CN105059463A - 一种一体化轮及采用所述一体化轮的电动车 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一体化轮及相应的电动车，包括轮毂及轮盖，轮毂上设置有轴心和外齿圈，轴心上设置有控制器、电机、动力传动机构、一对轴承、固定架、充电组件及棘轮组件，控制器与电机、充电组件及棘轮组件连接，电机与所述动力传动机构连接，动力传动机构与外齿圈连接，轮毂及轮盖分别连接一轴承；固定架上设置有电池组件，电池组件与控制器及电机连接。本发明设计精巧，操作简单，动力传递平衡稳定，效率高；各电气部件之间的走线、穿线方便易行，避免了转动对走线产生的干扰，大大提高了各部件连接的工作效率和稳定性；充电方便，同时空心轴心也有利于传导散热，提高散热效率；本发明能够适用各种类型的自行车、电动车，适应性强，适用范围广。

Description

一种一体化轮及采用所述一体化轮的电动车

技术领域

本发明涉及一种车轮及电动车，尤其是一种集成式的一体化车轮及采用所述一体化车轮的电动车。

背景技术

电动车的历史比我们现在最常见的内燃机驱动的汽车要早。直流电机之父匈牙利的发明家、工程师阿纽什·耶德利克最早于1828年在实验室试验了电磁转动的行动装置。美国人托马斯·达文波特于1834年制造出第一辆直流电机驱动的电动车。在1832年至1838年之间，苏格兰人罗伯特·安德森发明了电驱动的马车，这是一辆使用不能充电的初级电池驱动的车辆。

电动车是以电池作为能量来源，通过控制器、电机等部件，将电能转化为机械能运动，以控制电流大小改变速度的车辆。电动自行车，是电动车的一种，它是指以蓄电池作为辅助能源，在普通自行车的基础上，安装了电机、控制器、蓄电池、转把、闸把等操纵部件和显示仪表系统的机电一体化的个人交通工具。

随着我国电动车制造行业的快速发展，电动车已经成为了无数家庭中不可缺少的交通工具；然而目前普通的电动自行车走的还是传统装配路线，电机、电池、控制板分别安装在车身的不同部位，这种结构的电动车，车身结构复杂，体型大，自重大，从安装和外观角度看不够简单美观，如果能把电机、电池、控制板这些部件都集成到一起形成一体化轮，这样既简化了安装过程，也美化了整个电动车，使电动车结构更简单、轻便，如申请号为201510062207.6所述的电动自行车轮组，其揭示了上述一体化轮的概念，然而其揭示的结构中仅简单介绍了各部件的位置关系，而各部件之间的接线问题没有提及，而由于安装空间较小，各部件之间的走线、接线难度也较大，散热效率相对较低，电机的动能传动效率不高；更进一步，上述申请没有考虑电池充电问题，一旦电池储存电量耗尽，无法进行充电，而且由于电池集成在轮上，轮的转动会对接线产生一定影响，因此如何实现电池与充电接口之间的接线也将成为一大难题。

同时，现有的电动车往往仅有一个蓄电池提供电力，其续航能力相对较弱，如要增加续航能力，往往需要增加额外的蓄电池或对蓄电池进行技术改进，普通蓄电池往往占用空间且重量大，增加电动车体型和自重，与当前电动车“轻质、小巧”的要求不符；而改进的蓄电池价格昂贵，技术要求高，增加了企业的生产成本。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一体化车轮及采用所述一体化车轮的电动车。本申请的一体化轮是在全新的机械电子设计理念的基础上，巧妙的融合了遥控技术、永磁无刷电机技术以及锂电池组技术后，提出的一项创新的、综合性的方案。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种一体化轮，包括轮毂及与所述轮毂连接的轮盖，所述轮毂上设置有共轴的轴心和外齿圈，所述轴心上设置有控制器、电机、动力传动机构、一对轴承、固定架、充电组件及棘轮组件，所述控制器与所述电机、充电组件及棘轮组件连接，所述电机与所述动力传动机构连接，所述动力传动机构与所述外齿圈连接并驱动所述轮毂转动，所述轮毂及轮盖分别连接一所述轴承；所述固定架上设置有电池组件，所述电池组件与所述控制器及电机电性连接。

优选的，所述的一体化轮，其中：所述轴心包括本体，所述本体上开设有沿X轴方向的通孔、若干过线孔及若干安装槽，所述通孔及过线孔用于各电气部件之间的穿线；所述安装槽用于安装所述控制器、电机、动力传动机构、固定架及棘轮机构。

优选的，所述的一体化轮，其中：所述电机是永磁无刷电机。

优选的，所述的一体化轮，其中：所述动力传动机构包括与所述电机匹配的行星齿轮，所述行星齿轮通过行星架安装在所述轴心上，且所述行星齿轮与所述外齿圈啮合。

优选的，所述的一体化轮，其中：所述固定架包括圆环形本体，所述圆环形本体包括若干电芯安装槽，所述环形本体间隙套设在所述外齿圈外周且其宽度与所述控制器到所述行星架之间的距离相当。

优选的，所述的一体化轮，其中：所述充电组件包括充电接口、电源开关及电量显示器。

优选的，所述的一体化轮，其中：所述棘轮组件包括磁钢和霍尔传感器，所述霍尔传感器与所述控制器连接，并与所述磁钢配合向所述控制器发送信号。

优选的，所述的一体化轮，其中：所述电池两端焊接有镍片，所述镍片的延伸端与所述控制器连接，所述控制器通过导线与所述充电组件上的充电接口连接。

一种电动自行车，所述电动自行车的前轮和/或后轮是上述的一体化轮，所述一体化轮通过快换机构连接在电动车车架上。

优选的，所述的一种电动自行车，其中：所述一体化轮为电动车的后轮，所述一体化轮上的棘轮组件通过链条与曲柄齿盘连接。

本发明技术方案的优点主要体现在：

1、本发明设计精巧，操作简单，整体结构紧凑，各部件配合密切，保证了各部件在狭小空间内的完美集合且相互之间无干扰，整个动力传动系统动力传递平衡稳定，传动效率高；空心的轴心部件使得各电气部件之间的走线、穿线方便易行，且由于各部件自身并不随轮毂进行转动，避免了转动对走线产生的干扰，大大提高了各部件连接的工作效率和连接的稳定性；空心轴心也有利于传导散热，提高散热效率；由于设置了充电结构，充电方便、安全；同时，本发明的一体化轮适用各种类型的自行车、电动车，且安装便利，适应性强，适用范围广。

2、采用本发明中一体化轮的电动车，其结构较普通电动车可以有更多的变形，且结构简单，不需要专门的电池架、控制器架等，各部件之间的接线、走线也相对容易，有利于提高企业的生产效率，降低企业的生产成本；同时，在多种工作模式下或组装模式下，在不增加额外装置且不改变电动车结构的情况下，既能够极大的提高电动车的续航能力，为电动车的远距离行驶创造条件，也满足了电动车“小、轻”的要求。

3、使用一体化轮的电动车，在助力模式下，不仅能够进行休闲健身，由于所用电流约为纯电动车的一半,避免了大电流放电对电池的损坏，同时，通设定系统加力功能，可以根据用户的骑行方式及控制器——电机的匹配性，改变力矩参量的补偿量及动能参量的补偿量，使人力和电力平衡，其设计更加人性化。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例1中轴心结构示意图；

图3是本发明实施例1的侧视图。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

实施例1

本发明揭示的一种一体化轮，如附图1所示，包括轮毂1及与所述轮毂1匹配的轮盖2，所述轮毂1与轮盖2的轮廓近似为盾牌形或锅盖形，它们以Y轴为对称轴，所述轮毂1与轮盖2通过若干螺栓连接且它们连接成一体后形成一空心腔体，所述轮毂1及轮盖2的中心位置设置有中心孔。

所述轮毂1上设置有共轴的轴心3和外齿圈4，如附图2所示，所述轴心3包括本体31，所述本体31上开设有沿X轴方向的通孔32、过线孔33、若干安装槽34，其两端外壁上还设置有外螺纹，所述通孔32的直径经过合理设计，优选为6mm,所述安装槽34的形状可以是已知的任何形状，如圆形、长方形、正方形等，具体的形状可以根据安装在其上的部件的实际安装要求设置；所述轴心3贯穿所述轮毂1及轮盖2的中心孔，且其两端外螺纹区域位于所述轮毂1与轮盖2形成的空心腔体外侧。

所述轴心3上设置有控制器5、电机6、动力传动机构7、一对轴承8、固定架9及充电组件10，其中，所述控制器5、电机6、动力传动机构7通过键销分别固定在不同的安装槽34内，且所述电机6和动力传动机构7套设在所述轴心3的外壁上；同时，本实施例中上述各部件从所述轴心3的第一端35至第二端36依次设置，其顺序为充电组件10、轴承8、固定架9、控制器5、电机6、动力传动机构7及轴承8。

当所述一体化轮组装完成时，所述充电组件10位于所述轮毂1与轮盖2形成的空心腔体外，所述控制器5、电机6、动力传动机构7、固定架9及电池组件12均位于所述轮毂1与轮盖2形成的空心腔体内；而所述轮毂1及轮盖2的中心孔分别卡设在一所述轴承8的外圈上，并使所述轮毂1及轮盖2绕所述轴承8的内圈转动。

如附图3所示，所述充电组件10包括安装本体，所述安装本体上设置有充电接口101、电源开关102、电量显示器103及充电接口防护盖104，所述电源开关102可以是已知的任何开关，本实施例中优选为电源自锁开关；所述电量显示器103可以是已知的任何显示装置，如LED灯、数字显示屏、液晶显示屏等，本实施例优选为至少3个显示不同颜色的LED灯泡；所述充电接口防护盖104可以是与所述充电接口101匹配的任何防护装置，如滑盖、橡皮塞等，本实施例中优选为橡胶塞，所述橡胶塞通过一弹性件固定在所述安装本体上。

所述安装本体通过一轴套13安装在所述本体31上，所述轴套13包括第一连接轴和第二连接轴，两者具有高度差，所述轴套13套装在所述本体31上靠近所述外螺纹的区域，所述充电组件10套设在所述轴套13的第一连接轴上，且当所述一体化轮组装完成时，其显露在所述轮毂1与轮盖2围合区域外；位于所述轴心3第一端35一侧的所述轴承8的内圈固定套装在所述轴套13的第二连接轴上。

所述控制器5与所述电机6通过导线电性连接，所述电机6与所述动力传动机构7连接，所述动力传动机构7与所述外齿圈4连接并驱动所述轮毂1转动，具体的，所述电机6优选是永磁无刷电机，可以是已知的任何品牌、任何型号的永磁无刷电机，本实施例中优选为苏州杰翔电动车有限公司自主研发的永磁无刷电机，其包括太阳轮；所述传动机构7用于将所述电机6的动力传动给所述轮毂1并驱动其转动，其包括与所述电机6的太阳轮齿啮合的行星齿轮71，所述行星齿轮71通过行星架72安装在所述轴心3上，且所述行星齿轮71与设置在所述轮毂1上的外齿圈4啮合。

当所述电机6通电后，所述太阳轮带动所述行星齿轮71转动，所述行星齿轮71又带动所述外齿圈4转动，从而使所述轮毂1转动；此时，由于所述轮毂1与轮盖2连接一体，又因为它们分别连接一所述轴承8，因此它们共同绕所述轴承8转动；同时，由于所述轴心3以及连接在所述轴心3上的控制器5、电机6、固定架9及充电组件10均与所述轮毂1及轮盖2没有连接，因此它们均不转动；由于所述轴心3上设置有通孔32及过线孔33用于各电气部件之间的穿线，因此各部件之间的连接十分稳定，不会因轮毂的转动而受到干扰，且各部件之间通过导线连接也更加简单易行。

所述固定架9包括圆环形本体91，所述圆环形本体91包括内圈与外圈，所述内圈与外圈之间设置有若干电芯安装孔92，所述内圈为中空结构；所述环形本体91间隙套设在所述外齿圈4的外周且其宽度与所述控制器5到所述行星架72之间的距离相近，从而使所述控制器5、电机6及动力传动机构7包覆于所述内圈的中空区域中；所述电芯安装孔92内设置有电芯，所述固定架9上还设置有与所述电芯连接的电池控制器，所述电池控制器通过环形支架固定在轴心3上。

所述电池组件12与所述控制器5及电机6电线连接，所述电池组件12在所述控制器5的控制下进行充电和/或为所述电机6供电；具体的，所述电池组件12两端焊接有镍片，所述镍片的延伸端与所述控制器5连接，所述控制器5通过导线与所述充电组件10上的充电接口101连接，此处由于所述电池组件12与控制器5之间的镍片连线是不固定的，故图中未示出。

更进一步，所述轴心3上还设置有棘轮组件11，所述棘轮组件11包括磁钢和霍尔传感器，所述霍尔传感器与所述控制器5，所述磁钢与霍尔传感器配合向所述控制器发送启动电机的信号；所述棘轮组件11套设在所述轴心上，且其位于所述轮毂1和轮盖2围合成的空心腔体外并靠近所述轴心3的第二端。

上述一体化轮工作时，其具体过程如下：

打开所述电源开关102后，所述电量显示器103显示所述电池组件12当前剩余电量；当电量不足时，打开所述充电接口防护盖104后，通过充电线将所述充电接口101与电源连接，即可对所述电池组件12行充电；当电池组件12充满电后，断开所述充电接口1与所述电源的连接即可。

此时，用户通过遥控切换装置向所述控制器5发送控制信号，当所述控制器5接收到启动所述电机6的信号时，其控制所述电池组件12为所述电机6供电使其启动，所述电机6中的转子在电磁效应下转动并驱动与其连接的太阳轮转动，太阳轮进而驱动所述行星齿轮71转动，所述行星齿轮71再将太阳轮的动力传递给与其啮合的外齿圈4，所述外齿圈4再带动所述轮毂1及轮盖2绕所述轴承8转动，这样车轮即可整体绕所述轴心3转动；通过遥控切换装置调整电机6的转速即可控制车轮的转速，实现车速的调整；当用户不需要使用所述一体化轮时，通过遥控切换装置控制所述控制器5断开电机6的供电，再按动所述电源自锁开关，断开电源连接。

实施例2

更近一步，本发明还揭示了一种电动车，所述电动车的后轮或前轮是实施例1中所述的一体化轮，本实施例中优选为后轮为所述一体化轮，前轮为普通车轮，所述电动车包括车架，所述车架可以是已知的普通自行车或折叠自行车或电动车车架中的任一一种，优选为折叠自行车车架，所述车架上安装有普通前轮，所述一体化轮通过快换机构安装在所述车架上，且所述一体化轮上的棘轮组件11通过链条与自行车上的曲柄齿盘连接。

当使用本电动车时，其遥控控制的过程和实施例1所述过程相同，在此不再赘述；当骑行人员不使用遥控切换装置或用户脚踩健身时，其通过脚踏带动所述曲柄齿盘转动，所述曲柄齿盘再带动链条驱动飞轮，当飞轮上的磁钢接近霍尔传感器时，所述霍尔传感器检测人脚踩时产生的动态力矩,并将动态的力矩信号转变为数字信号,再转为模拟信号输出给控制器5，使所述控制器5给所述电机6供电，此后，其工作过程与实施例1的过程相似；由于不同的脚蹬速度，所述霍尔传感器会根据采集的信号自动调整所述电机6的转速，同步増力进行辅助行驶，实现人力驱动和电力驱动的完美协调和平衡，增加骑行的舒适性，同时能大大延长电动车的续航力。

当然，本实施例中，当所述电动车的前轮为一体化轮，后轮为普通轮时，所述一体化轮还可以省去所述棘轮组件11，此时车架上也可以省去脚踏及曲柄齿盘等组件，其驱动方式仅有实施例1中所述的通过遥控切换装置来控制；当然在某些情况下也可以不省区上述部件，而是改变普通自行车曲柄齿盘通过链条与后轮连接的结构，使曲柄齿盘与前轮连接并驱动其转动，这样其也可以通过磁钢与霍尔传感器的配合来驱动。

实施例3

本实施例进一步揭示的一种电动车，与实施例2相比，本实施例的整体结构与实施例2相似，其区别点在于：所述电动车的后轮和前轮均是实施例1中所述的一体化轮，当然作为前轮的所述一体化轮可以省去所述棘轮组件11，两个所述一体化轮均通过快换机构连接在车架上。

工作时，其控制过程与实施例1和2类似，区别在于：用户可以先控制前轮或后轮中的一个工作；当优先使用的一体化轮的电力不足时，再启动另一个一体化轮进行工作，这样即可以在不增加额外的电动车组件和不改变电动车原有结构的基础上，大大增加电动车的续航能力。

本发明尚有多种实施方式，例如，随着网络技术及智能化设备的发展，本发明的一体化轮及电动车也可以通过设置网络连接模块，利用网络与用户端进行通讯，用户通过手机等智能设备即可实现一体化轮的控制，因此，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一体化轮，包括轮毂（1）及与所述轮毂（1）连接的轮盖（2），其特征在于：所述轮毂（1）上设置有共轴的轴心（3）和外齿圈（4），所述轴心（3）上设置有控制器（5）、电机（6）、动力传动机构（7）、一对轴承（8）、固定架（9）、充电组件（10）及棘轮组件（11），所述控制器（5）与所述电机（6）、充电组件（10）及棘轮组件（11）连接，所述电机（6）与所述动力传动机构（7）连接，所述动力传动机构（7）与所述外齿圈（4）连接并驱动所述轮毂（1）转动，所述轮毂（1）及轮盖（2）分别连接一所述轴承（8）；所述固定架（9）上设置有电池组件（12），所述电池组件（12）与所述控制器（5）及电机（6）电性连接。

2.根据权利要求1所述的一体化轮，其特征在于：所述轴心（3）包括本体（31），所述本体（31）上开设有沿X轴方向的通孔（32）、若干过线孔（33）及若干安装槽（34），所述通孔（32）及过线孔（33）用于各电气部件之间的穿线；所述安装槽（34）用于安装所述控制器（5）、电机（6）、动力传动机构（7）、固定架（9）及棘轮机构（11）。

3.根据权利要求1所述的一体化轮，其特征在于：所述电机（6）是永磁无刷电机。

4.根据权利要求3所述的一体化轮，其特征在于：所述动力传动机构（7）包括与所述电机（6）匹配的行星齿轮（71），所述行星齿轮（71）通过行星架（72）安装在所述轴心（3）上，且所述行星齿轮（71）与所述外齿圈（4）啮合。

5.根据权利要求4所述的一体化轮，其特征在于：所述固定架（9）包括圆环形本体（91），所述圆环形本体（91）包括若干电芯安装槽（92），所述环形本体（91）间隙套设在所述外齿圈（4）外周且其宽度与所述控制器（5）到所述行星架（72）之间的距离相当。

6.根据权利要求1所述的一体化轮，其特征在于：所述充电组件（10）包括充电接口（101）、电源开关（102）及电量显示器（103）。

7.根据权利要求1所述的一体化轮，其特征在于：所述棘轮组件（11）包括磁钢和霍尔传感器，所述霍尔传感器与所述控制器（5）连接，并与所述磁钢配合向所述控制器（5）发送信号。

8.根据权利要求6所述的一体化轮，其特征在于：所述电池组件（12）两端焊接有镍片，所述镍片的延伸端与所述控制器（5）连接，所述控制器（5）通过导线与所述充电组件（10）上的充电接口（101）连接。

9.一种电动自行车，其特征在于：所述电动自行车的前轮和/或后轮是权利要求1-8任一所述的一体化轮，所述一体化轮通过快换机构连接在电动车车架上。

10.根据权利要求9所述的一种电动自行车，其特征在于：所述一体化轮为电动车的后轮，所述一体化轮上的棘轮组件（11）通过链条与曲柄齿盘连接。