TWI575847B - 自行車發電機及換檔裝置 - Google Patents

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Description

自行車發電機及換檔裝置
本發明概括而言相關於自行車發電機(generator)及/或換檔裝置。更明確地說，本發明相關於包含用來產生電力的發電器(dynamo)的自行車發電機及/或換檔裝置。
近來，自行車已配備有各種不同的電氣組件來使騎行更容易及使騎車者更享受。一些自行車配備有電控制的換檔系統。這些電控制的換檔系統可根據自行車騎行情況而被自動地操作，或是可依所想要的被騎車者手動地操作。此種電控制的換檔系統需要來自電源的電力以進行操作。一些自行車設置有電池，以成為用於電氣組件的電源。一些自行車設置有車輪輪轂發電機，以成為用於電氣組件的電源。無論如何，對於配備有各種不同的電氣組件的自行車而言需要有電力來源。
本揭示所呈現的一個方面為提供一種自行車發電機或一種自行車換檔裝置，其產生用來操作一或多個自行車電氣組件的電能。
鑑於已知技術的狀態，本發明提供一種自行車發電機或一種自行車輪轂傳動裝置換檔裝置，其包含底座構件、 旋轉接收構件、及發電器。底座構件被建構成只被安裝於輪轂軸的附近。旋轉接收構件被可旋轉地安裝在底座構件上，且被建構成藉著自行車的旋轉部件而被旋轉。發電器被支撐在底座構件上，且***作性地耦接於旋轉接收構件。發電器回應旋轉接收構件的旋轉而產生電能。
在自行車輪轂傳動裝置換檔裝置的情況中，另外設置有換檔單元，其包含電馬達、及接合自行車輪轂傳動裝置的部件的輸出構件。電儲存單元被電耦接於電馬達，以供應來自電儲存單元的電能。
對於熟習此項技術者而言，所揭示的自行車發電機或自行車輪轂傳動裝置換檔裝置的這些及其他目的、特徵、方面、及有利點從以下連同所附的圖式揭示較佳實施例的詳細敘述會顯明。
以下會參考所附的形成此原始揭示的一部份的圖式。
以下參考圖式說明選定的實施例。對於熟習此項技術者而言從此揭示很明顯，以下的實施例的敘述只是被提供來舉例說明，而非要限制由附隨的申請專利範圍及其等效物所界定的本發明。
一開始參考圖1，圖中顯示配備有內變速輪轂(internally geared hub)12及根據一個舉例說明的實施例的自行車發電機14的自行車10的一部份。如以下會說明的，自行車發電機14被附接於具有傳動裝置的自行車 後輪轂，且產生用於自行車10的至少一個電氣組件的電力。如果自行車發電機14如在此第一舉例說明的實施例中包含用來將內變速輪轂12換檔的部件，則自行車發電機14也構成自行車輪轂傳動裝置換檔裝置。
在第一舉例說明的實施例中，內變速輪轂12為電操作的裝置，其中自行車發電機14(自行車輪轂傳動裝置換檔裝置)將內變速輪轂12換檔。內變速輪轂12藉著一對螺母17而被安裝在自行車10的自行車車架16的後部上。內變速輪轂12也形成自行車10的後車輪18的一部份。並且，內變速輪轂12形成自行車10的驅動系20的一部份。典型上，除了內變速輪轂12之外，驅動系20還包含前曲柄22及鏈條24。鏈條24為傳統的自行車鏈條，其接合前曲柄22的鏈環(chain ring)26及內變速輪轂12的後驅動鏈輪28。後驅動鏈輪28構成內變速輪轂12的驅動構件的一個例子。
如在圖2中所見的，自行車10另外包含被安裝於自行車10的車把32的電腦單元30。電腦單元30較佳地為自行車碼錶(bicycle computer)，其測量、計算、及顯示各種不同的騎行參數，例如自行車速率、行進的距離、踩踏速率、踩踏步調(pedaling cadence)等。電腦單元30包含具有控制電路的微電腦，其具有一或多個CPU(中央處理單元)、儲存單元、計算單元、及類似者。微電腦也包含軟體，其根據從輸入裝置34及其他輸入裝置(未顯示)所輸出的輸入訊號而輸出預定的參數。
如在圖2中所見的，電腦單元30***作性地連接於構成遠程(remote)輸入裝置34的輸入裝置34，以用來將內變速輪轂12換檔。輸入裝置34較佳地被安裝在自行車10的車把32上，但是可依需要及/或所想要的被安裝於其他的位置。輸入裝置34構成成為多個開關的形式的手動地操作的輸入構件的一個例子。輸入裝置34選擇性地輸出輸入訊號至自行車發電機14，以改變內變速輪轂12的換檔設定。電腦單元30對於內變速輪轂12的操作而言並非必要。並且，此處所使用的術語「訊號(signal)」不限於電訊號，而可包含其他類型的訊號，例如命令(command)。
如在圖2中所見的，電腦單元30設置有可被連接於自行車發電機14的接線線束(wiring harness)36、及被連接於輸入裝置34的引線(wire)38。因此，從輸入裝置34所輸出的輸入訊號可依需要及/或所想要的藉著電腦單元30而被中繼(relayed)至內變速輪轂12。但是，輸入裝置34可依需要及/或所想要的被建構成將訊號直接送至自行車發電機14。輸入裝置34可藉著引線或經由無線通訊而被連接於自行車發電機14。當輸入裝置34是藉著無線通訊而被連接於自行車發電機14時，不需有接線線束36及引線38。
如在圖3中所見的，輸入裝置34可直接地與內變速輪轂12及直接地與電腦單元30無線通訊。在此情況中，電腦單元30不與自行車發電機14通訊。當輸入裝置34 直接地與內變速輪轂12無線通訊時，輸入裝置34較佳地設置有一或多個開關40、及用來無線地輸出開關訊號(例如，換高檔及換低檔訊號)以改變內變速輪轂12的速率級(speed stage)的發射器42。如在圖2中所見的，輸入裝置34設置有三個開關40(亦即，換高檔開關40a、模式開關40b、及換低檔開關40c)。模式開關40b除其他作用及功能外還被用來在手動換檔模式與自動換檔模式之間進行切換。
較佳地，輸入裝置34也包含作用成為開關40及發射器42的電力來源的電池或電源44。電池44可為例如可更換或可重新充電的鎳氫(nickel hydrogen)電池或鋰離子(lithium ion)電池。
現在參考圖4及5，內變速輪轂12構成基本上包含輪轂軸50、輪轂殼52、及自行車輪轂傳動裝置54的自行車輪轂。螺母17被螺合在輪轂軸50的自由端部上，以用傳統方式將內變速輪轂12緊固於自行車10的車架。輪轂殼52在輪轂傳動裝置54***作性地設置在輪轂殼52與輪轂軸50之間的情況下繞輪轂軸50旋轉。輪轂軸50界定內變速輪轂12的輪轂殼52的軸件或旋轉軸線。輪轂傳動裝置54可為任何類型的齒輪比(gear ratio)改變裝置，例如行星齒輪變速器或無段變速系統(CVT(continuously variable transmission))。舉例而言，輪轂傳動裝置54可為諸如由Shimano,Inc.以品牌名Nexus®所販售者的行星齒輪變速器。因為輪轂傳動裝置54可為任何類型的齒 輪比改變裝置，所以此處將不討論輪轂傳動裝置54的特定細節。無論如何，輪轂傳動裝置54具有用來改變輪轂傳動裝置54的齒輪比的控制部件54a。在舉例說明的實施例中，控制部件54a被可旋轉地安裝於輪轂軸50。輪轂傳動裝置54藉著旋轉控制部件54a而在不同的齒輪比之間變換。輪轂傳動裝置54的所選擇的齒輪比會取決於控制部件54a相對於輪轂軸50的旋轉位置。
後驅動鏈輪28被可旋轉地安裝在輪轂軸50上。後驅動鏈輪28經由輪轂傳動裝置54而***作性地連接於輪轂殼52。因此，後驅動鏈輪28將來自鏈條24的驅動力施加於位在輪轂殼52內的輪轂傳動裝置54，用來以已知的方式將來自鏈條24的驅動力經由多個動力傳輸路徑而傳遞至輪轂殼52。因為輪轂傳動裝置為已知的結構，所以為簡潔起見省略輪轂傳動裝置54的詳細敘述。傳統的輪轂制動器(未顯示)也可依需要及/或所想要的與內變速輪轂12一起使用。此種傳統輪轂制動器的一個例子為由Shimano,Inc.以品牌名Nexus®所販售者。並且，典型上，輪轂傳動裝置54設置有單向離合器(未顯示)，使得在滑行(coasting)期間，後驅動鏈輪28可停止旋轉，而同時輪轂殼52繼續於向前或正向旋轉方向(forward rotational direction)旋轉。
自行車發電機14只藉著使用螺母55而被緊固在輪轂軸50上。螺母55構成用來將自行車發電機14於橫向方向可拆卸地固定在輪轂軸50上的鎖定構件的一個例子。 當然，其他類型的鎖定構件可被使用。舉例而言，C形扣持夾件(retaining clip)可被安裝於在輪轂軸50上的溝槽中，以將自行車發電機14於橫向方向可拆卸地固定在輪轂軸50上。
自行車發電機14接收來自內變速輪轂12的旋轉輸入(rotational input)以產生電能。來自內變速輪轂12的此旋轉輸入可以用許多不同的方式達成。在第一舉例說明的實施例中，如在圖4中所見的，內變速輪轂12包含為輪轂傳動裝置54的一部份的旋轉部件56。在第一舉例說明的實施例中，旋轉部件56被可旋轉地安裝在輪轂軸50上。旋轉部件56的組態及位置係根據輪轂傳動裝置54的特定構造。無論如何，較佳地，如此處所舉例說明者，旋轉部件56為可相對於內變速輪轂12的輪轂殼52旋轉且係回應後驅動鏈輪28的旋轉而被旋轉的部件。
旋轉部件56可被直接地或間接地耦接於後驅動鏈輪28，使得後驅動鏈輪28與旋轉部件56一起旋轉。在所舉例說明的實施例的情況中，旋轉部件56具有多個(例如三個)缺口56a，而此多個缺口56a接收後驅動鏈輪28的舌片(tab)28a，使得旋轉部件56與後驅動鏈輪28一起旋轉。缺口56a也被自行車發電機14接合，以如以下會討論的產生電能。
並且，在所舉例說明的實施例的情況中，輪轂傳動裝置54在後驅動鏈輪28與輪轂殼52之間的傳輸路徑中設置有位在輪轂殼52內的單向離合器(未顯示)。此單向 離合器容許後驅動鏈輪28及旋轉部件56可相對於輪轂殼52旋轉。因此，輪轂殼52構成從動構件，而旋轉部件56構成驅動構件。後驅動鏈輪28可構成驅動構件的一部份。
再次參考圖3，以下更詳細地討論自行車發電機14。內變速輪轂12構成藉著自行車發電機14而***作的內部輪轂單元的一個例子。自行車發電機14包含旋轉接收構件60、發電器62、電儲存單元64、及功率限制電路66。在自行車發電機14被建構成為自行車輪轂傳動裝置換檔裝置的情況中，另外設置有包含馬達控制器70、電馬達72、電位計(potentiometer)74、及齒輪減速單元(gear reduction unit)76的換檔單元68。較佳地，自行車發電機14另外包含換檔通訊單元80，而此換檔通訊單元80如在圖3中所見的被電耦接於馬達控制器70以將控制訊號輸入至馬達控制器70。
如在圖6至9中所見的，自行車發電機14包含底座構件82，而此底座構件82支撐及收容旋轉接收構件60、發電器62、電儲存單元64、功率限制電路66、換檔單元68、及換檔通訊單元80。換檔單元68包含馬達控制器70、電馬達72、電位計74、及齒輪減速單元76。底座構件82包含向外蓋件84、向內蓋件86、及安裝板件88。向外蓋件84及向內蓋件86被固定地連接於安裝板件88，以形成用於旋轉接收構件60、發電器62、電儲存單元64、功率限制電路66、換檔單元68、及換檔通訊單元80的殼 體。底座構件82另外包含被固定於向外蓋件84的輪轂安裝部份90。輪轂安裝部份90被建構成被固定地且不可旋轉地附接於輪轂軸50。舉例而言，在第一實施例中，輪轂安裝部份90具有多個缺口90a，而此多個缺口90a接合被不可旋轉地固定於輪轂軸50的非旋轉部件50a(見圖4)的一對突出部。
底座構件82被建構成只被安裝於輪轂軸50的附近。較佳地，底座構件82藉著螺母55而被不可旋轉地緊固在輪轂軸50上，使得輪轂安裝部份90的缺口90a接合輪轂軸50的非旋轉部件50a的突出部。雖然非旋轉部件50a在第一舉例說明的實施例中為與輪轂軸50分開的部件，但是非旋轉部件50a可為輪轂軸50本身的一部份。在任一種情況中，在從沿著輪轂軸50的橫向方向觀看時，輪轂安裝部份90完全地位在輪轂殼52的外部直徑內。底座構件82只被支撐在輪轂軸50上。底座構件82並不被自行車10的車架支撐。另外，底座構件82並不被直接地附接於自行車10的車架以防止底座構件82在輪轂軸50上的旋轉。因此，內變速輪轂12及自行車發電機14可成為整合的單元(integrated unit)從自行車10的車架分離。
基本上，旋轉接收構件60被建構成藉著內變速輪轂12的旋轉部件56而被旋轉。發電器62***作性地連接於旋轉接收構件60，以用來如以下會討論的回應旋轉接收構件60藉著內變速輪轂12而被旋轉而產生電能。電儲存單元64被電耦接於發電器62，以儲存由發電器62所產生的 電能。電儲存單元64包含用來儲存由發電器62所產生的電能的電容器及電池中的至少一個。並且，在此舉例說明的實施例中，功率限制電路66被設置用來將由發電器62所產生的交流電流(AC)轉換成直流電流(DC)。較佳地，功率限制電路66包含將來自發電器62的電流整流以用來將由發電器62所產生的交流電流(AC)轉換成直流電流(DC)的整流裝置66a。
如在圖10中所見的，旋轉接收構件60被可旋轉地安裝在底座構件82上，且被建構成藉著自行車輪轂(內變速輪轂)12的旋轉部件56而被旋轉。發電器62被支撐在底座構件82上，且***作性地耦接於旋轉接收構件60。旋轉接收構件60被建構及配置成***作性地耦接於相對於自行車輪轂12的輪轂殼52被可旋轉地配置的旋轉部件56。
發電器62係回應旋轉接收構件60藉著自行車輪轂12的旋轉部件56而***作性地旋轉而產生電能。發電器62被電連接於電儲存單元64，以用來將由發電器62所產生的電能供應至電儲存單元64。發電器62也將電能直接地或經由電儲存單元64而間接地提供至換檔單元68的電操作的部件(例如，馬達控制器70、電馬達72、及電位計74)。
如在圖8中所見的，發電器62基本上包含定子62a及轉子62b。轉子62b具有有多個磁極以用來產生固定磁場的一個或一些永久磁鐵、及覆蓋永久磁鐵的磁軛 (yoke)。定子62a具有多個電樞繞組(armature winding)，以在電樞繞組經過轉子62b上的永久磁鐵的磁場時產生電流。因此，轉子62b及定子62a形成利用電磁原理以將機械能(旋轉接收構件60的旋轉)轉換成電能(交流電流)的電產生器。在舉例說明的實施例中，定子62a為固定不動的捲軸狀(spool like)構件，而轉子62b為供定子62a設置於內部的旋轉環件。
特別是，如在圖10中所見的，旋轉接收構件60包含第一齒輪60a及第二齒輪60b。第二齒輪60b包含接合旋轉部件56的缺口56a的三個舌片61。因此，第二齒輪60b為在鏈條24旋轉後驅動鏈輪28時被旋轉的旋轉接收構件60的輸入齒輪。定子62a具有可旋轉地支撐轉子62b的軸件62c。第二齒輪60b藉著底座構件82而被可旋轉地支撐。第一齒輪60a的齒與第二齒輪60b的齒互相嚙合。第一齒輪60a藉著軸件62c而被可旋轉地支撐。轉子62b被固定於第一齒輪60a，使得轉子62b及第一齒輪60a成為一單元一起旋轉。第一齒輪60a被耦接於耦接構件，而此耦接構件被耦接於轉子62b的磁軛(未顯示)。定子62a被不可旋轉地安裝，使得轉子62b回應旋轉接收構件60藉著自行車鏈條24而被旋轉而在定子62a的外部旋轉以產生電能。當然，轉子與定子可與所示的配置顛倒地設置，使得定子為固定不動的環件，而轉子為在定子的內部的捲軸。換句話說，轉子可在定子的內部旋轉。
電儲存單元64被電耦接於發電器62以儲存由發電器 62所產生的電能。當自行車發電機14藉著接線線束36而被連接於電腦單元30且藉著引線38而被連接於輸入裝置34時(圖2)，電儲存單元64可將電力供應至電腦單元30及輸入裝置34。如在圖8中所見的，電儲存單元64(例如，一或多個電池、蓄電器、或如圖所示的電容器)舉例而言為鎳氫電池或鋰離子電池。電儲存單元64構成作用成為用於自行車發電機14及其他自行車電氣組件的電力來源的電能儲存裝置或儲存元件。
如在圖3中所見的，馬達控制器70、電馬達72、及電位計74被電耦接於電儲存單元64，使得馬達控制器70、電馬達72、及電位計74接收來自電儲存單元64的電能。電馬達72被電耦接於馬達控制器70以回應來自馬達控制器70的訊號而操作。換檔單元68的齒輪減速單元76包含被耦接於電馬達72的輸出軸72a的輸入構件或齒輪76a、及被配置成接合內變速輪轂12的輪轂傳動裝置54的控制部件54a的輸出構件或齒輪76b。電馬達72及齒輪減速單元76構成被建構成改變輪轂傳動裝置54的自行車發電機14的電馬達單元91。電馬達單元91可為所在的位置遠離底座構件82的分開的部件。但是，在舉例說明的實施例的情況中，電馬達單元91被直接地支撐在底座構件82上。
電馬達72舉例而言為具有被連接於齒輪減速單元76的輸出軸72a的DC馬達或三相無刷DC馬達。電馬達72依需要及/或所想要的直接地或間接地從發電器62接收電 能。在舉例說明的實施例的情況中，電馬達72經由馬達控制器70及電儲存單元64而間接地從發電器62接收電能。如果使用AC馬達成為電馬達72，則電馬達72典型上會設置有換流器(inverter)，以將供應自電儲存單元64的DC電流轉換成用來對電馬達72供電的AC電流。因為電馬達為已知的結構，所以為簡潔起見省略電馬達72的詳細敘述。
電位計74較佳地被耦接於齒輪減速單元76的移動部件。電位計74提供指示齒輪減速單元76的移動部件的目前位置的訊號，使得電馬達72可根據來自開關40的開關訊號而***作以將內變速輪轂12換高檔及換低檔。因為電位計為已知的結構，所以為簡潔起見省略電位計74的詳細敘述。或者，取代使用電位計74，磁鐵及霍爾效應(Hall Effect)感測器或裝置可被用來偵測齒輪級(gear stage)的目前位置。
如在圖3中所見的，馬達控制器70被電耦接於電儲存單元64，以接收電儲存單元64中所儲存的電能。電馬達72也***作性地耦接於馬達控制器70，以回應來自馬達控制器70的控制訊號而操作。明確地說，馬達控制器70藉著根據來自電位計74的訊號以控制電儲存單元64中所儲存的電能對電馬達72的供應而操作電馬達72。馬達控制器70包含微電腦(例如，中央處理單元(CPU))及馬達驅動器。在馬達控制器70操作電馬達72時，馬達控制器70偵測電儲存單元64的電壓。
換檔通訊單元80較佳地包含無線式地接收來自無線發射器42的無線換檔訊號的無線接收器80a。換檔通訊單元80可經由輸入裝置34而將速率狀態的目前位置的資訊傳輸至電腦單元30，使得電腦單元30可在其顯示器上顯示目前位置的資訊。當然，換檔通訊單元80可依需要及/或所想要的使用一或多個引線而被電耦接於開關40。舉例而言，當自行車發電機14藉著接線線束36而被連接於電腦單元30且藉著引線38而被連接於輸入裝置34時，換檔通訊單元80可經由接線線束36而將速率狀態的目前位置的資訊傳輸至電腦單元30。電腦單元30可在其顯示器上顯示目前位置的資訊。
較佳地，如在圖8中所見的，底座構件82具有一對印刷電路板92及94(以非常簡化的形式被示意地顯示)。第一電路板92包含功率限制電路66、馬達控制器70、及電位計74。第二電路板94包含換檔通訊單元80、及如在圖3中所見的用來與輸入裝置34的發射器42進行無線通訊的無線接收器80a。因此，如在圖3中所見的，當騎車者操作輸入裝置34的開關40中的一個時，無線接收器80a無線式地接收來自發射器42的換檔訊號。但是，如在圖2中所見的，換檔通訊單元80的接收器可被接線至輸入裝置34的發射器42。
基本上，如以下會討論的，自行車發電機14利用旋轉發電器62的鏈條24來產生電力，且將電力儲存在電儲存單元64中。並且，基本上，換檔通訊單元80接收來自 開關40的開關訊號，以用來將控制訊號輸出至馬達控制器70以控制電馬達72的操作。換句話說，換檔通訊單元80***作性地耦接於馬達控制器70，以將馬達操作訊號從換檔通訊單元80傳輸至馬達控制器70，使得馬達控制器70操作電馬達72以將內變速輪轂12換檔。以此方式，騎車者可在處於手動換檔模式的情況下藉著使用換高檔及換低檔開關40a及40c而容易地將內變速輪轂12換高檔及換低檔。或者，騎車者可使用模式開關40b而選擇自動換檔模式。在自動換檔模式中，馬達控制器70根據自行車速率、自行車加速度、自行車減速度、及自行車傾斜度(bicycle inclination)中的至少一個而自動地控制電馬達72。自行車速率、自行車加速度、自行車減速度、及自行車傾斜度是利用藉著引線及/或無線方式而***作性地連接於電腦單元30及/或換檔通訊單元80的傳統感測器(未顯示)而獲得。
如果馬達控制器70判定電儲存單元64的電壓比預定值低，則馬達控制器70不操作電馬達72。馬達控制器70較佳地被建構成包含休眠模式(sleep mode)，使得當換檔通訊單元80的無線接收器80a在一段預定時間未接收到來自開關40的開關訊號(換高檔或換低檔訊號)時，馬達控制器70就進入休眠模式以節省能量。並且，當馬達控制器70在一段預定時間未偵測到由發電器62所輸出的速度訊號時，馬達控制器70也進入休眠模式。換句話說，如果發電器62的轉子62b在一段預定時間不移動， 則馬達控制器70進入休眠模式。在休眠模式期間，馬達控制器70關機且停止監視電位計74及/或與換檔通訊單元80通訊。一旦換檔通訊單元80的無線接收器80a接收到來自開關40的開關訊號(換高檔或換低檔訊號)，開關訊號就被輸入至馬達控制器70，使得馬達控制器70可快速地甦醒。並且，一旦發電器62的轉子62b開始再次地旋轉，來自發電器62的速度訊號就被輸入至馬達控制器70，使得馬達控制器70可在鏈條24被移動時快速地甦醒。
現在參考圖11至14，圖中顯示根據第二實施例的自行車發電機114。自行車發電機114在操作上與自行車發電機14相同。但是，如以下會說明的，自行車發電機114的部件的配置已被改變以順應後驅動鏈輪128對自行車發電機114的連接。自行車發電機114係與以上所討論的內變速輪轂12一起使用。另外，與第一實施例的部件的名稱相同的第二實施例的部件具有與第一實施例的部件相同的功能及操作。鑑於第一實施例與第二實施例之間的相似性，此處將不詳細討論第二實施例。
類似於第一實施例，自行車發電機114包含旋轉接收構件160、發電器162、電儲存單元164。在自行車發電機114被建構成為自行車輪轂傳動裝置換檔裝置的情況中，如在圖14中所見的，另外設置有馬達控制器170、電馬達172、電位計174、及齒輪減速單元176。馬達控制器170、電馬達172、電位計174、及齒輪減速單元176構成 換檔單元。較佳地，自行車發電機114另外包含換檔通訊單元180，而此換檔通訊單元180被電耦接於馬達控制器170以將控制訊號輸入至馬達控制器170。換檔通訊單元180較佳地包含無線式地接收來自無線發射器42的無線換檔訊號的無線接收器180a。自行車發電機114包含可旋轉地支撐旋轉接收構件160的底座構件182。底座構件182也支撐及收容發電器162、電儲存單元164、功率限制電路166、馬達控制器170、電馬達172、電位計174、齒輪減速單元176、及換檔通訊單元180。較佳地，旋轉接收構件160是由合成樹脂製成。
如在圖14中所見的，發電器162基本上包含形成電產生器的定子162a及轉子162b。轉子162b及定子162a類似於第一實施例的定子62a及轉子62b，因而不再被更詳細地討論。此處，在此第二實施例中，旋轉接收構件160成為被建構及配置成***作性地耦接於後驅動鏈輪128的齒輪或鏈輪的形式。特別是，旋轉接收構件160的齒直接地與後驅動鏈輪128嚙合。定子162a的軸件162c被可旋轉地耦接於旋轉接收構件160，並且轉子162b被固定於旋轉接收構件160，使得轉子162b及旋轉接收構件160回應旋轉接收構件160藉著後驅動鏈輪128而被旋轉而成為一單元一起旋轉。因此，後驅動鏈輪128構成自行車輪轂12的旋轉部件的一個例子。當然，如果需要及/或想要，其他的齒輪或鏈輪也可被定位在旋轉接收構件160與後驅動鏈輪128之間。類似於第一舉例說明的實施例， 旋轉部件56的三個缺口56a接收後驅動鏈輪128的舌片128a，使得旋轉部件56與後驅動鏈輪128一起旋轉。
現在參考圖15，圖中顯示根據第三實施例的自行車發電機214。自行車發電機214在操作上與自行車發電機14相同。事實上，自行車發電機14與自行車發電機214之間的差異只在於旋轉接收構件60的第一及第二齒輪60a及60b已由第一及第二滑輪260a及260b及驅動皮帶260c取代以形成旋轉接收構件260。驅動皮帶260c較佳地由合成樹脂製成。雖然驅動皮帶260c被顯示成為具有平滑的接合表面，但是如果想要，驅動皮帶260c可具有與第一及第二滑輪260a及260b的外周邊齒嚙合的接合齒。或者，如果想要，第一及第二滑輪260a及260b可不具有該些外周邊齒。自行車發電機214的其餘部件與第一實施例的自行車發電機14相同。鑑於第一實施例與第三實施例之間的這些相似性，此處將不詳細討論第三實施例。另外，與第一實施例相同的第三實施例的部件會被給予相同的參考數字。
第一滑輪260a被附接於發電器62。第一滑輪260a藉著軸件62c而被可旋轉支撐且被固定於轉子62b。以此方式，第一滑輪260a與轉子62b成為一單元一起旋轉。第一滑輪260a是藉著第二滑輪260b經由驅動皮帶260c而被旋轉。旋轉接收構件260的第二滑輪260b被建構及配置成以與以上所討論的第二齒輪60b相同的方式***作性地耦接於自行車輪轂12的旋轉部件56。
上述的自行車輪轂發電機可被用於不具有傳動裝置的一般後輪轂。在此情況中，自行車輪轂發電機可只包含旋轉接收構件60、發電器62、電儲存單元64、及功率限制電路66。
在瞭解本發明的範圍時，此處所用的術語「包含」及其衍生字是指明確界定所述的特徵、元件、組件、群類、整數、及/或步驟的存在但是不排除其他未述及的特徵、元件、組件、群類、整數、及/或步驟的存在的開放式術語。此也適用於具有類似意義的字眼，例如術語「包括」、「具有」、及其衍生字。並且，術語「零件」、「區段」、「部份」、「構件」、或「元件」在以單數使用時可具有單一部件或多個部件的雙重意義。最後，此處所用的程度術語例如「大致上或實質上」、「大概或大約」、及「幾近或近似」表示其所修飾的術語具有使得最終結果不會大幅改變的合理偏差量。
雖然只選擇選定的實施例來舉例說明本發明，但是對於熟習此項技術者而言從此揭示很明顯，在不離開附隨的申請專利範圍中所界定的本發明的範圍下，可實施各種不同的改變及修正。例如，各種不同組件的尺寸、形狀、位置、或定向可依需要及/或所想要的被改變。顯示成為互相直接連接或接觸的組件可有設置在其間的中間結構。一個元件的功能可由二個元件來實施，反之亦然。一個實施例的結構及功能可被採用在另一個實施例中。所有的有利點不須同時呈現在一特別的實施例中。與習知技術不同的 每一獨特特徵不論是單獨或與其他特徵組合也應被視為申請人的另外發明的分開敘述，包含由此種特徵所具體實施的結構及/或功能概念。因此，以上根據本發明的實施例的敘述只是舉例說明用，而非以限制由附隨的申請專利範圍及其等效物所界定的本發明為目的。
10‧‧‧自行車
12‧‧‧內變速輪轂，自行車輪轂
14‧‧‧自行車發電機
16‧‧‧自行車車架
17‧‧‧螺母
18‧‧‧後車輪
20‧‧‧驅動系
22‧‧‧前曲柄組
24‧‧‧鏈條
26‧‧‧鏈環
28‧‧‧後驅動鏈輪
28a‧‧‧舌片
30‧‧‧電腦單元
32‧‧‧車把
34‧‧‧輸入裝置
36‧‧‧接線線束
38‧‧‧引線
40‧‧‧開關
40a‧‧‧換高檔開關
40b‧‧‧模式開關
40c‧‧‧換低檔開關
42‧‧‧發射器
44‧‧‧電池或電源
50‧‧‧輪轂軸
50a‧‧‧非旋轉部件
52‧‧‧輪轂殼
54‧‧‧自行車輪轂傳動裝置
54a‧‧‧控制部件
55‧‧‧螺母
56‧‧‧旋轉部件
56a‧‧‧缺口
60‧‧‧旋轉接收構件
60a‧‧‧第一齒輪
60b‧‧‧第二齒輪
61‧‧‧舌片
62‧‧‧發電器
62a‧‧‧定子
62b‧‧‧轉子
62c‧‧‧軸件
64‧‧‧電儲存單元
66‧‧‧功率限制電路
68‧‧‧換檔單元
70‧‧‧馬達控制器
72‧‧‧電馬達
72a‧‧‧輸出軸
74‧‧‧電位計
76‧‧‧齒輪減速單元
76a‧‧‧輸入構件或齒輪
76b‧‧‧輸出構件或齒輪
80‧‧‧換檔通訊單元
80a‧‧‧無線接收器
82‧‧‧底座構件
84‧‧‧向外蓋件
86‧‧‧向內蓋件
88‧‧‧安裝板件
90‧‧‧輪轂安裝部份
90a‧‧‧缺口
91‧‧‧電馬達單元
92‧‧‧印刷電路板，第一電路板
94‧‧‧印刷電路板，第二電路板
114‧‧‧自行車發電機
128‧‧‧後驅動鏈輪
128a‧‧‧舌片
160‧‧‧旋轉接收構件
162‧‧‧發電器
162a‧‧‧定子
162b‧‧‧轉子
162c‧‧‧軸件
164‧‧‧電儲存單元
170‧‧‧馬達控制器
172‧‧‧電馬達
174‧‧‧電位計
176‧‧‧齒輪減速單元
180‧‧‧換檔通訊單元
180a‧‧‧無線接收器
182‧‧‧底座構件
214‧‧‧自行車發電機
260‧‧‧旋轉接收構件
260a‧‧‧第一滑輪
260b‧‧‧第二滑輪
260c‧‧‧驅動皮帶
圖1為配備有內部輪轂傳動裝置(例如，內變速輪轂)及根據一個舉例說明的實施例的成為自行車輪轂傳動裝置換檔裝置的形式的自行車發電機的自行車的後部的部份側視圖，其中自行車發電機產生用來操作自行車的一或多個電氣組件的電力。
圖2為圖1所示的自行車的車把區域的立體圖，其中控制單元及多個操作或輸入裝置被安裝於筆直型式的車把。
圖3為顯示自行車組件控制裝置的整個組態的示意方塊圖。
圖4為從內變速輪轂的鏈條側觀看的內變速輪轂及自行車發電機的分解立體圖，顯示自行車發電機將要被安裝於內變速輪轂的輪轂軸。
圖5為從內變速輪轂的非鏈條側觀看的內變速輪轂及自行車發電機的分解立體圖，顯示自行車發電機將要被安裝於內變速輪轂的輪轂軸。
圖6為從自行車發電機的向外之側觀看的自行車發電 機的立體圖。
圖7為從自行車發電機的向外之側觀看的自行車發電機的立體圖，但是底座構件的輪轂安裝部份被移去以顯示選擇的內部部件。
圖8為從自行車發電機的向外之側觀看的自行車發電機的立體圖，但是底座構件的向外蓋件被移去以顯示選擇的內部部件。
圖9為從自行車發電機的向內之側觀看的自行車發電機的立體圖。
圖10為從自行車發電機的向內之側觀看的自行車發電機的立體圖，但是底座構件的向內蓋件被移去以顯示選擇的內部部件。
圖11為從自行車發電機的向外之側觀看的根據第二實施例的自行車發電機的立體圖。
圖12為從自行車發電機的向內之側觀看的圖11的自行車發電機的立體圖，顯示與後驅動鏈輪的接合。
圖13為從自行車發電機的向內之側觀看的圖11及12的自行車發電機的立體圖，但是其中後驅動鏈輪被移去。
圖14為從自行車發電機的向內之側觀看的圖11至13的自行車發電機的立體圖，但是其中底座構件的向內蓋件被移去以顯示選擇的內部部件。
圖15為從自行車發電機的向內之側觀看的根據第三實施例的自行車發電機的立體圖。
12‧‧‧內變速輪轂，自行車輪轂
14‧‧‧自行車發電機
17‧‧‧螺母
28‧‧‧後驅動鏈輪
28a‧‧‧舌片
50‧‧‧輪轂軸
50a‧‧‧非旋轉部件
52‧‧‧輪轂殼
54‧‧‧自行車輪轂傳動裝置
54a‧‧‧控制部件
55‧‧‧螺母
56‧‧‧旋轉部件
56a‧‧‧缺口
62c‧‧‧軸件
82‧‧‧底座構件
90‧‧‧輪轂安裝部份

Claims (29)

  1. 一種自行車發電機，包含：底座構件，其被建構成只被安裝於輪轂軸的附近；旋轉接收構件，其被可旋轉地安裝在該底座構件上，且被建構成藉著自行車的旋轉部件而被旋轉，發電器，其被支撐在該底座構件上，且***作性地耦接於該旋轉接收構件，使得該發電器回應該旋轉接收構件的旋轉而產生電能；及電馬達單元，其被支撐在該底座構件上且被電耦接於該發電器，該電馬達單元被建構成改變輪轂的傳動裝置，其中在從沿著該輪轂軸的橫向方向觀看時，該底座構件的被安裝的部份完全地位在輪轂殼的外部直徑內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的自行車發電機，其中該旋轉接收構件被建構成被連接於該旋轉部件的驅動構件，而該驅動構件係被可旋轉地配置在該輪轂軸上且相對於該旋轉接收構件的從動構件被可旋轉地配置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的自行車發電機，其中該底座構件是藉著鎖定構件而於橫向方向被可拆卸地固定在該輪轂軸上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的自行車發電機，另外包含：電儲存單元，其被設置在該底座構件上，且被電耦接 於該發電器以儲存由該發電器所產生的電能。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的自行車發電機，其中該電儲存單元包含電容器及電池中的至少一個。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的自行車發電機，另外包含：整流裝置，其被支撐在該底座構件上，且將來自該發電器的電流整流。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的自行車發電機，另外包含：馬達控制器，其被支撐在該底座構件上且被電耦接於該發電器。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的自行車發電機，另外包含：馬達控制器，其被電耦接於該電儲存單元，使得該馬達控制器從該電儲存單元接收電能。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的自行車發電機，另外包含：換檔通訊單元，其被支撐在該底座構件上，且被電耦接於該馬達控制器以將控制訊號輸入至該馬達控制器。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的自行車發電機，其中該換檔通訊單元包含無線式地接收換檔訊號的無線接收器。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的自行車發電機，另外包含：電馬達，其被電耦接於該馬達控制器以回應來自該馬達控制器的訊號而操作。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的自行車發電機，另外包含：換檔單元，其被支撐在該底座構件上，且包含該電馬達、被耦接於該電馬達的輸入構件、及被配置成接合該輪轂的該傳動裝置的部件的輸出構件。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的自行車發電機，其中該旋轉接收構件包含被建構及配置成***作性地耦接於該旋轉部件的齒輪，而該旋轉部件係該自行車的後鏈輪。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的自行車發電機，其中該旋轉接收構件包含被附接於該發電器的第一滑輪、被建構及配置成***作性地耦接於該自行車的該旋轉部件的第二滑輪、及將該第一滑輪與該第二滑輪互連的驅動皮帶。
  15. 一種自行車輪轂傳動裝置的換檔裝置，包含：底座構件，其具有輪轂安裝部份；換檔單元，其被支撐在該底座構件上，且包含電馬達、及被配置成接合自行車輪轂傳動裝置的部件的輸出構 件；旋轉接收構件，其被可旋轉地安裝在該底座構件上，且被建構成藉著自行車的旋轉部件而被旋轉；及發電器，其被支撐在該底座構件上，且***作性地耦接於該旋轉接收構件，使得該發電器回應該旋轉接收構件的旋轉而產生電能且將電能提供至該換檔單元。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的自行車輪轂傳動裝置的換檔裝置，其中該底座構件的該輪轂安裝部份被建構成只被安裝於該自行車的輪轂軸的附近。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的自行車輪轂傳動裝置的換檔裝置，其中該旋轉接收構件被建構成被連接於該旋轉部件的驅動構件，而該驅動構件係被可旋轉地配置在該輪轂軸上且相對於該旋轉接收構件的從動構件被可旋轉地配置。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的自行車輪轂傳動裝置的換檔裝置，其中在從沿著該輪轂軸的橫向方向觀看時，該底座構件的該輪轂安裝部份完全地位在輪轂殼的外部直徑內。
  19. 如申請專利範圍第16項所述的自行車輪轂傳動裝置的換檔裝置，其中該底座構件是藉著鎖定構件而於橫向方向被可拆卸地固定在該輪轂軸上。
  20. 如申請專利範圍第15項所述的自行車輪轂傳動 裝置的換檔裝置，另外包含：電儲存單元，其被設置在該底座構件上，該電儲存單元被電耦接於該發電器以儲存由該發電器所產生的電能，且被電耦接於該電馬達以供應來自該電儲存單元的電能。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的自行車輪轂傳動裝置的換檔裝置，其中該電儲存單元包含電容器及電池中的至少一個。
  22. 如申請專利範圍第15項所述的自行車輪轂傳動裝置的換檔裝置，另外包含：整流裝置，其被支撐在該底座構件上，且將來自該發電器的電流整流。
  23. 如申請專利範圍第15項所述的自行車輪轂傳動裝置的換檔裝置，另外包含：馬達控制器，其被支撐在該底座構件上且被電耦接於該發電器。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的自行車輪轂傳動裝置的換檔裝置，另外包含：換檔通訊單元，其被支撐在該底座構件上，且被電耦接於該馬達控制器以將控制訊號輸入至該馬達控制器。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的自行車輪轂傳動裝置的換檔裝置，其中該換檔通訊單元包含無線式地接收換檔訊號的無線接收器。
  26. 如申請專利範圍第15項所述的自行車輪轂傳動 裝置的換檔裝置，其中該旋轉接收構件被建構及配置成***作性地耦接於可相對於該自行車的輪轂的輪轂殼旋轉的該旋轉部件。
  27. 如申請專利範圍第15項所述的自行車輪轂傳動裝置的換檔裝置，其中該旋轉接收構件包含被建構及配置成***作性地耦接於該旋轉部件的齒輪，而該旋轉部件係該自行車的後鏈輪。
  28. 如申請專利範圍第15項所述的自行車輪轂傳動裝置的換檔裝置，其中該旋轉接收構件包含被附接於該發電器的第一滑輪、被建構及配置成***作性地耦接於該自行車的該旋轉部件的第二滑輪、及將該第一滑輪與該第二滑輪互連的驅動皮帶。
  29. 如申請專利範圍第23項所述的自行車輪轂傳動裝置的換檔裝置，其中該馬達控制器根據自行車速率、自行車加速度、自行車減速度、及自行車傾斜度中的至少一個而自動地控制該電馬達。
TW101128441A 2011-12-09 2012-08-07 自行車發電機及換檔裝置 TWI575847B (zh)

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