本发明涉及自驱动的车轮，其适合于安装在自行车，三轮车和四轮车上。
背景技术：
许多现代的自行车和其他类型的轻型车辆被设计成使用电力来驱动车轮以推进，作为人力脚踏的替代或作为其补充。例如，也被称为动力轮的自驱动车轮安装在在自行车上，该自行车的自行车车架上的不需要外部电动机和/或电池，因为动力轮本身包含内部电动机和可再充电电池。配备一个或两个动力轮的自行车通常具有与传统的人力蹬踏自行车相似的外观，这是因为动力轮的集成设计没有暴露部件。动力轮的所有主要部件通常都位于轮毂内，该轮毂位于动力轮的中心。
为了使得动力轮中的电动机能驱动动力轮，电动机的典型的高速和低扭矩输出，必须被转换成低速和高扭矩的旋转力，以便驱动动力轮。如齿轮减速模块和单向传动装置之类的众所周知的机构用于将电动机与动力轮连接以进行这种转换。然而，在传统动力轮中，必须使用动力轮轮毂内空间的大部分来放置齿轮减速模块和/或单向传动装置。这种配置无疑增加了动力轮毂的整体尺寸，使得动力轮的外观不那么具有吸引力。
技术实现要素：
鉴于上述背景，本发明的目的是提供一种消除或至少减轻上述技术问题的可选动力轮及其轮毂结构。
上述目的通过独立权利要求的特征的组合来实现；从属权利要求公开了本发明的另外的有利的实施方式。
本领域技术人员将从以下描述中得出本发明的其它目的。因此，上述目的陈述并不详尽，仅用于说明本发明的一些目的。
因此，本发明一方面为一种轮毂，其能够与轮的轴连接，使得轮毂能够围绕所述轴旋转。所述轮毂包括适于可旋转地支撑在所述轴上的轮毂壳体，和包括定子和转子的电动机。所述定子适于与所述轴固定地连接。所述转子被构造成能够相对于所述定子旋转。所述转子包括圆形转子壳体，齿轮减速模块位于所述圆形转子壳体内。所述齿轮减速模块的输出与单向传动模块连接，所述单向传动模块又适于驱动所述轮毂壳体旋转。
优选地，所述齿轮减速模块还包括偏心齿轮模块。所述偏心齿轮模块的输入与所述转子壳体连接。所述偏心齿轮模块的输出与单向传动模块连接。
更优选地，所述偏心齿轮模块还包括适于被可旋转地支撑在所述轴上的偏心齿轮。所述偏心齿轮与所述转子壳体固定地连接并且可由所述转子壳体驱动旋转。
根据优选实施方式的变形，所述偏心齿轮通过连接构件与外齿圈连接。所述外齿圈适于在固定地安装在所述轮毂壳体上的内齿圈内旋转。
根据优选实施方式的另一变形，所述外齿圈包括外齿；所述内齿圈包括内齿。任何时候只有所述外齿的一部分与所述内齿的一部分啮合。所述外齿圈具有与所述内齿圈的中心轴线偏离的中心轴线。
根据优选实施方式的又一变形，所述外齿的数量比所述内齿的数量少。
在一个变形中，所述外齿圈与输出托架连接以驱动其旋转。所述输出托架与所述单向传动模块连接以向其提供所述齿轮减速模块的输出。述输出托架具有与转子相同的旋转轴线。
在另一变形中，所述齿轮减速模块是行星齿轮模块。所述行星齿轮模块的输入与电动机的输出轴连接。所述行星齿轮模块的输出与所述轮毂壳体连接。
优选地，所述行星齿轮模块还包括适于被可旋转地支撑在所述轴上的太阳齿轮。所述太阳齿轮与转子壳体固定地连接并且可由后者驱动旋转。
更优选地，所述太阳齿轮与多个行星齿轮连接，所述行星齿轮由固定地安装在所述轮毂壳体上的内齿圈限制。所述行星齿轮适于在所述内齿圈内围绕所述太阳齿轮旋转。
根据优选实施方式的变形，所述多个行星齿轮与输出托架连接以驱动所述行星齿轮旋转。所述输出托架与所述单向传动模块连接以向其提供所述齿轮减速模块的输出。所述输出托架具有与轴相同的旋转轴线。
根据优选实施方式的另一变形，所述单向传动模块为单向传动离合器。
可选地，所述单向传动模块为单向传动轴承，其将所述齿轮减速模块支撑在所述轮毂壳体。
在一个变形中，所述单向传动轴承至少部分容纳在所述轮毂壳体内。
在另一变形中，所述轮毂还包括与所述壳体固定地连接的链轮。所述链轮适于与外部链条连接并由其驱动。
根据本发明的另一方面，公开一种动力轮，其适于与车架连接。所述动力轮包括：用于将所述动力轮与车架的轴连接，轮毂，及与所述轮毂的轮毂壳体固定地连接的轮缘。所述轮毂包括适于可旋转地支撑在所述轴上的轮毂壳体，和包括定子和转子的电动机。所述定子适于与所述轴固定地连接。所述转子被构造成能够相对于所述定子旋转。所述转子包括圆形转子壳体，齿轮减速模块位于所述圆形转子壳体内。所述齿轮减速模块的输出与单向传动模块连接，所述单向传动模块又适于驱动所述轮毂壳体旋转。
优选地，所述动力轮，还包括多个轮辐；所述轮毂的壳体通过多个所述轮辐与所述轮缘连接。
根据本发明的又一方面，公开一种轮毂，其能够与轮的轴连接，使得所述轮毂能够绕所述轴旋转。所述轮毂包括适于可旋转地支撑在所述轴上的轮毂壳体，及包括定子和转子的电动机。所述定子适于与所述轴固定地连接。所述转子被构造成能够相对于所述定子旋转。所述转子包括转子壳体。所述转子还包括位于转子壳体内的单向传动模块和轴承。
优选地，所述单向传动模块和所述轴承将所述转子与输出托架连接。所述输出托架与所述轮毂壳体固定地连接并且适于驱动所述轮毂壳体相对于所述轴线旋转。
更优选地，所述单向传动模块和所述轴承沿所述电动机的轴向方向对准。
在一个变形中，所述单向传动模块为单向轴承。
根据本发明的又一方面，公开一种动力轮，其适于与车架连接。所述动力轮包括用于将所述动力轮与车架的轴连接，轮毂及与所述轮毂的轮毂壳体固定地连接的轮缘。所述轮毂包括适于可旋转地支撑在所述轴上的轮毂壳体，及包括定子和转子的电动机。所述定子适于与所述轴固定地连接。所述转子被构造成能够相对于所述定子旋转。所述转子包括转子壳体。所述转子还包括位于转子壳体内的单向传动模块和轴承。
本发明有许多优点。首先，通过将齿轮减速模块和单向传动机构定位在电动机的转子内而不是将它们放置在电动机外部，轮毂的整体尺寸尤其在宽度方面(即，轮毂壳体的两个侧盖之间的距离)显著减小。因此，根据本发明的动力轮具有较小的宽度，并且可以制造为外形更像常规的自行车车轮(即，非动力轮型)，其对用户在视觉上有吸引力。同时，由于减速和单向离合器模块仍旧被保持在动力轮中，所以并没有牺牲动力轮的性能。
另一方面，将齿轮减速模块和单向传动机构设置在转子内，意味着就轮毂的相同总体尺寸而言，其允许电动机本身具有更大的尺寸，并且自然而然地实现更好的性能。本领域技术人员应当理解，由于增强的磁场强度，更大的电动机(其将具有例如定子齿上的更多的线圈绕组和转子上的更多磁体)以更高的速度和更大的转矩输出更强的旋转力。因此，本发明中的动力轮可以变化以适应较大的电动机，以改善动力轮的性能，而不需要损害其形状因素。
本发明提供的动力轮对于下一代的四轮车辆是特别有用的。与具有来自内燃机和/或中央电动机的机械驱动力的传统车辆相比，配备动力轮的车辆可以完全摆脱占用车辆前部发动机舱的任何发动机或电动机。动力轮的数量例如可以是两个或四个，这取决于车辆是二轮驱动型还是四轮驱动型。车辆中的中央控制器用于控制动力轮，使得车辆的每个车轮能够输出不同的扭矩。换句话说，与传统车辆一样，没有更多的“扭矩分配”，而是可以在需要时单独调整每个车轮的转矩。这种配置对于需要可调节的扭矩以克服各种地形困难的越野车辆是有用的。此外，由于没有中央发动机或电动机，因此不需要车辆中的机械传动系统。因此，配备动力轮的车辆不容易发生机械故障，同时为乘客和/或货物提供更多的内部空间。
附图说明
本发明的前述和进一步的特征将从以下对优选实施方式的描述中变得显而易见，优选实施方式仅通过示例的方式结合附图提供，其中：
图1为根据本发明第一实施方式动力轮的正视图。
图2为图1所示的动力轮内的轮毂的侧截面图；其包含偏心齿轮模块。
图3示出图2的轮毂中的齿轮减速模块中的外齿圈和内齿圈的啮合关系。
图4为根据本发明另一实施方式的轮毂的侧截面图；所述轮毂包括行星齿轮模块。
图5示出图4的轮毂内的行星齿轮模块。
图6为根据本发明另一实施方式的轮毂的侧截面图；所述轮毂包括非齿轮减速机构。
图7为根据本发明另一实施方式的动力轮内的电动机的侧截面图；所述电动机包括行星齿轮模块。
图8示出图7的电动机内的行星齿轮模块。
图9为根据本发明另一实施方式的动力轮内的电动机的侧截面图；所述电动机包括行星齿轮模块。
图10示出图9的电动机内的行星齿轮模块。
图11为根据本发明另一实施方式的动力轮内的电动机的侧截面图；所述电动机包括行星齿轮模块。
图12为根据本发明另一实施方式的动力轮的侧截面图；所述动力轮可以安装在四轮车。
在附图中，相同的附图标记在本文所述的几个实施方式中表示相同的部分。
具体实施方式
在下面的权利要求和本发明的前述描述中，除上下文另外因为明确的语言或必要的含义之外，词语“包括”或诸如“包括”或“包含”的变体用于包括性的意思，即指定所述特征的存在，但不排除在本发明的各种实施方式中存在或添加其它特征。
如本文和权利要求书中所使用的，“耦合”或“连接”是指直接或间接经由一个或多个电气装置的电耦合或连接，除非另有说明。
诸如本文所使用的诸如“水平”，“垂直”，“向上”，“向下”，“上”，“下”的术语和类似术语是为了以正常的使用取向描述本发明的目的，并不旨在将本发明限制于任何特定取向。
图1示出了根据本发明的第一实施方式的动力轮。动力轮包括轮胎1、轮缘2、轮毂3和多个轮辐4。轮毂3通过多个轮辐4与轮缘2连接，使得当轮毂3通过机械力被驱动以移动时，轮缘2和轮毂3一起旋转。为了能够旋转，轮毂3以及相应的轮缘2可旋转地支撑在轴10上(稍后将详细描述)。如本领域技术人员将理解的，轮胎1覆盖轮缘2的外表面以保护轮缘并且实现更好的车辆性能。该实施方式中的动力轮被制成典型的自行车车轮的尺寸，使得动力轮可以用于替换现有自行车上的普通自行车车轮，通过简单地将车轴10与车架或更具体地自行车车架(未示出)的输入连接。
现在转到图2，轮毂的壳体由圆形顶盖5和两个侧盖7限定，顶盖5和侧盖7通过螺钉13彼此连接以形成一体。动力轮的自驱动运转所需的所有部件都包含在壳体内。轮毂壳体通过第一轴承8和第二轴承9可旋转地支撑在轴10上。由最远离开的两个侧盖7的部分之间的距离限定的壳体的宽度大于轮胎1的宽度。确定这样的壳体宽度是为了使壳体容纳电动机，而其它传动机构容纳在电动机内，并且它们不占用轮毂内部电动机外部的空间。在轴10的一端上，配置有链轮30，该链轮30固定在相邻的侧盖7上并与其一起旋转。如本领域技术人员将理解的，链轮30能够与自行车的链条(未示出)接合。
轴10的两端53被成形为具有扁平的横截面，换句话说，两端53具有沿着一个正交方向的尺寸与沿着另一正交方向的尺寸不同的横截面。对应于轴端53的这种扁平的横截面形状，两个钩形垫圈18被构造成分别通过形成在钩形垫圈18上的扁平开口(未示出)套在轴10的两端53上。开口也具有扁平的形状，因此它们对应于轴端53的横截面形状。因此，由于扁平的轴端53和钩形垫圈18，轴10被禁止相对于钩形垫圈18旋转，钩垫圈18用于将轴和动力轮安装到自行车车架(未示出)上的输入，如本领域技术人员将理解的那样。电线67将动力轮毂中的电动机与通常安装在自行车的框架上的外部控制器和/或附加电池连接。
如图2所示，电动机被容纳在轮毂壳体内在轮毂中心。电动机的尺寸由电动机壳体16限定，电动机壳体16具有与轮毂壳体相似的形状因数，但仅比轮毂壳体小。电动机壳体16具有与轴10的相应的凹部(未示出)相配合的平键31，使得电动机整体与轴10牢固地连接并且不能相对于轴10旋转。在电动机和顶盖5以及底盖6，还有其他内部空间33用于放置动力轮的其他部件，例如电池(未示出)。电动机壳体16由几个通过螺钉11连接在一起的零件(未示出)组成。因此，电动机壳体16的结构类似于轮毂的壳体。在电动机壳体16内，包含转子40和定子42，其与轴10围绕中心轴线43同轴。线圈绕组45以本领域技术人员公知的方式构造在定子42上。定子42与电动机壳体16固定地连接，由于上述的平键31，并且与轴10固定地连接，使得定子42和电动机壳体16在动力轮的运转期间保持静止。另一方面，转子40具有由转子壳体限定的尺寸。转子壳体具有与常规转子的形状相似的圆形形状。从图2可以看出，在该实施方式中，转子壳体由转子的第一端的周向壁40b和一个侧壁40a构成。然而，没有侧壁在转子的与轴向第一端相反的第二端处形成转子壳体40。而是，转子40经由第三轴承12可旋转地支撑在电动机壳体16上。在周向壁40b的外表面上设置有位于转子壳体40顶部的磁体41。
如图2所示的动力轮毂包含齿轮减速模块和单向传动模块，两者都位于转子壳体40内，使得齿轮减速模块和单向传动模块的没有部分在电动机外部。在齿轮减速模块中，有一个由第四轴承15支撑在轴10上的偏心齿轮17，因此偏心齿轮17可相对于轴10旋转。偏心齿轮17进一步通过平键44与转子壳体的侧壁40a固定地连接，并与转子壳体同时旋转。特别地，偏心齿轮17为两级管状，其第一段与转子壳体连接并由第四轴承15支撑。另一端的偏心齿轮17的第二段联接到外齿圈19。还有一个固定在偏心齿轮17上的平衡件29，以平衡由偏心齿轮17偏心旋转引起的振动。偏心齿轮17的旋转使外齿圈19移动。同时，外齿圈19经由一个或多个第五轴承21支撑在偏心齿轮17上。注意，偏心齿轮17的第一段和第二段在其圆周方向上具有不同的厚度。厚度的这种不等导致偏心齿轮17输出偏心运动，这将在后面更详细地描述。
外齿圈19由内齿圈20限制。图3最好地示出了外齿圈19和内齿圈20之间的形状和相互空间关系。外齿圈19适于在内圈齿轮20内旋转。被称为内齿圈20是因为它的齿形成在内齿圈20的内圆周表面。相应地，外齿圈19的齿形成在外齿圈19的外周表面。外齿圈19的半径小于内齿圈20的半径，外齿圈19上的齿数也比内齿圈20的齿数略少。在图3所示的实施方式中，外齿圈19上有十八个齿，内齿圈20上有十九个齿。由于尺寸不同，外齿圈19的中心偏离内齿圈20的中心。外齿圈19适于在内齿圈20内旋转，但是在任何时候，外齿圈19上仅有一部分齿与内齿圈上的齿的一部分啮合。在如图3所示的时刻，只有来自外齿圈19和内齿圈20的三个齿完全接合。在外齿圈19上形成有两个安装孔23，用于联接到齿轮减速模块的输出端，这将在后面更详细地描述。
回到图2，内齿圈20被固定到齿轮支撑件24，齿轮支撑件24又固定到电动机壳体16上。结果，内齿圈20不适于旋转。如上所述，衬套25在安装孔23处安装到外齿圈19。衬套25将外齿圈19与输出托架22的一端连接。输出托架22经由一个或多个第六轴承35可旋转地支撑在齿轮支撑件24上。输出托架22被配置成相对于轴10转动但不直接与轴10连接。输出托架22的另一端由连接凸缘26上的单向传动机构支撑。该实施方式中的单向传动机构是单向离合器27。连接凸缘26通过螺钉28固定到轮毂壳体的侧盖7。因此，连接凸缘26和轮毂壳体同时旋转。在轴10的另一端，连接有与轮毂壳体固定地连接的制动凸缘47。
单向离合器27可以采用本领域技术人员所理解的任何已知的结构。作为示例性实施方式，单向离合器27可以包括具有从动件(例如棘轮)和驱动件(例如，齿圈)的飞轮，所有这些都未在附图中示出。如本领域技术人员理解的是，只有当驱动件的旋转速度大于从动件的旋转速度，从动件才能被驱动件驱动旋转。相反，当从动件以比驱动件的速度大的速度旋转时，从动件滑过驱动件而不会使其转动。
现在转向上述动力轮的运转。参考图2，在运转期间，由于定子42和转子40之间的磁通量的变化，一旦通电，动力轮中的电动机的转子将围绕中心轴线43开始旋转。转子的旋转意味着磁体41固定在其上的转子壳体相对于轴10旋转。接下来，由于偏心齿轮17与转子壳体40固定地连接，偏心齿轮17围绕中心轴线43旋转。然而，由于如上所述的偏心齿轮17的偏心形状，偏心齿轮17经由连接部件29将偏心驱动力传递到外齿圈19。由于外齿圈19限制在固定内齿圈20内，随着偏心齿轮17旋转，齿轮部分啮合，外齿圈19在内齿圈20内旋转。第五轴承21在其旋转动作期间为外齿圈19提供支撑。外齿圈19的旋转运动然后通过衬套25传递到输出托架22。输出托架22的转动再次与转子40同轴。注意，由于上述具有不同形状和数量的齿的不同齿轮的接合，输出托架22的旋转速度比转子40的速度小，特别是外齿圈19上的齿的数量略小于内齿圈20上的齿的数量。齿轮减速比可根据需要配置，例如在10％至50％的范围内。如果动力轮不旋转或以比连接凸缘26的速度慢的速度旋转，则输出托架22经由单向离合器27驱动连接凸缘26旋转。在这种情况下，单向离合器27运转以将动力从输出托架22传递到连接凸缘26。连接凸缘26固定到轮毂壳体上并依次与链轮30连接，因此连接凸缘26的旋转导致动力轮旋转，从而移动与动力轮一起安装的自行车。在整个过程中，轴10总是静止。
然而，如果动力轮中的电动机旋转，但动力轮以比连接凸缘26的速度更快的速度旋转，则单向离合器27被禁用并且不从输出托架22到连接凸缘26传递动力。因此，动力轮的(更快)的旋转，例如在用户骑自行车下坡的情况下，或者他非常快地踏自行车，不会导致电动机在轮毂上旋转。
上述实施方式中的偏心齿轮模块有助于在循环期间平衡由自行车引起的振动，结果将使电动机的这种振动的影响最小化。
图4-5示出了根据本发明的另一实施方式的动力轮毂，其中轮毂不包含偏心齿轮模块，而是行星齿轮模块。为了简洁起见，这里将只描述轮毂的部件不同于参照图2-3所述的部件。在本实施方式中，行星齿轮模块包含在电动机的转子内，但是单向传动模块不是。特别地，本实施方式中的电动机包括定子142和转子140。转子140被构造成可相对于轴110旋转，并且由电动机壳体116上的第一轴承112支撑。太阳齿轮117通过第二轴承115支撑在轴110上，太阳齿轮117通过平键144与转子140固定地连接。太阳齿轮117与多个行星齿轮119啮合，行星齿轮119可围绕电动机的中心轴线143旋转，并且还围绕它们各自的旋转轴线旋转。
图5更详细地示出了图3中的轮毂的行星模块。有三个行星齿轮119同时与太阳齿轮117和内齿圈120啮合。内齿圈120通过螺纹固定到电动机壳体上，因此不能旋转。然而，由于内齿圈120和行星齿轮119之间的接合，行星齿轮119能够旋转，且随着太阳齿轮117旋转而同时旋转。可以看出，内齿圈120，太阳齿轮117和行星齿轮119的旋转运动都共享相同的中心轴线。
回到图4，内齿圈120固定到电动机壳体116。每个行星齿轮119可旋转地套在相应的行星轴166上。行星轴166被紧紧地压在输出托架122上。输出托架122提供齿轮减速模块的输出驱动力。输出托架122经由单向离合器127与连接凸缘126连接。连接凸缘126与轮毂壳体的侧盖105和链轮130固定地连接，使得它们在任何情况下一起旋转。
在运转期间，由于定子142和转子140之间的磁通量的变化，一旦通电，动力轮中的电动机的转子将围绕中心轴线143开始旋转。接下来，由于太阳齿轮117与转子140固定地连接，太阳齿轮117围绕中心轴线143旋转。由于行星齿轮119被限制在固定内齿圈120内，行星齿轮119旋转，且同时由于太阳齿轮117旋转而旋转。然后，行星齿轮119以低于转子140的速度但高于转子140的转矩驱动输出托架122绕中心轴线143旋转。如果动力轮不旋转或以比连接凸缘126的速度慢的速度旋转，则输出托架122通过单向离合器127驱动连接凸缘126旋转。在这种情况下，单向离合器127运转以将来自输出托架122的动力传递到连接凸缘126。连接凸缘126固定到轮毂壳体，并且依次与链轮130连接，因此连接凸缘126的旋转导致动力轮旋转，从而将安装有动力轮的自行车向前移动。在整个过程中，轴110总是静止的。
图6示出了本发明的另一实施方式。为了简洁起见，这里将只描述轮毂的部件不同于参照图2-3所述的部件。在该实施方式中，不存在齿轮减速模块。而是，转子240经由第一轴承252直接支撑在电动机的中空轴250上，中空轴250又通过第二轴承225支撑在轴210上。轴210穿过中空轴250，但是这两个轴不一起旋转。然而，转子240仅通过单向轴承254驱动空心轴250旋转，而不能通过不起驱动功率传递功能的轴承252旋转。中空轴250与连接凸缘226连接，该连接凸缘226与轮毂壳体207的侧盖和链轮230固定地连接，使得它们在任何情况下都一起旋转。
在运转期间，转子240通过单向轴承254直接驱动电动机轴222，其中电动机轴222然后驱动动力轮旋转。单向轴承254就像其他单向传动机构一样，当转子以比轮的速度更高的速度旋转时，使得能量能够从转子传递到电动机轴。然而，当动力轮以比转子速度更快的速度旋转时，单向轴承254被禁用并且不将动力从转子传递到电动机轴。因此，例如在用户骑自行车下坡的情况下，或者他非常快速地踏自行车的动力轮的(更快)的旋转不会导致轮毂中的电动机旋转。
图7-8示出了本发明的另一实施方式的动力轮毂中的电动机。为了简洁起见，这里将只描述电动机的不同于参照图2-3描述的那些的部件。特别地，本实施方式中的电动机包含定子342和转子340。转子340被构造成可相对于轴310旋转，并且由第一轴承312支撑在电动机壳体316上。太阳齿轮317通过第二轴承315支撑在轴310上，并且太阳齿轮317通过平面键344与转子340固定地连接。太阳齿轮317与多个行星齿轮319啮合，行星齿轮319围绕中心轴线343旋转并且还围绕它们各自的旋转轴线旋转。类似于图2所示的动力轮毂，在图7中，动力轮毂的一端具有链轮330，另一端具有制动凸缘347。链轮330可与轮毂壳体的侧盖305一起旋转。如本领域技术人员将理解的，链轮330能够与自行车的链条(未示出)接合。制动凸缘347具有呈圆盘状的延伸部321。延伸部321可以用于通过盘式制动器323如本领域技术人员所熟悉的那样对动力轮进行制动。
图8更详细地示出了图7中的电动机的行星模块。它具有三个行星齿轮319，其同时与太阳轮317和内齿圈320啮合。内齿圈320通过螺纹固定到电动机壳体上，因此不能旋转。然而，由于内齿圈320和行星齿轮319之间的接合，行星齿轮319能够旋转且随着太阳齿轮317旋转而同时旋转。可以看出，内齿圈320，太阳齿轮317和行星齿轮319的旋转运动都共享相同的中心轴线。
回到图7，内齿圈320固定到电动机壳体316。每个行星齿轮319可旋转地套在相应的行星轴366上。行星轴366被紧紧地压在输出托架322上。输出托架322提供齿轮减速模块的输出驱动力。输出托架322经由单向离合器327与连接凸缘326连接。连接凸缘326与轮毂壳体的侧盖305和链轮330固定地连接，使得它们在任何情况下都一起旋转。
在运转期间，由于定子342和转子340之间的磁通量的变化，一旦通电，动力轮中的电动机的转子将围绕中心轴线343开始旋转。接下来，由于太阳齿轮317与转子340固定连接，太阳齿轮317围绕中心轴线343旋转。由于行星齿轮319被限制在固定的内齿圈320内，所以行星齿轮319旋转，且由于太阳齿轮317旋转同时旋转。然后，行星齿轮319以比转子340的转速更低的速度但比转子340的转矩高的转矩驱动输出支架322绕中心轴线343旋转。如果动力轮不旋转或者以比连接凸缘326的速度慢的速度旋转，则输出托架322经由单向离合器327驱动连接凸缘326而旋转。在这种情况下，单向离合器327运转以将功率从输出托架322传递到连接凸缘326。连接凸缘326固定到轮毂壳体，并且依次与链轮330连接，因此连接凸缘326的旋转导致动力轮旋转，从而使安装了动力轮的自行车向前移动。在整个过程中，轴310总是静止的。
现在转到如图9-10所示，本发明的另一实施方式示出了适于在汽车上使用的动力轮的轮毂。为了简洁起见，这里将只描述电动机的不同于参照图2-3描述的那些的部件。特别地，在本实施方式中，不存在自行车所需的部件，包括但不限于链轮，链条等。而且，在图9-10所示的动力轮毂中，用于在轮毂中操作电动机的电源被放置在轮毂外部，例如在汽车内的位置。电力通过电线467从电源传递到电动机。如图所示的轮毂包含圆形顶盖405，其固定到两个侧盖407以形成轮毂壳体。多个轮柱465将连接凸缘426固定到轮毂壳体，使得它们可以同时旋转。本领域技术人员将理解的轮柱465用于将汽车的车轮安装在轮毂上。
电动机位于轮毂中，没有留下空间用于放置诸如电池的其它部件。电动机包括电动机壳体416，在该电动机壳体416内配置有定子442和转子440。电动机壳体416具有与轮毂壳体相似的结构。转子440被构造成能够相对于轴410旋转，并且由一个或多个第一轴承412支撑在轴410上。太阳齿轮417由一个或多个第二轴承415支撑在轴410上，并且太阳齿轮417通过平键444与转子440固定地连接。太阳齿轮417与多个行星齿轮419啮合，行星齿轮419围绕电动机的中心轴线443旋转并且也围绕它们各自的旋转轴线旋转。
图10更详细地示出了图9中的电动机的行星模块。它具有三个行星齿轮419，其同时与太阳齿轮417和内齿圈420啮合。内齿圈420通过螺纹固定到电动机壳体上，因此不能旋转。然而，由于内齿圈420与行星齿轮419之间的接合，行星齿轮419能够旋转，且随着太阳齿轮417旋转而同时旋转。可以看出，内齿圈420，太阳齿轮417和行星齿轮419的旋转运动都共享相同的中心轴线。
回到图9，内齿圈420固定到电动机壳体416上。每个行星齿轮419可旋转地套在相应的行星轴466上。行星轴466被紧紧地压在输出托架422上。输出托架422提供减速模块的输出驱动力。然后如前所述，连接凸缘426与轮毂壳体的侧盖407连接。
在运转期间，由于定子442和转子440之间的磁通量的变化，一旦通电，动力轮中的电动机的转子将围绕中心轴线443开始旋转。接下来，由于太阳齿轮417与转子440固定地连接，太阳齿轮417围绕中心轴线443旋转。由于行星齿轮419被限制在固定的内齿圈420内，行星齿轮419旋转，且由于太阳齿轮417旋转而同时旋转。行星齿轮419然后驱动输出托架422以比转子440的速度低的速度但比转子440的转矩高的转矩围绕中心轴线443旋转。输出托架422然后将连接凸缘426驱动旋转。
现在转到图11，本发明的另一实施方式示出了适于在电动摩托车上使用的动力轮的轮毂。为了简洁起见，这里将只描述电动机的不同于参照图2-3描述的那些的部件。如图所示的轮毂包括圆形顶盖505，其固定到两个侧盖507以形成轮毂壳体。电动机壳体516与轮毂壳体同轴设置并放置在轮毂壳体内。电动机壳体516和顶盖505之间还有一些其它的空间，用于容纳诸如动力轮的电池的部件。电动机包括定子542和转子540。转子540被构造成可相对于轴510旋转。
在该实施方式中，齿轮减速模块不再放置在电动机的转子540内。而是，齿轮减速模块放置在电动机壳体516的内部，但在转子540和定子542的外部。特别地，太阳齿轮517由一个或多个第二轴承515支撑在轴510上。太阳齿轮517与多个行星齿轮519啮合，行星齿轮能够围绕电动机的中心轴线543旋转，并且还绕其各自的旋转轴线旋转。内齿圈520固定在电动机壳体516上。每个行星齿轮519被可旋转地套在相应的行星轴566上。行星轴566被紧紧地压在输出托架522上。输出托架522提供齿轮减速模块到连接凸缘526输出驱动力，然后连接凸缘526与轮毂壳体的侧盖507连接。在轴510的端部连接有与轮毂壳体固定地连接的制动凸缘547。
在运转期间，由于定子542和转子540之间的磁通量的变化，一旦通电，动力轮中的电动机的转子将围绕中心轴线543开始旋转。接下来，由于太阳齿轮517与转子540固定地连接，太阳齿轮517绕中心轴线543旋转。由于行星齿轮519被限制在固定的内齿圈520内，行星齿轮519旋转，且由于太阳齿轮517的旋转而同时旋转。行星齿轮519然后驱动输出托架522以比转子540低的速度但比转子540高的转矩绕中心轴线543旋转。然后，输出托架522驱动连接凸缘526以旋转。
现在转到图12，本发明的另一实施方式示出了适合于在汽车上使用的动力轮。为了简洁起见，这里将仅描述与参考前面附图所描述的不同的电动机的部件。图12所示的动力轮与图9-10不同。图12中的动力轮采用齿轮减速机构在转子内的设计，与图1-8所示类似。图12中的动力轮中的电动机具有与图4中最相似的结构，其使用位于转子内的行星齿轮系统来降低电动机的输出速度由于驱动车辆所需的电池容量并要求期望的续航力，没有将电池模块放置在电动机壳体616和轮毂壳体605之间。而是，用于驱动车辆的电池模块位于车辆框架(未示出)中的不同位置。在轴610的一端附近，具有沿着径向向外的方向延伸的延伸部621，其形成在轮毂壳体605上。延伸部621适于与盘式制动器623接合以执行制动动作。整个轮毂603容纳在由车轮装饰件697形成的空间中，并通过多个螺钉665可拆卸地固定在该空间上。在车轮装饰件697的圆周表面上覆盖有轮胎601。
因此，完整地描述了本发明的示例性实施方式。虽然描述涉及特定实施方式，但是对于本领域技术人员来说，本发明可以通过这些具体细节的变化来实现。因此，本发明不应被解释为限于本文所阐述的实施方式。
虽然已经在附图和前面的描述中详细地示出和描述了本发明，但是将其视为是说明性的而不是限制性的，应当理解，仅示出和描述了示例性实施方式并且不以任何方式限制本发明的范围。可以理解，本文所描述的任何特征可以与任何实施方式一起使用。说明性实施方式并不排除彼此或本文中未叙述的其他实施方式。因此，本发明还提供包括上述一个或多个说明性实施方式的组合的实施方式。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行本发明的修改和变化，因此，只应由所附权利要求书指出限制。
例如，如图1-8所示的动力轮制成标准自行车车轮尺寸。然而，很明显，对于其他类型的车辆，根据本发明的动力轮也可以制成其他尺寸，例如具有不同的半径和宽度(当沿径向观察时)。特别地，动力轮毂的壳体可以设计成具有更大的半径和/或宽度，因此提供更多或更少的用于容纳电池单元的内部空间。
在本发明的一个变型中，安装动力轮的自行车不具有用于使用脚踏力来驱动车轮的链轮和链条系统。而是，发电机联接到踏板，使得骑自行车者的踏板动作使发电机产生电力。然后将电力传送到电池模块以对电池模块进行再充电。同时，踏板与能够根据踏板的力、速度、转矩等对动力轮控制器产生控制命令的传感器连接。然后可以根据骑自行车者的踏板动作产生的命令来控制动力轮。
在上述优选实施方式中，动力轮安装在自行车上。毫无疑问，动力轮也可以用于其他类型的车辆以实现自驱动，例如独轮车，自行车，三轮车或四轮车。