TWM504890U - 助力自行車之無段變速裝置 - Google Patents

Description

助力自行車之無段變速裝置

本創作係與自行車之變速技術有關，特別是指一種助力自行車之無段變速裝置。

習知的自行車無段變速系統，大多使用行星齒輪組合來配合馬達驅動及騎乘者踩踏驅動的動態，其主要是使太陽齒輪或行星齒輪支架分別連接於馬達以及騎乘者的踩踏源，藉由控制該馬達的驅動速度大小來達到無段變速的效果。

在我國TW 201404657號專利中，即揭露了一種動力系統，其主要即是利用兩個馬達來配合一行星齒輪組以達到對自行車提供無段變速的效果。然而，該案僅有一個馬達是直接作用於行星齒輪組，而另一馬達則是提供助力而用來協助腳踏力量，此種方式雖可輔助踩踏動作，但在提供助力的馬達失效時，會有無段變速的驅動力過大而造成騎乘者踩踏時感受到反向力量的問題。

另外，在我國I 360483號專利中，揭露了一種雙行星齒輪組與雙馬達的傳動系統，其雖然使兩個馬達分別驅動一行星齒輪組，而不會有前述先前技術的問題，然而，其結構複雜，體積極大，不容易被應用在自行車上，而若此種架構使用小體積的馬達，則又會有驅動力不足的問題。

本創作之主要目的乃在於提供一種助力自行車之無段變速裝置，其可在結構上較先前技術更為精簡，體積更小，而同樣達到利用雙馬達提供助力及無段變速的效果。

緣是，依據本創作所提供之一種助力自行車之無段變速裝置，包含有：一行星齒輪組，主要具有一行星齒輪支架、設於該行星齒輪支架的複數雙階行星齒輪、一第一太陽齒輪、一第二太陽齒輪以及一內齒圈，其中各該雙階行星齒輪係由同軸且同動的一大齒輪以及一小齒輪所組成，該第一太陽齒輪係嚙接於該複數雙階行星齒輪的小齒輪，該第二太陽齒輪係嚙接於該複數雙階行星齒輪的大齒輪；以及一雙電機馬達，具有一外轉子、一外定子、一內定子以及一內轉子，該外定子環繞於該內定子外側且與該內定子共同設於一定子支架，該內轉子係設於該第二太陽齒輪，該外轉子係設於該內齒圈，且該外轉子、該外定子、該內定子、該內轉子、該第一太陽齒輪以及該第二太陽齒輪之間的空間關係乃是以一自行車之曲柄軸或後輪軸為軸心而同軸；其中，該第一太陽齒輪係藉由一單向器來與該自行車的踏力源連接而受到該踏力源的帶動而旋轉，該行星齒輪支架係與該自行車的動力輪直接或間接的連接而在旋轉時帶動該動力輪，該第二太陽齒輪係藉由至少一軸承樞接於該曲柄軸或該後輪軸。

藉此，可利用該雙電機馬達提供助力及無段變速的效果，並且在結構上較先前技術更為精簡，體積更小。

為了詳細說明本創作之技術特點所在，茲舉以下之較佳實施例並配合圖式說明如後，其中：

如第1圖所示，本創作第一較佳實施例所提供之一種助力自行車之無段變速裝置10，主要由一行星齒輪組11、一雙電機馬達21所組成，其中：

該行星齒輪組11，主要具有一行星齒輪支架12、設於該行星齒輪支架12的複數雙階行星齒輪14，一第一太陽齒輪16、一第二太陽齒輪17以及一內齒圈18，其中各該雙階行星齒輪14係由同軸且同動的一大齒輪141以及一小齒輪142所組成，該第一太陽齒輪16係嚙接於該複數雙階行星齒輪14的小齒輪142，該第二太陽齒輪17係嚙接於該複數雙階行星齒輪14的大齒輪141。於本實施例中，各該雙階行星齒輪14之大齒輪141及小齒輪142係一體成形。

該雙電機馬達21，具有一外轉子22、一外定子23、一內定子26以及一內轉子27，該外定子23環繞於該內定子26外側且與該內定子26共同設於一定子支架29，該內轉子27係設於該第二太陽齒輪17，該外轉子22係設於該內齒圈18，且該外轉子22、該外定子23、該內定子26、該內轉子27、該第一太陽齒輪16以及該第二太陽齒輪17之間的空間關係乃是以一自行車(圖中未示)之曲柄軸91或後輪軸97(示於第2圖)為軸心而同軸。

其中，該第一太陽齒輪16係藉由一單向器161來與該自行車的踏力源93連接而受到該踏力源93的帶動而旋轉，該行星齒輪支架12係與該自行車的動力輪(圖中未示，於本第一實施例中以後輪為例)直接或間接的連接而在旋轉時帶動該動力輪，該第二太陽齒輪17係藉由複數軸承171樞接於該曲柄軸91或該後輪軸97。設置軸承的數量係依實際需求及軸承的規格而定，一個或多個均可。

於本第一實施例中，該外轉子22、該外定子23、該內定子26、該內轉子27、該第一太陽齒輪16以及該第二太陽齒輪17之間的空間關係是以該曲柄軸91為軸心而同軸。該踏力源93係為連接於該曲柄軸91的踏板931，該第一太陽齒輪16係藉由該單向器161設於該曲柄軸91，該定子支架29係固設於該自行車，該行星齒輪支架12係連接於該自行車之中置齒盤95並藉由一鏈條(圖中未示)來與該自行車的動力輪間接的連接。

此外，於本實施例中，該內轉子27與該內定子26之組合係定義為助力馬達，該外轉子22與該外定子23之組合係定義為變速馬達。

以上說明了本第一實施例的架構，接下來說明本第一實施例的操作狀態。

請再參閱第1圖，在騎乘者踩踏時，係藉由該踏力源93帶動該曲柄軸91轉動，並藉由該單向器161之作用而單向帶動該第一太陽齒輪16，該第一太陽齒輪16的轉動即帶動該複數雙階行星齒輪14轉動，該複數雙階行星齒輪14即帶動該第二太陽齒輪17以及該內齒圈18轉動。此時，由於該助力馬達(即該內定子26與該內轉子27的組合)所提供的驅動力係作用於該第二太陽齒輪17進而帶動該複數雙階行星齒輪14，因此，該助力馬達所提供的驅動力即可與踩踏力量產生關聯，進而可以達到提供助力的效果。而由於該變速馬達(即該外轉子22與該外定子23的組合)所提供的驅動力係作用於該內齒圈18，因此該內齒圈18的轉速即會影響該複數雙階行星齒輪14的移動速度，亦即影響該行星齒輪支架12的轉速，因此即影響了驅動該動力輪的速度，亦即，變化該內齒圈18的速度即可改變變速比，而達到無段變速的效果。由此可知，藉由本第一實施例的架構，不僅可利用該助力馬達提供踩踏的助力，還能藉由該變速馬達來提供無段變速的效果。

而由於該助力馬達與該變速馬達係分為內外而同軸於該曲柄軸91，且各該雙階行星齒輪14係同動而可以在製作上做在一起，因此，整體組裝後，在結構上較先前技術更為精簡，體積更小。

請再參閱第2圖，本創作第二較佳實施例所提供之一種助力自行車之無段變速裝置30，主要概同於前揭第一實施例，不同之處在於：

該外轉子42、該外定子43、該內定子46、該內轉子47、該第一太陽齒輪36以及該第二太陽齒輪37之間的空間關係是以該後輪軸97為軸心而同軸，該踏力源93係為一齒盤932藉由一鏈條(圖中未示)來與自行車踏板(圖中未示)連接，且該齒盤932係藉由複數軸承933樞設於該後輪軸97，該第一太陽齒輪36係藉由一單向器361設於該齒盤932，該定子支架49係固設於該後輪軸97，該行星齒輪支架32係連接於該自行車之後輪轂98來與該自行車的動力輪直接的連接，其中，該自行車之後輪轂98係藉由一軸承981樞設於該後輪軸97，且藉由另一單向器982設於該齒盤932。此外，該第二太陽齒輪37係藉由複數軸承371樞接於該後輪軸97。

本第二實施例的架構在操作時的狀態係說明如下。

請再參閱第2圖，在騎乘者踩踏時，係藉由該踏板帶動鏈條進而帶動該齒盤932轉動，進而藉由該單向器361之作用而單向帶動該第一太陽齒輪36，該第一太陽齒輪36的轉動即帶動該複數雙階行星齒輪34轉動，該複數雙階行星齒輪34即帶動該第二太陽齒輪37以及該內齒圈38轉動。此時，由於該助力馬達(即該內定子46與該內轉子47的組合)所提供的驅動力係作用於該第二太陽齒輪37進而帶動該複數雙階行星齒輪34，因此，該助力馬達所提供的驅動力即可與踩踏力量產生關聯，進而可以達到提供助力的效果。而由於該變速馬達(即該外轉子42與該外定子43的組合)所提供的驅動力係作用於該內齒圈38，因此該內齒圈38的轉速即會影響該複數雙階行星齒輪34的移動速度，亦即影響該行星齒輪支架32的轉速，因此即影響了驅動該自行車後輪轂98(即動力輪)的速度，亦即，變化該內齒圈38的速度即可改變變速比，而達到無段變速的效果。

其中，該齒盤932係藉由兩個單向器361,982分別連接於該第一太陽齒輪361以及該後輪轂98，在騎乘的過程中，如果踩踏驅轉該齒盤932的轉速大於或等於該行星齒輪支架32的轉速，則騎乘者會感到踩踏有施力的感覺，而如果踩踏驅轉該齒盤932的轉速小於該行星齒輪支架32的轉速，則騎乘者會感到空踩的感覺。

本第二實施例的其餘結構及所能達成之功效係概同於前揭第一實施例，容不再予贅述。

10‧‧‧助力自行車之無段變速裝置
11‧‧‧行星齒輪組
12‧‧‧行星齒輪支架
14‧‧‧雙階行星齒輪
141‧‧‧大齒輪
142‧‧‧小齒輪
16‧‧‧第一太陽齒輪
161‧‧‧單向器
17‧‧‧第二太陽齒輪
171‧‧‧軸承
18‧‧‧內齒圈
21‧‧‧雙電機馬達
22‧‧‧外轉子
23‧‧‧外定子
26‧‧‧內定子
27‧‧‧內轉子
29‧‧‧定子支架
30‧‧‧助力自行車之無段變速裝置
32‧‧‧行星齒輪支架
34‧‧‧雙階行星齒輪
36‧‧‧第一太陽齒輪
361‧‧‧單向器
37‧‧‧第二太陽齒輪
371‧‧‧軸承
38‧‧‧內齒圈
42‧‧‧外轉子
43‧‧‧外定子
46‧‧‧內定子
47‧‧‧內轉子
49‧‧‧定子支架
91‧‧‧曲柄軸
93‧‧‧踏力源
931‧‧‧踏板
932‧‧‧齒盤
933‧‧‧軸承
95‧‧‧中置齒盤
97‧‧‧後輪軸
98‧‧‧後輪轂
981‧‧‧軸承
982‧‧‧單向器

第1圖係本創作第一較佳實施例之剖視示意圖。 第2圖係本創作第二較佳實施例之剖視示意圖。

10‧‧‧助力自行車之無段變速裝置

11‧‧‧行星齒輪組

12‧‧‧行星齒輪支架

14‧‧‧雙階行星齒輪

141‧‧‧大齒輪

142‧‧‧小齒輪

16‧‧‧第一太陽齒輪

161‧‧‧單向器

17‧‧‧第二太陽齒輪

171‧‧‧軸承

18‧‧‧內齒圈

21‧‧‧雙電機馬達

22‧‧‧外轉子

23‧‧‧外定子

26‧‧‧內定子

27‧‧‧內轉子

29‧‧‧定子支架

91‧‧‧曲柄軸

93‧‧‧踏力源

931‧‧‧踏板

95‧‧‧中置齒盤

Claims (4)

1. 一種助力自行車之無段變速裝置，包含有： 一行星齒輪組，主要具有一行星齒輪支架、設於該行星齒輪支架的複數雙階行星齒輪、一第一太陽齒輪、一第二太陽齒輪以及一內齒圈，其中各該雙階行星齒輪係由同軸且同動的一大齒輪以及一小齒輪所組成，該第一太陽齒輪係嚙接於該複數雙階行星齒輪的小齒輪，該第二太陽齒輪係嚙接於該複數雙階行星齒輪的大齒輪；以及 一雙電機馬達，具有一外轉子、一外定子、一內定子以及一內轉子，該外定子環繞於該內定子外側且與該內定子共同設於一定子支架，該內轉子係設於該第二太陽齒輪，該外轉子係設於該內齒圈，且該外轉子、該外定子、該內定子、該內轉子、該第一太陽齒輪以及該第二太陽齒輪之間的空間關係乃是以一自行車之曲柄軸或後輪軸為軸心而同軸； 其中，該第一太陽齒輪係藉由一單向器來與該自行車的踏力源連接而受到該踏力源的帶動而旋轉，該行星齒輪支架係與該自行車的動力輪直接或間接的連接而在旋轉時帶動該動力輪，該第二太陽齒輪係藉由至少一軸承樞接於該曲柄軸或該後輪軸。
2. 依據申請專利範圍第1項之助力自行車之無段變速裝置，其中：該外轉子、該外定子、該內定子、該內轉子、該第一太陽齒輪以及該第二太陽齒輪之間的空間關係是以該曲柄軸為軸心而同軸時，該踏力源係為連接於該曲柄軸的踏板，該第一太陽齒輪係藉由該單向器設於該曲柄軸，該定子支架係固設於該自行車，該行星齒輪支架係連接於該自行車之中置齒盤並藉由一鏈條來與該自行車的動力輪間接的連接。
3. 依據申請專利範圍第1項之助力自行車之無段變速裝置，其中：該外轉子、該外定子、該內定子、該內轉子、該第一太陽齒輪以及該第二太陽齒輪之間的空間關係是以該後輪軸為軸心而同軸時，該踏力源係為一齒盤藉由一鏈條來與自行車踏板連接，且該齒盤係藉由至少一軸承樞設於該後輪軸，該第一太陽齒輪係藉由該單向器設於該齒盤，該定子支架係固設於該後輪軸，該行星齒輪支架係連接於該自行車之後輪轂來與該自行車的動力輪直接的連接。
4. 依據申請專利範圍第1項之助力自行車之無段變速裝置，其中：該內轉子與該內定子之組合係定義為助力馬達，該外轉子與該外定子之組合係定義為變速馬達。