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TWI848561B - 電動輔助自行車之中置電機結構 - Google Patents

電動輔助自行車之中置電機結構 Download PDF

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TWI848561B
TWI848561B TW112105040A TW112105040A TWI848561B TW I848561 B TWI848561 B TW I848561B TW 112105040 A TW112105040 A TW 112105040A TW 112105040 A TW112105040 A TW 112105040A TW I848561 B TWI848561 B TW I848561B
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planetary gear
eccentric
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planetary
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TW112105040A
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Inventor
王培郁
鐘偉哲
Original Assignee
鈞興機電股份有限公司
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Priority to JP2024000233U priority patent/JP3246169U/ja
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Abstract

本發明揭示一種電動輔助自行車之中置電機，係一齒輪機構安裝在一殼體內，一偏心軸的一部分固接於一電驅動裝置，且該偏心軸的一端具有二偏心部用以耦接該齒輪機構的二個相面對的二行星齒輪；一曲柄軸穿過該偏心軸的軸向內部；該曲柄軸與該齒輪機構各自藉一離合器耦接一鏈盤輸出軸；一變形軸承支架固接在該殼體且藉一軸承耦接在該鏈盤輸出軸。藉此該電驅動裝置與該曲柄軸的驅動作用力可分別傳至該鏈盤輸出軸，以及該變形軸承支架結合一應變規可形成扭力偵測器用以測該鏈盤輸出軸上的扭矩。

Description

電動輔助自行車之中置電機結構
本發明涉及一種電動輔助自行車的技術領域，特別是指應用於電動輔助自行車的中置電機。
一般自行車係藉由踩動踏板與曲柄的組合帶動齒盤與鏈條，使自行車能夠前進。電動輔助自行車則是配置有電機(馬達)作為輔助動力，並且要踩動踏板，該電機的作用力才會提供輔助動力，藉此使騎乘能夠輕鬆省力。
已知的電輔助車的中置電機多以行星齒輪機構作為減速機構，例如，該行星齒輪機構包含一內齒環內部安裝一太陽齒輪，以及行星齒輪嚙合內齒環與太陽齒輪。另外，台灣TWM 437304號新型專利與TWM 384160號新型專利皆揭示有用於電輔助行車的中置電機的減速機構，且各該減速機構所提供的行星齒輪機構中不具有太陽齒輪。
另外，電輔助自行車的力矩傳感器可能會看到安置在後溝爪與輪軸接觸的位置，傳動作用力須經過鍊條、飛輪、花鼓、輪軸才會傳遞到傳感器，故必須經過一連串的計算與補償，電機的功率輸出誤差較大。上述的專利前案未揭示力矩傳感器的安裝。
本發明的目的在於提供一種電動輔助自行車之中置電機結構，其具有能夠提供結構精簡及減小體積的功效，而還可以達到降低電驅動與踩踏驅動的轉動干擾。
為達上述目的與功效，本發明揭示一種中置電機係用以傳遞一電驅動作用力及一踩踏作用力至一齒盤，其包含：一齒輪機構安裝在一殼體內，包含至少一行星齒輪嚙合在一齒環內部，二行星支架分別位在該行星齒輪的相對二側，且複數鎖接件用以鎖接二該行星支架及穿過該行星齒輪；一偏心軸包含一軸管部一端形成至少一偏心部，該偏心部相對該軸管部為錯位偏移，且該偏心部用以伸入該齒輪機構耦接該行星齒輪；一電驅動裝置具有可轉動的一轉子且固聯該偏心軸的該軸管部的一部分；一曲柄軸穿置在該偏心軸的軸向內部，且搭配一支承性滾動元件耦接該偏心軸的該偏心部；一間隙形成在該偏心軸的該軸管部的內壁面與該曲柄軸外表面之間，且該間隙內無安裝其他構件；一鏈盤輸出軸藉一第一離合器耦接該齒輪機構，以及藉一第二離合器耦接該曲柄軸，該鏈盤輸出軸結合該齒盤；一扭力偵測器包含一變形軸承支架藉一軸承耦接該鏈盤輸出軸，且該變形軸承支架固接在該殼體；其中，該轉子帶動該偏心軸及該行星齒輪轉動，且該行星齒輪在該齒環內作偏心公轉，進而帶動二該行星支架轉動且經該第一離合器將作動力傳至該鏈盤輸出軸；該曲柄軸的轉動作用力經該第二離合器傳至該鏈盤輸出軸；該扭力偵測器用以偵測該鏈盤輸出軸上的扭力。
在一實施例中，該齒輪機構的該行星齒輪數量為二，包含一第一行星齒輪及一第二行星齒輪，該偏心軸的該偏心部數量為二，包含一第一偏心部及一第二偏心部，該第一行星齒輪耦接該第一偏心部，該第二行星齒輪耦接 該第二偏心部，該第一行星齒輪與該第二行星齒輪的齒數小於該齒環的齒數，且該第一行星齒輪與該第二行星齒輪嚙合該齒環的嚙合位置的相位差為180度。
在一實施例中，該第一離合器與該第二離合器為超越離合器或棘爪離合器。
在一實施例中，該行星齒輪具有複數穿孔，且每一該穿孔內配置有一軸套穿置於一襯套的組合件，該襯套該外徑小於該穿孔的內徑，該鎖接件鎖接二該行星支架及穿過該行星齒輪的該穿孔中的該軸套。此外該襯套與該軸套形成轉動配合，以及該軸套與該鎖接件形成鬆配合。
在一實施例中，該電驅動裝置包含一定子固接在該殼體，該轉子位於該定子中心。
在一實施例中，更包含一速度偵測器耦接該曲柄軸且相對應該電驅動裝置。
在一實施例中，該齒環具有內齒構造，該行星齒輪具有外齒構造，該內齒構造的每一齒形與該外齒構造的每一齒形，為可互相嚙合的的漸開線齒形或擺線齒形。
以下即依本發明所揭示的目的與功效，舉出較佳實施例並配合圖示詳細說明。
100:中置電機
110:殼體
111:第一殼件
112:第二殼件
120:電驅動裝置
121:定子
122:轉子
130:齒輪機構
131:齒環
131a:內齒部
132:第一行星齒輪
132a:外齒部
132b:穿孔
133:第二行星齒輪
133a:外齒部
133b:穿孔
134:第一行星支架
135:第二行星支架
136a:襯套
136b:軸套
137:鎖接件
138:滾動性元件
139:間隔環
140:偏心軸
141:軸管部
142:第一偏心部
143:第二偏心部
150:曲柄軸
160:鏈盤輸出軸
171:第一離合器
172:第二離合器
180:變形軸承支架
180a:應變規
181、182、183、184、185、186、187:支承性滾動元件
190:速度偵測器
200:間隙
第1圖係本發明實施例之組合結構剖面；第2圖係本發明實施例之偏心軸結構外觀圖；第3圖係本發明實施例之齒輪機構分解圖； 第4圖係本發明實施例之偏心軸與行星齒輪的組合示意圖；第5圖係本發明實施例之行星齒輪與齒環嚙合狀態示意圖。
以下參照的各圖式係為說明本發明之較佳實施例。應了解的是，在此該等圖式及說明內容只供說明，並未用以限制本發明。此外說明書中所描述的「第一」、「第二」與「第三」、「左」與「右」、「內」與「外」、「上」與「下」…等等用詞，係用以清楚說明相對位置，並非作為限制之用語。
請參閱第1圖，圖中實施例揭示一中置電機100的剖面結構。該中置電機100包含由一第一殼件111對接一第二殼件112的一殼體110，且在該殼體110內部安裝一電驅動裝置120與一齒輪機構130。該殼體110內部還包含一偏心軸140耦接該電驅動裝置120及該齒輪機構130，以及一曲柄軸150貫穿該殼體110的相對二端且穿過該偏心軸140的軸向內部。該中置電機100還包含一鏈盤輸出軸160搭配一第一離合器171耦接該齒輪機構130，以及該鏈盤輸出軸160搭配一第二離合器172耦接該曲柄軸150，以及一變形軸承支架180固接於該殼體110內部，且該鏈盤輸出軸160穿過該變形軸承支架180的軸向中心。上述的該鏈盤輸出軸160耦接一鏈盤210，該曲柄軸150的二端各自連接一曲柄220。
進一步，該變形軸承支架180配置一支承性滾動元件181，例如軸承，耦接該鏈盤輸出軸160。該變形軸承支架180可以是一圓盤構件，其表面可貼設一應變規180a，據此整體可作為一扭力偵測器用以偵測該鏈盤輸出軸160的扭矩進而發出訊號，達到偵測該鏈盤輸出軸160上的力矩的作用。再者，一速度偵測器190耦接在該曲柄軸150且相對應該電驅動裝置120。該速度偵測器190包含但不限於一個感應接觸點以及一組由數顆磁鐵組成的圓片，其中圓片會隨著該曲 柄軸150一同旋轉，磁鐵通過感應點時就會傳遞訊號至控制器，相當於傳遞及時的踩踏頻率訊號，並以踏頻作為揣摩運動狀況的基礎。
前述實施例所揭示的該第一離合器171與該第二離合器172為單向性元件，其可以包含但不限於選用超越離合器或棘爪離合器。其中，超越離合器是利用主、從動部分的速度變化或旋轉方向的變換，具有自行離合功能的裝置。又在各構件的組配形式的預設位置可以配置適當形式與數量的支承性滾動元件182、183、184、185、186、187，例如軸承，用以耦接相對應的構件。例如，該支承性滾動元件182~184安裝在該偏心軸140與該齒輪機構130間；該支承性滾動元件185安裝在該偏心軸140與該曲柄軸150間；該支承性滾動元件186安裝在該齒輪機構130與該鏈盤輸出軸160間；該支承性滾動元件187鏈盤輸出軸160與該曲柄軸150間。
請參閱第2圖，圖中實施例為該偏心軸140的結構外觀圖。該偏心軸140的軸向內部為貫穿構造的通道；其次，該偏心軸140包含具有預定長度的一軸管部141，且該軸管部141一端延伸形成或連接有一第一偏心部142及一第二偏心部143。該第一偏心部142與該第二偏心部143可以相接緊鄰，且該第一偏心部142與該第二偏心部143互相錯位偏離。進一步，該第一偏心部142與該第二偏心部143皆相對應該軸管部141為偏心形式，此外該第一偏心部142與該第二偏心部143形成圓柱狀且外徑皆大於該軸管部141的外徑。
請再參閱第1圖，該電驅動裝置120包含一定子121及一轉子122，其中該定子固接在該殼體110內部，該轉子122位於該定子121的中心，且該電驅動裝置120接受電力後，該轉子122能受驅動而相對該定子121轉動。其次，該偏心軸140的該軸管部141一部分穿入該轉子122，且該軸管部141以適當形式固聯該 轉子122，如此該轉子122能夠帶動該偏心軸140轉動。其次，該曲柄軸150穿過該偏心軸140的軸向內部，且該曲柄軸150與該偏心軸140的軸向內部壁面間，特別是，該曲柄軸150的外表面與該軸管部141內壁面間，形成有一間隙200，且無其他構件被安裝在該間隙200內。
請參閱第3圖，圖中實施例揭示該齒輪機構130的構件分解圖。該齒輪機構130包含一齒環131、一第一行星齒輪132、一第二行星齒輪133、一第一行星支架134及一第二行星支架135分別連結一滾動性元件138。該齒環131的內周面具有一內齒部131a，該第一行星齒輪132的外周面具有一外齒部132a，該第二行星齒輪133的外周面具有一外齒部133a，該第一行星齒輪132與該第二行星齒輪133係相對且容置在該齒環131內，並分別以該外齒部132a、133a嚙合該內齒部131a，此外，一間隔環139用以配置在相對面的二該行星齒輪132、133間，藉此可免除二該行星齒輪132、133運轉時的干擾。值得注意的是，本實施例的該內齒部131a的齒數大於該外齒部132a、133a的齒數，藉此形成少齒差形式。
其次，該第一行星齒輪132與該第二行星齒輪133各自具有複數個貫穿構造的穿孔132b、133b。複數襯套136a與軸套136b的組合分別安裝在相對的該穿孔132b、133b內，其中該軸套136b係安裝在該襯套136a內。該第一行星支架134用以配置在該第一行星齒輪132一側(外側)，該第二行星支架135用以配置在該第二行星齒輪133一側(外側)，複數鎖接件137分別自該第一行星支架134穿過該襯套136a與該軸套136b的組合且鎖接於在該第二行星支架135。如此，二該行星支架134、135與二該行星齒輪132、133藉各該鎖接件137結合成一體；其次，該襯套136a的外徑小於該穿孔132b、133b的內徑。依上述構件的組合說明，該軸套136b 兩端面可分別與二行星支架134、135接觸，藉此用來調整該行星支架134、135上的該滾動性元件(軸承)138的預壓。其次，該軸套136b與該鎖接件137形成鬆配合。
請參閱第4圖，圖中實施例揭示該偏心軸140與該第一行星齒輪132、該第二行星齒輪133的耦接結構示意圖。該第一行星齒輪132安裝在該第一偏心部142，該第二行星齒輪133安裝在該第二偏心部143，由於該第一偏心部142與該第二偏心部143互為錯位偏移，因此該第一行星齒輪132與該第二行星齒輪133相對該軸管部141為偏心狀。
請參閱第5圖，依述實施例的說明內容，該第一行星齒輪132與該第二行星齒輪133相對應為錯位偏移，是以該第一行星齒輪132與該第二行星齒輪133安裝在該齒環131內部的嚙合位置具有相位差。二個該行星齒輪132、133與該齒環131的嚙合相位差優選為180度。其次，該齒環131的內齒構造的每一齒形可為漸開線齒形或擺線齒形，該行星齒輪132、133的該外齒構造每一齒形則相對應該內齒構造為漸開線齒形或擺線齒形。該行星齒輪132、133轉動時，該襯套136a與該穿孔132b、133b產生滾動接觸，其次該襯套136a與該軸套136b可以相對轉動藉此形成轉動配合。
請再參閱第1圖，該電驅動裝置120提供轉動扭力，則該轉子122帶動該偏心軸140轉動。由於該偏心軸140的軸向內部與該曲柄軸150間具有該間隙200以及耦接該支承性滾動元件185，所以該電驅動裝置120的作動力不傳遞至該曲柄軸150。其次，該偏心軸140的二該偏心部142、143各自帶動二該行星齒輪132、133在該齒環131內作偏心公轉運動，進而帶動該第一行星支架134及該第二行星支架135，其中該第二行星支架135的作動扭力經該第一離合器171傳至該鏈盤輸出軸160。
該曲柄軸150承曲柄的踩踏作用力轉動，因該偏心軸140的軸向內部與該曲柄軸150間具有該間隙200以及耦接該支承性滾動元件185，所以該曲柄軸150的作用力不傳至該偏心軸140。其次，該曲柄軸150所承受的踩踏作用力經該第二離合器172傳至該鏈盤輸出軸160。
本實施例的結構組態中，該鏈盤輸出軸160藉由該第一離合器171及該第二離合器172分別承受或共同承受來自該電驅動裝置120與該曲柄軸150的輸出扭力。其次，該齒輪機構130中使用一個行星齒輪132或133仍可以達到預期的驅動效果，然而使用二該行星齒輪132、133與該齒環131的嚙合相位差為180度的結構形式，可使二該行星齒輪132、133所形成的公轉，以及二該行星齒輪132、133帶動二該行星支架134、135的轉動，達到更為穩定的轉動效果。再者，本實施例的二個行星支架134、135位於該齒輪機構130的相對二側，此結構形式不但使得整個齒輪機構130具有高的結構剛性，還可以在該齒輪機構130產生運行時，提供更為平衡及穩定的運行效果。
又本實施例，該曲柄軸150穿置在該偏心軸140的軸向內部，且該偏心軸140的軸向內部與該曲柄軸150之間直接形成該間隙200，既可使承受踩踏作用力的該曲柄軸150與承受電驅動作用力的該偏心軸140形成同軸向的組合結構，達到結構精簡及減小體積的效果，還可以減少支承性滾動元件的安裝數量，達到降低該偏心軸140與該曲柄軸150間的轉動干擾。其次，該變形軸承支架180與該速度偵測器190安裝在該殼體110內且耦接該鏈盤輸出軸160與該曲柄軸150，整體中置電機100的體積可更為小型化。
本實施例所揭示的中置電機100可被應用於電動輔助自行車，且實施例所揭示的內容為本發明之較佳實施例以及設計圖式，惟較佳實施例以及 設計圖式僅是舉例說明，並非用於限制本發明技藝之權利範圍，凡以均等之技藝手段、或為下述「申請專利範圍」內容所涵蓋之權利範圍而實施者，並不脫離本發明之範疇而為申請人之權利範圍。
100:中置電機
110:殼體
111:第一殼件
112:第二殼件
120:電驅動裝置
121:定子
122:轉子
130:齒輪機構
131:齒環
132:第一行星齒輪
133:第二行星齒輪
134:第一行星支架
135:第二行星支架
140:偏心軸
141:軸管部
142:第一偏心部
143:第二偏心部
150:曲柄軸
160:鏈盤輸出軸
171:第一離合器
172:第二離合器
180:變形軸承支架
180a:應變規
181:支承性滾動元件
182、183、184、185、186、187:支承性滾動元件
190:速度偵測器
200:間隙

Claims (10)

  1. 一種中置電機，係用以傳遞一電驅動作用力及一踩踏作用力至一齒盤，其包含：一齒輪機構，係安裝在一殼體內，包含至少一行星齒輪嚙合在一齒環內部，二行星支架分別位在該行星齒輪的相對二側，且複數鎖接件用以鎖接相對的二該行星支架及穿過該行星齒輪；一偏心軸，包含一軸管部一端形成至少一偏心部，該偏心部相對該軸管部為錯位偏移，且該偏心部用以伸入該齒輪機構耦接該行星齒輪；一電驅動裝置，具有可轉動的一轉子且固聯該偏心軸的該軸管部的一部分；一曲柄軸，穿置在該偏心軸的軸向內部，且搭配一支承性滾動元件耦接該偏心軸的該偏心部；一間隙，形成在該偏心軸的該軸管部的內壁面與該曲柄軸外表面之間；一鏈盤輸出軸，藉一第一離合器耦接該齒輪機構，以及藉一第二離合器耦接該曲柄軸，該鏈盤輸出軸結合該齒盤；一扭力偵測器，包含一變形軸承支架藉一軸承耦接該鏈盤輸出軸，且該變形軸承支架固接在該殼體；其中，該轉子帶動該偏心軸及該行星齒輪轉動，且該行星齒輪在該齒環內作偏心公轉，進而帶動二該行星支架轉動且經該第一離合器將作動力傳至該鏈盤輸出軸；該曲柄軸的轉動作用力經該第二離合器傳至該鏈盤輸出軸；該扭力偵測器用以偵測該鏈盤輸出軸上的扭力。
  2. 如請求項1所述之中置電機，其中該齒輪機構的該行星齒輪數量為二，包含一第一行星齒輪及一第二行星齒輪，該偏心軸的該偏心部數量為二，包含一第一偏心部及一第二偏心部，該第一行星齒輪耦接該第一偏心部，該第二行星齒輪耦接該第二偏心部，該第一行星齒輪與該第二行星齒輪的齒數小於該齒環的齒數，且該第一行星齒輪與該第二行星齒輪嚙合該齒環的嚙合位置的相位差為180度。
  3. 如請求項1所述之中置電機，其中該第一離合器與該第二離合器為超越離合器。
  4. 如請求項1所述之中置電機，其中該第一離合器與該第二離合器為棘爪離合器。
  5. 如請求項1或2所述之中置電機，其中該行星齒輪具有複數穿孔，且每一該穿孔內配置有一軸套穿置於一襯套內的組合件，該襯套的外徑小於該穿孔的內徑，該鎖接件鎖接二該行星支架及穿過該行星齒輪的該穿孔中的該軸套。
  6. 如請求項5所述之中置電機，其中該襯套與該軸套形成轉動配合，以及該軸套與該鎖接件形成鬆配合。
  7. 如請求項1所述之中置電機，其中該電驅動裝置包含一定子固接在該殼體，該轉子位於該定子中心。
  8. 如請求項1所述之中置電機，更包含一速度偵測器耦接該曲柄軸且相對應該電驅動裝置。
  9. 如請求項1所述之中置電機，其中該齒環具有內齒構造，且該內齒構造的每一齒形可為漸開線齒形，該行星齒輪具有外齒構造，且該外齒構造的每一齒形為漸開線齒形。
  10. 如請求項1所述之中置電機，其中該齒環具有內齒構造，且該內齒構造的每一齒形可為擺線齒形，該行星齒輪具有外齒構造，且該外齒構造的每一齒形為擺線齒形。
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