轮毂马达装置或者具有轮毂马达装置的车辆.pdf

本发明提供了一种比如用于儿童的骑乘车辆，包括车体和相对于表面支撑车体的一个或多个轮。轮中的至少一个轮包括提供驱动转矩以推进车辆的轮毂马达装置。该轮毂马达装置包括限定内部空间的壳体。车轴或其他安装元件限定壳体的旋转轴线。优选地，车轴或其他安装元件没有完全穿过壳体。马达通过变速器驱动壳体。优选地，马达是定位在旋转轴线上并且可以与壳体的中央平面横向地偏移的标准的、紧凑马达。在一些实施方式中，行进元件由壳体直接承载。

权利要求书1.  一种轮毂马达装置，包括： 壳体，所述壳体限定了内部空间和旋转轴线； 第一横向支撑构件，所述第一横向支撑构件至少部分地定位在所述壳 体的所述内部空间内； 第二横向支撑构件，所述第二横向支撑构件至少部分地定位在所述壳 体的所述内部空间内并且沿着所述旋转轴线与所述第一横向支撑构件隔 开； 多个连接轴，所述多个连接轴在所述第一横向支撑构件与所述第二横 向支撑构件之间延伸； 多个行星齿轮，每个行星齿轮为支撑在所述多个连接轴中的相应一个 连接轴上的双直齿齿轮； 马达； 太阳齿轮，所述太阳齿轮由所述马达驱动并且所述太阳齿轮驱动所述 多个行星齿轮中的每个行星齿轮的第一齿轮部； 环形齿轮，所述环形齿轮由所述多个行星齿轮中的每个行星齿轮的第 二齿轮部驱动，其中，所述环形齿轮驱动所述壳体以绕所述旋转轴线旋转。 2.  根据权利要求1所述的轮毂马达装置，其中，所述马达具有位于所 述壳体的所述内部空间的外侧的第一端部和位于所述壳体的所述内部空 间内的第二端部。 3.  根据权利要求1所述的轮毂马达装置，其中，所述壳体分别通过第 一轴承和第二轴承支撑以相对于所述第一横向支撑构件和所述第二横向 支撑构件旋转。 4.  根据权利要求3所述的轮毂马达装置，其中，所述第二轴承围绕所 述马达。 5.  根据权利要求1所述的轮毂马达装置，还包括限定所述壳体的所述 旋转轴线的车轴，其中，所述车轴的第一端部位于所述壳体的所述内部空 间的外侧并且所述车轴的第二端部位于所述壳体的所述内部空间内，使得 所述车轴没有完全穿过所述壳体。 6.  根据权利要求5所述的轮毂马达装置，其中，所述第二横向支撑构 件限定了袋状部并且所述马达定位在所述袋状部内。 7.  根据权利要求6所述的轮毂马达装置，其中，所述第一横向支撑构 件限定了空间并且所述车轴的所述第二端部定位在所述空间内。 8.  根据权利要求5所述的轮毂马达装置，其中，所述多个行星齿轮沿 着所述旋转轴线定位在所述车轴与所述马达之间。 9.  根据权利要求5所述的轮毂马达装置，其中，所述多个连接轴中的 每个连接轴沿着所述旋转轴线与所述车轴和所述马达两者都重叠。 10.  根据权利要求1所述的轮毂马达装置，其中，所述环形齿轮为与 所述壳体独立的部件。 11.  根据权利要求10所述的轮毂马达装置，其中，所述环形齿轮和所 述壳体中的一者限定了多个突出部，并且所述环形齿轮和所述壳体中的另 一者限定了接纳所述突出部的多个凹部，以驱动地接合所述环形齿轮和所 述壳体。 12.  根据权利要求1所述的轮毂马达装置，其中，所述多个行星齿轮 为三个行星齿轮。 13.  根据权利要求12所述的轮毂马达装置，其中，所述多个连接轴为 三个连接轴。 14.  根据权利要求1所述的轮毂马达装置，还包括接触其上运行所述 车辆的表面的行进元件，其中，所述行进元件由所述壳体直接承载。 15.  根据权利要求1所述的轮毂马达装置，其中，所述壳体限定了垂 直于所述旋转轴线的中央平面，其中，所述马达沿着所述旋转轴线与所述 中央平面偏移。 16.  根据权利要求1所述的轮毂马达装置，其中，所述多个行星齿轮 的数目等于所述多个连接轴的数目。 17.  根据权利要求1所述的轮毂马达装置，其中，所述多个连接轴限 定了具有一直径的圆，并且其中，所述马达限定了位于所述直径内的外周 表面。 18.  一种轮毂马达装置，包括： 壳体，所述壳体限定了内部空间和旋转轴线； 多个第一行星齿轮，所述多个第一行星齿轮中的每个第一行星齿轮支 撑在第一行星架上，所述第一行星架包括支架太阳齿轮； 多个第二行星齿轮，所述多个第二行星齿轮中的每个第二行星齿轮支 撑在第二行星架上并且由所述支架太阳齿轮驱动； 马达； 太阳齿轮，所述太阳齿轮由所述马达驱动并且所述太阳齿轮驱动所述 多个第一行星齿轮； 环形齿轮，所述环形齿轮由所述多个第一行星齿轮和所述多个第二行 星齿轮驱动，其中，所述环形齿轮驱动所述壳体以绕所述旋转轴线旋转； 其中，所述马达被联接以与所述环形齿轮和所述壳体一起旋转。 19.  根据权利要求18所述的轮毂马达装置，还包括限定了所述壳体的 所述旋转轴线的车轴，其中，所述车轴的第一端部位于所述壳体的所述内 部空间的外侧，并且所述车轴的第二端部位于所述壳体的所述内部空间 内，使得所述车轴没有完全穿过所述壳体。 20.  根据权利要求19所述的轮毂马达装置，其中，所述壳体通过第一 轴承支撑以相对于所述车轴旋转。 21.  根据权利要求20所述的轮毂马达装置，其中，所述第一轴承支撑 所述壳体的第一侧，并且所述壳体的第二端通过第二轴承支撑在沿着所述 旋转轴线与所述第一轴承隔开的位置处。 22.  根据权利要求20所述的轮毂马达装置，其中，所述第二轴承围绕 所述壳体的一部分。 23.  根据权利要求19所述的轮毂马达装置，其中，所述多个第一行星 齿轮和所述多个第二行星齿轮沿着所述旋转轴线定位在所述车轴与所述 马达之间。 24.  根据权利要求19所述的轮毂马达装置，其中，所述第一行星架和 所述车轴形成为单件。 25.  根据权利要求18所述的轮毂马达装置，其中，所述环形齿轮为与 所述壳体独立的部件。 26.  根据权利要求18所述的轮毂马达装置，还包括接触其上运行所述 车辆的表面的行进元件，其中，所述行进元件由所述壳体直接承载。 27.  根据权利要求18所述的轮毂马达装置，其中，所述壳体限定了垂 直于所述旋转轴线的中央平面，其中，所述马达沿着所述旋转轴线与所述 中央平面偏移。 28.  根据权利要求18所述的轮毂马达装置，其中，所述壳体具有垂直 于所述旋转轴线延伸的壳体侧壁部并且所述环形齿轮具有环形齿轮侧壁 部，其中，所述马达定位在限定在所述壳体侧壁部与所述环形齿轮侧壁部 之间的空间内。 29.  根据权利要求28所述的轮毂马达装置，其中，所述环形齿轮侧壁 部定位成与垂直于所述旋转轴线的中央平面大致对准。 30.  一种轮毂马达装置，包括： 壳体部，所述壳体部限定了内部空间和旋转轴线； 第一横向支撑构件； 第二横向支撑构件，所述第二横向支撑构件沿着所述旋转轴线与所述 第一横向支撑构件隔开； 多个连接轴，所述多个连接轴在所述第一横向支撑构件与所述第二横 向支撑构件之间延伸； 多个行星齿轮，每个行星齿轮为支撑在所述多个连接轴中的相应一个 连接轴上的双直齿齿轮； 马达，所述马达占据所述旋转轴线的一部分； 太阳齿轮，所述太阳齿轮由所述马达驱动并且所述太阳齿轮驱动所述 多个行星齿轮中的每个行星齿轮的第一齿轮部； 环形齿轮，所述环形齿轮由所述多个行星齿轮中的每个行星齿轮的第 二齿轮部驱动，其中，所述环形齿轮驱动所述壳体部以绕所述旋转轴线旋 转。 31.  根据权利要求30所述的轮毂马达装置，其中，所述壳体部通过多 个轴承支撑以相对于所述多个连接轴旋转，所述多个轴承中的每个轴承由 所述多个连接轴中的相应一个连接轴支撑。 32.  根据权利要求31所述的轮毂马达装置，其中，所述连接轴的数目 等于所述轴承的数目。 33.  根据权利要求30所述的轮毂马达装置，其中，所述行星齿轮的数 目小于所述连接轴的数目。 34.  根据权利要求33所述的轮毂马达装置，其中，所述行星齿轮的数 目等于所述连接轴的数目的一半。 35.  根据权利要求30所述的轮毂马达装置，其中，所述第一横向支撑 构件限定了袋状部并且所述马达定位在所述袋状部内。 36.  根据权利要求30所述的轮毂马达装置，其中，所述环形齿轮与所 述壳体部成一体。 37.  根据权利要求30所述的轮毂马达装置，还包括接触其上运行所述 车辆的表面的行进元件，其中所述行进元件由所述壳体部直接承载。 38.  根据权利要求30所述的轮毂马达装置，其中，所述壳体部限定了 垂直于所述旋转轴线的中央平面，其中，所述马达沿着所述旋转轴线与所 述中央平面偏移。 39.  根据权利要求30所述的轮毂马达装置，其中，所述第一横向支撑 构件限定了定位成与所述马达相邻的至少一个凹部，其中，所述至少一个 凹部包括穿过所述第一横向支撑构件的开口以提供到所述马达的通路。 40.  根据权利要求30所述的轮毂马达装置，其中，所述第一横向支撑 构件和所述第二横向支撑构件中的每一者限定了用于将所述轮毂马达装 置安装至相关联的车辆的安装部，其中，所述第一横向支撑构件和所述第 二横向支撑构件相对于所述相关联的车辆是固定的并且所述壳体部相对 于所述第一横向支撑构件和所述第二横向支撑构件旋转。 41.  根据权利要求30所述的轮毂马达装置，其中，所述多个连接轴限 定了具有一直径的圆，并且其中，所述马达限定了位于所述直径内的外周 表面。

说明书轮毂马达装置或者具有轮毂马达装置的车辆
相关申请交叉引用
在申请数据表中在优先权要求中指明的任何及所有申请或者对任何及 所有申请作出的任何改正均通过参引合并到本文中并且作为本公开的一 部分。
技术领域
本发明总体上涉及轮毂马达装置以及结合有轮毂马达装置的车辆。
背景技术
例如，已经利用轮毂马达装置来推进诸如电动自行车之类的一定类型 的车辆。这种轮毂马达经常结合定制的和/或大型的电动马达装置，这导致 轮毂马达装置变得沉重和/或昂贵。动力儿童车辆经常利用电动马达来为车 辆的一个或多个轮提供动力。以合理的低廉成本来提供具有理想的操作体 验的车辆经常是儿童车辆和其他车辆的设计目标。虽然结合轮毂马达装置 可能提供一些方面的优点，但是现有的轮毂马达装置对于在儿童车辆中使 用而言总体来说太昂贵和/或沉重。
发明内容
因此，需要一种经改进的轮毂马达装置，其可以结合在儿童车辆或者 其他小型轻质车辆中并且以合理的成本提供理想的性能。一些这种轮毂马 达装置利用标准“现成的”马达和/或由轮毂马达装置的壳体直接承载的行 进元件(traction element)。
本文中描述的系统、方法以及装置具有创新的方面，其中没有一个单 独方面是不可缺少的或者独自构成其理想属性的原因。在不限制权利要求 的范围的情况下，现在将概述有利特征中的某些有利特征。
一个实施方式涉及一种诸如用于儿童的骑乘车，该骑乘车包括车体和 相对于表面支撑车体的一个或多个轮。轮中的至少一个轮包括提供用于推 进车辆的驱动转矩的轮毂马达装置。轮毂马达装置包括限定了内部空间和 旋转轴线的壳体。第一横向支撑构件由车轴支撑并且至少部分定位在壳体 的内部空间内。第二横向支撑构件至少部分定位在壳体的内部空间内并且 与第一横向支撑构件沿着旋转轴线隔开。多个连接轴在第一横向支撑构件 与第二横向支撑构件之间延伸。多个行星齿轮中的每个行星齿轮支撑在多 个连接轴中的相应一个连接轴上。太阳齿轮由马达驱动并且驱动多个行星 齿轮。环形齿轮由多个行星齿轮驱动。环形齿轮驱动壳体以绕旋转轴线旋 转。
在一些构型中，车轴限定壳体的旋转轴线。车轴的第一端部可以位于 壳体的内部空间的外侧并且车轴的第二端部可以位于壳体的内部空间内 使得车轴部没有完全穿过壳体。
在一些构型中，马达具有位于壳体的内部空间的外侧的第一端部和位 于壳体的内部空间内的第二端部。
在一些构型中，多个行星齿轮的数目等于多个连接轴的数目。然而， 在其他构型中，连接轴的数目可以大于行星齿轮的数目。例如，可以仅仅 或主要出于涉及壳体的横向支撑的结构原因来设置一些连接轴并且这些 轴可能不承载行星齿轮。
在一些构型中，壳体分别通过第一轴承和第二轴承支撑以相对于第一 横向支撑构件和第二横向支撑构件旋转。第二轴承可以围绕马达。
在一些构型中，第二横向支撑构件限定了袋状部并且马达定位在袋状 部内。第一横向支撑构件可以限定空间并且车轴的第二端部可以定位在此 空间内。
在一些构型中，多个行星齿轮沿着旋转轴线定位在车轴与马达之间。
在一些构型中，环形齿轮为与壳体独立的部件。环形齿轮和壳体中的 一者可以限定多个突出部并且环形齿轮和壳体中的另一者可以限定接纳 突出部的多个凹部以驱动地接合环形齿轮和壳体。
在一些构型中，多个行星齿轮为三个行星齿轮。多个连接轴可以为三 个连接轴。
在一些构型中，多个连接轴中的每个连接轴与车轴和马达两者沿着旋 转轴线重叠。
在一些构型中，轮毂马达装置包括接触其上运行车辆的表面的行进元 件，其中行进元件由壳体直接承载。
在一些构型中，壳体限定垂直于旋转轴线的中央平面并且马达沿着旋 转轴线与中央平面偏移。
一个实施方式涉及一种诸如用于儿童的骑乘车，该骑乘车具有车体， 车体具有相对于表面支撑车体的一个或多个轮。轮中的至少一个轮包括提 供用于推进车辆的驱动转矩的轮毂马达装置。轮毂马达装置包括限定了内 部空间和旋转轴线的壳体。轮毂马达装置包括多个第一行星齿轮，多个第 一行星齿轮中的每个第一行星齿轮支撑在第一行星架上。第一行星架包括 支架太阳齿轮。轮毂马达装置包括多个第二行星齿轮，多个第二行星齿轮 中的每个第二行星齿轮支撑在第二行星架上并且由支架太阳齿轮驱动。太 阳齿轮由马达驱动并且太阳齿轮驱动多个第一行星齿轮。环形齿轮由多个 第一行星齿轮和多个第二行星齿轮驱动。环形齿轮驱动壳体以围绕旋转轴 线旋转。马达联接成与环形齿轮和壳体一起旋转。
在一些构型中，车轴限定壳体的旋转轴线。车轴的第一端部可以位于 壳体的内部空间的外侧并且车轴的第二端部可以位于壳体的内部空间内 使得车轴没有完全穿过壳体。
在一些构型中，壳体通过第一轴承支撑以相对于车轴旋转。第一轴承 可以支撑壳体的第一侧并且壳体的第二端可以通过第二轴承支撑在与第 一轴承沿着旋转轴线隔开的位置处。第二轴承可以围绕壳体的一部分。
在一些构型中，多个第一行星齿轮和多个第二行星齿轮沿着旋转轴线 定位在车轴与马达之间。
在一些构型中，环形齿轮为与壳体独立的部件。
在一些构型中，行进元件接触其上运行车辆的表面并且行进元件由壳 体直接承载。
在一些构型中，壳体限定垂直于旋转轴线的中央平面并且马达沿着旋 转轴线与中央平面偏移。
在一些构型中，第一行星架和车轴形成为单件。
在一些构型中，壳体具有垂直于旋转轴线延伸的壳体侧壁部并且环形 齿轮具有环形齿轮侧壁部。马达可以定位在被限定在壳体侧壁部与环形齿 轮侧壁部之间的空间内。环形齿轮侧壁部可以定位成与垂直于旋转轴线的 中央平面大致对准。
一个实施方式涉及一种轮毂马达装置，该轮毂马达装置包括限定了内 部空间和旋转轴线的壳体部。第一横向支撑构件和第二横向支撑构件沿着 旋转轴线彼此隔开。多个连接轴在第一横向支撑构件与第二横向支撑构件 之间延伸。多个行星齿轮中的每个行星齿轮支撑在多个连接轴中的相应一 个连接轴上。马达占据旋转轴线的一部分。太阳齿轮由马达驱动并且驱动 多个行星齿轮。环形齿轮由多个行星齿轮驱动并且驱动壳体部以围绕旋转 轴线旋转。
在一些构型中，壳体部通过多个轴承支撑以相对于多个连接轴旋转， 多个轴承中的每个轴承通过多个连接轴中的相应一个连接轴支撑。连接轴 的数目可以等于轴承的数目。
在一些构型中，行星齿轮的数目小于连接轴的数目。行星齿轮的数目 可以等于连接轴的数目的一半。
在一些构型中，第一横向支撑构件限定了袋状部并且马达定位在袋状 部内。
在一些构型中，环形齿轮与壳体部形成一体。
在一些构型中，行进元件接触其上运行车辆的表面，其中行进元件由 壳体部直接承载。
在一些构型中，壳体部限定垂直于旋转轴线的中央平面，其中马达沿 着旋转轴线与中央平面偏移。
在一些构型中，第一横向支撑构件限定被定位成与马达相邻的至少一 个凹部，其中至少一个凹部包括穿过第一横向支撑构件的开口以提供到马 达的通路。
在一些构型中，第一横向支撑构件和第二横向支撑构件中的每一者限 定用于将轮毂马达装置安装至相关联的车辆的安装部，其中，所述第一横 向支撑构件和所述第二横向支撑构件相对于相关联的车辆静止并且壳体 部相对于第一横向支撑构件和第二横向支撑构件旋转。
一个实施方式涉及一种轮毂马达装置，该轮毂马达装置包括限定了内 部空间和旋转轴线的壳体。第一横向支撑构件由车轴支撑并且至少部分定 位在壳体的内部空间内。第二横向支撑构件至少部分定位在壳体的内部空 间内并且沿着旋转轴线与第一横向支撑构件隔开。多个连接轴在第一横向 支撑构件与第二横向支撑构件之间延伸。轮毂马达装置包括多个行星齿 轮，多个行星齿轮中的每个行星齿轮支撑在多个连接轴中的相应一个连接 轴上。太阳齿轮由马达驱动并且驱动多个行星齿轮。环形齿轮由多个行星 齿轮驱动。环形齿轮驱动壳体围绕旋转轴线旋转。
一个实施方式涉及一种轮毂马达装置，该轮毂马达装置包括限定了内 部空间和旋转轴线的壳体。轮毂马达装置包括多个第一行星齿轮，多个第 一行星齿轮中的每个第一行星齿轮支撑在第一行星架上。第一行星架包括 支架太阳齿轮。轮毂马达装置包括多个第二行星齿轮，多个第二行星齿轮 中的每个第二行星齿轮支撑在第二行星架上并且由支架太阳齿轮驱动。太 阳齿轮由马达驱动并且太阳齿轮驱动多个第一行星齿轮。环形齿轮由多个 第一行星齿轮和多个第二行星齿轮驱动。环形齿轮驱动壳体围绕旋转轴线 旋转。马达联接成与环形齿轮和壳体一起旋转。
附图说明
贯穿附图，附图标记可以重复使用以指示参考元件之间的一般对应关 系。附图被提供以说明本文中所描述的示例性实施方式并且不意在限制本 公开的范围。
图1图示了结合具有优选实施方式的某些特征、方面和优点的一个或 多个轮毂马达装置的车辆，比如电动踏板车。
图2为适合用于图1、图15和图16的车辆的轮毂马达装置的第一侧 的立体图。
图3为图2的轮毂马达装置的第二侧的立体图。
图4为图2的轮毂马达装置的沿着穿过轮毂马达装置的旋转轴线竖向 地延伸的平面所截取的截面图。
图5为图2的轮毂马达装置的沿着竖向地并垂直于轮毂马达装置的旋 转轴线延伸的平面所截取的截面图。
图6为图2的轮毂马达装置的立体图，其中，部件以分解的状态示出。
图7为适合用于图1、图15和图16的车辆的另一轮毂马达装置的第 一侧的立体图。
图8为图7的轮毂马达装置的第二侧的立体图。
图9为图7的轮毂马达装置的沿着穿过轮毂马达装置的旋转轴线竖向 地延伸的平面所截取的截面图。
图10为图7的轮毂马达装置的沿着竖向地并垂直于轮毂马达装置的旋 转轴线延伸的平面所截取的截面图。
图11为图7的轮毂马达装置的立体图，其中，部件以分解的状态示出。
图12为适合用于图1、图15和图16的另一轮毂马达装置的第一横截 面图。
图13为图12的轮毂马达装置的第二横截面图。
图14为图12的轮毂马达装置的立体图，其中，部件以分解的状态示 出。
图15为结合具有优选实施方式的某些特征、方面和优点的一个或多个 轮毂马达装置的车辆，比如儿童骑乘车辆。
图16为结合具有优选实施方式的某些特征、方面和优点的一个或多个 轮毂马达装置的自行车。
具体实施方式
本文中公开的轮毂马达装置非常适于小直径轮应用，比如，适用于儿 童的骑乘车辆的轮或其他轻质车辆的轮。因而，尽管在儿童骑乘车辆的背 景下公开了轮毂马达装置，但是也可考虑其他用途和应用。在一些优选实 施方式中，车轮的直径可以小于约300毫米、200毫米或100毫米。另外， 优选的是，使用在优选的轮毂马达装置中的马达是标准的、市售的“现成 的(off-the-shelf)”电动马达。马达可以是有刷直流马达，其具有约25瓦 特至约400瓦特或更多瓦特(W)或所列举范围内的任何值或子范围的额 定功率。在一些实施方式中，马达可以具有约100W的额定功率。马达可 以具有约20毫米与约75毫米之间、约26毫米与约42毫米之间、或约35 毫米或36毫米的外直径。马达可以具有约20毫米与约100毫米之间、约 40毫米与约66毫米之间、或约55毫米至约57毫米的长度。轮的直径与 马达的直径的比率可以介于约2:1至约10:1之间、约3:1至约6:1之间、 或约4:1至约5:1之间。在一些构型中，该比率为约4:1。优选地，这种比 率是基于落入前述直径范围内的马达。也可以使用其他适当类型的马达 (例如，无刷马达)。然而，优选地，马达是标准的、市售的马达(代替 定制马达)，以降低轮毂马达装置的总成本并且/或减小由轮毂马达装置所 占据的空间。例如，优选实施方式的马达在提出时的花费在约$0.5至约$3.5 之间或者为约$2。通常使用在轮毂马达中的马达的花费显著地大于优选 的、小的市售马达。这些马达通常大致呈圆筒形形状并且具有不间断的圆 形外端表面(与通常在轮毂马达中使用的环形马达相反)，除了旋转马达 轴从马达壳体的一端延伸之外。因而，马达可以占据轮毂马达的中心轴线 或旋转轴线的一部分。优选的马达可以具有基本上大于当前的轮毂马达的 4,000rpm至5,000rpm的工作旋转速度或最大旋转速度(rpm)。例如， 优选的马达可以具有下述速度，即：大于10,000rpm、在约10,000rpm至 约20,000rpm之间、在约15,000rpm至约16,000rpm之间、或这些范围 内的任何值或子范围。通常，由马达产生的转矩与马达直径相关。功率与 转矩和速度(rpm)相关。因而，优选的马达中的至少一些马达与基于更 大速度的常规轮毂马达相比提供了相等或适当水平的功率，从而部分地或 完全地弥补了小直径马达的经常减小的转矩。目前优选的较小马达从电池 或其他动力源获取较少的电流。例如，在相等负载(例如，约120磅的骑 乘者)时，比起由常规轮毂马达获取的4.5amp至7.0amp的电流，优选的 100W的马达在正常骑乘条件期间获取在约2.8amp至4.0amp之间的电流。 减小的安培数导致充电之间的较长的电池寿命或工作寿命。
图1图示了结合一个或多个驱动轮22的车辆，比如电动踏板车(例如， 滑板车)20，一个或多个驱动轮22中的每个驱动轮提供使轮22旋转的驱 动转矩以推进车辆20。优选地，每个驱动轮22结合有轮毂马达装置40。 尽管本文中示出并且描述了踏板车20，但是轮毂马达装置40也可以结合 在其他类型的车辆中。下面进一步描述这种车辆的示例。此外，可以使用 任何合适数目的轮毂马达装置40或驱动轮22，包括车轮的单个轮或所有 轮。如果并不是所有轮都为驱动轮22，则其余轮可以是非驱动轮24。这 种非驱动轮24例如可以是诸如定向轮、转向轮或脚轮之类的任何合适的 布置。在示出的布置中，后轮是驱动轮22而前轮24是非驱动和可转向轮， 通常如电动滑板车中的布置。
优选地，踏板车20包括由轮22和/或轮24支撑的本体26。在示出的 布置中，在车体26的前部和后部中的每个部分处设置有两个轮22、24； 然而，车辆20可以具有其他数目和/或布置的轮，包括一个、两个、三个 或多于四个的轮。示出的车辆20包括踏板28和转向装置30，其中，踏板 28用于车辆20的骑乘者以放置他或她一只脚或两只脚，转向装置30比如 为车把，允许使用者使轮22、24中的一个或多个轮转向。
车辆20优选地还包括诸如电池34之类的动力源以将电力经由合适的 有线或无线连接提供至轮毂马达装置40。车辆20优选地还包括比如脚踏 板、拇指或食指按钮或手握式扭转节流阀之类的节流阀或速度控制器36， 该节流阀或速度控制器36可被使用者触及并且允许使用者调节由轮毂马 达装置40产生的驱动转矩。控制装置或控制器(未示出)可以设置成接 收来自节流阀或速度控制器的信号、处理这些信号、并且将控制信号提供 至轮毂马达装置40。优选地还提供了合适的制动装置38，该合适的制动 装置38构造成将制动力提供至轮22、24中的一个或多个轮。如果需要的 话，这种制动装置可以包括在制动期间为电池34充电的再生制动装置。 可以附加地或替代性地设置其他非再生制动装置。在申请人的专利公开 No.2013/0186702中描述了一种合适的制动系统，该项公开的全部内容通 过参引合并到本文中。
图1至图6图示了非常适合用于图1的车辆20或其他车辆的轮毂马达 装置40。该轮毂马达装置或驱动轮装置40包括本体或壳体42，该本体或 壳体42至少部分地包围马达44和变速器组件46。优选地，接触在其上骑 乘相关车辆的表面的轮胎或其他行进元件48与壳体42相邻或由壳体42 直接承载。即，优选地，行进元件48的直径类似于但是优选地略大于壳 体42的直径并且在壳体42与行进元件48之间未设置有大量的结构元件 (例如，辐条或车圈)。因而，示出的轮毂马达装置40非常适用于小直径 轮应用，比如儿童骑乘车辆。
如上所述，优选地，马达44是标准的、市售的小直流有刷马达。变速 器组件46构造成将马达44的速度和转矩转换成适合于驱动轮(壳体42 和行进元件48)的速度和转矩。另外，马达44和变速器组件46构造成用 于容置在被适当地定尺寸和定形状的壳体42中，以用作用于小型车辆的 驱动轮。部分地说，这通过将马达44优选地沿着轮毂马达装置40的中心 轴线定位并且轴向地或横向地偏移至轮毂马达装置40的中央平面的一侧 或行进元件48的中央平面的一侧而完成。然而，在一些构型中，马达44 可以偏离中心和/或与轮毂马达装置40的中心轴线隔开。优选地，马达44 被用于壳体42的支撑轴承和轮毂马达装置40的安装件中的一者或两者围 绕。在示出的布置中，马达44的一部分位于最接近马达44的支撑轴承和 /或安装件的横向或轴向内侧(如果提供了多个轴承/安装件)，并且马达44 的一部分位于支撑轴承和/或安装件的横向或轴向外侧。有利地，通过这种 装置，标准马达44可以连同适合于将马达的动力转换成用于驱动轮装置 40的合适的驱动动力的变速器组件46一起使用，以提供用于小型或儿童 车辆应用的相对低成本的驱动系统。另外，这种装置保存用于轮毂马达装 置40的变速器的空间。
示出的壳体42包括第一壳体部或鼓状部50和第二壳体部或盖52。同 时，鼓状部50和盖52一起限定包含变速器组件46且容置马达44的至少 一部分的内部空间。优选地，鼓状部50限定侧壁部54和承载行进元件48 的环形端壁部56。盖52通过合适的装置(例如，一个或多个紧固件)可 紧固至环形端壁部56的与侧壁部54相对的端部并且限定壳体42的第二 侧壁部。
示出的轮毂马达装置40还包括车轴转轴60(也简称为“车轴”)，该 车轴60在示出的布置中优选地不是完全地延伸通过壳体42，而是断续式 的车轴装置，在该断续式的车轴装置中，车轴60仅沿轴向方向部分地延 伸通过壳体42。车轴60优选地限定用于壳体42的旋转轴线。车轴60可 以是金属轴，或可以是另外合适的结构。例如，壳体42可以是左右对称 的并且车轴60的直径可以比示出的直径大很多。因而，术语“车轴”为 具有其普遍含义的广义术语，其可以包括用于可旋转地支撑另一物体的结 构。
优选地，当结合到相关联的车辆中时，轮毂马达装置40的两侧都被支 撑；然而，车轴60仅支撑轮毂马达装置40的一侧。第一横向支撑构件62 通过车轴60的内侧端支撑。第一横向支撑构件62包括中央轴毂或轮毂部 64和位于轮毂部64的横向内端(朝向轮毂马达装置40的中央平面)上的 竖向定向的板部66。第二横向支撑构件68也包括中央轴毂或轮毂部70和 位于轮毂部70的横向内端上的竖向定向的板部72。因而，第一横向支撑 构件62的板部66面对第二横向支撑构件68的板部72，其中，相应的轮 毂部64和轮毂部70在横向方向上远离彼此而延伸。第一横向支撑构件62 的板部66与第二横向支撑构件68的板部72之间设置有空间，该空间容 置变速器组件46中的一个或多个部件。
第一横向支撑构件62和第二横向支撑构件68通过多个(例如，三个) 连接轴74连接，所述多个连接轴74优选地位于相同的径向位置处并且彼 此以等角度隔开。在其他布置中，可以提供不同数目的连接轴74，比如一 个、两个、五个或更多个。连接轴74可以通过任何合适的装置被紧固至 支撑构件62和支撑构件68。在示出的构型中，连接轴74在支撑构件62 或支撑构件68的制造期间被嵌入到支撑构件62和支撑构件68中的一个 支撑构件(即，第二横向支撑构件68)中。例如，第二横向支撑构件68 可以是模制构件(例如，注塑模制)并且可以被模制在连接轴74的端部 上方。另一支撑构件62或68可以通过任何合适的装置——诸如例如经由 一个或多个紧固件或卡扣配合或压配合装置——而被紧固至连接轴74。优 选地，连接轴74与马达44和车轴60中的一者或两者沿横向或轴向方向 (沿着旋转轴线)重叠。
第二横向支撑构件68的轮毂部70优选地围绕马达44的至少一部分。 优选地，第二横向支撑构件68的轮毂部70沿着马达44的大部分长度延 伸，比如马达44的长度的至少约二分之一或至少约三分之二。另外，优 选地，马达44通过合适的装置——比如一个或多个紧固件76，所述一个 或多个紧固件76延伸通过第二横向支撑构件68的板部72的位于与马达 44的端面相邻的部分——而被紧固至第二横向支撑构件68。盖77可以覆 盖马达44的横向外侧部并且可以用于将轮毂马达装置40的至少一侧紧固 至车辆。例如，盖77可以包括可以竖向地定向的(垂直于旋转轴线)安 装板部。该盖77也可以包括帮助保持马达44冷却的特征，诸如例如冷却 翅片和/或通风口。在一些构型中，马达44可以将负载从盖77传递至第二 横向支撑构件68的轮毂部70。
优选地，第一横向支撑构件62的轮毂部64和第二横向支撑构件68的 轮毂部70中的一者或两者从壳体42内延伸至壳体42的外侧。壳体42(鼓 状部或第一壳体部50)与第一横向支撑构件62的轮毂部64之间插置有第 一轴承78，并且在壳体42(盖或第二壳体部52)与第二横向支撑构件68 的轮毂部70之间插置有第二轴承80。通过这种布置，车轴60、第一横向 支撑构件62、连接轴74以及第二横向支撑构件68用作轮毂马达装置40 的车轴转轴，壳体42绕轮毂马达装置40的此车轴转轴在轴承78和轴承 80上旋转。在一些构型中，马达44可以根据尤其是在宽度方向上(沿着 中心轴线或旋转轴线)比如可用空间的量的因素而完全地在壳体42的外 侧(例如，轴承80外侧)或完全地在壳体42内。然而，在至少示出的装 置中，优选地，马达44可在没有轮毂马达装置40的显著拆卸的情况下被 合理地可触及。这种装置允许马达44在发生故障的情况下以成本有效的 方式被替换，而不像利用与壳体和其他主要结构元件一体化的马达的常规 轮毂马达那样。
有利地，示出的装置不是通轴类型的装置，在该通轴类型的装置中， 车轴构件或装置完全地穿过轮毂马达的中心，相反示出的装置是分布式车 轴装置，该分布式车轴装置在允许马达44被居中定位或与轮毂马达装置 40的中心、旋转轴线对准并且允许占据旋转轴线的一部分的同时提供合适 的支撑。即，马达44不是围绕旋转轴线的中空设计。这种装置在允许使 用标准的、市售的“现成的”马达44以保持低成本的同时提供了良好平 衡的轮毂马达装置40。另外，如本文中所述，第一横向支撑构件62、连 接轴74和第二横向支撑构件68中的一者或多者也是变速器组件46的部 件，这产生了减少轮毂马达装置40的零部件的总数目以保持低成本的有 效的整体结构。尽管通轴类型的车轴设计也可以准许马达与马达的中心、 旋转轴线对准，但是这种装置将由于车轴需要足以支撑相关联的车辆的相 当大的一部分重量而要求定制的马达设计或至少大型的马达设计。在示出 的布置中，马达44的轴优选地不支撑相关联的车辆的任何显著重量。
在示出的布置中，第一轴承78和第二轴承80具有不同的直径。第一 轴承78围绕车轴60和第一横向支撑构件62的轮毂部64。第二轴承80比 第一轴承78大并且围绕马达44和第二横向支撑构件68的轮毂部70。优 选地，第二轴承80与马达44的中间部轴向地对准，使得马达44的一部 分位于第二轴承80的内侧(在壳体42内和/或更接近中央平面)并且马达 44的一部分位于第二轴承80的外侧(壳体42的外侧和/或距离中央平面 更远)。另外，在至少一些构型中，轮毂马达装置40在安装位置L处安装 至相关联的车辆，使得车辆的安装部围绕马达44。安装位置L优选地位于 第二轴承80的外侧并且可以与第二横向支撑构件68的轮毂部70的一部 分轴向地对准，使得车辆的安装部直接或间接地支撑在第二横向支撑构件 68的轮毂部70上。第二安装位置L由车轴60的位于第一横向支撑构件 62的轮毂部64的外侧的一部分提供。这种装置允许壳体42的宽度被减小 或被最小化，这有利于在宽度方向上具有有限空间的车辆，诸如例如两轮 踏板车且不限于此。即，如果安装位置L围绕马达44，则用于轮毂马达装 置40的空间并非必须容置马达44的整个宽度(或，在示出的布置中，为 轴向长度)。此外，轮毂马达装置40的直接驱动装置允许省去现有的电动 踏板车的链条驱动装置，其显著地减轻了重量且节省了成本。
变速器组件46优选地包括将转矩从马达44传递至壳体42的行星齿轮 装置82。在示出的布置中，行星齿轮装置82包括太阳齿轮84、环形齿轮 88以及多个行星齿轮86。优选地，太阳齿轮84由马达44的输出轴驱动。 在示出的布置中，行星齿轮86为构造成使得太阳齿轮84驱动每个行星齿 轮86的第一齿轮部86a双直齿齿轮，并且每个行星齿轮86的第二齿轮部 86b驱动环形齿轮88。在其他布置中，行星齿轮86可以具有单个部分。 行星齿轮86的部分86a和部分86b由图示装置中的单个齿轮构件形成； 然而，在其他布置中，部分86a和部分86b可以由单独部件形成，所述单 独部件优选地彼此联接以一起旋转。行星齿轮86由连接轴74中的相应的 一个连接轴支撑用于旋转。在示出的布置中，存在相等数目的轴74和行 星齿轮86。然而，在其他构型中，一个或多个轴74可以仅是结构性的并 且不承载行星齿轮86。因而，可能会存在两个、三个、四个、五个或更多 个轴74以及由例如少于全部可用轴74的一个或任何数目的附加轴74所 承载的行星齿轮86。
在示出的布置中，环形齿轮88为与第一壳体部50和第二壳体部52 独立的环形部件。这种布置将环形齿轮88与施加至壳体48的负载至少 部分地隔离，这可以有利于更高负载的应用(例如，更大的车辆)。然 而，在替代性布置中，环形齿轮88可以与诸如用于较低负载应用(例 如，较小车辆)的壳体42的一个或多个部分(例如，部分50和/或52) 成一体。优选地，环形齿轮88围绕连接轴74，或换句话说，连接轴74 穿过环状环形齿轮88的中央开口。环状环形齿轮88的内表面限定环形 齿轮88的齿轮部88a(例如，齿轮齿)。环形齿轮88的外表面限定多个 驱动突出部90，所述多个驱动突出部90在其间限定凹部92。
类似地，壳体42的鼓状部或第一壳体部50具有限定多个驱动突出 部94的内表面，其中多个驱动突出部94之间具有凹部96。优选地，环 形齿轮88和壳体42各自的凹部92和96定尺寸并且定形状成容纳壳体 42和环形齿轮88的驱动突出部94和90。在一些布置中，驱动突出部 90和94(以及凹部92和96)可以具有大致相同的尺寸和形状或者互补 的尺寸和形状。优选地，驱动突出部90和94比较大(与齿轮齿相比较) 以易于制造和组装。例如，在一种布置中，在环形齿轮88和壳体42中 的每者上可以设置有八个突出部90和94，并且环形齿轮88的突出部 90具有比壳体42的突出部94更小的径向尺寸。因此，环形齿轮88可 以将旋转运动从行星齿轮装置82传递至壳体42。
在操作中，马达44可以通过合适的动力源(例如，电池)供以动 力并且通过合适的使用者控制装置来启动，所述控制装置例如为但不限 于诸如节流阀踏板、按钮、闸板或手握扭转布置之类。马达44使太阳 齿轮84旋转，该太阳齿轮84使行星齿轮86旋转。如所描述的，第一 横向支撑构件62、连接轴74和第二横向支撑构件68(连同车轴60)用 作轮毂马达装置40的车轴组件，壳体42围绕该车轴组件旋转。因此， 第一横向支撑构件62和/或第二横向支撑构件68连同连接轴74可以被 认为是用于行星齿轮86的固定支架。因此，在示出的布置中，行星齿 轮86围绕连接轴74旋转，但不另外作为一单元(具有第一横向支撑构 件62、连接轴74和第二横向支撑构件68)相对于马达44旋转。相反， 行星齿轮86的旋转驱动或促使环形齿轮88的旋转，环形齿轮88转而 驱动壳体42。
轮毂马达装置40中的一个或多个轮毂马达装置可以用于将驱动动 力提供至相关联的车辆。轮毂马达装置40可以仅在向前方向上被驱动， 或者可以通过改变马达44的旋转方向具有前向操作和反向操作。可以 采用单向轴承或离合器机构以使驱动力在一个方向(例如，前向)上， 同时允许壳体42比壳体42通过马达44驱动驱动的情况旋转得更快(超 速)和/或允许壳体42在第二方向(例如，反向)上自由转动。替代性 地，轮毂马达装置40可以构造为仅用于前向操作，其中，反向运动需 要克服马达44的阻力。
行星齿轮装置82可以提供任何期望的总传动比，以根据轮毂马达 装置40和相关联的车辆的期望运行速度将通过马达44提供的转矩或动 力转换成用于驱动壳体42、并且因此驱动行进元件48的合适的转矩或 动力。在示出的布置中，太阳齿轮84比行星齿轮86的第一部分86a(在 直径和/或齿轮齿数方面)小很多倍。行星齿轮86的第二部分86b比行 星齿轮86的第一部分86a(在直径和/或齿轮齿数方面)小很多倍。在 一种布置中，太阳齿轮84具有约10至20个齿(例如，15个齿)，行星 齿轮86的第一部分86a具有约50至100个齿(例如，75个齿)，行星 齿轮86的第二部分86b具有约10至20个齿(例如，12个齿)，并且 环形齿轮88具有约60至120个齿(例如，88个齿或85至90个齿)或 列举范围内的任何值或子范围。然而，在其他布置中，可以设置其他数 目的齿数以用于行星齿轮装置82的任何齿轮部件。在一些构型中，变 速器46可以具有例如且不限于约1:20至约1:40之间的总比率或该范围 内的任何值或子范围的总比率，如约1:30。
轮毂马达装置40的部件可以由任何合适的材料或材料的组合物来 通过任何合适的处理构造。例如，车轴60和连接轴74可以包括诸如钢 之类的金属材料或者可以由诸如钢之类的金属材料制成。其他部件或组 件(例如，壳体42、支撑构件62和68、齿轮84、86和88)可以通过 合适的处理(例如，注塑模制)由合适塑性材料构造。轮胎或行进元件 48例如可以由诸如聚氨酯之类的合适的橡胶或类似橡胶的材料构造。 行进元件48的材料可以直接模制在壳体42上或者可以以其他方式适当 联接至壳体42。如所示出的，壳体42的外周可以包括接合结构98，该 接合结构98有助于将行进元件48联接至壳体42。接合结构98可以是 车圈构件或环构件，该车圈构件或环构件通过诸如U形支撑件之类的支 撑件以与壳体42的环形表面隔开的构型被支撑，所述支承件共同形成 可以由行进元件48的材料填充的敞开空间的以获得壳体42与行进元件 48之间的机械接合来防止壳体42与行进元件48之间的分离或相对旋 转。在一些布置中，行进元件48可以包括填充有气体或其他柔软材料 的内部空间以有助于行进元件48的变形从而符合其上运行相关车辆的 表面的不平整性。
图7至图11中示出了替代性驱动轮布置或轮毂马达装置100，该替 代性驱动轮布置或轮毂马达装置100适于与轮毂马达装置40类似的应 用，并且优选地，还利用能够购得的标准直流有刷马达。轮毂马达装置 100包括容纳马达104的壳体102。变速器组件106将动力从马达104 传递至壳体102。壳体102构造成使轮胎或其他合适类型的行进元件108 旋转，该轮胎或其他合适类型的行进元件108接触与轮毂马达装置100 相关联的车辆在其上运行的表面。在一种布置中，行进元件108以与相 对于轮毂马达装置40描述的方式类似的方式通过壳体102直接承载。 行进元件108可以是例如直接形成在壳体102上的橡胶或类似橡胶的材 料(例如，聚氨酯)。壳体102可以包括在壳体102与行进元件108之 间形成机械接合以防止壳体102与行进元件108之间的分离或相对旋转 的特征。
示出的壳体102包括第一壳体部或鼓状部110以及第二壳体部或盖 112。同时地，鼓状部110和盖112限定容纳变速器组件106并且容置 马达104的一部分的内部空间。如图7和图8所示，鼓状部110和盖112 可以包括径向加强肋和/或周向加强肋。鼓状部110的肋还可以用作用于 马达104的冷却翅片。优选地，鼓状部110限定径向延伸的侧壁部114 以及承载行进元件108的环状端壁部116。在示出的布置中，侧壁部114 的外部相对于穿过轮毂马达装置100的中央竖向平面大致居中地定位。侧 壁部114的中央部远离中央平面沿轴向方向延伸以限定定尺寸和定形状为 容置马达104的空间，其中，马达104的旋转轴线与壳体102和整个轮毂 马达装置100的旋转轴线基本对准。盖112能够通过合适的布置(例如， 一个或多个紧固件)紧固至环状端壁部116的与侧壁部114的中央部相对 的端部并且限定壳体102的第二侧壁部。
轮毂马达装置100还包括车轴构件120(也被简称为“车轴”)，在示 出的布置中，该车轴构件120没有完全延伸穿过壳体102，而是为断续的 车轴布置，其中车轴120沿轴向方向仅部分地延伸穿过壳体102。当轮毂 马达装置100结合到相关联的车辆中时，轮毂马达装置100的一侧或两 侧被支撑；然而，车轴120支撑轮毂马达装置100的仅一侧。在示出的 布置中，车轴120包括轴向延伸的第一部或车轴部120a以及径向或竖 向延伸的部分或板部120b。如文中进一步描述的，板部120b形成变速 器组件106的一部分。
在示出的布置中，壳体102的一侧通过任何合适的布置的第一轴承 122支撑成相对于相关联的车辆的安装部旋转。特别地，第一轴承122 支撑壳体102的鼓状部或第一部分110的侧壁部114的中央部以相对于 可围绕第一轴承122的相关联车辆的安装部旋转。优选地，第一轴承122 从马达104轴向向外定位(远离中央平面)。壳体102还通过任何合适 的布置的第二轴承124支撑成关于车轴120旋转。特别地，第二轴承124 可以是衬套并且可以支撑壳体102的盖或第二部分112以关于车轴120 旋转。车轴120优选地通过相关联的车辆的合适的安装部支撑，诸如支 撑在壳体102的外侧位置处。因此，第一轴承122和第二轴承124可以 具有不同的直径，并且类似地，相关联的车辆的在轮毂马达装置100的 每侧上的安装部可以具有不同的内尺寸或内径。
变速器组件106优选地包括将转矩从马达104传递至壳体102的行 星齿轮装置126。在示出的布置中，行星齿轮装置126包括太阳齿轮128、 多个第一行星齿轮130、多个第二行星齿轮132和环形齿轮134。多个 第一行星齿轮130通过第一行星架136支撑。第一行星架136还限定支 架太阳齿轮138，该支架太阳齿轮138接合多个第二行星齿轮132。多 个第二行星齿轮132通过车轴构件120的板部120b承载。多个第一行 星齿轮130和多个第二行星齿轮132中的每者均接合环形齿轮134。
优选地，太阳齿轮128通过马达104的输出轴驱动。太阳齿轮128 驱动多个第一行星齿轮130，所述多个第一行星齿轮130驱动环形齿轮 134。所述多个第一行星齿轮130的旋转还促使第一行星架136的旋转。 支架太阳齿轮138与第一行星架136一起旋转并且驱动多个第二行星齿 轮132。如之前所描述的，车轴构件120是固定的，并且因此，板部120b 保持静止并且多个第二行星齿轮132围绕其轴线关于车轴构件120的固 定板部120b简单地旋转。多个第一行星齿轮130和多个第二行星齿轮 132驱动环形齿轮134。
在示出的布置中，环形齿轮134为与第一壳体部110和第二壳体部 112独立的大致碗状部件；然而，在替代性布置中，环形齿轮134可以 与壳体102的一个部分或多个部分(例如，部分110和/或112)成一体。 优选地，环形齿轮134限定竖向定向或径向定向的侧壁部134a和轴向 延伸的环状端壁部134b。优选地，侧壁部134a的大部分与壳体102的 中央竖向平面基本对准。
环状端壁部134b的内表面限定环形齿轮134的齿轮部(例如，齿 轮齿)。优选地，环形齿轮134通过诸如一个或多个紧固件之类的合适 紧固布置联接至壳体102(例如，联接至鼓状部或第一壳体部110)。因 此，环形齿轮134可以将旋转运动从行星齿轮装置126传递至壳体102。 优选地，环形齿轮134的侧壁部134a的中央部围绕马达104的一部分 并且接合壳体102的侧壁部114的中央部。另外，优选地，马达104通 过诸如一个或多个紧固件之类的合适的紧固布置紧固至环形齿轮134 的侧壁部134a的中央部。环形齿轮134以及第一壳体部110的侧壁部 114限定容置马达104的袋状部。
在示出的布置中，由于马达104紧固至壳体102，因此马达104连 同壳体102一起旋转。为了将电力提供至马达104，杯状导电构件140 通过壳体102的第一壳体部110的侧壁部114的中央部承载。杯状导电 构件140连接至马达104的端子中的一个端子(例如，负端子)。杯状 导电构件140的底部(或示出的方向上的侧壁)可以在杯状导电构件140 和壳体102的旋转期间通过合适的电缆(例如，电线)接触。马达104 的另一端子(例如，正端子)可以设置成与第一轴承122接触，第一轴 承122可以用于将电流从合适的电缆(例如，电线)传递至正端子。
在操作中，马达104可以通过合适的动力源(例如，电池)供以动 力并且通过合适的使用者控制装置启动，所述使用者控制装置例如且不 限于为诸如节流阀踏板、按钮、闸板或手握扭转布置之类。马达104使 太阳齿轮128沿第一旋转方向旋转，从而使多个第一行星齿轮130沿第 二旋转方向旋转。第一行星齿轮130的旋转还(通过支架太阳齿轮138 的沿第一旋转方向的旋转)促使多个第二行星齿轮132沿第二旋转方向 旋转。行星齿轮130和132的旋转驱动或促使环形齿轮134沿第二旋转 方向的旋转，环形齿轮134转而驱动壳体102。因此，马达104的本体 或壳体部连同环形齿轮134一起沿第二旋转方向旋转并且与马达104的 轴的旋转方向相反。
轮毂马达装置100中的一个或多个轮毂马达装置可以用于将驱动动 力提供至相关联的车辆。轮毂马达装置100可以仅在前向方向上被驱 动，或可以通过改变马达104的旋转方向具有前向操作和反向操作。可 以采用单向轴承或离合器机构以使驱动力在一个方向(例如，前向)上， 同时允许壳体102比壳体102通过马达104驱动的情况旋转地更快(超 速)和/或允许壳体102沿第二方向(例如，反向)自由转动。替代性 地，轮毂马达装置100可以构造成仅用于前向操作，其中，反向运动需 要克服马达104的阻力。
行星齿轮装置126可以提供任何期望的总传动比，以根据轮毂马达 装置100和相关联的车辆的期望运行速度来将通过马达104提供的转矩 或动力转换成用于驱动壳体102、并且因此驱动行进元件108的合适的 转矩或动力。在示出的布置中，太阳齿轮128比第一行星齿轮130(在 直径和/或齿轮齿数方面)小很多倍。支架太阳齿轮138比第二行星齿 轮132(在直径和/或齿轮齿数方面)小很多倍。在一种布置中，太阳齿 轮128具有约10至20个齿(例如，12个齿)，第一行星齿轮130具有 约30至60个齿(例如，45个齿)，支架太阳齿轮138具有约15至35 个齿(例如，25个齿)，第二行星齿轮132具有约35至50个齿(例如， 42个齿)，并且环形齿轮134具有约75至125个齿(例如，100个齿)。 然而，在其他布置中，可以设置其他数目的齿数以用于行星齿轮装置 126的任何齿轮部件。在一些构型中，变速器106可以具有例如且不限 于约1:80至约1:120之间的总比率或该范围内的任何值或子范围，如约 1:100。
轮毂马达装置100的部件可以由任何合适的材料或材料的组合物通 过任何合适的处理来构造。例如，主要部件(例如，壳体102、齿轮128、 130、132和134、车轴120和第一行星架136)可以通过合适的处理(例 如，注塑模制)由合适的塑性材料构造。轮胎或行进元件108例如可以 由诸如聚氨酯之类的合适的橡胶或类似橡胶的材料构造。行进元件108 的材料可以直接模制在壳体102上或者可以以其他方式适当联接至壳 体102。在一些布置中，行进元件108可以包括填充有气体或其他柔软 材料以促进行进元件108的变形的内部空间从而符合其上运行相关联 的车辆的表面的不平整性。
图12至图14中示出了另一替代性驱动轮布置或轮毂马达装置240， 该替代性驱动轮布置或轮毂马达装置240适用于与轮毂马达装置40和 100类似的应用。优选地，轮毂马达装置240还利用能够购得的标准直 流有刷马达。轮毂马达装置240与轮毂马达装置40和100具有类似之 处。因此，轮毂马达装置240的公开内容集中在相对于现有布置的不同 之处上并且没有具体公开的任何细节可以被假定与现有轮毂马达装置 40和100的对应的特征、布置或操作相同或类似。此外，除非另外表示 或表明，否则与轮毂马达装置中的任意特定的一个轮毂马达装置有关的 公开内容通常可以应用于其他轮毂马达装置。
轮毂马达装置240包括本体或壳体242，该本体或壳体242至少部 分地包围马达244和变速器组件246。在一些构型中，接触相关联的车 辆在其上骑乘的表面的轮胎或其他行进元件248与壳体242相邻或者通 过壳体242直接承载。也就是说，优选地，行进元件248的直径与壳体 242的直径类似但优选地略微大于壳体242的直径，并且没有大量结构 元件(例如，辐条和车圈)设置在壳体242与行进元件248之间。因此， 示出的轮毂马达装置240非常适用于诸如用于儿童的骑乘车辆之类的 小直径轮应用。然而，在其他构型中，轮毂马达装置240通过直径比轮 毂马达装置240的直径更大的一个或多个结构元件(例如，辐条或车圈) 联接至行进元件(例如，轮胎)。
如上所述，优选地，马达244为标准的可购得的小直流有刷马达。变 速器组件246构造成将马达244的速度和转矩转换成适用于驱动轮(壳体 242和行进元件248)的速度和转矩。此外，马达244和变速器组件246 构造成容置在壳体242中，该壳体242适当地定尺寸和定形状为用作用于 小型车辆的驱动轮。在某种程度上，这通过优选地将马达244沿着轮毂马 达装置240的中心轴线定位来实现，并且在一些构型中，马达244与轮毂 马达装置240或行进元件248的中央平面的一侧轴向地或横向地偏移。然 而，在一些构型中，马达244可以是偏心的和/或与轮毂马达装置240的中 心轴线隔开。有利地，根据示出的布置，标准马达244可以与适合于将马 达的动力转换成驱动轮装置240用的合适的驱动动力的变速器组件246一 起使用，以提供用于小型车辆应用或儿童车辆应用的相对较低成本的驱动 系统。此外，这种布置保持了用于轮毂马达装置240的变速器的空间。
示出的壳体242包括第一壳体部、鼓状部或轮250、第二壳体部、第 一侧盖或第一轮帽252a以及第三壳体部、第二侧盖或第二轮帽252b。同 时，轮250和轮帽252a、252b限定了包括马达244和/或变速器组件246 的一部分或全部的内部空间。优选地，轮250限定了径向壁部254和承载 行进元件248的环状端壁部256。在示出的布置中，径向壁部254位于端 壁部256的侧端的中间，并且从此处径向向内延伸以限定开口260。即， 优选地，径向壁部254在形状上为环状。
与其他轮毂马达装置类似，示出的轮毂马达装置240不包括完全延伸 穿过壳体242的中央车轴构件。优选地，当结合到相关的车辆中时，轮毂 马达装置240的两侧均被支撑；然而，优选地，负载在两侧之间通过代替 中央车轴的多个连接轴274被转移。在示出的布置中，多个连接轴274在 轮帽252a与轮帽252b之间延伸。优选地，多个(例如，四个)连接轴274 定位在相同的径向位置处并且以彼此相同的角度隔开。在其他布置中，可 以提供不同数目的连接轴274，诸如为一个、两个、三个、五个或更多个。 连接轴274可以通过任何合适的装置紧固至轮帽252a、252b。在一些构型 中，连接轴274可以在轮帽252a或252b的加工期间被嵌入到轮帽252a 或252b中的一者中。例如，轮帽252a或252b可以为模制构件(例如， 注塑模制)并且可以被模制在连接轴274的端部上方。其他轮帽252a或 252b可以通过任何合适的装置紧固至连接轴274，例如诸如经由一个或 多个紧固件或经由滑动配合装置、卡扣配合装置或压配合装置之类。优选 地，连接轴274与马达244沿横向方向或轴向方向(沿着旋转的轴线)重 叠。
通过这种布置，轮帽252a、252b和连接轴用作轮毂马达装置240的车 轴转轴，壳体242的一部分(例如，轮250)绕该车轴转轴旋转。因此， 轮帽252a、252b可以被称为横向支撑构件。优选地，连接轴274中的一 个连接轴或多个连接轴或每一个连接轴支撑任何合适布置的轴承262(例 如，筒式滚珠轴承组件)。轴承262转而支撑轮250以用于相对于轮帽252a、 252b和连接轴274旋转。在示出的布置中，径向壁部254以及特别地限定 开口260的表面的一部分形成接触轴承262并且在轴承262上旋转的支撑 表面264。有利地，通过这种装置，施加于轮250的一些或基本上全部的 径向负载经由轴承262被转移到轮帽252a、252b和连接轴274以减小或 基本消除变速器246的径向加载从而提高效率。
优选地，轮帽252a、252b中的每一者均包括允许轮毂马达装置240操 作性地联接至相关车辆的轮毂部或安装轴毂266。该安装轴毂266从轮帽 252a、252b的主体部径向向外延伸并且可以形状上大致为圆筒形。若需要， 每个安装轴毂266均可以包括内腔。因此，外侧表面或内侧表面或两者可 以用于安装目的。在一些构型中，安装轴毂266和轮帽252a、252b的主 体部形成为单件或单一结构。然而，在其他构型中，安装轴毂266可以是 适于联接至轮帽252a、252b的主体部的单独件。
示出的第一轮帽252a包括轴向向内突出的支撑结构268，该支撑结 构268优选地包括围绕马达244的至少一部分的壁部并且限定接收马达 244的袋状部。优选地，支撑结构268沿着马达244的主要长度延伸，诸 如至少马达244的大约一半或大约三分之二的长度。此外，优选地，帽270 构造成联接至支撑结构268并且围绕马达244的至少一部分。在示出的布 置中，支撑结构268和帽270配合以接收马达244并且将马达244封闭在 马达空间内，其中，帽270的端部具有开口以允许马达244的驱动轴穿过 该开口突出。帽270通过诸如卡扣配合或紧固件之类的任何合适的布置紧 固至第一轮帽252a的支撑结构268或其他部分。如果需要，一个或多个 紧固件可以延伸穿过与马达244的端部表面相邻定位的帽270的一部分并 且将马达244联接至帽270。优选地，支撑结构268还包括围绕连接轴274 和/或为连接轴274提供轴向支撑的部分。
第一轮帽252a还可以包括从外表面向内延伸的凹部272并且包括穿过 第一轮帽252a并且进入到由马达244占据的腔体的开口(例如，狭槽)。 凹部272中的开口可以允许接线或其他控制元件从轮毂马达装置240的外 侧连接至马达244。有利地，通过将开口安置在凹部272内，减小了灰尘、 杂物或其他异物进入开口的机会。若需要，可以使用密封件来封闭该开口， 而允许所需的结构(例如，电线)穿过。在一些构型中，根据诸如可用空 间的量、特别是宽度方向上(沿着中心轴线或旋转轴线)的可用空间量之 类的因素，马达244可以完全位于壳体242的外部，或如所示出的，可以 完全位于壳体242内。然而，至少在示出的布置中，优选地，马达244在 发生故障的情况下能够以成本有效的方式被替代，而不像常规的、具有与 壳体或其他主要结构元件成一体的马达的轮毂马达装置那样。
有利地，如上所讨论，示出的装置不是那种车轴构件或装置完全穿过 轮毂马达的中心的通轴类型的装置，而是一种分布式车轴装置，该分布式 车轴装置在允许马达244居中地定位或与轮毂马达装置40的中央、旋转 轴线对准、并且允许马达244占据旋转轴线的一部分的同时提供合适的支 撑。即，马达244不是一种围绕旋转轴线的中空设计。这种装置提供了一 种良好平衡性的轮毂马达装置240，同时允许使用标准的、可购得的“现 成的”马达244以保持较低的成本。此外，如本文中所述的，一个或多个 连接轴274还支撑变速器组件246的部件，从而产生了减少轮毂马达装置 240的部件总数的整体有效的结构，并且保持了较低的成本。尽管通轴类 型车轴设计还可以允许马达与马达的中央、旋转轴线对准，但这种装置由 于需要车轴足以支撑相关车辆的重量的主要部分而需要定制的马达设计 或需要至少大型的马达设计。在示出的实施方式中，马达244的轴优选地 不用支撑相关车辆的任何显著的重量。
变速器组件246优选地包括将转矩从马达244传递至轮250的行星齿 轮装置282。在示出的布置中，行星齿轮装置282包括太阳齿轮284、一 个或多个行星齿轮286以及环形齿轮288。优选地，太阳齿轮284由马达 244的输出轴来驱动。在示出的布置中，太阳齿轮284驱动行星齿轮286 中的每个行星齿轮的第一齿轮部286a，并且行星齿轮286中的每个行星齿 轮的第二齿轮部286b驱动环形齿轮288。在其他布置中，行星齿轮286可 以具有单个部分。行星齿轮286的部分286a和部分286b由单一的齿轮构 件以示出的布置方式形成；然而，在其他布置中，部分286a和部分286b 优选地可以由彼此联接以用于旋转的单独的部件形成。行星齿轮286由联 接轴274中相应的一个连接轴支撑以便旋转。在示出的布置中，一个或多 个轴274仅是结构性的并且不承载行星齿轮286。因此，例如会存在两个、 三个、四个、五个或更多个轴274和由轴274中的一个或任意数目的、小 于可用轴274的总数的轴来承载的行星齿轮286。如所示出的，轴274中 的一半数目的轴(例如，两个)承载行星齿轮286，并且一半数目(例如， 两个)的轴不承载行星齿轮286。优选地，行星齿轮286由替代性的或相 对的轴274来承载。在其他构型中，轴274和行星齿轮286的数目可以相 等。
在示出的布置中，环形齿轮288由轮250的径向壁部254的表面的一 部分形成，该部分限定了开口260。然而，环形齿轮288替代性地可以由 与轮250分离的环状部件限定并且连接至此环状部件成为整体单元，或者 驱动地联接至此环状部件(与装置40、100类似)以至少部分地将环形齿 轮288从施加于轮250的负载隔离。优选地，环形齿轮288围绕连接轴274， 或也就是说，连接轴274穿过环状齿轮288的中央开口260。
在操作中，马达244可以通过合适的动力源(例如，电池)来提供动 力并且通过合适的使用者控制装置来启动，所述使用者控制装置例如为诸 如而不限于节流阀踏板、按钮、闸板或手握扭转布置之类。马达244使太 阳齿轮284旋转，太阳齿轮284使行星齿轮286旋转。如所描述的，轮帽 252a、252b和连接轴274用作轮毂马达装置240的车轴组件，壳体242的 一部分(例如，轮250)围绕该车轴组件旋转。因此，轮帽252a、252b以 及连接轴274可以被视为行星齿轮286的固定支架。因此，在示出的布置 中，行星齿轮286围绕连接轴274旋转，但不另外作为一单元相对于马达 244旋转。相反，行星齿轮286的旋转驱动或促使环形齿轮288的旋转， 环形齿轮288转而驱动轮250。
轮毂马达装置240中的一个或多个轮毂马达装置可以用于将驱动动 力提供至相关联的车辆。轮毂马达装置240可以仅在前向方向上被驱动， 或可以通过改变马达244的旋转方向而具有前向操作或反向操作。可以采 用单向轴承或离合器机构以使驱动力在一个方向(例如，向前)上，同 时允许壳体242的轮250/部分比通过马达244驱动的情况旋转地更快(超 速)和/或允许轮250/壳体242的部分在第二方向(例如，反向)上自由 转动。替代性地，轮毂马达装置240可以构造为仅用于前向操作，其中， 反向运动需要克服马达244的阻力。
行星齿轮装置282可以提供任何希望的总传动比，以根据轮毂马 达装置240和相关联的车辆的期望运行速度将通过马达244提供的转矩 或动力转换成用于驱动轮250/壳体242的部分、并且因此驱动行进元件 248的合适的转矩或动力。在示出的布置中，太阳齿轮284比行星齿轮286 的第一部分286a(在直径和/或齿轮齿数方面)小很多倍。行星齿轮286 的第二部分286b比行星齿轮286的第一部分286a(在直径和/或齿轮齿数 方面)小很多倍。在一种布置中，太阳齿轮284具有大约5个至20个之 间的齿(例如，10个齿)，行星齿轮286的第一部分286a具有大约50至 100之间的齿(例如80个齿)，行星齿轮286的第二部分286b具有大约5 个至20个之间的齿(例如10个齿)并且环形齿轮288具有大约60个至 120个之间的齿(例如，90个齿)或所引范围内的任何值或子范围。然而， 在其他布置中，可以提供齿轮齿的其他数目以用于行星齿轮装置282的任 何齿轮部件。在一些构型中，变速器246可以具有例如且不限于约1:15 至约1:50之间的总比率或该范围内的任何值或子范围，如约1:30。
轮毂马达装置240的部件可以由任何合适的材料或材料的组合物通 过任何合适的处理来构造。例如，连接轴274可以包括诸如钢之类的金 属材料或由诸如钢之类的金属材料制成，所述金属材料可以被(例如，铬) 电镀或以其他方式表面处理。其他部件或组件(例如，壳体242和齿轮284、 286)可以通过合适的处理(例如，注塑模制)由合适的塑料材料来构造。 例如，轮帽252a、252b以及轮250可以由ABS材料构造，轮帽270可以 由聚丙烯构造，以及齿轮284、286可以由POM或尼龙构造。轮胎或行进 元件248例如可以由诸如聚氨酯之类的合适的橡胶或类似橡胶的材料构 造。行进元件248的材料可以直接模制在轮250/壳体242的部分上或可以 适当地联接至轮250/壳体242的部分。如所示出的，轮250/壳体242的部 分的外周可以包括接合结构298，该接合结构298有助于将行进元件248 联接至轮250/壳体242的部分。接合结构298可以是设置为隔开构型的多 个锯齿部或凹部以获得轮250/壳体242的部分与行进元件248之间的机械 接合，以防止轮250/壳体242的部分与行进元件248之间的分离或相对旋 转。在一些布置中，行进元件248可以包括填充有气体或其他柔软材料以 有助于行进元件248的变形的内部空间从而符合其上运行相关联的车辆 的表面的不平整性。
图15示出了诸如儿童骑乘车辆20或其他轻质车辆之类的车辆，该车 辆结合了一个或多个驱动轮22，驱动轮中的每个驱动轮均提供使轮22旋 转的驱动转矩以驱使车辆20。优选地，每个驱动轮22均结合轮毂马达装 置40。尽管本文中示出并且描述了儿童式车辆20，但轮毂马达装置40也 可以结合在其他类型的车辆中。此外，可以使用任何合适数目的轮毂马达 装置40或驱动轮22，包括车轮中的单个轮或所有轮。如果并不是所有轮 为驱动轮22，则其余轮可以是非驱动轮24。这种非驱动轮24例如可以是 诸如定向轮、转向轮或脚轮之类的任何合适的布置。
优选地，车辆20包括由轮22和/或24支撑的本体26。在示出的布置 中，四个轮22、24设置在车体26的每个拐角处(仅三个是可见的)；然 而，车辆20可以具有其他数目和/或其他布置的轮，包括一个、两个、三 个或多于四个的轮。示出的车辆20包括用于车辆20的骑乘者的座位28 和诸如转向轮或把手之类的转向装置30，此转向装置30允许使用者使轮 22、24中的一个或多个轮转向。车辆20也可以包括使用者用来放置他/她 的脚部的脚踏板32或另外装置。
车辆20优选地还包括诸如电池34之类的动力源，以将电力经由合适 的有线或无线连接提供至轮毂马达装置40。车辆20优选地还包括比如脚 踏板、或手握扭转节流阀之类的节流阀或速度控制器(未示出)，该节流 阀或速度控制器36可被使用者触及并且允许使用者调节由轮毂马达装置 40产生的驱动转矩。控制装置或控制器(未示出)可以设置成接收来自节 流阀或速度控制器的信号，处理这些信号并且将控制信号提供给轮毂马达 装置40。优选地，还设置有合适的制动装置，该制动装置构造成将制动力 提供至轮22、24中的一个或多个轮。如果需要的话，这种制动装置可以 包括在制动期间对电池34进行充电的再生制动装置。附加地或替代性地 设置其他非再生制动装置。
图16示出了诸如自行车20之类的车辆，该车辆结合了一个或多个驱 动轮22，驱动轮22中的每一个驱动轮均提供使轮22旋转的驱动转矩以驱 使车辆20。在示出的布置中，后轮为结合了轮毂马达装置40的驱动轮22， 该轮毂马达装置40通过多个辐条152联接至车圈或轮胎组件150。然而， 附加地或替代性地，轮毂马达装置可以用于前转向轮。正如在本文中公开 的其他车辆一样，自行车20包括电联接至轮毂马达装置40的电池34，并 且优选地包括控制器和制动系统。自行车20优选地包括诸如踏板曲柄驱 动装置154、主框架156、把手158、前叉件160以及底座或车座162之类 的常规自行车的标准部件中的一些或全部(例如，连接驱动齿轮与从动齿 轮或链齿轮的链条或带)。
应该注意的是，对那些本领域技术人员而言，本文描述的目前的优选 实施方式的各种改变和修改是明显的。这种改变和修改可以在未背离本发 明的精神和范围并且没有减少其伴随的优势的情况下作出。例如，可以根 据需要对各种部件进行重新定位。此外，本文中公开的任何轮毂马达装置 可以适用于本文中公开的任何车辆，或可以用于任何其他合适的应用。因 此，意在使这种改变和修改包括在本发明的范围内。此外，对于实践本发 明而言不是所有的特征、方面以及优势都是必需的。因此，本发明的范围 意在仅由所附权利要求的限定。