板形成整流子，使外环的绕组线圈能获得电流等。甚至于还包括前所未有的设计，亦即，为了有时候要定子与转子不产生磁力干扰，故使中心轴上的定子在必要时可随着轮毂内的转子一起旋转，因此在定子与中心轴的不动部分有一离合装置，来使定子旋转或不旋转。上述申请案是以一鼓式煞车元件作为离合装置来使定子不旋转，属于一种以径向动作控制定子的离合方式。
本实用新型的目的在于提供一种新的车轮驱动装置，该装置的离合装置能产生平行于车轮中心轴的轴向动作，使感应电场中的转子能随着或不随着外环的轮框一起旋转，解决现有技术中绕组线圈所产生的热量不易散失、无法使车轮高速运转或长时间持续运转等问题，同时可更适用于上坡行驶的低速运动车轮，或自行车与轮椅等低速行驶的车辆。
本实用新型车轮驱动装置总成，是由绕着不旋转的中心轴(5)旋转的轮毂来驱动车轮，该轮毂系用以支持着车轮，该装置包括一装设在上述中心轴(5)之固定件(51)上的定子(2)，该定子(2)带有多数不同极的永久磁铁(22)，平行着中心轴而径向间隔排列；平行着中心轴(5)而轴向固定在中心轴之固定件(51)上的导电元件；一以绝缘材料为本体(44)的环状印刷电路板(43)，该电路板上有两组导电片群，分别设于该电路板侧面的内层区域与外层区域，内层的每一导电片，分别与外层任一导电片连接，且内层的导电片群与上述导电元件相对应；一设在中心轴(5)上作为轮毂的轮框(1)，该轮框(1)的内部设有多组径向分布且对应于永久磁铁(22)的绕组线圈(4)，形成相对于定子(2)的转子(3)，每一组绕组线圈(4)分别与电路板外层的导电片群其中之一连接，该轮框(1)系与上述电路板固定，而能一齐在中心轴上旋转，藉旋转中的气流使上述轮框内的绕组线圈加速散热；在上述中心轴之固定件(51)上，有一可将电力由导电元件传经电路板而至轮框(1)内部的绕组线圈(4)的供电元件，使该等绕组线圈获得电流时，能与定子(2)上的永久磁铁(22)产生电场，而驱使轮框绕着中心轴旋转；
上述轮框(1)包括分别设在中心轴(5)上的供作为支持车轮轮毂的外轮框(12)，及与电路板固定的内轮框(11)，该内轮框能够与电路板一齐旋转，且内轮框侧面与外轮框之间设有减速机构(6)，该减速机构包括有主动轮(61)和从动轮(62)，外轮框(12)与减速机构的从动轮连接，使内轮框旋转的动力，能经上述减速机构减速后传递给外轮框；本实用新型的特点是上述内轮框(11)上固定一设在中心轴上且可绕中心轴旋转的离合环(8)，该离合环可平行于中心轴的轴线方向往复移动；一离合元件具有两部分，其中一部分为卡沟(81)，设于上述离合环，另一部分为凸销(611)，设于减速机构的主动轮上，使离合环可与主动轮藉离合元件结合为一体而传递动力，或使离合环与主动轮分开而不传递动力；一驱动元件，如拉线(67)，用于控制离合元件的动作；有一止环(65)比邻于离合环且可随离合环一齐轴向运动，在该止环与中心轴上的固定件(51)之间设有弹性元件，用于该止环移动后压迫该止环归位；另外，外轮框(12)中央区域的外侧，嵌合一单向旋转的介面接头(7)，使外轮框可直接由该介面接头驱动。
本实用新型提供的装置，应用于电动车的车轮驱动装置中，使其中动力传动的离合装置可轴向动作。
以下实施例以及
本实用新型的装置与功效。
图1为本实用新型实施例的剖视图。
图2类似于图1，但显示另一种动作的状态。
图3为图1的A－A剖视图，显示环状电路板。
图4类似图3，但显示另一实施例。
图5为图1的B－B剖视图。
1－轮框11－内轮框12－外轮框2－定子22－永久磁铁3－转子4－绕组线圈41－电线42－碳刷43－印刷电路板44－本体45－孔46－内层导电片群47－外层导电片群471－外端5－中心轴51－固定件6－减速机构61－主动轮611－凸销62－从动轮63－连杆64－惰轮65－止环66－弹簧67－拉线7－介面接头71，72，73－轴承74－链轮8－离合环81－卡沟82－凸缘本实用新型较佳的实施例装置，如图1－5所示，包括有一装设在中心轴(5)上的定子(2)，该定子包括由多数不同极的永久磁铁(22)径向间隔排列；多数导电元件，如碳刷(42)，平行于中心轴且轴向固定在中心轴的固定件(51)上。中心轴最好是一实心轴，如此可使中心轴的直径尽量缩小，但仍然维持着必要的刚性。本实施例还包括一固定于轮框(1)上且与轮框一齐枢设在中心轴上的环状印刷电路板(43)，该电路板上有径向分布的两组导电片群(46)与(47)(参考图3－4)，分别分布在该电路板侧面的内层区域与外层区域。内层导电片群(46)的每一导电片，皆裸露于本体(44)的一侧，其中分别与隐藏于绝缘性本体(44)内的外层导电片群(47)的任一导电片连接，内层的导电片群(46)可被导电元件碳刷(42)接触。本实施例具有一以轴承(72)枢设在中心轴上供作为轮毂以支持车轮的轮框(1)，该轮框的内部设有多组径向分布且对应于永久磁铁(22)的绕组线圈(4)，来形成相对于定子(2)的转子(3)，且每一组绕组线圈分别与电路板外层的导电片群(47)其中之一连接，该轮框系与电路板固定，而能一齐在中心轴上旋转，旋转时藉轮框本身旋转中的气流使轮框内的绕组线圈加速散热。本装置有一供电元件，如电线(41)，附着于中心轴的固定件(51)上，可将电力由碳刷(42)再传经电路板而至轮框内部的绕组线圈(4)，使该等绕组线圈获得电流时，能与定子上的永久磁铁产生电场，而驱使轮框(1)绕着中心轴旋转。
前述实施例是最基本而典型的装置，可顺利地将由中心轴区域供应的电流，藉着碳刷(42)与环状印刷电路板(43)，顺利地传给旋转的转子中的绕组线圈，而且前述装置在制造与组装上较为容易。
前述轮框(1)也可以由内轮框(11)与外轮框(12)共同组成，如此将使装置更适用于轮椅或自行车等低速行驶的车辆。图1中显示的减速机构(6)，虽然是由行星式齿轮组所构成，熟悉机动学的人士皆知，本实用新型所称之减速机构，可由齿轮式、皮带式或其他各种减速机构中择其最适用的，而非一定是限定于图1与图2中所揭示的实施例。如前所述，本装置中的轮框可包括分别枢设在中心轴上的一外轮框(12)与一藉轴承(72)枢设的内轮框(11)，内轮框系用以在其内部设置多组绕组线圈(4)，且该内轮框系与电路板(43)固定而一齐旋转；前述外轮框(12)是供作为支持车轮的轮毂。在内轮框的侧面，介于与外轮框之间，设有减速机构(6)，该减速机构具有枢设在轴承(73)上的主动轮(61)、在连杆(63)上的惰轮(64)以及外轮框内的从动轮(62)，前述减速机构的主动轮(61)受内轮框的驱动(透过离合装置，详后述)，且外轮框系与减速机构的从动轮(62)结合，使内轮框旋转时的动力，能经减速机构的惰轮减速后传给外轮框。
本实用新型的特征是将内轮框固定着一枢设在中心轴上的离合环(8)，该离合环由轴承(71)支持而可绕着中心轴旋转。本装置有一离合元件，该离合元件具有两部分，其中一部分设于离合环(8)上，另一部分则设于减速机构的主动轮上，使离合环可与主动轮结合为一体而传递动力，或使离合环与主动轮分开而不传递动力。所述离合元件是由一驱动元件，如图1、2中的拉线(67)与弹簧(66)来控制动作。
但无论如何，离合元件也可以利用现有的电磁离合片来构成，此时，所需配合的驱动元件则是电源开关等。至于在图1与2中显示的离合元件，实施例则是一种机械式的构造，其中离合环藉滚针轴承(71)的支持，不但可绕着中心轴(5)旋转，同时也可平行于中心轴的轴线方向往复移动；有一止环(65)在左侧比邻着离合环(8)可随离合环一齐轴向移动，在该止环与中心轴上的固定件(51)之间设有弹性元件，比如是多数个弹簧(66)，藉弹簧的力量在止环向左移动后，能自动压迫止环向右归位。在图1、2的例中，离合元件的一部分是设于离合环(8)侧面的多数卡沟(81)，离合元件的另一部分则是设于主动轮(61)侧面的多数凸销(611)，以现有公件与母件套合的方式来构成离合元件，此时驱动元件可以是一手动的，或油压或其他力量制动作用的钢丝拉线(67)。除此以外，在离合环(8)的左侧若设有多数凸缘(82)，可使离合环与止环间的磨擦阻力减少。
上述是单纯供电动车轮应用的实施例，另一实施例是，如果要与现有自行车的后轮结合，使自行车可选择利用传统脚踏驱动的方式，或利用本实用新型以感应电场驱动的方式，那就如图1与2中的假想线所示。在本实用新型的外轮框(12)的中央的一侧，嵌设一介面接头(7)，该介面接头是一现有的元件，枢套在车轮的中心轴上，使外轮框侧面套在介面接头外缘的链轮(74)上，可单方向透过该介面接头而驱动外轮框。亦即，本装置可利用车子上的电池供应于外轮框中的绕组线圈(4)，形成电动车而驱动车子，也可不供应电流给绕组线圈，而以脚踩踏的方式，使链轮(74)旋转，而透过介面接头单向传递力量的机构直接来驱动外轮框。至于欲以电池的电流驱使外轮框旋转时，电流由电线(41)传递经碳刷(42)而传至电路板(43)。接着，电路板内层的导电片群(47)，传至内轮框的绕组线圈(4)，绕组线圈获得电流后产生磁力线，而与定子(2)上的多数永久磁铁(22)产生电场，由于定子是固定在固定件(51)上不旋转，因此藉电场的斥力推使内轮框旋转。旋转后，内轮框的绕组线圈仍不断地由上述方式获得电流。如果要使内轮框驱动外轮框，如图1所示，就释放拉线(67)，使固定欲内轮框内部且随内轮框旋转的离合环(8)，其离合元件之卡沟(81)与凸销(611)彼此啮合而驱动主动轮(61)旋转，主动轮的动力经惰轮(64)传递给外轮框内部的从动轮(62)，而使外轮框旋转。若要暂时使外轮框不旋转，就如图2所示，以拉线(67)拉动离合环与内轮框一齐左移，离合元件之卡沟(81)与凸销(611)将脱离无法传递动力。当然，要使内轮框不旋转，只要切断电池供应的电流即可。
本实用新型所提供的这种以感应电场技术驱使车轮旋转的车轮驱动装置，设计合理，解决了现有技术中绕组线圈所产生的热量不易散失，无法使车轮高速运转或长时间持续运转等问题，同时可更适合于上坡行驶中的车轮，或自行车与轮椅等其他低速行驶的车辆。
权利要求1.一车轮驱动装置总成，是由绕着不旋转的中心轴(5)旋转的轮毂来驱动车轮，该轮毂系用以支持着车轮，该装置包括一装设在上述中心轴(5)之固定件(51)上的定子(2)，该定子(2)带有多数不同极的永久磁铁(22)，平行着中心轴而径向间隔排列；平行着中心轴(5)而轴向固定在中心轴之固定件(51)上的导电元件；一以绝缘材料为本体(44)的环状印刷电路板(43)，该电路板上有两组导电片群，分别设于该电路板侧面的内层区域与外层区域，内层的每一导电片，分别与外层任一导电片连接，且内层的导电片群与上述导电元件相对应；一设在中心轴(5)上作为轮毂的轮框(1)，该轮框(1)的内部设有多组径向分布且对应于永久磁铁(22)的绕组线圈(4)，形成相对于定子(2)的转子(3)，每一组绕组线圈(4)分别与电路板外层的导电片群其中之一连接，该轮框(1)系与上述电路板固定；在上述中心轴之固定件(51)上，有一可将电力由导电元件传经电路板而至轮框(1)内部的绕组线圈(4)的供电元件；上述轮框(1)包括分别设在中心轴(5)上的供作为支持车轮轮毂的外轮框(12)，及与电路板固定的内轮框(11)，其内轮框侧面与外轮框之间设有减速机构(6)，该减速机构包括有主动轮(61)和从动轮(62)，外轮框(12)与减速机构的从动轮连接；本实用新型的特征在于上述内轮框(11)上固定着一设在中心轴上且可绕中心轴旋转的离合环(8)；一离合元件具有两部分，其中一部分设于离合环(8)上，另一部分设于减速机构(6)的主动轮(61)上；一控制上述离合元件动作的驱动元件。
2.根据权利要求1所述的车轮驱动装置总成，其特征在于有一比邻上述离合环(8)且可随离合环一齐轴向移动的止环(65)，该止环与中心轴(5)上固定的固定件(51)之间设有弹性元件。
3.根据权利要求1所述的车轮驱动装置总成，其特征在于驱动元件为一拉线(67)。
4.根据权利要求1所述的车轮驱动装置总成，其特征在于离合元件由卡沟(81)和凸缘(611)两部分构成。
5.根据权利要求1所述的车轮装置总成，其特征在于外轮框(12)中央区域的外侧，嵌合一单向旋转的介面接头(7)。
6.根据权利要求1所述的车轮驱动装置总成，其特征在于导电元件为碳刷(42)。
专利摘要一车轮驱动装置总成，由中心轴上固定件外围排列的数个永久磁铁构成定子，与内轮框中的数个感应线圈在通以电流时，构成感应电场来驱动内轮框在外轮框中旋转，内轮框中有一离合环，将内轮框的动力传递给减速机构的主动轮而驱动外轮框，离合环与主动轮之间有一沿中心轴轴向动作的离合元件来控制动力的传递。
文档编号H02K7/10GK2211134SQ94248268
公开日1995年10月25日 申请日期1994年12月27日 优先权日1994年12月27日
发明者杨臣机 申请人:杨臣机