高性能自行车的重量是决定性能的严格特征。重量越轻，自行车 加速越快，越容易维持高速，上坡越容易，并且越易于操纵。因此使 用最轻的材料和设计来实现这些性能目标。
现代高性能自行车设计的最流行材料是碳纤维强化环氧树脂 (CFE)，原因是CFE在任何实际可负担的材料中具有最高的强度重 量比。因此CFE能生产出具有优秀的刚度的重量非常轻的自行车轮， 并且提供了审美上令人满意的形状。CFE的模制结构可以展现出平 滑、光滑的形状，从而减小它们的气动阻力，使之更高效地穿过空气。
决定自行车效率的主要因素是车轮。车轮呈现大的前方面积，因 此是气动阻力的主要成因。车轮恒定旋转，这添加了独一无二的空气 动力学效果。另外，轮辐显著增加了气动阻力。而且由于有两个轮子， 这两个轮子也显著增大了自行车的总重量。
自行车轮的另一个重要因素是硬度。自行车受到由轮辐传递的径 向负荷的作用。车轮必须足够坚硬以抵抗这些负荷，同时不是太坚硬 而导致驾乘不舒适。在一定的情况下，优选地具有坚硬的轮子，例如 公路自行车。在其它情况下，优选地具有柔性的轮子，例如山地自行 车。很难在单一技术或设计中实现这两者。
侧向或横向负荷也作用在自行车轮上。这可能是骑车人以高速转 弯时造成的，或者是通过在踏板上引入高负荷、同时利用车把抵消该 扭矩而造成的。在抵抗这些侧向负荷时轮子越坚硬，自行车的响应将 越灵敏，并且考虑到更大的加速度和改进的操作，将反应越迅速。
自行车轮的另一重要因素是强度。在自行车轮上引入多种负荷。 有因高速转弯产生的离心力。有由于碰撞诸如路面上的坑洞或离开路 面的石头这样的大物体而产生的冲击力。有在粗糙路面上行驶而由于 “路面嗡嗡叫(road buzz)”产生的振动。因此车轮必须经受住多种 负荷情况。
最后，自行车轮是最可见部件中的一种，并且能对自行车的质量 和预期性能起到效果。具有高科技样子的车轮能极大地增加自行车的 可感知价值，这在碳自行车车架的价格可以是几千美元时非常重要。
过去三十年的现代自行车轮变革主要集中在重量轻以及空气动力 学上。因此已经有许多包括碳纤维复合材料的设计。这些设计可以划 分为两种类型：1)使用传统轮辐的复合轮圈；2)复合轮圈与复合轮 辐相结合。
初始设计尝试制造一种将轮圈部分与轮辐部分模制到一起的一件 式复合车轮。授予Lewis的美国专利No.4930843公开了一种带有中空 复合轮圈和中空复合轮辐的轮子。Lewis描述了与传统金属轮子相比 重量减轻，并且由于有翼形的轮辐，具有空气动力学优点。虽然这样 产生了重量非常轻的设计，但具有由单个复合管子构建的中空轮辐使 轮子易于因为管子的壁薄而压缩弯曲。
授予Tsai的美国专利No.4995675描述了一种带有复合轮辐以及 中空复合轮圈的复合轮子，该复合轮辐具有泡沫芯。轮辐中的泡沫芯 能增大对弯曲负荷的抵抗能力。但是泡沫芯的硬度及由此其重量对于 抵抗该负荷将肯定是重要的。
另一针对带轮辐的复合轮子的设计记载于授予Arrendondo的美 国专利No.5246275，该专利描述了用于实现重量和硬度效率的中空复 合整体式结构。该设计使用具有大横截面宽度的中空单根管子的轮辐， 由于侧壁薄，使这些轮辐易于出现弯曲失效。
有几种使用复合材料只制造轮圈部分的设计。授予Hed和Haug 的美国专利No.5061013描述了一种针对实心盘式轮子的可选设计，其 中轮子的轮圈具有更大的径向尺寸并且与传统的轮辐附连。由于带有 实心轮盘，这一设计具有低气动阻力的优点，但易受侧风负荷的影响。 该No.5061013设计陈述了优先选择复合材料来实现轻重量，并且使用 单根管子的设计。为了附连轮辐，必须在内轮圈表面沿着径向钻出孔 洞。另外，必须在外轮圈表面处在相应的位置上钻出更大的孔洞，从 而容纳一个工具来调整所述轮辐。具有两个彼此紧靠近的钻孔，这产 生大的应力集中。
在授予Martin等人的美国专利No.5249846中描述了另一种复合 轮圈设计，该专利公开了一种包括至少两个相邻盒状结构的复合轮圈， 每个盒状结构带有一个泡沫芯，之间有一共用壁。该设计的目的是制 造重量轻并且牢固的轮圈。该设计需要钻孔以附连轮辐，并且因为减 阻(fairing)部分太薄弱不能支撑这样的负荷，因此将轮辐附连到轮 圈盒的更厚、更牢固的壁上。
在授予Sargent的美国专利No.5975645中描述了另一种复合轮圈 设计，该专利公开了一种带有轮胎接合圈部分以及在该轮胎接合圈部 分的内侧的另一主体部分的轮圈，该另一主体部分带有球根形的侧壁， 该侧壁设计成挠性的以吸收振动和冲击负荷。轮辐连接到轮圈的最内 侧部分上，由于当轮辐施加更多的拉伸负荷时侧壁将弯曲，因此所述 侧壁的挠性实现了吸震。因此，该设计由于存在这些挠曲而感觉反应 迟钝。另外，必须在轮圈的内侧部分上钻孔以附连轮辐，也必须在轮 圈的外侧部分上钻孔以接触到和调整轮辐。
将复合材料用于车轮给出了重量轻以及空气动力学的优点。到此 为止，轮子的设计可以划分为两种基本类型？使用传统薄断面轮辐的 复合轮圈，以及轮辐数量更少、横截面更大并且被一体化到复合轮子 结构中的复合轮子。复合材料在设计轮圈时对于金属是具有吸引力的 选择，所述轮圈必须轻、坚硬、牢固、有弹性并且符合空气动力学。 在本文中描述的轮圈是靠近外周边的轮子的一部分，其需要附连到轮 毂上的附连装置。最常见的这种装置是传统的金属轮辐。包括高强度 铝和重量轻的纤维的其它轮辐材料，诸如PBO(聚苯撑苯并二噁唑， Polyphenylene benzobisoxazole)。
对于所有的轮辐，必须有用来在轮圈和轮毂之间附连轮辐的装置。 为了附连到一传统的轮圈部分上，所述轮圈必须在两个位置上被钻孔 来实现。首先，轮圈在径向方向上的最内侧表面被钻孔以容纳轮辐的 柄。第二，在沿着相同径向方向的轮圈的最外侧表面上钻更大的孔洞， 从而为保持所述轮辐的螺母提供外部的通路，其中通常所述轮胎位于 所述最外侧表面上。这对于调整轮辐的张力是必需的。
钻孔会显著弱化结构。在使用复合材料的情况下，每当钻出一个 孔时，加强纤维被截断。例如，对于典型的高性能自行车轮，有32 根轮辐意味着有32个小孔洞，并且在轮圈结构中钻32个大孔洞。另 外，这些孔洞被钻在内侧和外侧表面上。这显著弱化了结构并且使之 更易失效。

存在对改进车辆设计的持续需求。在这点上，本发明基本满足了 这一需求。
本发明涉及一种轮子结构，该结构利用多根复合预浸料坯 (prepreg)材料的管子构建，所述材料被模制成自行车轮的不同部分， 诸如轮圈和轮辐部分，其中在沿着共用内部壁模制的过程中，相邻的 管子被结合到一起，即熔接。与现有技术相比，利用这种多管设计形 成轮圈和/或轮辐提供了定制的硬度、增强的强度、更好的减震性能、 更好的抗疲劳性能、更好的舒适性、改进的空气动力学性能、改进的 轮辐附连装置以及改进的美感。
考虑到在现有的公知设计和结构的公知类型的自行车复合车辆中 固有的上述共性，复合本发明提供了一种改进的轮子系统。
因此更广泛的概括出本发明的更重要的特征，以便随后的详细描 述更好理解，并且以便更容易明了本发明对本领域的贡献。当然后面 将对本发明的另外的特征进行描述，其将成为所附权利要求的主题。
在这方面，在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应该明白， 本发明不局限于在下述说明或图示中阐述的组件的布置以及构成细节 的应用。本发明能够有其它实施例并且能够以不同的方式加以实践和 实施。而且，应该明白，这里使用的措辞和术语是出于描述的目的， 不应该看成是限制。同样地，本领域的技术人员将明白，本公开所基 于的原理可以易于用作用于实现本发明的几个目的的其它结构、方法 和系统的设计基础。因此重要的是，权利要求书视为包括不脱离本发 明精神和范围的的等同构造。
用来生产每个轮子组件的制造工艺非常类似，将在下文更详细地 介绍。基础工艺是使用诸如碳纤维/环氧树脂的被卷成管子的材料。所 述管子利用单向纤维板层制成，其中所述板层基于所需的特性以预定 角度被定向。聚合物囊被插入所述管内，组件被塞入一个模具中。在 印压机中加热所述模具，并施加空气压力以使管子充气，以便产生内 部压力并且膨胀和填满模具的空腔，同时使层压板层压实。
本发明提供了一种可以容易地高效地制造的新的改进轮子系统。
本发明提供了一种具有耐久可靠的结构的新的改进轮子系统。
本发明提供了一种容许针对材料和工作量低成本制造的新的改进 轮子系统。
本发明提供了一种能为轮子的不同部分提供特定硬度和弹性结合 的新的改进轮子系统。
本发明提供了一种具有优越的强度和抗疲劳性能的新的改进轮子 系统。
本发明提供了一种具有改进空气动力学性能的新的改进轮子系 统。
本发明提供了一种具有改进的振动阻尼特性的新的改进轮子系 统。
本发明提供了一种具有改进的减震特性的新的改进轮子系统。
本发明提供了一种免除用来附连轮辐的钻孔的新的改进轮子系 统。
本发明提供了一种具有独特外观和改进美感的新的改进轮子系 统。
最后，本发明提供了一种利用多管设计制成的新的改进轮子系统， 其中所述管子沿着大部分长度被熔接到一起，在选定的位置相互分离 以形成用作双相对拱形结构的孔，提供了调整硬度和弹性、以及增强 强度、空气动力学性能和轮辐附连的改进装置。本发明应用于轮圈和 轮辐腿部分。
附图说明
为了更好地理解本发明、其操作优点以及使用本发明实现的特定 目的，应参照附图以及解释优选实施例的描述内容。
图1是根据本发明的一实施例构建的浅断面轮圈的侧视图。
图1A-1B是分别沿着线1A-1A和1B-1B截取的图1所示轮圈的 横截面图。
图1C是类似于图1B的一替代实施例的视图。
图2是根据本发明的一实施例构建的深断面轮圈的侧视图。
图2A-2B是分别穿过图2的线2A-2A和2B-2B截取的轮圈的两 管子结构的横截面图。
图2C-2D是类似于图2A和2B的一个替代的两管子结构的横截 面图。
图2E-2F是分别类似于图2A和2B的一个轮圈的三管子结构的横 截面图。
图2G-2H是分别类似于图2A和2B的一个轮圈的四管子结构的 横截面图。
图3是根据本发明的一可选实施例的深断面轮圈的侧视图。
图3A-3B是分别穿过线3A-3A和3B-3B截取的图3所示轮圈的 三管子结构的横截面图。
图3C-3D是类似于图3A和3B的一个轮圈的两管子结构的横截 面图。
图4是根据本发明的另一可选实施例的深断面轮圈的侧视图。
图4A是穿过图4的线4A-4A截取的轮圈的三管子结构的横截面 图。
图4B-4C分别是穿过线4B-4B和4C-4C截取的所述轮圈的一可 选的三管子结构的横截面图。
图4D是类似于图4C的轮圈的替代实施例的截面图。
图4E是本发明的另一可选实施例的侧视图。
图4F是沿着线4F-4F方向截取的图4E所示轮子系统的横截面 图。
图4G是沿着线4G-4G方向截取的图4E所示轮毂的横截面图。
图5是本发明的轮辐式轮子设计的实施例的侧视图。
图5A是用于制造图5所示轮子的优选管子布置的侧视图。
图5B-5E分别是穿过线5B-5B至5E-5E截取的图5所示轮子的横 截面图。
图5F是示出可选轮辐腿设计的侧视图。
图5G是示出可选轮辐腿设计的另一侧视图。
图5H是示出可选四根轮辐腿设计的侧视图。
图5I是示出定位以构建图5H所示轮子的预浸料坯管子的侧视 图。
图5J是示出可选轮辐腿设计的侧视图。
图6是示出可选轮辐式轮子设计的侧视图。
图6A穿过线6A-6A截取的图6所示轮子的横截面图。
图6B是另一可选轮辐式轮子设计的侧视图。
图6C是示出定位以构建图6B所示轮子的预浸料坯管子的侧视 图。
图6D和6E是示出图6B所示轮子的可选结构的横截面图。

与现有技术相比，本发明设计用来提供适合的硬度、更大的冲击 强度、更好的减震性能、更好的抗疲劳性能、更好的空气动力学效果、 更小的振动、更好的舒适性以及增强的美感。
根据本发明的轮子系统基本脱离现有技术的传统理念和设计，为 此提供了一种装置，主要是出于在增强硬度、强度、减震性能、空气 动力学性能以及改善外观的同时保持轻重量的目的而开发该装置。这 些优点的结合在以往的轮子设计中从未实现过。
本发明使用多根管子，这些管子可以在局部区域定位和分离以在 不同的位置形成孔，从而产生独一无二的性能优势以及独一无二的审 美外观。
利用多根管子来设计轮子具有多种优点。首先，在管子之间形成 共用壁以便产生一内部结构来硬化和强化轮子部分，例如轮圈或模制 的轮辐腿。因此，可以设计出更细的断面结构。另外，由于内部的壁 抵抗对于复合材料来说常见的翘曲失效状况，因此可以使用带有更薄 的壁的结构。
与使用传统轮辐的轮圈类型的设计相比，多管设计可以不用在轮 圈中钻孔。例如，可以利用两根管子来设计轮圈部分，这两根管子在 局部区域分离以形成设计用来支撑轮辐附件的孔或“端口”。这样产 生了甚至比传统的轮圈设计更强的结构。这给出了改变轮圈的形状的 一种选择，例如重量更轻的更薄断面的轮圈。
多根管子的设计可以在多种位置和方向上制出端口以产生独一无 二的性能优点。例如，位于轮圈和/或轮辐腿上的轴线平行于轮子轴线 的端口能产生具有更具柔性的径向硬度来吸收冲击并提供更好的驾乘 舒适性。
另一个在轮圈中产生轴线平行于轮子轴线的端口的选择为传统的 轮辐附件提供了支撑装置。这可以利用下面更详细讨论的多种设计来 实现。
具有位于轮圈和/或轮辐腿中、轴线平行于轮子轴线的端口的轮子 还具有空气动力学优点。所述端口允许侧风更容易地通过轮子，并且 不影响自行车的稳定性。这允许使用更深的轮圈设计和/或更宽的轮辐 腿，以便进一步减小轮子的气动阻力。另一种空气动力学设计选择是 在轮辐腿中使端口定向成与轮子旋转的切线方向共线以便减小气动阻 力。
如果需要更大的振动阻尼，可以以特定的角度使端口定向和成形， 并且利用诸如芳族聚酸胺纤维或液晶聚合物的纤维构建该端口。当端 口因轮圈或轮辐腿挠曲而变形时，可以利用这些粘弹性材料来控制端 口的形状恢复，这将增大振动阻尼。增大振动阻尼的另一种方式是将 高弹性材料插入端口中。
利用复合材料进行模制的方法有利于在一个结构中使用多根管 子，尽管能使用金属管制造。生产复合管的最常见的方法是以公知为 “预浸料坯”的板片形式的原料开始，所述预浸料坯是利用诸如环氧 树脂的热固树脂浸渍的加强纤维。所述树脂是在施加热量和压力时易 于固化(cure)的“B阶段”液体形式。
所述纤维可以象织物一样被编织，或者单自由度，并且是多种多 样的高性能强化纤维，诸如碳、芳族聚酸胺、或者玻璃等。预浸料坯 材料通常是连续的一卷，或者是产生更短的板片长度段的鼓缠绕式的。 预浸料坯以不同的角度被切割以获得正确的纤维定向，并且这些条带 被典型地重叠和定位成允许它们卷成管子的“搁置(lay-up)”状态。 将聚合物囊插入到预浸料坯管子中间并且用来产生内部压力以使板层 在加热时固结。将由预浸料坯管和聚合物囊组成的预模制组件定位到 模具腔中，并将空气配件附连到该囊上。在被加热的印压机中挤压所 述模具，并且在所述囊内部施加空气压力。当模具中的温度上升时， 随着囊膨胀而强迫多余的树脂向外流动，环氧树脂的粘度下降，导致 固结部分。
利用多根预浸料坯管子生产管状部分需要稍微更多的工作量，并 且用于每根管子的空气压力配件也更多。例如，当使用两根预浸料坯 管子模制相同的管状部分时，每根管子应该近似为单根管子的一半尺 寸，每根管子应该具有它自己的内部囊、空气配件和空气压力供给线。 用于压紧模具的工艺非常相似，除了将两根管子压紧到模具中并且附 连两个空气配件以外。要对每根管子的位置加以注意，从而管子之间 的内壁是正确定向的。每根管子的空气压力应该同时施加以保持每根 管子以及其间形成的壁的尺寸和位置。当所述模具被加热，并且环氧 树脂流动，管子膨胀时，它们将彼此压靠形成内壁，该内壁将很好地 固结。
另外重要的考虑是空气插入装置的位置。每根管子需要内部空气 压力以便使板层膨胀和固结。这能利用几种不同的策略来实现。
当模制轮圈部分时，空气插入区域将导致形成轮圈壁中的孔洞。 该孔洞也可以用作用于气胎的阀杆的孔洞。如果用多根管子形成所述 轮圈，每个插入孔洞将需要围绕轮圈的周边等距隔开，以便平衡重量 的分布。
当模制一个独立的轮辐腿部分时，空气插入件将优选地位于轮辐 腿的各端部上。轮辐腿将被作为单个结构模制，并且空气插入件所在 的每个端部将被裁剪以保留一个开口端，一个配件将被结合到该开口 端中以与轮毂或轮圈附连。
当模制与轮圈部分一体的轮辐腿部分时，形成部分轮圈的管子也 将形成部分轮辐腿，并且空气插入件的位置将优选地位于上述轮圈壁 上。
模制管状部分的内壁相当大程度地增强了管状部分的结构特性。 在弯曲或者扭转挠曲的过程中，管状部分的形状更好地被维持，消除 了横截面的变形。为了获得多薄的壁能应用于轻重量的复合自行车轮 的预期，常见地是能通过简单地用手挤压轮子壁来使一些轻重量的复 合自行车轮变形。由于当管子受到弯曲和扭曲时，发生最小的变形， 因此利用内部壁，管状部分的整体性得到保持，得到一更硬更强的结 构。
因此，利用多管模制的结构不需要泡沫芯。
在使用浅深度轮圈的第一个示例中，图1示出了复合轮圈10的侧 视图，轮辐11附连到轮圈10上并且与轮毂14相连。图1A示出了沿 着图1的线1A-1A截取的轮圈10的横截面。这里，两根管子2和3 并排定位并且用来模制轮圈10。共用壁4在于轮子的平面中定向的所 述管子之间形成，提供了最大的平面内硬度以便抵抗轮辐的张力。
图1B示出沿着线2B-2B截取的轮辐附件的区域中轮圈10的横截 面。这里，两根管子2和3分离以形成孔5，该孔5具有靠近轮圈的 外表面6的较大直径和在轮圈内表面7处的较小直径。这两个直径在 该孔中的转换处是一支撑轮辐螺母9的台肩8。利用这一设计，由于 孔5被模制到轮圈结构10中，没有纤维结构被切断。螺母9在表面8 上自由转动以利于调节轮辐11的张力。
图1C示出了以角度“a”模制孔5来提供朝向轮毂14的轮辐11 的直线方向。这样更均衡地将螺母9的压力分布在台肩8上，并且便 于从外部接触到轮辐螺母9。由于轮辐被典型地在相对侧交替地附连 到轮毂上，在如图1C所示的孔5的任一侧的轮辐孔可以在相对方向 上成角度，但是，轮辐可以以任意角度导出(包括笔直向下)，并且 模制或者钻出的孔洞将会容纳该轮辐。
轮圈设计的另一示例是针对图2所示的深轮圈设计。轮圈16具有 比浅轮圈10大很多的直径尺寸以便提供更小的气动阻力。因此，轮辐 18的长度比轮辐12的长度短相应的距离。
图2A是沿着图2的线2A-2A截取的轮圈16的横截面，并且图 2A示出了两根管子19和20以与轮圈10类似的方式并排的位置。共 用壁21在所述管子之间形成。
图2B示出了在轮辐附件的区域中沿着图2的线2B-2B截取的轮 圈16的横截面。这里，两根管子19和20分离以形成孔22，该孔22 具有靠近轮圈外表面23的较大直径和在轮圈内表面27处的较小直径。 在所述孔内这两个直径的转换处是一支撑轮辐螺母9的台肩24。与前 述示例一样，由于孔22被模制到轮圈结构16中，没有纤维结构被切 断。螺母9在表面24上自由转动以便便于调整轮辐18的张力。
与图1C的情况一样，孔22被以角度“a”模制，以便提供朝向 轮毂14的轮辐18的直线方向。这样使螺母9的压力在台肩24上更均 衡地分布，并且便于从外部接触到轮辐螺母9。
在图2A-2B中，管子之间的共用内壁位于轮圈的中心平面“P” 中。图2C-2D示出了使用彼此向内向外定位的两根管子的图2中轮圈 16的可选设计。管子28靠近外表面31定位，管子29朝向内表面32 定位。因此，在该实施例中，内部共用壁30垂直于轮圈的所述中心平 面定向。该设计将共用壁30定位和定向成支撑更易挠曲的长侧面33 和34。
图2D示出了在轮辐配件区域中的图2C所示的可选设计。这里需 要在外表面31处钻出孔35，在共用壁30处钻出孔37，在内表面32 处钻出孔38。
图2E-2F示出了图2的轮圈16的另一替代设计。图2E示出了在 图2的位置2A-2A处远离轮辐附件的区域中的轮圈16的横截面。该 替代设计使用3根管，较大的管子39位于外表面44附近。两根较小 的管子40和41并排位于内表面45附近。共用壁42在较大的管子39 与两根较小的管子40和41之间形成。共用壁43在较小的管子40和 41之间形成。
图2F示出了在图2的位置2B-2B处在轮辐附件区域中的图2E所 示设计的横截面。在该设计中，两根较小的管子40和41分离以形成 靠近轮圈的内表面49的孔46。较大的管子39被钻孔以形成靠近外表 面44的孔45，该孔45与孔46连通。
图2G和2H示出了图2中的轮圈16的另一可选设计。图2G示 出了在图2的位置2A-2A处的轮圈16的横截面。该替代设计使用4 根管子，两根管子39和50在外表面44附近并排定位，两根较小的管 子40和41在内表面45附近并排定位。共用壁51在两根外侧的管子 39和50之间形成。共用壁42在外侧的管子39和内侧的管子40之间 形成。共用壁51在外侧的管子50与内侧的管子41之间形成。共用壁 43在两根内侧的管子40和41之间形成。
图2H示出了在图2的位置2B-2B处在轮辐附件区域中图2G所 示设计的横截面，轮辐18和螺母9为清楚起见加以省略。在该设计中， 两根更小的管子40和41分离以形成靠近内表面45的孔54。两根较 大的管子39和50分离以形成靠近外表面44的孔53。孔53的直径大 于孔54，产生台肩24以支撑轮辐18的螺母9。
轮圈设计的另一示例是针对图3所示的更深的轮圈。在该轮圈16a 中，孔55被制成轴线垂直于轮圈16的中心平面，允许交叉绕行穿过 轮子。在该特殊设计中，孔55间隔开以便每个孔55提供支撑轮辐18 的手段。
图3A-3C是图3所示轮圈16的横截面图。图3A是沿着图3的 3A-3A截取的轮圈16的横截面。该可选设计使用3根管子，较大的管 子39靠近外表面44定位。两根较小的管子40和41靠近内表面45 并排定位。共用壁42在较大的管子39与两根较小的管子40和41之 间形成。共用壁43在较小的管子40和41之间形成。
图3B示出了沿着图3的线3B-3B截取的轮圈16a的横截面图。 径向外侧的管子39与两根内侧的管子40和41分离以形成孔55。管 子40和41分离以靠近内表面45形成沿着径向方向定向的孔46。孔 46被设计成具有足够的大小以容纳轮辐18，但足够小以便形成用于轮 辐螺母9的承座和支承表面。孔55足够大以从外部接触到所述轮辐 18和轮辐螺母9。一种选择是将轮辐设计成在该位置具有装饰附连装 置，并且将张力调节装置转移到靠近轮子的轮毂的区域。
与图1C的情况一样，孔46可以被以角度“a”模制以提供朝向 轮毂14的轮辐18的直线方向。这样使螺母9的压力在台肩30上更均 衡地分布，并且便于接触到轮辐螺母9。
图3C-3D示出了使用彼此向内向外定位的两根管子的轮圈16b的 一可选设计。图3C是在图3中的位置3A-3A处的轮圈16b的横截面。 管子28在外表面31附近定位，管子29朝向内表面32定位。这一设 计使共用壁30垂直于轮圈的中心平面定位和定向，从而支撑更易于挠 曲的长侧边33和34。图3D是在轮辐附件区域中在图3的位置3B-3B 处的轮圈16b的横截面。管子28于管子29分离以形成孔55。管子29 被钻孔以形成中心线沿着径向定向的孔37和38。孔37和38被设计 成具有足够的大小来容纳轮辐18并且支撑轮辐螺母9。孔55足够大 以提供通向轮辐18和轮辐螺母9的通道。一种选择是将轮辐设计成在 该位置具有装饰附连装置并且将张力调整装置转移到轮子的轮毂附近 的区域。即使在该示例中不需要钻孔，也穿过管子29形成孔，该孔相 比于管子28以及共用壁30是较小的结构。
与图1C的情况一样，孔37和38可以被以角度“a”定向以提供 朝向轮毂14的轮辐18的直线方向。这样使螺母9的压力在台肩30 上更均衡地分布，并且便于接触到轮辐螺母9。
在图4中示出了带有孔的深轮圈设计的另一示例。如图3所示， 孔55在轮圈16c中形成，孔55的轴线垂直于轮圈16c的中心平面， 允许交叉绕行穿过轮子。在该特殊设计中，孔55太大，因此用来为轮 辐18提供附连装置的数量不足。另外的较小的孔57设置用于其它的 轮辐18’。
与图3的情况一样，该可选设计使用三根管子。在位置4B-4B(孔 55之间)和4C-4C处(穿过所述孔)的横截面与图3A和3B所示的 分别相同。参见图3A和3B，较大的管子39靠近外表面44定位，两 根较小的管子40和41靠近内表面45定位。在除孔55和57以外的位 置处，共用壁42在较大的管子39与两根较小的管子40和41之间形 成，共用壁43在较小的管子40和41之间形成(见图3A)。
与图3B的情况相同，孔55足够大以从外部接触到所述轮辐18 和轮辐螺母9。一种选择是将轮辐设计成在该位置具有装饰附连装置， 并且将张力调节装置转移到靠近轮子的轮毂的区域。图4A是沿着图4 的线4A-4A截取的轮圈16的横截面图。在这一情况下，孔57比孔55 小很多，并且首要用于连接轮辐18’。管子39与结合的管子40和41 分离以形成孔55。管子40和41分离以靠近内表面45形成沿着径向 定向的孔46。孔46被设计成具有足够的大小以容纳轮辐18’并且支承 轮辐螺母9。孔57足够大以从外部接触到所述轮辐18’和轮辐螺母9。 一种选择是将轮辐设计成在该位置具有装饰附连装置，并且将张力调 节装置转移到靠近轮子的轮毂的区域。图4B-4C是如图4所示轮圈16 的可选设计。图4B示出了沿着图4的线4B-4B截取的横截面。在该 示例中，3根管子以径向方式定位。管子58是最外侧的管子，管子60 是最内侧的管子，管子59位于中间。
图4C示出了在轮辐附件区域中沿着图4的线4C-4C截取的横截 面。这里，管子58与结合的管子59和62分离以形成孔55。管子59 和62被钻孔以靠近顶表面44形成孔63，穿过共用壁62形成孔64， 靠近内表面45形成孔65。孔63、64和65具有足够的直径以容纳轮 辐18，此外足够小以支撑轮辐螺母9。图4D是在图4的位置4A-4A 处的一替代实施例的横截面图。该图示出了靠近较小的孔57的轮辐附 件。这里，管子58和59相结合并且与管子62分离以形成孔57。管 子62被钻孔以在外表面67上形成孔65，在内表面45上形成孔67。 孔65和66沿着径向被定向，并且足够大以容纳轮辐18’，此外足够 小以支撑螺母9。
在图4E中示出了带有孔的轮圈设计的另一示例。在该轮圈16’ 中，孔55’被制成其轴线垂直于轮圈16’的中心平面，允许交叉绕行以 穿过所述轮子。在该特殊设计中，孔55’被成形和定位以允许一挠性 张力部件18”将轮圈16’固定到轮毂14’上。该挠性张力部件18”用作 轮辐并且在张力下将轮毂14’固定在轮圈16’的中心。典型的挠性张力 部件18”优选的长度是开始于轮毂14’，穿插通过一个孔55’，沿着轮 圈16’的壁延续到相邻的孔55’，穿插通过该孔55’并返回到轮毂14’。
轮圈16’由两根管子形成，在孔55’之间的区域中的横截面类似于 图3C。
图4F示出了沿着图4E的线4F-4F截取的轮圈16’的横截面。管 子28’与管子29’分离以形成孔55’。管子28’与管子29’分离以形成孔 55’。挠性张力部件18”如图所示穿过孔55’。在离开一个孔55’之后， 所述张力部件18”沿着轮圈16’的侧面“S”延伸，然后在返回到轮毂 14’之前穿过下一个所述孔。如图4E所示，张力部件18”交替地抵靠 轮圈的相对侧。
图4G示出了沿着图4E中的线4G-4G截取的轮毂14’的横截面图。 轮毂14’具有垂直于轮毂14’的凸缘26’，该凸缘用来支撑挠性张力部 件18”的端部和张力调节螺母9’。这样提供了用来将挠性张力部件 18”附连到轮毂14’上的装置并且提供了调整张力的装置以便使轮毂 14’相对于轮圈16’对中。
在图4E中，张力部件18”可以在轮毂和轮圈之间延伸，其相对 端部被紧固到轮毂14’上，例如以图4G中所示的方式。可选地，张力 部件可以多于一次地延伸到轮毂或者从轮毂开始延伸。在这样的情况 下，张力部件可以在之间的端部中缠绕轮毂上的一个适合的承载表面 或者多个这样的表面。上面详细的描述讨论了利用小断面轮辐设计附 连到轮毂上的轮圈型轮子。其它类型的复合轮子是一件式的“硬壳式 结构(monocoque)”或者是将轮圈和轮辐结合到一起的一件式轮子。
图5示出了带有模制到外轮圈82上的三条轮辐腿80的复合轮子 70。该轮子用四根管子构成并设置成每根轮辐腿80与轮圈82具有双 管，内部的加强壁83垂直于轮圈的中心平面。
图5A示出了在模制之前可以用于构建轮子70的4根管子的布局。 管子73、74和75用来构建轮辐80以及轮圈76的内部。例如，管子 73定位在轮圈76的最内侧的表面上，并且沿着轮辐腿80的相邻壁延 伸。存在用于管子74和75的类似布置。管子76定位在轮圈82的外 表面上并且围绕整个周边是连续的。
图5B是沿着图5的线5B-5B截取的轮圈82的横截面图。管子76 位于外表面86附近，管子73位于内表面87附近。在其间形成共用壁 85。
图5C是沿着图5的线5C-5C截取的轮圈82的横截面图。这里管 子76与管子73分离以形成孔78。
图5D是沿着图5的线5D-5D截取的轮辐腿80的横截面图。轮辐 腿80的横截面在形状上符合空气动力学，并排布置的管子73和管子 75形成共用壁79。因为共用壁79为轮辐腿80的薄壁提供了中间跨越 支撑，因此这样是对管子极好的布置。
图5E是沿着图5的线5E-5E截取的轮辐腿80的横截面图。这里， 管子73与管子75分离以形成孔71。孔71的尺寸、形状和间距可以 根据所需的设计而不同。
如果需要，图5所示的复合轮子70可以有多于3个的轮辐。每个 轮辐腿的宽度、厚度和横截面形状可以变化。每个孔的尺寸、形状和 数目可以依据所需设计和所需性能而变化。
图5F示出了可能带有本发明的3个其它的轮辐腿设计。轮辐腿 86是带有两个大椭圆形的孔89的更宽的直腿。轮辐腿87是带有遵循 大圆形孔90的外部形状的仿形腿。轮辐腿88是遵循大的单个孔91 的仿形轮辐腿。
图5G示出了使用本发明的轮子设计的另一些选择。轮辐腿92具 有凹的外轮廓，靠近轮毂和轮圈的宽度更宽，带有不同直径的圆形孔 95。轮辐腿93图示了一种锥形的轮辐腿，靠近轮圈的宽度更宽，带有 变化尺寸的卵形的孔96。轮辐腿94是利用3根管子构成的，圆形孔 97的交错阵列在这3根管子之间定位。
在图5H中可以看到本发明的多种应用的另一个示例。复合轮子 120如图所示带有4根轮辐腿121，每个轮辐腿具有大卵形孔122。具 有偶数个轮辐腿的轮子有利于使用单根预浸料坯管子(prepreg tube) 来制造轮子。图51示出线124，该线124示出了该预浸料坯管子将怎 样被定位在模具中。以这种方式使预浸料坯管子进行定位在每个轮辐 腿121处产生了一双管，并且为外侧轮圈123产生一单管。
可以在图5J中看到本发明的多种应用的再一示例。复合轮子70’ 如图所示带有多根轮辐腿80’，每个轮辐腿具有大卵形开口或“端口” 71’，这些开口或端口的轴线垂直于中心平面(或者以任何其它所需角 度)定向。每个轮辐腿80’具有更小的尺寸。轮辐腿80’可以是任何尺 寸和数量，端口71’与其成比例。
可以在图5J中看到另一可选轮辐设计。轮辐腿80”具有非常小的 横截面尺寸，并且以与传统轮辐腿更相象的非刚性方式附连到轮圈70’ 与轮毂14”上。轮辐腿80”具有与轮辐腿80”的尺寸成比例的孔71”。 该轮辐腿可以具有变化尺寸的任意数量的孔，包括轮辐腿80所示没 有孔的情况。
能使用带有碳轮辐腿的铝制轮圈。该轮辐腿可以被刚性附连以产 生整体的轮子结构，或者可以以与传统轮辐腿更相象的非刚性方式附 连。
所有带有模制轮辐腿的前述设计可以具有任意数量的孔，包括0 个孔的选择。
可应用多根管设计的设计数量不受限制。可以相当大程度地改变 轮子的刚性和弹性方面的性能，以及空气动力学和美学方面的性能。
上述例子描述了轴线横穿轮子平面定向的孔。也能将孔的轴线定 向成近似平行于轮子的平面。图6示出了根据本发明的原理制造的复 合轮子98，带有外轮圈99和模制的轮辐腿100。该轮子可以依据所需 的性能以几种不同的方式构建。
在图6A中示出了一个可选设计，图6A是沿着图6的线6A-6A 截取的横截面图。这里可以看到带有用于容纳轮胎的外表面101的轮 辐腿100以及轮毂102。使用单根管子103构建轮圈部分99。轮辐腿 100是用管子104和105构建而成，所述管子104和105分离以形成 孔106和107。
在图6B中示出了另一可选设计，图6B是带有四根轮辐腿131的 轮子130的平面图。每根轮辐腿具有单个大孔132。与上述示例相同， 具有偶数个轮辐腿的轮子有利于使用单个预浸料坯管子(prepreg tube)来制造轮子。
图6C示出线134，该线134示出了该预浸料坯管子将怎样被定位 在模具中。在轮子的12点位置开始，管子的第一部分“R”沿着上垂 直轮辐131的右手侧垂直向下延伸，穿过轮毂区域，沿着下垂直轮辐 的右手侧继续垂直向下，直至到达轮圈133。在顺时针延伸围绕轮圈 圆周的1/4，即从6点位置延伸到3点位置之后，管子131的第二部分 “LO”沿着两个水平轮辐的下侧延伸，直至到达轮圈的左手侧。
此后，所述管子顺时针围绕轮圈从9点位置延伸到6点位置。第 三部分“L”然后沿着垂直轮辐的左手侧向上垂直延伸(穿过轮毂区 域)，直至到达轮圈的顶部。从那里，管子134顺时针围绕轮圈从12 点位置延伸到9点位置，从那里管子部分“U”沿着两个水平轮辐横 过所述轮子。最终，所述管子顺时针围绕轮圈133从3点位置延伸到 起始位置(12点位置)。
以这种方式定位预浸料坯管子在每个轮辐腿131处产生双管，为 外轮圈133产生单管。通过如图所示定位管子部分“R”、“L”、“U”、 “LO”，当所述轮子被模制时，在模制过程中能够使管子“R”的选 定部分与管子“L”分离，管子“U”的选定部分与管子“LO”分离 以便在轮辐中形成孔。
图6C描述了利用单个长度的管子134制成轮子的一种方式。可 以改变管子的布局。例如，以镜像结构定位所述管子。而且，如果需 要在轮子的中心平面中形成孔，所述管子，例如“R”和“L”将一个 定位在另一个之上。也可以例如通过将管子部分“R”和“L”并排定 位，将管子部分“U”和“LO”一个定位在另一个之上来形成轮子， 在所述轮子中两个轮辐具有位于中心平面中的孔，两个轮辐具有垂直 于该中心平面的孔。
图6D是类似于图6A的横截面图，示出了替代的实施例。这里可 以看到带有容纳轮胎的外表面135的轮辐腿131和轮毂102。轮圈部 分133是使用单根管子136构成。轮辐腿131是利用管子137和138 构成，管子137和138分离以形成孔132。
图6E是类似于图6A的横截面图，示出另一可选设计。这里可以 看到具有仿形形状的轮辐腿131a，管子137和138遵循孔132的曲率。
所有带有模制轮辐腿的上述设计可以具有任何数量的孔，包括0 个孔的选择，其中所述模制轮辐腿带有位于平面内的孔。
与横向孔设计一样，利用轴线近似平行于轮子所在平面的孔来设 计轮子允许利用多管设计的多种可能性。可以相当大程度地改变轮子 的刚性和弹性方面的性能，以及空气动力学和美学方面的性能。
对于本发明的使用和操作方式，从上述描述中可以明了。因此将 不提供关于使用和操作方式的进一步讨论。
对于上述描述，应该认识到本领域的技术人员从上述内容能够明 了本发明各部件的最优尺寸关系，包括大小、材料、形状、形式、功 能以及操作、组装和使用方式上的变化，并且所有在附图中示出以及 在说明书中描述的示例的等同物将被本发明所包纳。
因此，上述内容视为仅仅是对本发明原理的说明。而且，由于本 领域的技术人员能容易地进行多种修改和变形，不希望将本发明局限 于图示和描述的精确的结构和操作，因此所有适合的修改和等同物落 入本发明的范围。
在权利要求书中为了清楚起见，将在框架中通过使毗连的管子上 的部分彼此分离而形成的孔称作“端口”。将与紧固轮辐相关使用的 端口称作“轮辐端口”。将通过钻孔形成的孔称作“孔洞”。