车辆的驱动车轮组件 【发明领域】
本发明涉及一种用于小型摩托车的驱动车轮组件。本发明特别涉及一种小型摩托车车轮，其由安装于旋臂端部内的电机驱动，且该发动机直接地与传动机构啮合，所述传动机构安装于封闭而通气且随车轮旋转的齿轮箱内，旋臂的一散热件与电机可导热地相连，其中第二旋臂可以绕横向于小型摩托车的轴线转动离开车轮轴，以便于拆卸轮圈。发明背景
由于大量的使用内燃机车辆所造成的空气污染的加剧在大城市已变得非常严重，所以在世界范围内正在努力研制一种有效的电动车辆，其不会排放污染排放物。在发展中国家的大城市中，广泛使用以二冲程发动机为动力的小型摩托车，其尤其会造成车辆的污染。这些二冲程小型摩托车产生大量的污染物和较大的噪音。另一方面，电动小型摩托车提供了一种交通方式，其基本上不排放污染物，而且产生极小的噪音。
电动双轮车辆已经开始研制了。例如，美国专利US5272938公开了一种在前轮内安装电动机的自行车。电机被置于葙体内。发动机带动太阳齿轮旋转，太阳齿轮又带动与其啮合地行星齿轮旋转。可旋转地固定于轴上的行星齿轮与固定于自行车叉架上的齿圈啮合并沿齿圈转动。行星齿轮的轴固定于转动块。沿固定的齿圈转动的行星齿轮使得转动块绕其轴旋转。利用离合轮，使转动块的旋转带动箱体旋转。箱体是由两个具有相同直径的箱体半壳构成。轮辐通过两个箱体半壳安装于箱体。因此，箱体的旋转使得自行车轮辐和车轮转动，从而带动自行车前进。
但在’938号专利所公开的结构中，电机特别的薄，被不引人注目地安装于车轮内。该结构内不可能设置具有完美形状的电机，即体积较宽大和更有动力。
在美国专利US5322141中也公开其他电动车辆。该文献示出了安装于封闭箱体内的电动机，该封闭箱体通过悬挂件与乘客载运车辆相连，所述悬挂件从车辆和箱体侧向地铰接。吸振器用于吸收箱体和车辆之间的机械振动。
该公开的结构不能利用悬挂件为电机散热，且该结构不适用于小型摩托车或其他小型车辆，在小型摩托车中，旋臂面向后并可沿着垂直于车辆的轴线平行于车轮转动。
美国专利US4132281公开了一种摩托车驱动车轮，其一侧与车辆框架相连，而另一侧与旋臂相连。一电机位于车轮内部并通过枢轴与旋臂相连。该枢轴固定于旋臂侧向的凹陷内。因此，为了更换轮胎，旋臂必须平行于车轮的旋转轴线相对车轮侧移，这样便于拆卸轮胎。
美国专利US5613569和US5647450公开了电动小型摩托车，它们中的每一个都在可旋转的旋转动力单元内设置电动机，该旋转动力单元安装于主框架和车轮上。电机位于安装在车体上的旋转单元的端部。如’569号专利所说明的，这种位置关系需要传动机构，如皮带来向设置在旋转单元内部的车轮提供动力。电机远离车轮的这种位置关系和长的传动机构降低了驱动系统的潜在效率。
美国专利US3387502公开了一种齿轮减速驱动单元，其用于带有电动机的重型越野工作车辆。该文献示出了一种行星齿轮驱动系统，其设置有外油箱、贮油腔以及形成于两者之间的管路。车轮滚动所产生的颠簸会润滑运动部件和与齿轮相分离的到达贮油腔的颗粒。但是，该文献没有提供大气与齿轮箱内部的气压的充分平衡，使得齿轮箱在寿命期内为润滑油而密封。
因此需要一种用于小型摩托车的高效率的驱动车轮组件，其利用增大的表面积对电机进行散热，易于完成对车轮的拆卸，通过齿轮箱内的充分通气使其内部具有大气压力。发明概述
本发明提供了一种用于电动小型摩托车的可驱动车轮的车辆驱动组件。第一和第二旋臂与摩托车的一部分如车体相连，以将本体支承在车轮上。旋臂可绕横向于车体的轴线转动并设有用于吸收车轮和车体之间机械振动的吸振器。
第一旋臂包括一散热件。设置于第一旋臂内的电机与散热件可导热地连接并构造和定位成用于驱动车轮。散热件用于分散电机所产生的热量。
在本发明的较佳实施例中，所述散热件包括多个冷却叶片，它们从旋臂延伸并露置于外部空气中。为了提高冷却效率，冷却叶片一般与电机驱动车轮时在该叶片周围的主要局部气流对齐。
旋臂最好具有基本上在车轮和车体之间的细长部分，并且至少在该细长部分上设置散热件。另外，散热件最好位于旋臂的顶侧和底侧，也可以位于侧部。
齿轮箱的第一箱体半壳和第二箱体半壳构成车轮内部的齿轮箱，两个半壳的形状和尺寸在结构上支承传动机构。齿轮箱的第一箱体半壳的直径大于第二箱体半壳的直径。传动机构安装于齿轮箱内部并与被驱动轴，最好是电机轴相连，用于在该轴和齿轮箱之间传递扭矩。轮圈可释放地固定于齿轮箱的第一箱体半壳，而且最好只固定于该箱体半壳，并通过一路面接触件在齿轮箱和路面之间传递扭矩。
该路面接触件最好是安装于轮圈的轮胎，轮圈上限定了一大于齿轮箱第二箱体半壳的中心孔。因此，轮圈可以从齿轮箱的第一箱体半壳上取下，而第二箱体半壳通过轮圈的中心孔安装，且传动机构还保持装配状态。
齿轮箱和传动机构在内部被润滑。齿轮箱可以容装润滑剂并具有可对润滑剂密封的内部。在齿轮箱和一车辆支承件，如第一旋臂，之间设置一润滑剂密封件。齿轮箱的轴向孔使齿轮箱内部与旋臂相通。电机轴伸入旋臂及齿轮箱孔两者内。另外，旋臂包括用于连通齿轮箱孔和大气的通气结构，用于平衡齿轮箱内部和外部的压力。通气结构最好靠近齿轮箱延伸通过旋臂的一个壁，并在所述壁的顶部有与大气相连通的通气孔，因此可相对于摩托车保持竖直。
一环形密封件位于两齿轮箱半壳之间，用于径向密封该密封件内侧的润滑剂。较佳实施例中的齿轮箱半壳通过紧固件相互紧固。为了防止润滑剂通过齿轮箱半壳的紧固件孔泄漏，这些紧固件只径向地位于密封件的外侧。
一通气帽盖住通气结构，构造成允许空气流动以平衡齿轮箱内部和外部的压力同时基本上防止润滑剂的泄漏。通气结构通向齿轮箱内部的部分最好大体平行于该轴对齐，以到达齿轮箱的内部润滑剂正常油位上方。
传动机构还最好包括齿轮架，其形状可以反抗电机产生的旋转，最好通过将其固定于旋臂。齿轮架支承传动机构的可旋转部分，至少支承传动机构的一个齿轮。通气结构包括贯穿齿轮架的通气孔，并与贯穿旋臂的通气结构流体相连通。传动机构最好是行星齿轮机构，其包括固定于电机轴上的太阳齿轮，和至少一个安装于齿轮架的行星齿轮。
第一旋臂自身具有固定于电机的第一端和可转动地并可支承地与车体相连的第二端。第一旋臂的基本上是刚性的细长部分与第一端和第二端固连在一起。利用安装于第一旋臂的与车体相对的端部上的电机，传动机构直接与电机轴啮合，这消除了因远距离设置的电机和车轮之间的低效传动阶段。
一轴最好固定于齿轮架和第二旋臂上，并贯穿齿轮箱。该轴与传动机构相连，使传动机构支承第二旋臂。为了便于取下轮圈，该轴最好与第二旋臂是可分离的，第二旋臂在与该轴同轴的方向上基本上是静止的。最好，第二旋臂必须与该轴同轴地被移动不大于0.5英寸以便分离。
在一个实施例中，该轴在第二旋臂的装配孔固定于该旋臂，同时基本上保持在装配孔外侧。该轴的直径大于装配孔，这是为了防止该轴贯穿装配孔。一轴紧固件啮合该轴并插入装配孔。另外，该轴的一端部限定了一大体沿轴向对齐的内螺纹部分，而紧固件包括与该内螺纹部分配合的外螺纹部分，用于将该轴固定于第二旋臂。因此，当取下紧固件时，旋臂绕基本上横向于摩托车的轴线转动，从该轴和第二旋臂的连接位置开始转动。由于不需要拆卸传动机构以将该轴从第二旋臂分离，所以轮圈可以从齿轮箱卸到第二旋臂，该轮圈可以固定于与第二旋臂相面对的齿轮箱第一箱体半壳的一侧。
在另一个实施例中，该轴容纳在第二旋臂的装配孔内并可固定于其内。这提高了该轴和第二旋臂的安装强度。
附图的详细描述
图1是本发明的小型摩托车的左侧视图；
图2是小型摩托车的驱动车轮组件左侧视图；
图3是驱动车轮组件右侧视图；
图4是小型摩托车的左旋臂的顶视横截面图；
图5是图4中旋臂的顶视图；
图6是驱动车轮组件的后视横截面图；
图7是小型摩托车的行星齿轮减速单元的立体图；
图8是驱动齿轮组件的立体展开图；
图9是本发明的轴的另一个实施例的后视横截面图。
优选实施例的详细描述
图1示出了本发明的带有两个车轮的小型摩托车，其中两轮分别是前转向轮8和后驱动轮18。
参照图2和图3，左旋臂10和右旋臂12绕旋转轴线16可旋转地连接于摩托车体14。旋臂10和12还与车轮18相连，因而将车轮18可旋转地安装于车体14，其旋转是绕基本上平行于车轮轴线23且基本上垂直于小型摩托车的轴线，并在基本上与车轮18的旋转平行的平面上进行的。旋臂10和12具有刚性的纵长部分11和13，该部分连接旋臂的车体端15、17以及车轮端19、21，车体端和车轮端分别可旋转地连接于小型摩托车的车体14及其车轮18。
吸振器20连接于旋臂10、12和车体14之间，用于吸收其间的机械振动。吸振器20最好包括弹簧22以及减振器24，它们共同支承旋臂10和12，并对它们和车体14之间的运动进行减振。
参照图4，左边的旋臂10包括旋臂框架26，其上固定有挡盖28。旋臂框架26承受因支承小型摩托车车体14而产生的结构载荷。
电动机30安装于旋臂框架26内。电机30最好至少设置有电机定子32，该定子可传热地与旋臂框架26相连。在较佳实施例中，定子32借助粘结剂34被粘结在旋臂框架26上。一种优选的粘结剂是LOCTITE636，其是空气固定型粘结剂，具有0.1Watts/(m°K)的热传导率，其由Lotite公司制造。也可以采用具有不同热传导率的其他材料，但要优选具有较高热传导率的材料。在另外的实施例中也采用了环氧树脂作为粘结剂34。电机挡盖42固定于旋臂框架26，封闭住电机30的工作部件。在另外的实施例中，电机被设置于附加的电机腔室内并固定于左旋臂10内。电机30还包括固定于轴38上的转子36。
最好利用位于小型摩托车车体上的控制器(未示出)把能量从蓄电池供入电机30，能量是通过贯穿旋臂框架26上的孔39的电缆(未示出)传递的。控制器也可以设置于左侧旋臂10。最好将霍尔效应速度传感器41安装在轴38上，用于向控制器提供速度信息。当电流通过电机时，转子36带动轴38旋转，进而驱动车轮18，同时电机产生热量。
在旋臂10，最好在旋臂框架26上设置多个冷却叶片40，其用于分散电机30所产生的热量，并将热量传递给旋臂10。虽然在较佳实施例中没有示出，冷却叶片也可以设置于挡盖28。如图5所示，冷却叶片40一般与在摩托车向前行驶时所产生的局部气流对齐设置。另外，冷却叶片40沿旋臂10的纵长部分11设置，利用旋臂10上可用的大的表面面积进行散热。在旋臂10上可以采用与电机30可传热地相连的其他散热件和散热器。
旋臂框架26以及挡盖28最好由铝合金制成，因为铝具有高的强度重量比和好的导热性能是公知的。也可以采用其他材料，如复合材料，但要优选具有好的导热性能的材料，将电机30产生的热量传导至冷却叶片。
参照图4和图6，左旋臂10的框架26上设有与车轮18相抵靠的壁44。如图6所示，车轮18包括齿轮箱46，其内安装有车轮传动机构48。传动机构48最好是行星齿轮减速单元，其根据所采用电机和车轮的尺寸，提供6∶1到14∶1之间的减速比。图6也示出了右侧的旋臂挡盖49，其遮盖住内部的右旋臂12。
如图6-7所示，太阳齿轮50固定于由电机30驱动的轴38上。电机轴38最好设有由经硬化处理的钢制成的花键，用于减少轴在电机30和太阳齿轮50之间的扭力弯曲。行星齿轮52安装于齿轮架54上的轴53和轴承55上。齿轮架54具有左半架56和右半架58，它们通过紧固件60互相紧固，所述紧固件贯穿形成于左半架56上的套管62并紧固住右半架58。行星齿轮52与太阳齿轮50啮合，同时也与齿圈66啮合，所述齿圈与太阳齿轮50同心设置。齿圈66固定于齿轮箱46，齿轮箱本身与车轮的半个轮圈68和69固连，轮圈上安装有路面接触件，如轮胎70。
大部分的行星齿轮52，在较佳实施例中的三个中的两个最好被设置于太阳齿轮的下方，用于在尽可能多的行星齿轮52中共同分配地支承太阳齿轮50。也需要最好至少一个行星齿轮52位于太阳齿轮50上方，用于在颠簸的地带驱动小型摩托车时防止齿轮的径向错动。
齿轮架54被设计成能反抗电机30所产生的旋转。在较佳实施例中，齿轮架54通过多个紧固件64固定于左旋臂10。因此，扭矩可以从电机轴38，通过太阳齿轮50被传递到行星齿轮52，然后传递到齿圈66和齿轮箱46，最后被传递到路面72，从而驱动小型摩托车。相对于轮胎70固定设置的齿轮箱46在轮胎70在路面72上滚动时与轮胎70一起旋转。
齿轮架54被固定于轴74，该轴从齿轮箱46轴向伸出并伸入形成于右旋臂12的套管80内的装配孔76。轴74包括轴肩78，该轴肩的直径大于孔76的直径，该轴肩抵靠着右旋臂12，用于限制轴74贯穿孔76。一槽顶螺母82和垂直贯穿轴74的栓销84将轴74紧固于右旋臂12。虽然小型摩托车的另外的实施例中只有一个旋臂，但是第二个旋臂可以减少由偏离中线的齿轮18所产生的扭曲作用，使齿轮18产生的力被两个旋臂10和12共同承受。另一个实施例包括叉形的旋臂，其中一个叉子是左旋臂10，另一个叉子是右旋臂12。
齿轮箱46包括左箱体半壳86和右箱体半壳88，它们借助紧固件90相互紧固，并在结构上支承传动机构48部分。齿轮箱46内部具有润滑剂，最好是将润滑油注满齿轮箱46内部的四分之一到一半。环形密封件92被设置于齿轮箱的壳体86和88之间，用于将润滑剂密封于齿轮箱46的内部。紧固件90位于密封件92的径向外侧，用于消除润滑剂从紧固件90所在的孔泄漏的可能性。
密封件94用于密封齿轮箱46和左旋臂12之间的空隙，而密封件96用于密封齿轮箱46和轴74之间的空隙。轴承98和100允许齿轮箱46和齿轮架54或轴74之间相对转动。轴承98和100最好是球轴承。
为了平衡齿轮箱46内外的压力，箱体内部与大气相通。齿轮箱46设置有轴向孔101，其使齿轮箱内部与第一旋臂的壁44相接。齿轮架54上设置有通气孔102，其与左旋臂10的壁44上的中空通气管104对齐并相连通。通气孔102最好平行于电机轴38设置。为了平衡压力但又为防止润滑剂通过通气管104泄漏，设置一通气帽106盖住通气管104的开口端，但允许空气通过。通气孔102和通气管104一起构成了通气结构。该方案允许齿轮箱注满所需的润滑剂并能在摩托车车轮的寿命期内具有密封性能，同时提供不随齿轮箱46的旋转的通气结构。
通气孔102位于电机轴38上方的左半架56的侧向。该通气孔102较高的位置能保持通气结构的开口与润滑剂的正常油位高度上方的齿轮箱46的内部相连通。类似地，通气管104一般竖直设置，从与通气孔102的连接处向上设置，使得润滑剂不能汇流于其内。因此，通气结构与左旋臂10顶部的大气是连通的。当齿轮箱46旋转时，润滑剂被齿轮箱46和齿圈66的径向边缘导入上方，进而对齿轮箱46内部的运动部件进行润滑。
齿轮箱左半壳体86包括径向伸出的突唇108，其位于车轮18的中心线的左侧，使齿轮箱左半壳体86的直径大于齿轮箱右半壳体88的直径。紧固件110将轮圈68紧固于齿轮箱左半壳体86的突唇108。通过将轴74与右旋臂12分离并取下紧固件110，轮圈可以从摩托车的其余结构上取下，而不用拆卸齿轮箱46和电机30。当将轮圈68从齿轮箱46上取下时，轮圈68从齿轮箱右半壳体88上滑过时，齿轮箱右半壳体88在轮圈68的的中心孔112内经过。
较佳实施例在车轮18右侧提供了制动盘机构。制动盘114如图2和图6所示固定于齿轮箱右半壳体88上。制动卡脚116通过板118安装于右旋臂12。如图8所示，其省略了制动机构，但示出了齿轮箱右半壳体88，其上设置有箍板形式的圆柱形的同心的凸台120，该凸台牢固地支承着制动盘114。
图9所示的实施例是本发明的轴和右旋臂12之间的另外的连接结构。该实施例中的轴122的直径大于贯穿右旋臂的套管80的孔的直径，使得该轴122不能进入该孔内。轴122上设有内螺纹部分124，而设有外螺纹部分128的轴的紧固件126与其紧固，将轴122固定于右旋臂12。因此，轴122和右旋臂12如图所示处于装配位置。
图9所示的实施例便于将轮圈68从齿轮箱46上取下。一旦将紧固件126从轴122上卸下，右旋臂12基本上不用侧向移动就能与轴122分离，这是因为轴122没有贯穿右旋臂12。当右旋臂12从轴122上松下来，其就可以相对于轴122在平行于车轮18旋转平面的基本上竖直的方向作自由的转动。可以取下右侧的吸振器20，让右旋臂12相对于装配位置，跨过轮胎的径向范围转动，从而允许取下轮圈68和轮胎70。在该实施例中，轴122被限定而没有贯穿右旋臂12，该轴相对于右旋臂12沿基本上的同心方向的侧移距离小于0.5英寸。
本领域普通技术人员可以提供许多的改变和变化。例如，另一个实施例中只设置有左旋臂10，或者是位于小型摩托车左侧和右侧的所述元件可以相互置换。所有这些改变都要在考虑到下述的权利要求的实质精神和范围而作出。