TWI666141B - 往復式直線踩踏原動機及含此往復式直線踩踏原動機的自行車 - Google Patents

Abstract

本發明乃提出一種往復式直線踩踏原動機，此直線往復式踩踏原動機之特徵在於將雙腿往復圓轉運動修改成雙腿往復直線屈伸，藉由在一腿屈收之同時使另一腿伸張，雙腿協力能收倍力加乘之效，待每一次直線運動衝程完畢，復行反向直線運動衝程，且驅動方向維持不變，在雙腿往復直線屈伸的全衝程任一瞬間，皆可產生等同於圓轉式最大力矩點瞬間功率之2倍。

Description

往復式直線踩踏原動機及含此往復式直線踩踏原動機的自行車

本發明關於一種往復式直線踩踏原動機及一種含此往復式直線踩踏原動機的自行車，且特別是一種含此往復式直線踩踏原動機的多輪自行車。

自從1867~1885年期間，在西歐的自行車發展逐漸定型，進而成為今日在全球所廣為熟悉的模樣。在過往的130年間雖持續發明了飛輪、鏈條、充氣輪胎、變速機構等提升騎乘效能或舒適之功能，然而自行車的基本架構卻未發生根本性的改變，這其中最根深蒂固的組成要素便是圓轉式踩踏原動機。

如第3A~3C圖所示，其繪示的是一種習知圓轉踩踏原動機在不同踩踏角度時的示意圖，其中R為轉盤踏柄力臂，F為單腿踩踏下壓力，A為自上死點起向前旋轉之角度，B為踏柄與水平面之夾角，即B+A=90度，則引重力向下踩踏產生力矩τ=F×R×sin(A)，或者τ=F×R×cos(B)，一般而言在踏柄上有效施加力矩僅約在2點鐘至4點鐘的90度角的範圍內，且在踏柄到達3點鐘方向時，引重力向下踩踏產生力矩τ可達最達值，即τ=F×R。然而，當一腿對轉盤踏柄力臂R踩踏施力時，另一腿抬起並不能對轉盤施加力矩，，除非踏板加裝鞋套或鞋卡，且即便腿力大過體重，只要人體還坐在椅墊上，騎乘者能下踩的最大施力亦僅為 體重，除非人體離座前傾，並以手臂向上拉手把引體向下增加對於踏柄的下壓力，即俗稱「抽車」的動作，才有機會施加超乎體重之下壓力；若為斜躺式或臥式自行車，雖然腳往前踩或後拉(有鞋套或鞋卡時)，但每一圓轉循環由下死點至上死點間須額外施加抬腿之無效功耗。

有鑑於上述圓轉式踩踏原動機之缺點，一種可提供最有效作功的原動機乃業界殷切期待。因此，本發明乃提出一種往復式直線踩踏原動機，此直線往復式踩踏原動機之特徵在於將雙腿往復圓轉運動修改成雙腿往復直線屈伸，藉由在一腿屈收之同時使另一腿伸張，雙腿協力能收倍力加乘之效，待每一次直線運動衝程完畢，復行反向直線運動衝程，且驅動方向維持不變，在雙腿往復直線屈伸的全衝程任一瞬間，皆可產生等同於圓轉式最大力矩點瞬間功率之2倍，即引重力向下踩踏產生力矩τ=(F1+F2)×R×sin(90度)=(F1+F2)×R×cos(0度)=(F1+F2)×R2×F×R。

本發明乃揭示一種往復式直線踩踏原動機，包括：一第一轉輪，固定於一第一軸；一第二轉輪，固定於一第二軸，且該第一軸與該第二軸之間具有一夾角α，且|α|0度；一第一單向棘輪及一第二單向棘輪，且該第一單向棘輪與該第二棘輪之間以一傳動軸連接，該傳動軸與該第一軸之間具有一夾角β，且|β|0度；一第一封閉式線型驅動單元，依序纏繞經過該第一轉輪、該第一棘輪、該第二轉輪及該第二棘輪後，再回到該第一轉輪，形成一緊繃但可自由運動的封閉迴路，其中該第一封閉式線型驅動單元包括二個獨立位在該第一、第二棘輪之間的第一、第二直線部；一第一踏板，設置於該第一直線部上，且該第一踏板可在該第一直線部往復直線運動；以及一第二踏板，設置於該第二直線部上， 且該第二踏板可相對於該第一踏板在該第二直線部往復直線運動；其中，當踩踏該第一、第二踏板時，會使該第一封閉式線型驅動單元的該第一、第二直線部的往復運動，進而分別帶動該第一、第二棘輪往相同的方向第一旋轉方向D1轉動，將踩踏該第一、第二踏板的機械力轉換成使該傳動軸往第一旋轉方向D1轉動的旋轉動力輸出。

本發明之另一特徵是揭示一種如上所述的往復式直線踩踏原動機，且該第一封閉式線型驅動單元可為封閉式鏈條、封閉式皮帶、封閉式纜繩其中之一或其組合。

本發明之另一特徵是揭示一種如上所述的往復式直線踩踏原動機，且該第一轉輪與該第二轉輪為各自獨立的滑輪。

本發明之另一特徵是揭示一種多輪自行車，包括：一車架，且該車架包括相對的一驅動端與一自由端；一坐墊，可調整地設置於該車架上；一驅動輪，設置於該車架的該驅動端，且該驅動輪具有一驅動軸，固定於該驅動端上；一自由輪，設置於該車架的該自由端，且該自由輪可被該驅動輪帶動；一如段落[0005]~[0007]中所述的任一種往復式直線踩踏原動機；一第一輪軸，固定於該往復式直線踩踏原動機中的該傳動軸上；一第二輪軸，固定於該驅動軸上；一第二封閉式線型驅動單元，纏繞於該第一、第二輪軸之間，形成一緊繃但可自由運動的封閉迴路；其中，該第一轉輪可被該傳動軸所輸出之旋轉動力帶動而往第一旋轉方向D1轉動，並使該第二封閉式線型驅動單元在該第一、第二輪軸之間來回運動，進而驅使該第二輪軸轉動該驅動軸，並帶動該驅動輪前進。

本發明之另一特徵是揭示一種如上所述的多輪自行車，且該第二封閉式線型驅動單元可為封閉式鏈條、封閉式皮帶、封閉式纜繩其中之一或其組合。

本發明之另一特徵是揭示一種如上所述的多輪自行車，且該坐墊為具有靠背的坐墊。

12‧‧‧第一轉輪

12a‧‧‧第一軸

14‧‧‧第二轉輪

14a‧‧‧第二軸

20‧‧‧第一單向棘輪

24‧‧‧第一封閉式線型驅動單元

26‧‧‧第一踏板

28‧‧‧第二踏板

30‧‧‧第二單向棘輪

34‧‧‧第二封閉式線型驅動單元

40‧‧‧傳動軸

50‧‧‧第一輪軸

60‧‧‧第二輪軸

100‧‧‧往復式直線踩踏原動機

110‧‧‧車架

120‧‧‧坐墊

125‧‧‧把手

110A‧‧‧驅動端

110B‧‧‧自由端

130A‧‧‧驅動輪

130B‧‧‧自由輪

1000‧‧‧多輪自行車

D1‧‧‧第一旋轉方向

第1A圖所繪示的是根據本發明第一實施例所揭示的往復式直線踩踏原動機結構分解示意圖。

第1B圖所繪示的是第1A圖中之該第一軸12a與該第二軸14a之間的夾角α；第1C圖所繪示的是第1A圖中之該傳動軸40與該第一軸12a之間的夾角β。

第2A圖所繪示的是根據本發明第二實施例所揭示的多輪自行車。

第2B圖所繪示的是第2A圖所示的多輪自行車使用第1A圖的往復式直線踩踏原動機100的示意圖。

第3A~3C圖所繪示的是一種習知圓轉踩踏原動機在不同踩踏角度時的示意圖。

以下將詳細說明本發明實施例之製作與使用方式。然應注意的是，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。文中所舉例討論之特定實施例僅為製造與使用本發明之特定方式，非用以限制本發明之範圍。

實施例一

請參閱第1A圖，其所繪示者乃根據本發明的實施例一所揭示的一種往復式直線踩踏原動機100。如第1A圖所示，此往復式直線踩踏原動機100包括一第一轉輪12，固定於一第一軸12a；一第二轉輪14，固定於一第二軸14a，且該第一軸12a與該第二軸14a之間具有一如第1B圖所示之夾角α，且|α|0度；一第一單向棘輪20及一第二單向棘輪30，且該第一單向棘輪20與該第二棘輪30之間以一傳動軸40連接，該傳動軸40與該第一軸12a之間具有一如第1B圖所示之夾角β，且|β|0度；一第一封閉式線型驅動單元24，依序纏繞經過該第一轉輪12、該第一棘輪20、該第二轉輪14及該第二棘輪30後，再回到該第一轉輪12，形成一緊繃但可自由運動的封閉迴路，其中該第一封閉式線型驅動單元24包括二個獨立位在該第一、第二棘輪20、30之間的第一、第二直線部(未標示)；一第一踏板26，設置於該第一直線部上；以及一第二踏板28，設置於該第二直線部上，且該第二踏板28可相對於該第一踏板在該第二直線部往復直線運動。

根據本發明一較佳實施例，上述之該第一封閉式線型驅動單元24可為一封閉式鏈條、封閉式皮帶、封閉式纜繩其中之一或其組合；夾角α=0度，該夾角β=90度；該第一、第二轉輪12、14為滑輪。

如第1A圖所示，當第一踏板26可在該第一直線部往復直線運動；以及一第二踏板28，設置於該第二直線部上，且該第二踏板28可相對於該第一踏板26在該第二直線部往復直線運動；其中，當踩踏該第一、第二踏板26、28時，會使該第一封閉式線型驅動單元24的該第一、第二直線部的往復運動，進而分別帶動該第一、第二棘輪20、30往相同的方向第一旋轉方向D1轉動，將踩踏該第一、第二踏板26、28的機械力轉換成使該傳動軸40往第一旋轉方向D1轉動的旋轉動力輸出。第一旋轉方向D1可為預定的順時針或逆時針方向。

本發明所揭示的往復式直線踩踏原動機100，藉由使用者在左腿伸張施以F之力直線踩踏第一踏板26時，第二踏板28乃對右腿反向施以F之力使右腿反向直線屈收，待直線運動衝程完畢，復行反向直線運動衝程，當使用者改以右腿伸張並施以F之力直線踩踏第二踏板28，第一踏板26同時對左腿反向施以F之力使左腿反向直線屈收，之後視使用者雙腿協力能收倍力加乘之效，且驅動方向維持不變，在雙腿往復直線屈伸的全衝程任一瞬間，皆可產生等同於圓轉式最大力矩點瞬間功率之2倍，即使用者在踩踏此往復式直線踩踏原動機100時可產生的總力矩τ=2×F×R。

實施例二

請參閱第2A~2B圖，其所繪示者乃根據本發明實施例二所揭示的一種多輪自行車1000。如第2A圖所示，此多輪自行車1000包括一車架110，且該車架110包括相對的一驅動端110A與一自由端110B；一坐墊120，可調整地設置於該車架110上；一驅動輪130A及一自由輪130B，分別設置於該車架110的該驅動端110A與該自由端，且該自由輪130B可被該驅動輪130A帶動；一如實施例一所述的往復式直線踩踏原動機100，一第一輪軸50，固定於該往復式直線踩踏原動機中的該傳動軸40上；一第二輪軸60，固定於一驅動軸(未標示)上；一第二封閉式線型驅動單元34，纏繞於該第一、第二輪軸50、60之間，形成一緊繃但可自由運動的封閉迴路。根據本發明一較佳實施例，該坐墊120為具有靠背的坐墊，而根據本發明的其他實施例，該坐墊120也可視設計需要選擇不具靠背的坐墊。此外，此多輪自行車1000更可包括一控制方向的把手125。

如第2A、2B圖所示，該第一輪軸50可被該傳動軸40所輸出之旋轉動力帶動而往第一旋轉方向D1轉動，並藉由該第二封閉式線型驅動單元 (34)將該旋轉動力重送至該第二輪軸60，進而驅使該第二輪軸60同樣朝第一旋轉方向D1轉動，帶動該驅動軸40，並驅使該驅動輪130A朝第一旋轉方向D1轉動，而使該多輪自行車1000前進。

綜上所述，本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何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，當可更動與組合上述各種實施例，將本發明應用於二輪自行車、健身用的飛輪自行車、滑船機等運動或發電器材。

Claims (6)

1. 一種往復式直線踩踏原動機，包括：一第一轉輪，固定於一第一軸；一第二轉輪，固定於一第二軸，且該第一軸與該第二軸之間具有一夾角α，且|α|0度；一第一單向棘輪及一第二單向棘輪，且該第一單向棘輪與該第二棘輪之間以一傳動軸連接，該傳動軸與該第一軸之間具有一夾角β，且|β|0度；一第一封閉式線型驅動單元，依序纏繞經過該第一轉輪、該第一棘輪、該第二轉輪及該第二棘輪後，再回到該第一轉輪，形成一緊繃但可自由運動的封閉迴路，其中該第一封閉式線型驅動單元包括二個獨立位在該第一、第二棘輪之間的第一、第二直線部；一第一踏板，設置於該第一直線部上，且該第一踏板可在該第一直線部往復直線運動；以及一第二踏板，設置於該第二直線部上，且該第二踏板可相對於該第一踏板在該第二直線部往復直線運動；其中，當踩踏該第一、第二踏板時，會使該第一封閉式線型驅動單元的該第一、第二直線部的往復運動，進而分別帶動該第一、第二棘輪往相同的方向第一旋轉方向D1轉動，將踩踏該第一、第二踏板的機械力轉換成使該傳動軸往第一旋轉方向D1轉動的旋轉動力輸出。
2. 如申請專利範圍第1項所述的往復式直線踩踏原動機，該第一封閉式線型驅動單元可為封閉式鏈條、封閉式皮帶、封閉式纜繩其中之一或其組合。
3. 如申請專利範圍第1項所述的往復式直線踩踏原動機，該第一轉輪與該第二轉輪為各自獨立的滑輪。
4. 一種多輪自行車，包括：一車架，且該車架包括相對的一驅動端與一自由端；一坐墊，可調整地設置於該車架上；一驅動輪，設置於該車架的該驅動端，且該驅動輪具有一驅動軸，固定於該驅動端上；一自由輪，設置於該車架的該自由端，且該自由輪可被該驅動輪帶動；一申請專利範圍第1至3項中任一項所述的往復式直線踩踏原動機；一第一輪軸，固定於該往復式直線踩踏原動機中的該傳動軸上；一第二輪軸，固定於該驅動軸上；一第二封閉式線型驅動單元，纏繞於該第一、第二輪軸之間，形成一緊繃但可自由運動的封閉迴路；其中，該第一輪軸可被該傳動軸所輸出之旋轉動力帶動而往第一旋轉方向D1轉動，並藉由該第二封閉式線型驅動單元將該旋轉動力重送至該第二轉輪，驅使該第二輪軸轉動該驅動軸，並驅使該驅動輪往該第一旋轉方向D1轉動，使該多輪自行車前進。
5. 如申請專利範圍第4項所述的多輪自行車，該第二封閉式線型驅動單元可為封閉式鏈條、封閉式皮帶、封閉式纜繩其中之一或其組合。
6. 如申請專利範圍第4項所述的多輪自行車，該坐墊為具有靠背的坐墊。