TWM673032U - 電輔自行車之中置電機傳動裝置 - Google Patents

Abstract

一種電輔自行車之中置電機傳動裝置，具有中間形成傳動部的曲柄軸，於曲柄軸的周圍同軸地設置諧波減速機，其輸入端具有一馬達輸入軸，輸出端係設於杯狀柔性齒輪底部的連結環，於連結環的內側形成中央供曲柄軸穿過的穿孔；於連結環與傳動部分別結合一驅動環，該二個驅動環位於柔性齒輪內且分別透過一單向驅動結構連結於一大盤輸出軸，大盤輸出軸的中間穿過穿孔且右端具有大盤座；本創作透過將二組驅動環與單向驅動結構與部分的大盤輸出軸容納於柔性齒輪內的設計，充分運用柔性齒輪內的空間，能有效地縮減該傳動裝置原本會沿軸向佔有的空間，解決設置裝置處的空間不足問題。

Description

電輔自行車之中置電機傳動裝置

本創作係與電動輔助自行車有關；特別是指一種電輔自行車之中置電機傳動裝置。

本案申請人此前申請獲准的台灣專利第TWI821957B號「柔性齒輪連結構造」發明專利案，其中的諧波減速機通過柔性齒輪的連結座與對手件螺合，使諧波減速機在同樣額定扭矩下，大大節省諧波減速機的體積以及隨之而來的重量，適合安裝於有限的空間並能滿足輕量化及穿線孔的需求。

當將上述發明中的諧波減速機運用於電動輔助自行車之中置電機傳動裝置時，係與曲柄軸等傳動結構設置於電動輔助自行車的五通管內，將馬達的旋轉輸出減速後，傳輸動力至大盤輸出軸。雖然上述申請人發明的諧波減速機相較於一般的諧波減速機已經縮減了體積，但由於作為對手件的大盤輸出軸位於柔性齒輪之外，仍無法有效地縮減該傳動裝置沿軸向會佔有的空間，不能進一步解決裝置設置處的空間不足問題。

有鑑於此，本創作之目的在於提供一種以諧波減速機作為減速手段的傳動裝置，可供設置於電動輔助自行車的五通管處，通過充分運用柔性齒輪內的空間收容原本會沿軸向凸出於柔性齒輪的結構，有效地縮減該傳動裝置會沿軸向佔有的空間，解決裝置設置處空間不足的問題。

緣以達成上述目的，本創作提供一種電輔自行車之中置電機傳動裝置，包括一曲柄軸、一諧波減速機、一第一驅動環、一第二驅動環，以及一大盤輸出軸。該曲柄軸具有一軸桿，該軸桿的兩端部分別形成一曲柄結合部，於該曲柄軸的中間形成一傳動部。該諧波減速機與該曲柄軸同軸地設置於該軸桿的周圍且包括一剛性齒輪、一柔性齒輪、一馬達輸入軸，以及一柔性軸承；該剛性齒輪的內周面具有多個剛輪齒；該柔性齒輪為杯狀且包括一柔性周壁，於該柔性周壁一側的外周面形成多個柔輪齒，該些柔輪齒嚙合於該剛輪齒，於該柔性周壁另一側的端緣連接一向內延伸的環片，該環片的內周緣連接一連結環，該連結環的內側形成一穿孔，該軸桿穿過該穿孔的中心；該馬達輸入軸係管體且於一端形成一橢圓凸輪；該柔性軸承套合於該橢圓凸輪且以外周面抵靠於該柔性周壁的內周面。

該第一驅動環同軸地設置於該軸桿的周圍且位於該柔性齒輪內，該第一驅動環結合於該連結環。該第二驅動環同軸地設置於該軸桿的周圍且位於該柔性齒輪內，該第二驅動環的一側與該傳動部結合。該大盤輸出軸係管體且可旋轉地套合於該軸桿的周圍，該大盤輸出軸包括一直管、一大盤座與連接於該直管與該大盤座之間的一環狀壁，該直管穿過該穿孔而伸入該柔性齒輪內，於該直管形成一驅動部，該驅動部與該第一驅動環之間設有一第一單向驅動結構，於該驅動部與該第二驅動環之間設有一第二單向驅動結構，於該大盤座背離該諧波減速機的一側形成一大盤結合部。

本創作之效果在於，當將該電輔自行車之中置電機傳動裝置安裝於電動輔助自行車的五通管時，可透過人力使該曲柄軸轉動，該曲柄軸透過該第二驅動環與該第二單向驅動結構帶動該大盤輸出軸旋轉，藉此驅動電動輔助自行車行進，或者可透過直接連結於馬達輸入軸的馬達，經由該諧波減速機的減速且透過該第一驅動環與該第一單向驅動結構帶動該大盤輸出軸旋轉，藉此驅動電動輔助自行車行進。

本創作受益於該諧波減速機的體積小、重量輕之特性，加以本創作的第一驅動環、第一單向驅動結構、第二驅動環、第二單向驅動結構以及部分的大盤輸出軸係收容於該柔性齒輪內，充分利用該柔性齒輪內的空間，收納原本在結構設計上會沿軸向凸出於柔性齒輪的結構，如此可更進一步縮減本創作在軸向上佔有的體積，解決五通管內空間不足的問題，使曲柄軸的周圍留有更多空間可供馬達或其他電子元件設置。

為能更清楚地說明本創作，茲舉較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參看圖1至圖3A與圖5、圖6所示，為本創作一較佳實施例之電輔自行車之中置電機傳動裝置100，包括一曲柄軸10、一諧波減速機20、一第一驅動環30、一第二驅動環40、一大盤輸出軸50、一第一單向驅動結構60，以及一第二單向驅動結構70，其中：

請參看圖1至圖3A所示，該曲柄軸10的中心定義一旋轉軸L，該旋轉軸L係沿左右方向延伸，該曲柄軸10具有一軸桿12，該軸桿12的左右兩端部分別形成一曲柄結合部14。在本較佳實施例中，該二個曲柄結合部14係分別形成於該軸桿12各端部外周面的花鍵；在其他較佳實施例中，所述的各該曲柄結合部14亦可為形成於該軸桿12各端部的方形頭或八角形頭。於該曲柄軸10的中間形成一傳動部16，在本較佳實施例中，該傳動部16是一體連接於該軸桿12的外周面的齒輪。該傳動部16將該軸桿12的左右兩側分為一左段部121與一右段部122。

該諧波減速機20同軸地設置於該軸桿12的周圍，該諧波減速機20的軸線與該旋轉軸L重合。具體而言，該諧波減速機20設置於該右段部122的周圍。諧波減速機20包括一剛性齒輪22、一柔性齒輪24、一馬達輸入軸26，以及一柔性軸承28。該剛性齒輪22具有以環繞且等間隔排列設置的多個鎖孔222，且該剛性齒輪22的內周面具有多個剛輪齒221。該柔性齒輪24為杯狀結構，且該柔性齒輪24包含一柔性周壁241、多個柔輪齒242、一環片243與一連結環244；該些柔輪齒242形成於該柔性周壁241一側的外周面，該些柔輪齒242嚙合於該剛輪齒221，該環片243連接於該柔性周壁241另一側的端緣。具體而言，該環片243係圓環形的片體且外周緣連接於該柔性周壁241的端緣，內周緣朝該旋轉軸L的方向向內延伸。

該連結環244連接於該環片243的內周緣，在本較佳實施例中，該連結環244係由該環片243的內周緣伸入該柔性齒輪24內，該連結環244的外周面具有一外連結螺紋245，該連結環244的內側形成一穿孔246，該穿孔246的直徑大於該軸桿12的外徑，該軸桿12穿過該穿孔246的中心。該馬達輸入軸26係管體結構，且該馬達輸入軸26於朝向該連結環244的一端形成一橢圓凸輪261；該柔性軸承28以其內周面套合於該橢圓凸輪261的外周面，該柔性軸承28並以外周面抵靠於該柔性周壁241的內周面。

請參看圖3至圖7所示，該第一驅動環30以同軸且可轉動的方式設置於該軸桿12的周圍，該第一驅動環30的軸線與該旋轉軸L重合。該第一驅動環30位於該柔性齒輪24內，該第一驅動環30一側的內周面具有一內連結螺紋32，該第一驅動環30於其鄰接該內連結螺紋32的部分形成一擋止面34。該第一驅動環30以該內連結螺紋32螺合於該外連結螺紋245，且以該擋止面34抵靠於該連結環244的端部，藉此使該第一驅動環30同軸地結合於該連結環244。該第一驅動環30背離該連結環244的另一側形成一第一單向結構座36，於該第一單向結構座36以環繞且間隔的排列方式形成複數個開口分別朝向該旋轉軸L方向的第一棘齒槽361，各該第一棘齒槽361對應以該旋轉軸L為中心的轉動方向的兩側分別形成一第一樞接部362與一第一彈片部363。

該第二驅動環40以同軸且可轉動的方式設置於該軸桿12的周圍，在本較佳實施例中，該第二驅動環40位於該柔性齒輪24內。該第二驅動環40背離該連結環244的一側與該曲柄軸10的傳動部16結合。具體而言，該第二驅動環40背離該連結環244的一側形成一連結齒輪42，該連結齒輪42與齒輪型態的該傳動部16嚙合，以達到該曲柄軸10的動力傳遞。該第二驅動環40的另一側形成一第二單向結構座44，於該第二單向結構座44以環繞且間隔的排列方式形成複數個開口分別朝向該旋轉軸L方向的第二棘齒槽441，各該第二棘齒槽441對應以該旋轉軸L為中心的轉動方向的兩側分別形成一第二樞接部442與一第二彈片部443。

該大盤輸出軸50係管體結構，該大盤輸出軸50可旋轉地套合於該軸桿12的周圍。具體而言，該大盤輸出軸50可旋轉地套合於該右段部122的周圍。該大盤輸出軸50包括一直管52、一大盤座54與一環狀壁53，該環狀壁53的內周緣連接於該直管52，該環狀壁53的外周緣連接於該大盤座54。該直管52穿過該連結環244的該穿孔246而伸入該柔性齒輪24內，於該直管52位於該柔性齒輪24內的部分形成一驅動部521，在本較佳實施例中，該驅動部521係環繞形成於該直管52外周面的多個棘齒。

該大盤座54沿該旋轉軸L的方向鄰近右側的該曲柄結合部14，該大盤座54的外徑大於該直管52的外徑，該大盤座54的內徑大於該直管52的內徑，於該大盤座54背離該諧波減速機20的一側形成一大盤結合部541。在本較佳實施例中，該大盤結合部541係環繞形成於該大盤座54外周面的多個棘齒。於該大盤座54的內周面靠近該諧波減速機20的一側與該軸桿12的外周面之間設置一內支承軸承56，該內支承軸承56的外周面抵靠於該大盤座54的內周面，該內支承軸承56的內周面抵靠於該軸桿12的外周面，如此使該內支承軸承56支撐該大盤輸出軸50於該軸桿12的周圍旋轉，於該大盤座54的外周面靠近該諧波減速機20的一側套合一外支承軸承58，該內支承軸承56與該外支承軸承58內外相對。

於該驅動部521靠近該連結環244的一側與該第一驅動環30的該第一單向結構座36之間設置一第一單向驅動結構60，該第一單向驅動結構60包括複數個第一棘齒塊62與複數個第一彈片64，各該第一棘齒塊62的內端樞接於各該第一樞接部362，各該第一棘齒塊62的外端嚙合於該驅動部521靠近該連結環244的一側；各該第一彈片64的內端嵌設於各該第一彈片部363，各該第一彈片64的外端抵靠於各該第一棘齒塊62，以使各該第一棘齒塊62單向地嚙合於該驅動部521。藉此，當將電動馬達的轉子連結於該馬達輸入軸26時，藉由該諧波減速機20減速能驅動該第一驅動環30單向地帶動該大盤輸出軸50一同旋轉。

於該驅動部521背離該連結環244的另一側與該第二驅動環40的該第二單向結構座44之間設置一第二單向驅動結構70，該第二單向驅動結構70包括複數個第二棘齒塊72與複數個第二彈片74，各該第二棘齒塊72的內端樞接於各該第二樞接部442，各該第二棘齒塊72的外端嚙合於該驅動部521背離該連結環244的另一側；各該第二彈片74的內端嵌設於各該第二彈片部443，其外端抵靠於各該第二棘齒塊72，以使各該第二棘齒塊72單向地嚙合於該驅動部521。藉此，該曲柄軸10以該旋轉軸L為旋轉中心旋轉時，能驅動該第二驅動環40單向地帶動該大盤輸出軸50一同旋轉。此外，當該曲柄軸10以及該諧波減速機20同時驅動該第一單向驅動結構60與該第二單向驅動結構70欲帶動該大盤輸出軸50旋轉時，旋轉速度較快的一方能帶動該大盤輸出軸50一同旋轉。

本創作除上述較佳實施例，係將該第一單向驅動結構60與該第二單向驅動結構70設置為具有第一棘齒塊62或第二棘齒塊72，可分別單向嚙合於該大盤輸出軸50的該驅動部521以外，亦可將該第一單向驅動結構60與該第二單向驅動結構70的結構改為單向軸承，且分別結合於該驅動部521與該第一單向結構座36之間，以及該驅動部521與該第二單向結構座44之間，同樣可以達到透過該第一驅動環30或該第二驅動環40能單向地帶動該大盤輸出軸50旋轉的功能。

當上述本創作的較佳實施例使用時，請參看圖1、圖3與圖3A所示，由於該左段部121的周圍留有可供馬達設置的空間，當將該電輔自行車之中置電機傳動裝置100安裝於電動輔助自行車的五通管（圖中未示）時，透過該剛性齒輪22的該些鎖孔222可將該諧波減速機20螺鎖於五通管的內壁固定，該曲柄軸10穿過該五通管的中心，於各該曲柄結合部14分別結合曲柄及踏板（圖中未示），再於該大盤座54的該大盤結合部541套合電輔自行車的大盤（圖中未示），且於該五通管內對應該左段部121周圍的位置安裝一馬達（圖中未示），將該馬達的轉子直接連結於該諧波減速機20的該馬達輸入軸26。

如此，透過該諧波減速機20體積小、減速比高且重量輕的特性，配合該諧波減速機20的該連結環244供該第一驅動環30螺合，以及該第一驅動環30、第二驅動環40、第一單向驅動結構60、第二單向驅動結構70與部分的大盤輸出軸50都收容於該柔性齒輪24內的設計，能縮減本創作的諧波減速機20與該第一驅動環30、第二驅動環40、第一單向驅動結構60、第二單向驅動結構70以及該大盤輸出軸50沿該旋轉軸L方向佔有的體積，增加可供馬達或其他電子元件設置的空間，解決五通管內空間不足的問題，且具有能由該曲柄軸10輸入使用者踩踏的動力至該大盤輸出軸50輸出用於帶動電動輔助自行車行進，或由該馬達輸入軸輸入馬達輸出的動力至該大盤輸出軸50輸出用於帶動電動輔助自行車行進的功能。

以上所述僅為本創作較佳可行實施例而已，舉凡應用本創作說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本創作之專利範圍內。

100:電輔自行車之中置電機傳動裝置10:曲柄軸12:軸桿121:左段部122:右段部14:曲柄結合部16:傳動部20:諧波減速機22:剛性齒輪221:剛輪齒222:鎖孔24:柔性齒輪241:柔性周壁242:柔輪齒243:環片244:連結環245:外連結螺紋246:穿孔26:馬達輸入軸261:橢圓凸輪28:柔性軸承30:第一驅動環32:內連結螺紋34:擋止面36:第一單向結構座361:第一棘齒槽362:第一樞接部363:第一彈片部40:第二驅動環42:連結齒輪44:第二單向結構座441:第二棘齒槽442:第二樞接部443:第二彈片部50:大盤輸出軸52:直管521:驅動部53:環狀壁54:大盤座541:大盤結合部56:內支承軸承58:外支承軸承60:第一單向驅動結構62:第一棘齒塊64:第一彈片70:第二單向驅動結構72:第二棘齒塊74:第二彈片L:旋轉軸

圖1為本創作一較佳實施例的立體圖。圖2為本創作上述較佳實施例的側視圖。圖3為圖2之3-3方向的剖面圖。圖3A為圖3中標示3A處的放大圖。圖4為本創作上述較佳實施例的側視圖。圖5為圖4之5-5方向的剖面圖。圖6為圖4之6-6方向的剖面圖。圖7為圖4之7-7方向的剖面圖。

100:電輔自行車之中置電機傳動裝置

10:曲柄軸

12:軸桿

121:左段部

14:曲柄結合部

16:傳動部

20:諧波減速機

22:剛性齒輪

222:鎖孔

24:柔性齒輪

26:馬達輸入軸

50:大盤輸出軸

541:大盤結合部

58:外支承軸承

L:旋轉軸

Claims (9)

1. 一種電輔自行車之中置電機傳動裝置，包括：一曲柄軸，具有一軸桿，該軸桿的兩端部分別形成一曲柄結合部，於該曲柄軸的中間形成一傳動部；一諧波減速機，與該曲柄軸同軸地設置於該軸桿的周圍且包括一剛性齒輪、一柔性齒輪、一馬達輸入軸，以及一柔性軸承；該剛性齒輪的內周面具有多個剛輪齒；該柔性齒輪為杯狀且包括一柔性周壁，於該柔性周壁一側的外周面形成多個柔輪齒，該些柔輪齒嚙合於該剛輪齒，於該柔性周壁另一側的端緣連接一向內延伸的環片，該環片的內周緣連接一連結環，該連結環的內側形成一穿孔，該軸桿穿過該穿孔的中心；該馬達輸入軸係管體且於一端形成一橢圓凸輪；該柔性軸承套合於該橢圓凸輪且以外周面抵靠於該柔性周壁的內周面；一第一驅動環，同軸地設置於該軸桿的周圍且位於該柔性齒輪內，該第一驅動環結合於該連結環；一第二驅動環，同軸地設置於該軸桿的周圍且位於該柔性齒輪內，該第二驅動環的一側與該傳動部結合；以及一大盤輸出軸，係管體且可旋轉地套合於該軸桿的周圍，該大盤輸出軸包括一直管、一大盤座與連接於該直管與該大盤座之間的一環狀壁，該直管穿過該穿孔而伸入該柔性齒輪內，於該直管形成一驅動部，該驅動部與該第一驅動環之間設有一第一單向驅動結構，於該驅動部與該第二驅動環之間設有一第二單向驅動結構，於該大盤座背離該諧波減速機的一側形成一大盤結合部。
2. 如請求項1所述之電輔自行車之中置電機傳動裝置，其中該連結環係伸入該柔性齒輪內，於該連結環的外周面具有一外連結螺紋；該第一驅動環一側的內周面具有一內連結螺紋，且該第一驅動環於鄰接該內連結螺紋的部分形成一擋止面，該內連結螺紋螺合於該外連結螺紋，該擋止面抵靠於該連結環，該第一驅動環另一側形成一第一單向結構座；該第一單向驅動結構設於該驅動部與該第一驅動環的該第一單向結構座之間。
3. 如請求項2所述之電輔自行車之中置電機傳動裝置，其中該第二驅動環的一側結合於該傳動部，該第二驅動環的另一側形成一第二單向結構座；該第二單向驅動結構設於該驅動部與該第二驅動環的該第二單向結構座之間。
4. 如請求項3所述之電輔自行車之中置電機傳動裝置，其中該曲柄軸的該傳動部係齒輪；該第二驅動環的一側形成一連結齒輪，該連結齒輪與該傳動部嚙合。
5. 如請求項2所述之電輔自行車之中置電機傳動裝置，其中該驅動部係形成於該直管外周面的多個棘齒；於該第一單向結構座以環繞且間隔的排列方式形成複數個第一棘齒槽，各該第一棘齒槽的兩側分別形成一第一樞接部與一第一彈片部；該第一單向驅動結構包括複數個第一棘齒塊與複數個第一彈片，各該第一棘齒塊的內端樞接於各該第一樞接部，各該第一棘齒塊的外端嚙合於該驅動部；各該第一彈片的內端嵌設於各該第一彈片部，各該彈片的外端抵靠於各該第一棘齒塊。
6. 如請求項3所述之電輔自行車之中置電機傳動裝置，其中該驅動部係形成於該直管外周面的多個棘齒；於該第二單向結構座以環繞且間隔的排列方式形成複數個第二棘齒槽，各該第二棘齒槽的兩側分別形成一第二樞接部與一第二彈片部；該第二單向驅動結構包括複數個第二棘齒塊與複數個第二彈片，各該第二棘齒塊的內端樞接於各該第二樞接部，各該第二棘齒塊的外端嚙合於該驅動部；各該第二彈片的內端嵌設於各該第二彈片部，各該彈片的外端抵靠於各該第二棘齒塊。
7. 如請求項1所述之電輔自行車之中置電機傳動裝置，其中該大盤座的外徑大於該直管的外徑，該大盤座的內徑大於該直管的內徑，於該大盤座的內周面與該軸桿的外周面之間設置一內支承軸承，於該大盤座的外周面套合一外支承軸承；所述的兩個曲柄結合部分別形成於該軸桿的左右兩端部，該大盤結合部鄰近右側的該曲柄結合部。
8. 如請求項1所述之電輔自行車之中置電機傳動裝置，其中該傳動部將該軸桿的左右兩側分為一左段部與一右段部；該諧波減速機係與該曲柄軸同軸地設置於該軸桿的該右段部的周圍；該大盤輸出軸係管體且可旋轉地套合於該軸桿的該右段部的周圍，該大盤座鄰近右側的該曲柄結合部。
9. 如請求項1所述之電輔自行車之中置電機傳動裝置，其中各該曲柄結合部係花鍵；該大盤結合部係環繞形成於該大盤座外周面的多個棘齒。