電動輪圈馬達的製作方法

2023-09-27 07:17:55 1

專利名稱：電動輪圈馬達的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於電動自行車的電力驅動的電動輪圈馬達。
一般常用電動自行車均採用行星齒輪減速以帶動外殼轉動，馬達採用傳統的圓筒形，其體積及重量甚大，難以與講求輕巧的輪圈相適配，並且它是採用一般的開關，電源一開立即全速行走，具有容易造成意外傷害的危險性。如一九七五年八月五日公告的美國第3897843號專利案中，所公開的電動馬達電樞上的整流子是與轉軸平行設置，因此馬達體積及寬度太大，而這種馬達直接裝在車輪上時，它所產生的扭力不足，必須使用行星齒輪組來提供足夠的轉矩，以致使得體積及重量無法縮小，難以在講求輕巧的輪圈上使用;此外，其電源線從馬達固定殼體穿出，距中心軸太遠，必須設計甚大的輪圈外殼用的中心軸承來配合，使得在構造上較為困難和不便，以致在實用上不甚理想。另外，申請人曾經以麥納膠片(myler)或雲母片(nica)的繞線組構成電樞，而場磁鐵設在電樞線圈的兩側，但這種裝置所產生的扭力也稍嫌不足，因此要藉助行星齒輪組來增加轉矩，在構造上仍需加以改進。
基於上述公知技術所存在的各種缺點，本發明的目的，乃是為電動自行車提供一種扭力大、體積小、重量輕且安全實用的電動輪圈馬達。
下面結合附圖和較佳的實施例對本發明加以詳細說明。


圖1為本發明的立體分解示意圖;
圖2為本發明的剖面示意圖;
圖3為本發明的控制系統示意圖;
圖4為本發明的速度控制示意圖;
圖5為本發明的實施例示意圖;
圖6為本發明的另一實施例示意圖。
參見附圖所示，本發明是一種電動輪圈馬達，主要包括外殼1、外殼2、馬達殼體3、殼板31、電樞5、扁平型整流子52、場磁鐵57、筒軸6、軸承61、軸承62、軸承32、軸承36、軸承15、殼座33、電池箱9及控制箱10等構成。
其中，本發明主要是用多層的薄矽鋼片56加以疊置，並在其上繞設適當線圈51以構成電樞5，該電樞5的中心嵌設有與其成一體的扁平型整流子52，並在馬達殼體3的對應位置上設孔531以裝設兩電刷53，該兩電刷53與整流子52垂直接觸並用導線54與電源連通。場磁鐵57呈一封閉園環形，環繞在電樞5的外圍。這種結構設計可有收縮短馬達寬度，不佔空間，並用程序控制電路板裝置(參見圖3)，可有效控制並發揮馬達效率，不必使用行星齒輪來減速或增加扭力。
本發明的車輪中心軸7兩端穿設在自行車前輪腳架8的圓孔81中，並用C型環75、76及螺帽82鎖固。該中心軸7不會轉動，而在中心軸7的一邊向內設有中空通道71，該通道71在外殼1內的適當位置向外開設有一穿孔72，電源導線54即可由中心軸7的外側進入通道71內並由穿孔72處穿出而與電刷53連接，這種引線構造無須在外殼1或外殼2上裝設大尺寸軸承，在設計及製造上較為方便經濟。
此外，中心軸7兩端與前輪腳架8之間也可裝設防震彈簧以減低振動，且該防震彈簧也可裝設在自行車後輪部位，既緩衝電動輪圈馬達在行駛中所遭受的衝擊力，同時也可使騎乘者感覺較為舒適。
電樞5是固定裝設在固定座63上，整個固定座63則固定在筒軸6上。扁平型整流子52是由若干個分離的整流片單元521所組合構成，該整流片單元521的數目是配合電樞5的極數而設，整個整流子52是呈扁平圓環形，它與筒軸6成垂直而平貼嵌設在電樞5的中心成為一體，以減少馬達寬度及體積;兩電刷53則呈與筒軸6平行裝設在馬達殼體3上，電刷53前端系與整流子52呈垂直適當接觸。
筒軸6內部兩端固設有軸承61及軸承62，該兩軸承61、62系套在車輪中心軸7之外而可自由轉動。筒軸6的右端外面固接一離合器27，該離合器27也同時與外殼2固接，該離合器系一種單向離合器。而車輪18可用鋼絲17或鋁板16與外殼1及外殼2固接在一起。
該離合器27可用梢釘271等方式與外殼2固接在一起，而外殼1與外殼2邊緣分別設有環緣11、21，在各環緣11、21上分別開設有孔12、22。用螺絲可將外殼1及外殼2鎖接成一體，而外殼1、2並與輪圈的鋼絲17或鋁板16連接以與車輪18連成一體。在外殼1的中心部位設有向外的突部14，該突部14內固接一軸承15，該軸承15也套在車輪中心軸7之外而可動。因此，馬達的電樞5是與固定座63、筒軸6、軸承61、軸承62、離合器27、外殼2、外殼1、軸承15、鋼絲17及車輪18等固接成一體。使電樞5的扭力可以傳達到車輪18，並用軸承15、軸承61及軸承62套在固定不動的中心軸7上以承受載荷重量並進行轉動。
馬達殼體3是與中心軸7固接在一起並不轉動，該馬達殼體3一側設有環緣301，其上設有孔302，而殼板31上也設有對應的孔311，使馬達殼體3可與殼板31固接，以形成一容置空間，該容置空間內為容納電樞5之用。場磁鐵57是固設在馬達殼體3的環形內壁上，在殼板31的中孔圓環37內固接有一較大軸承32;馬達殼體3的中心設有一圓形開口38，該圓形開口38連設有一環狀凸緣381，在該環狀凸緣381內也固設一較大軸承36。一圓形殼座33與馬達殼體3的環形凸緣381處結合，並用梢釘35穿過孔34及孔39將兩者固接在一起，該殼座33可用榫塊332而與中心軸7固接，在中心軸7上設有對應配合的凹槽333以容接榫塊332。而軸承32及軸承36系套置在筒軸6外面(參見圖2)，並可使筒軸6自由轉動。
而外殼2的內壁表面設有若干小葉片23，可擾動氣流而具有散熱及除塵作用，在外殼1、2周圍適當位置上也開設有若干通孔112，這些通孔可供通氣及排水之用，而開孔222則是供固定鋼絲17之用。
本發明雖在殼體內不裝設行星齒輪即可提供足夠扭力，但若有需要時，也可裝設常用的行星齒輪。
本發明在自行車架體上適當位置可裝設一電池箱9，而控制箱10可與電池箱9裝設在一起(參見圖5)，也可分別裝設在本身上任何適當位置。在控制箱10內裝有程序控制電路(NPU)，紅外線反射板A1可裝設在可轉動的外殼1的內壁上，而紅外線發射器A2裝設在固定在轉的馬達殼體3的對應位置上，該紅外線反射板A1及紅外線發射器A2即構成一紅外線發射接收器A，該紅外線發射接收器A與程序控制器B連接，該程序控制器B再與電源C連接(參見圖3)。該程序控制器B內設有程序控制電路(NPU)，可進行紅外線偵測計速，計算所接收的信號來測定速度以控制電源的輸出電壓，電源C可由電池箱9內的蓄電池組構成。由於紅外線反射板A1、紅外線發射器A2及程序控電路(NPV)的結構與電路組成皆系公知的技術，故在圖3中僅只繪出它們的方框圖而未繪出具體的電路連接關係。
此外，前述的紅外線反射板A1及紅外線發射器A2所構成的紅外線發射接收器A也可以用一組磁簧開關來代替，該磁簧開關也可發出信號進入程序控制器B內以進行偵測計速。
參見圖4，本發明在開關啟動後，先利用人力輔助踩踏使自行車車輪轉動，當車輪速度達到時速8公裡以上時，所投入的電源才能有效驅動馬達，當車輪轉速低於時速6公裡時，則自動切斷電源。如果再啟動電源時，則須再行以人力輔助使車輪達到定速(如8KN/H以上)投入電源方能有效驅動馬達。如此可避免小孩或使用者不小心碰觸電源而容易往前衝所發生的意外傷害，這種定速起動及斷電裝置可確保安全。
其中，馬達起動速度設在時速8公裡左右，而切斷電源速度設在時速6公裡左右，兩者不設定在同速，是要避免馬達產生共振並符合實用上的需要;否則，兩者若設定在同速時，馬達會抖動並容易損壞。而本發明的速度控制裝置可裝設在自行車控制方向的把手85上(參見圖5及圖6)，使電源的投入方式可為一斷式啟動或無段式啟動，而該把手85可製成轉動方式，以便能無段式調節電壓和電流來控制馬達速度的快慢。
綜上所述，本發明的整體裝置構造確與目前一般常用技術不同，它能改進常用電動自行車車輪馬達的各種缺點，在使用上能增進功效。它結構新穎合理，有效地縮小了馬達體積和重量，不需行星齒輪配合，馬達即可產生足夠的扭力;紅外線發射接收器和程序控制電路的採用，可計算所接收的信號來測定速度以控制電源輸出電壓，從而實現只有在車輪速度到達定速以上時電源才能驅動馬達，而當車輪轉速低於某一定速時，則自動切斷電源而避免意外的危險。這樣，使得本發明整體裝置構造達到了體積小、重量輕，同時具有簡易、經濟、安全和實用的良好功效。
權利要求
1.一種用於電動自行車的電力驅動的電動輪圈馬達，主要包括外殼、馬達殼體、電樞、扁平型整流子、場磁鐵、筒軸、軸承、殼座、控制箱及電池箱等構成，其特徵在於，由多層的薄矽鋼片疊置以構成電樞，而扁平型整流子與筒軸呈垂直並平貼嵌設在電樞中心而成為一體，以縮減馬達寬度及體積；該電樞裝設於馬達殼體內，該馬達殼體位於外殼內；車輪中心軸的一邊設有中空通道，該通道在適當位置向外開設一穿孔以供電源導線通過；一控制箱與馬達連接，該控制箱內設有程序控制電路，該程序控制電路分別與電源及紅外線發射接收器連接。
2.如權利要求1所述的電動輪圈馬達，其特徵在於，其中的外殼在一側裝設有一單向式離合器，該離合器也同時與筒軸一端連接。
3.如權利要求1所述的電動輪圈馬達，其特徵在於，其中的紅外發射接收器是分別由紅外線反射板和紅外線發射器所組成，其中的紅外線反射板可裝設於轉動的外殼上，而紅外線發射器裝設在馬達殼體的對應位置上;當開關啟動後，先以人力輔助踩踏使車輪轉動，在車輪轉動達到紅外線偵測計速所設定的定速以上時，投入電源方能有效驅動馬達，當車輪轉速低於設定速度以下時，則自動切斷電源。
4.如權利要求1所述的電動輪圈馬達，其特徵在於，其電源的投入系採用一段式或無段式，其中的無段式是將自行車把手製成轉動方式以調節電壓和電流來控制馬達轉速。
5.如權利要求1所述的電動輪圈馬達，其特徵在於，其中的外殼內壁上可設有小葉片，在外殼周圍適當位置上開設有通孔。
6.如權利要求1所述的電動輪圈馬達，其特徵在於，其中的車輪中心軸兩端也可裝設防震彈簧，該防震彈簧的另一端可與車輪腳架連接。
7.如權利要求1所述的電動輪圈馬達，其特徵在於，其中的紅外線發射接收器也可以用磁簧開關代替。
全文摘要
本發明是一種用於電動自行車的電動輪圈馬達，主要由多層的扁平型薄矽鋼片疊置並在其上繞設線圈以構成電樞，用扁平型整流子嵌設於電樞中心成為一體，在車輪中心軸內設有通道並開孔以穿設電源線；馬達與一程序控制電路連接，該程序控制電路分別與電源及紅外線發射接收器連接。它可有效縮減馬達寬度及體積，不需行星齒輪即可產生足夠扭力；且只在車輪速度達到定速以上時，電源才能驅動馬達，以避免因誤觸電壓而突然起動所發生的危險。
文檔編號H02K23/54GK1101767SQ9311564
公開日1995年4月19日 申請日期1993年12月21日 優先權日1993年12月21日
發明者李宜和 申請人:李宜和