TWI694952B

TWI694952B - 電動自行車電動補助力之諧波齒輪傳動機構

Info

Publication number: TWI694952B
Application number: TW108124164A
Authority: TW
Inventors: 王培郁
Original assignee: 國立虎尾科技大學
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2020-06-01
Also published as: TW202102402A

Abstract

本發明係有關一種電動自行車電動補助力之諧波齒輪傳動機構，其包括殼體、馬達、剛輪、軸承座、輸出盤、柔輪、中空軸及凸輪環。馬達之外環定子固設於殼體容室中段。剛輪之前段管部內周環設卡齒，其後段盤面固設於容室前段。軸承座容置容室前段，外周與軸承座之間介置第一軸承。柔輪之前段盤面受到輸出盤與軸承座夾制定位，柔輪之後段管部伸入前段管部，柔輪之後段管部外周環設有與卡齒嚙合的配卡齒。中空軸中段穿設於馬達之內環轉子。凸輪環內周套設於中空軸前段，凸輪環外周與柔輪之後段管部內周之間介置柔性軸承，俾能將諧波齒輪傳動技術應用於自行車的動力傳動機構上，以實現諧波動力傳動減速的功效。

Description

電動自行車電動補助力之諧波齒輪傳動機構

本發明係有關一種電動自行車電動補助力之諧波齒輪傳動機構，尤指一種可以達到電動自行車之諧波動力傳遞減速效果的電動自行車補助力傳動技術。

按，自行車不僅是一般的交通工具而已，甚至已經發展成為休閒娛樂與運動競賽中不可或缺的複合式運動休閒工具。尤其是，加裝電動馬達的電動輔助自行車確實可以有效減少騎乘者的體能負擔，所以電動輔助自行車儼然已經受到廣大消費者的青睞與喜愛。一般來說，電動輔助自行車的馬達傳動機構係安裝於自行車的前、後輪轂內或銜接自行車之輸出軸而與大齒盤連動，用以提供驅動前輪或後輪旋轉的補助動力。

依據所知，具備補助力傳動功能的自行車代表性專利如新型第M484555號『具單向功能的自行車助力馬達』專利所示。該專利包含一可轉動的外殼、一設於外殼內的馬達機構以及複數傳動於外殼與馬達機構輸出軸之間的齒輪組，藉此馬達機構的動力依序由輸出軸、齒輪傳遞動力至外殼。該專利雖然具備補助動力的輸出功能；惟，該專利之機構設置非為諧波齒輪傳動機構，故無法產生諧波動力的傳動效果，以致會有動力減速效果不佳、體積較大、重量較重以及傳動平穩度不佳等缺失產生，因而不符合自行車領域的輕量化趨勢。

此外，一般諧波齒輪傳動機構主要是由波發生器(即凸輪環)、撓性齒輪(如柔輪)以及剛性齒輪(如剛輪)等三個構件所組成的一種機械動力傳動機構。此機械動力傳動機構是在凸輪環的波發生器作用下，使柔輪產生彈性變形並與剛輪相互作用而達到傳遞運動或動力之目的。在傳動中波發生器迴轉一周，柔輪上某一點循環變形的次數則稱波數。至於柔輪的變形過程則是一個基本對稱的諧波，故稱為諧波傳動。

再者，習知擺線齒輪減速機皆有體積大、重量重及傳動平穩度不佳的缺失產生。而且現有的電動自行車電動補助力的傳動機構在設計上也有諸多缺失，因而造成體積大，噪音大及傳動輸出比小等諸多缺失。因此，如何開發出一種結合諧波齒輪技術而提升自行車傳動平穩度的自行車動力傳遞技術實已成為相關技術領域業界所亟欲改善與挑戰的技術課題。

因此，鑒於上述習知技術與該專利的缺失，於是本發明人乃經不斷的努力研發之下，終於研發出一套有別於上述習知技術並具功效增進的本發明。

本發明主要目的在於提供一種電動自行車電動補助力之諧波齒輪傳動機構，主要是將諧波齒輪傳動技術應用於自行車的動力傳動機構上，使柔輪在剛輪固定限制下而實現諧波動力傳動減速的功效，因而具有體積小、重量輕、傳動比數範圍大、傳動精度高、傳動效率高以及傳動平穩度較佳等特點。達成本發明主要目的之技術手段，係包括殼體、馬達、剛輪、軸承座、輸出盤、柔輪、中空軸及凸輪環。馬達之外環定子固設於殼體容室中段。剛輪之前段管部內周環設卡齒，其後段盤面固設於容室前段。軸承座容置容室前段，外周與軸承座之間介置第一軸承。柔輪之前段盤面受到輸出盤與軸承座夾制定位，柔輪之後段管部伸入前段管部，柔輪之後段管部外周環設有與卡齒嚙合的配卡齒。中空軸中段穿設於馬達之內環轉子。凸輪環內周套設於中空軸前段，凸輪環外周與柔輪之後段管部內周之間介置柔性軸承。

10‧‧‧殼體

11‧‧‧容室

110‧‧‧環部

20‧‧‧馬達

21‧‧‧內環轉子

22‧‧‧外環定子

30‧‧‧剛輪

31‧‧‧前段管部

32‧‧‧後段盤面

33‧‧‧卡齒

40‧‧‧軸承座

41‧‧‧第一軸承

42‧‧‧柔性軸承

43‧‧‧第二軸承

44‧‧‧第三軸承

45‧‧‧第四軸承

46‧‧‧螺栓

47‧‧‧鍵

50‧‧‧輸出盤

51‧‧‧側蓋

52‧‧‧端蓋

60‧‧‧柔輪

61‧‧‧前段盤面

62‧‧‧後段管部

63‧‧‧配卡齒

70‧‧‧中空軸

80‧‧‧凸輪環

90‧‧‧旋轉油封

91‧‧‧內C扣

圖1係本發明具體架構的分解示意圖。

圖2係本發明具體架構的組合示意圖。

圖3係本發明具體架構的另一視角組合示意圖。

圖4係本發明明具體架構的剖視示意圖。

圖5本發明具體架構的部分剖視示意圖。

為讓貴審查委員能進一步瞭解本發明整體的技術特徵與達成本發明目的之技術手段，玆以具體實施例並配合圖式加以詳細說明：

請配合參看圖1~5所示，為達成本發明主要目的之實施例，係設於電動自行車上(如安裝於自行車的前、後輪轂內或銜接自行車之輸出軸而與大齒盤形成連動；但不以此為限)，用以驅動電動自行車的車輪轉動，以提供電動自行車所需的補助動力。電動補助力傳動機構包括一殼體10、一馬達20、一剛輪30、一軸承座40、一輸出盤50、一柔輪60、一中空軸70及一凸輪環80等技術特徵。殼體10內部設有一容室11。馬達20包含一內環轉子21及一環繞內環轉子21的外環定子22，外環定子22固設於容室11一側的中段位置附近。剛輪30包含一前段管部31及一後段盤面32，前段管部31內周環設複數卡齒33，後段盤面32固設於容室11的前段。軸承座40容置容室11的前段，剛輪30外周與軸承座40內周之間介置一第一軸承41(如滾針軸承；但不以此為限)。柔輪60包含一前段盤面61及一後段管部62，前段盤面61係以輸出盤50配合軸承座40而夾制定位，後段管部62伸入剛輪30的前段管部31內周，柔輪60之後段管部62外周環設有複數與卡齒33嚙合的配卡齒63。中空軸70中段穿設於馬達20之內環轉子21而可同軸地位於容室11，並可受到馬達20的驅動而旋轉。凸輪環80內周套設於中空軸70的前段，凸輪環80外周與柔輪60之後段管部62的內周之間介置一柔性軸承42。輸出盤50固設於柔輪60的前段盤面6。本發明運作時，係以馬達20來帶動中空軸70轉動，藉由中空軸70上的凸輪環80與柔性軸承42轉動，以使柔輪60不斷變形並在剛輪30的限制下帶動輸出盤50轉動，藉由輸出盤50的動力傳動，以達到諧波動力傳遞的減速效果。

請配合參看圖4所的實施例，容室11的前段向內突設一環部110，該環部110與中空軸70之間介置一第二軸承43，剛輪30穿鎖螺栓46而固定於環部110的一側壁。

請配合參看圖1、4所示，凸輪環80內周與中空軸70外周之間以一鍵47嵌合而形成連動。

請配合參看圖1、5所的實施例，輸出盤50穿鎖螺栓46而固定於柔輪60的前段盤面61上。

請配合參看圖1、4及圖5所示，本發明更包含一端蓋52 及一側蓋51。端蓋52穿鎖螺栓46而固定於容室11的後段，端蓋52與中空軸70之間介置一第三軸承44。輸出盤50與中空軸70之間介置一第四軸承45。

請配合參看圖1、5所示，側蓋51穿鎖螺栓46而固定於輸出盤50內圍的環凹槽內。

為方便釐清本案重要構件的作用目的與機能作用，茲將本發明主要構成的特徵分述如下：

a.殼體10用於安裝減速機各零件的本體，鎖固電機端測蓋與剛輪30，用於固定內部零件。

b.柔輪60藉由凸輪環80與柔性軸承42的轉動導致變形，在剛輪30的限位下進行轉動，並帶動輸出盤50及設於輸出盤50上的側蓋51轉動。

c.剛輪30與殼體10鎖固，用於限制柔輪60使其因變形而轉動。

d.輸出盤50與柔輪60鎖設連動，可因柔輪60轉動而驅使輸出盤50轉動。

e.側蓋51與輸出盤50鎖固以限制柔性軸承42的移動。

f.凸輪環80用於使柔性軸承42變形而共同與柔輪60變形。

g.軸承座40與柔輪60與輸出盤50鎖固連動，藉由滾針軸承使其轉動較順暢。

h.端蓋52與殼體10進行鎖固，以防止馬達20脫出的保護。

i.滾針軸承與滾針軸承座40的設置，可於轉動時更為順暢。

j.馬達20用於帶動中空軸70轉動。

k.柔性軸承42使柔輪60於轉動時更為順暢。

l.中空軸70利用馬達20的驅動而轉動，並帶動與本身配合凸輪環80轉動。

具體的，本發明主要作為減速器使用，而且是採用凸輪環80與柔性軸承42為主動，剛輪30為固定，柔輪60為動力輸出的機構連結形式。至於凸輪環80與柔性軸承42是使柔輪60產生可控彈性變形的構件。當凸輪環80與柔性軸承42裝入柔輪60後，即可迫使柔輪60的剖面由原先的圓形變成橢圓形，其長軸兩端附近的配卡齒63與剛輪30的卡齒33完全齧合，而短軸兩端附近的配卡齒63則與剛輪30的卡齒33剛好完全脫開，當凸輪環80與柔性軸承42連續轉動時，柔輪60的變形不斷改變，使柔輪60與剛輪30的齧合狀態也不斷改變，由齧入、齧合、齧出、脫開、再齧入不斷地周而複始地進行，從而實現柔輪60相對剛輪30沿凸輪環80與柔性軸承42(波發生器H)相反方向的緩慢減速旋轉之目的。

因此，藉由上述具體實施例的說明，本發明確實可將諧波齒輪傳動技術應用於自行車的動力傳動機構上，使柔輪在剛輪固定限制下而實現諧波動力傳動減速的功效，因而具有體積小、重量輕、傳動比數範圍大、傳動精度高、傳動效率高以及傳動平穩度較佳等特點。

以上所述，僅為本發明之可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。