TWI608186B

TWI608186B - 用於輪體的傳動裝置及動力輔助輪組

Info

Publication number: TWI608186B
Application number: TW105141417A
Authority: TW
Inventors: 李少愉; 胡家睿
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2017-12-11
Also published as: US10174811B2; TW201821714A; US20180163819A1

Description

用於輪體的傳動裝置及動力輔助輪組

本發明是有關於一種輪組，且特別是有關於一種用於輪體的傳動裝置及動力輔助輪組。

在動力輔助輪組的市場中，動力輔助交通工具具有車輪，每個車輪的中心都有輪轂，車輪的輪轂以螺栓固定在車體上。動力輔助交通工具的動力系統需滿足高減速比與特定體積限制，且在一般動力輔助交通工具的設計中，中軸空間常需要用來進行錨固、電路連接等功能。若採用一般行星齒輪系統作為傳動裝置，因齒輪緊密排列而使中軸空間不足，抑或是需要犧牲減速比來提供中軸空間。若進一步採用少齒差的行星齒輪系統可縮小傳動裝置的體積，但動力逆向輸入時機構會產生自鎖。

本發明係有關於一種用於輪體的傳動裝置及動力輔助輪組，可避免體積過大、自鎖及中軸空間不足等問題。

根據本發明之一方面，提出一種用於輪體的傳動裝置，包括一行星架、一第一中空行星齒輪、一第二中空行星齒輪、一第一環齒輪及一第二環齒輪。第一中空行星齒輪透過一軸承耦接行星架且具有一第一模數。第二中空行星齒輪與第一中空行星齒輪固接且同步運動，第二中空行星齒輪具有一第二模數，第一模數與第二模數不同。第一環齒輪環繞於第一中空行星齒輪的周圍並與第一中空行星齒輪嚙合。第二環齒輪環繞於第二中空行星齒輪的周圍並與第二中空行星齒輪嚙合。

根據本發明之一方面，提出一種動力輔助輪組，包括一輪體以及一動力模組。動力模組設置於輪體上，其包括一動力裝置以及上述的傳動裝置。傳動裝置耦接動力裝置。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧動力輔助輪組

110‧‧‧輪體

112‧‧‧輪轂

120‧‧‧動力模組

121‧‧‧動力裝置

122‧‧‧接合裝置

130‧‧‧傳動裝置

131‧‧‧行星齒輪組

132‧‧‧行星齒輪組

133‧‧‧第一中空行星齒輪

134‧‧‧第二中空行星齒輪

135‧‧‧第一環齒輪

136‧‧‧第二環齒輪

137‧‧‧行星架

138‧‧‧圓孔

139‧‧‧軸承

D1‧‧‧第一節圓直徑

D2‧‧‧第二節圓直徑

D3‧‧‧第三節圓直徑

D4‧‧‧第四節圓直徑

N1‧‧‧第一齒數

N2‧‧‧第二齒數

N3‧‧‧第三齒數

N4‧‧‧第四齒數

O1~O4‧‧‧中心

△X‧‧‧偏移量

H‧‧‧圓孔直徑

P‧‧‧支點

W‧‧‧厚度

第1圖繪示依照本發明一實施例之動力輔助輪組的分解示意圖。

第2圖繪示第1圖中動力模組於一視角上的分解示意圖。

第3圖繪示第1圖中動力模組於另一視角上的分解示意圖。

第4圖繪示傳動裝置中環齒輪與行星齒輪的組合示意圖。

第5圖繪示傳動裝置的齒輪簡易示意圖。

第6A及6B圖繪示逆驅動作用力與抵抗作用力的合力矩不為零的示意圖。

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。

請參照第1圖，依照本發明一實施例之動力輔助輪組100包括一輪體110以及一動力模組120。動力模組120設置於輪體110的輪轂112上，以帶動輪體110旋轉。在一實施例中，動力模組120還可包括一接合裝置122，此接合裝置122可將動力裝置121裝設在輪體110上，以組合為一具有可拆動力模組120的動力輔助輪組100。在另一實施例中，動力模組120不限定為可拆式，當動力模組120不具有接合裝置122時，動力裝置121可藉由傳動裝置130(參見第2及3圖)直接驅動輪轂112。上述的動力輔助輪組100可應用在電動輪椅、電動機車或電動腳踏車等交通工具上，以解省人力。

請參照第2及3圖，傳動裝置130包括一第一中空行星齒輪133、一第二中空行星齒輪134、一第一環齒輪135、一第二環齒輪136以及一行星架137。第一中空行星齒輪133與行星架137可藉由一軸承139相耦接，亦即，第一中空行星齒輪133除了可相對於行星架137轉動(自轉)之外，還可與偏心的行星架137一起繞著動力裝置121的中心旋轉(公轉)。第一中空行星齒輪133與第二中空行星齒輪134固接且同步運動。也就是說，第一中空行星齒輪133與第二中空行星齒輪134構成一同步旋轉的行星齒輪，兩者之間沒有相對運動。另外，由於第一中空行星齒輪133與第二中空行星齒輪134為單一行星齒輪，結構更為簡單，因此不需在習知設計的環齒輪中安裝多個行星齒輪，進而減少行星齒輪的數量。

第一中空行星齒輪133為第一階行星齒輪，為主動齒輪，而第一環齒輪135環繞於第一中空行星齒輪133的周圍並與第一中空行星齒輪133嚙合，且第一環齒輪135為固接齒輪，以使第一中空行星齒輪133相對於第一環齒輪135旋轉。第一中空行星齒輪133與第一環齒輪135構成一行星齒輪組131。此外，第二中空行星齒輪134為第二階行星齒輪，為主動齒輪，而第二環齒輪136環繞於第二中空行星齒輪134的周圍並與第二中空行星齒輪134嚙合，且第二環齒輪136為被動齒輪。第二中空行星齒輪134與第二環齒輪136構成另一行星齒輪組132。

第一中空行星齒輪133具有第一模數，第二中空行星齒輪134具有第二模數，第一模數與第二模數不同。在一實施例中，第一模數例如為2，而第二模數例如為2.5。在另一實施例中，第一模數例如為2.5，而第二模數例如為2。模數為節圓直徑與齒數的比值。模數越大，表示相鄰兩齒之間的距離(即節距)越大。因此，當兩個齒輪的齒數一樣或相近時，模數越大的齒輪，表示其節距越大、節圓直徑越大；反之，模數越小的齒輪，表示其節距越小、節圓直徑越小。

在一實施例中，第一中空行星齒輪133與第二中空行星齒輪134的齒數相差很少，例如相差1~5齒，第一環齒輪135與第二環齒輪136的齒數相等；或者，第一中空行星齒輪133與第二中空行星齒輪134的齒數相等，第一環齒輪135與第二環齒輪136的齒數相差很少，例如相差1~5齒。

請參照第2圖，第一中空行星齒輪133具有第一齒數(以N1表示)以及第一節圓直徑D1，第二中空行星齒輪134具有第二齒數(以N2表示)以及第二節圓直徑D2。此外，第一環齒輪135具有第三齒數(以N3表示)以及第三節圓直徑D3，第二環齒輪136具有第四齒數(以N4表示)以及第四節圓直徑D4。根據上述模數的定義，設定第一模數(D1/N1或D3/N3)不等於第二模數(D2/N2或D4/N4)，即D1/N1≠D2/N2且D3/N3≠D4/N4。在一實施例中，當第一齒數N1與第二齒數N2相差很少(例如相差1~5齒)，且第三齒數N3等於第四齒數N4時(N3=N4)，可得知第一節圓直徑D1不等於第二節圓直徑D2即D1≠D2，且第三節圓直徑D3不等於第四節圓直徑D4，即D3≠D4。在另一實施例中，當第一齒數N1等於第二齒數N2(N1=N2)，且第三齒數N3與第四齒數N4相差很少(例如相差1~5齒)時，可得知第一節圓直徑D1不等於第二節圓直徑D2，即D1≠D2，且第三節圓直徑D3不等於第四節圓直徑D4，即D3≠D4。因此，本實施例之傳動裝置130可根據模數的大小，在少齒差的情況下，使二行星齒輪組131、132具有不同的節距以及不同的節圓直徑。

在一實施例中，第一中空行星齒輪133的齒數例如為32齒，第二中空行星齒輪134的齒數例如為34齒，第一環齒輪135與第二環齒輪136的齒數例如為40齒。經由計算齒輪的減速比可知，減速比=1/(1-(34*40/40*32))=-32/2=-16，此二行星齒輪組131、132輸出的減速比為16。由此可知，本發明之傳動裝置130具有高減速比。

在上述實施例中，由於行星齒輪組131與行星齒輪組132採用不同的模數，使得行星齒輪組131與行星齒輪組132的齒數相差可落在需要的範圍以內(相差1~5齒)，而行星齒輪組131與行星齒輪組132的節圓直徑有足夠大的差異，因此避免動力逆向傳輸(參見第6A及6B圖)時，行星齒輪組132被行星齒輪組131鎖定的情形。

請參照第2圖，第一中空行星齒輪133的中心O1偏離第一環齒輪135的中心O3，且第二中空行星齒輪134的中心O2偏離第二環齒輪136的中心O4，偏移量例如為△X。也就是說，第一中空行星齒輪133與第二中空行星齒輪134皆為偏心齒輪。請參照第4圖，在一實施例中，第一中空行星齒輪133與第二中空行星齒輪134的中央形成的圓孔138可讓一中軸(圖未繪示)通過，且其直徑H至少為中軸直徑的兩倍，進而加大讓位給中軸空間。在一實施例中，圓孔直徑H例如為25mm或更大，但本發明不以此為限。

請參照第3及5圖，行星架137耦接動力裝置121，且行星架137藉由軸承139與第一中空行星齒輪133相耦接，用以帶動偏心的第一中空行星齒輪133及第二中空行星齒輪134一起繞著動力裝置121的中心旋轉。在一實施例中，動力裝置121例如包括一定子以及一轉子(均未繪示)，定子用以驅動轉子相對於定子轉動；然而，動力裝置121不一定要為定子與轉子組成的結構，亦可為其他可提供動力的機構。

請參照第5圖，第一中空行星齒輪133以及第二中空行星齒輪134經由軸承與行星架137耦接至動力裝置121(輸入端)，第一環齒輪135固接在動力裝置121的固定端上。因此，動力裝置121的動力可經由行星架137輸入至第一中空行星齒輪133以及第二中空行星齒輪134，再由與第二中空行星齒輪134嚙合的第二環齒輪136輸出，進而提高傳動裝置130的減速比。在本實施例中，第二環齒輪136還可將動力傳輸至第1圖中的接合裝置122，進而驅動與接合裝置122耦接的輪體110同步旋轉。

由於本發明之傳動裝置130採用少齒差行星齒輪系統，使得傳動裝置130的體積小且具有高減速比。在一實施例中，二行星齒輪組131、132組合後的整體厚度W可縮小至小於20mm，較佳為15mm，以達到薄型化的要求。此外，在一實施例中，傳動裝置130的減速比可達16以上，使得動力裝置121可在較高效率區段(即較高速)下運轉，而位於輸出端的輪體110的最低轉速仍可控制在50rpm左右，以符合動力輔助交通工具在低速下運轉時所需要的動力需求。

請參照第4及6A圖，在一實施例中，當第二中空行星齒輪134的模數大於第一中空行星齒輪133的模數時，在少齒差的情況下，第二中空行星齒輪134的節圓直徑D2將大於第一中空行星齒輪133的節圓直徑D1，其中當逆驅動作用力(例如使用者以人力驅動輪體110的情況)作用在節圓直徑D2較大的第二中空行星齒輪134時，第一中空行星齒輪133受到來自第一環齒輪135為了抵抗逆驅動作用力而產生反向的抵抗作用力，在系統力平衡(逆驅動作用力、抵抗作用力與行星架作用力平衡)下，由於第一中空行星齒輪133與第二中空行星齒輪134的節圓直徑不同，逆驅動作用力與抵抗作用力相對於支點P的合力矩不為零(即力矩不平衡)，第一與第二中空行星齒輪133、134仍可旋轉，行星架137也能轉動。

此外，請參照第6B圖，在一實施例中，當第二中空行星齒輪134的模數小於第一中空行星齒輪133的模數時，在少齒差的情況下，第二中空行星齒輪134的節圓直徑D2將小於第一中空行星齒輪133的節圓直徑D1，其中當逆驅動作用力(例如使用者以人力驅動輪體110的情況)作用在節圓直徑D2較小的第二中空行星齒輪134時，第一中空行星齒輪133受到來自第一環齒輪135為了抵抗逆驅動作用力而產生反向的抵抗作用力，在系統力平衡(逆驅動作用力、抵抗作用力與行星架作用力平衡)下，由於第一中空行星齒輪133與第二中空行星齒輪134的節圓直徑不同，逆驅動作用力與抵抗作用力相對於支點P的合力矩不為零(即力矩不平衡)，第一與第二中空行星齒輪133、134仍可旋轉，行星架137也能轉動。因此，上述二實施例均可避免存在於傳統少齒差行星齒輪系統中因模數相同造成齒輪節圓直徑相同，使得逆驅動作用力與抵抗作用力的合力矩為零或接近零而導致機構自鎖的問題。因此，本發明之動力輔助輪組100將二行星齒輪組131、132的模數設計為不同(節圓直徑不同)，以致於逆驅動作用力與抵抗作用力的合力矩不為零，因此使用者仍可選擇由人力或由電動機輸出動力，不會發生自鎖的問題。

本發明上述實施例所揭露之用於輪體的傳動裝置及動力輔助輪組，係利用齒數相差很少的二行星齒輪組131、132，使得傳動裝置的體積變小且具有高減速比，以改善動力模組運轉的效率。此外，由於本發明之二行星齒輪組131、132模數不同，且採用單一個行星齒輪之設計，能使二行星齒輪組131、132具有較大的模數差異及較大的圓孔直徑，避免自鎖及中軸空間不足等問題。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。