TWI548558B - 自行車發電機 - Google Patents

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TWI548558B TW102106966A TW102106966A TWI548558B TW I548558 B TWI548558 B TW I548558B TW 102106966 A TW102106966 A TW 102106966A TW 102106966 A TW102106966 A TW 102106966A TW I548558 B TWI548558 B TW I548558B
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    • B62J6/06—Arrangement of lighting dynamos or drives therefor
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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Description

自行車發電機
本發明相關於發電機(generator)，且更明確地說，係相關於用於自行車的發電機。
已知有被用來對與自行車相關聯的不同組件例如電動換檔系統或燈具充電的自行車發電機。舉例而言，藉著參考而整體結合於此的日本專利申請案公開第JP2007230340A號揭示被設置於自行車的底部托架(bottom bracket)中且被用來對電動換檔系統充電的發電機。藉著參考而整體結合於此的美國專利第7,002,280號(「’280專利」)揭示被設置於自行車的輪轂中的發電機或電機(dynamo)。
鑑於以上，對於創新或改良的自行車發電機有需求。本發明係針對此技術領域中的此需求以及其他需求，而此對於熟習此項技術者而言從此揭示會顯明。
根據本發明的第一方面，提供一種自行車發電機，其包含定子、界定旋轉軸線的旋轉構件、被配置成面對定子的磁鐵、在旋轉構件於第一方向旋轉時將旋轉構件的旋轉運動以第一旋轉速度比傳輸至磁鐵的第一傳動結構、及在旋轉構件於第二方向旋轉時將旋轉構件的旋轉運動以第二旋轉速度比傳輸至磁鐵的第二傳動結構。第二旋轉速度比大於第一旋轉速度比。在較佳實施例中，自行車發電機包含固定地支撐定子的底座構件，並且第一傳動結構包含被設置在磁鐵與旋轉構件之間的第一單向離合器，且第二傳動結構包含被設置在磁鐵與旋轉構件之間的第二單向離合器、及被設置在磁鐵與旋轉構件之間的行星齒輪機構。較佳地，第二單向離合器被設置在旋轉構件與行星齒輪機構之間，而行星齒輪機構包含被設置在第二單向離合器與磁鐵之間的環形齒輪構件及至少一個行星齒輪構件。在較佳實施例中，自行車發電機包含支撐磁鐵且被設置在行星齒輪構件與磁鐵之間的支撐構件。較佳地，第一傳動結構只在旋轉構件於第一方向旋轉時將旋轉運動傳輸至磁鐵，且其中第二傳動結構只在旋轉構件於第二方向旋轉時將旋轉運動傳輸至磁鐵。
本發明以及其另外的特徵及有利點一起可藉著參考以下的敘述而被瞭解。
10‧‧‧發電機
12‧‧‧底座構件
14‧‧‧曲柄軸
16‧‧‧磁鐵單元
16A‧‧‧磁鐵
16B‧‧‧支撐構件(中心齒輪)
18‧‧‧定子
20‧‧‧第一傳動結構
20A‧‧‧第一單向離合器
22‧‧‧第二傳動結構
24‧‧‧線圈
26‧‧‧磁軛
28‧‧‧第二單向離合器
30‧‧‧行星齒輪機構
32‧‧‧環形齒輪構件
34‧‧‧行星齒輪構件
100‧‧‧底部托架
102‧‧‧自行車
108‧‧‧電池
A1‧‧‧旋轉軸線
D1‧‧‧驅動方向
D2‧‧‧非驅動方向
P1‧‧‧第一傳動路徑
P2‧‧‧第二傳動路徑
圖1為包含根據本發明的較佳實施例的發電 機的自行車的底部托架及曲柄的部分剖面圖。
圖2為發電機的示意圖，顯示旋轉運動在曲柄於第一方向旋轉時從曲柄至磁鐵的傳輸。
圖3為發電機的示意圖，顯示旋轉運動在曲柄於第二方向旋轉時從曲柄至磁鐵的傳輸。
以下參考圖式說明選定的實施例。對於熟習此項技術者而言從此揭示很明顯，以下的實施例的敘述只是被提供來舉例說明，而非要限制由附隨的申請專利範圍及其等效物所界定的本發明。
一開始參考圖1，圖中顯示根據本發明的實施例的發電機10。在較佳實施例中，發電機10被建構成為被設置於或安裝於自行車102的底部托架100中的底部托架軸承單元。然而，此並非是對本發明的限制。本發明的發電機可被建構成為其他包含旋轉構件、桿件、或軸件的裝置。明確地說，本發明的發電機也可被建構成為前或後發電機輪轂。
圖1為底部托架100(其為概括地圓柱形)及發電機10的部分剖面圖。如圖1至3所示，發電機10包含底座構件12、曲柄軸14、磁鐵單元16、定子18、第一傳動結構20、及第二傳動結構22。在較佳實施例中，底座構件12為軸承配接器(bearing adaptor)。底座構件12具有圓柱形形狀且被固定於底部托架100。曲柄軸14 延伸通過底座構件12。曲柄軸14經由被分別設置在底座構件12的兩個開口端部部份處的兩個軸承單元(未顯示)而被底座構件12可旋轉地支撐。因為很明顯底座構件12與曲柄軸14之間經由軸承單元的關係為熟習自行車技術領域者所熟知的，所以此處為簡潔起見將不會特定地討論此關係。曲柄軸14相應於旋轉構件且界定延伸通過曲柄軸14的旋轉軸線A1。如在習知技術中已知的，曲柄軸14被連接於用來將旋轉運動給予曲柄軸14的曲柄臂及踏板(未顯示)。定子18是由底座構件12固定地支撐。
如圖2及3所示，定子18包含環形線圈24及磁軛(yoke)26，其中磁軛26被設置成使得磁軛26圍繞線圈24。’280專利揭示自行車發電機中的磁軛、線圈、及其他組件的例示性實施例，因而此處為簡潔起見將不會特定地討論線圈24及磁軛26。在較佳實施例中，磁鐵單元16包含偶數個個別磁鐵16A(只有單一個個別磁鐵16A被顯示在圖2及3中)及支撐構件16B。偶數個個別磁鐵16A沿著圓周方向被間隔開在幾近相等的間隔處，且被磁化成具有被設置在沿著圓周方向的相等間隔處的交替的N極及S極，並且每一個磁鐵面對磁軛26。支撐構件16B較佳地具有圓柱形形狀。支撐構件16B實質上為行星齒輪機構(以下會討論)內的中心齒輪，並且支撐磁鐵16A以相對於定子18旋轉。如在此技術領域中已知的，旋轉的磁鐵單元16(以下會敘述)與定子18的交互作用會產生可依所想要的被使用的電力(例如對電池108 充電)。
在較佳實施例中，第一及第二傳動結構20及22被安裝在曲柄軸14上。第一傳動結構20包含被安裝在曲柄軸14上的第一單向離合器20A。第一傳動結構20提供用來將曲柄軸14的旋轉運動傳輸至磁鐵單元16的第一傳動路徑P1。在第一傳動路徑P1上，第一單向離合器20A被設置在磁鐵單元16與曲柄軸14之間。應瞭解此處所用的術語「之間(between)」並非必然表示於圓周方向在兩個組件之間，而是表示在齒輪系(gear train)或傳動路徑內在兩個組件之間。
第二傳動結構22包含第二單向離合器28及行星齒輪機構30。第二傳動結構22提供用來將曲柄軸14的旋轉運動傳輸至磁鐵單元16的第二傳動路徑P2。在第二傳動路徑P2上，第二單向離合器28被設置在磁鐵單元16與曲柄軸14之間，且被設置在曲柄軸14與行星齒輪機構30之間。
如在圖2及3中最佳顯示的，第二單向離合器28被安裝在曲柄軸14上。行星齒輪機構30包含環形齒輪構件32、及多個行星齒輪構件34(只有單一個行星齒輪構件34被顯示在圖2及3中)。環形齒輪構件32與第二單向離合器28可旋轉地接合。行星齒輪構件34被設置在環形齒輪構件32與磁鐵單元16的支撐構件16B(中心齒輪16B)之間，且與環形齒輪構件32及支撐構件16B可旋轉地接合。行星齒輪構件34是由被固定於底座 構件12的支撐結構(未顯示)可旋轉地支撐，使得可防止行星齒輪構件34相對於底座構件12移位。熟習此項技術者會瞭解行星齒輪機構30的操作及環形齒輪構件32、行星齒輪構件34、支撐構件16B、第一及第二單向離合器20A及28、與磁鐵單元16之間的齒輪連接。
如圖2及3所示，在較佳實施例中，第一傳動路徑P1從曲柄軸14延伸至第一傳動結構20(第一單向離合器20A)且至磁鐵單元16。較佳地，第一傳動路徑P1為當曲柄軸14被騎車者於驅動方向D1(在從右側觀看自行車時的順時針方向)旋轉或踏動時所用的傳動路徑。較佳地，第二傳動路徑P2從曲柄軸14延伸至第二單向離合器28、至環形齒輪構件32、至行星齒輪構件34、且至磁鐵單元16。較佳地，第二傳動路徑P2為當曲柄軸14被騎車者於非驅動方向D2(亦即，在從右側觀看自行車時向後或於逆時針方向)旋轉或踏動時所用的傳動路徑。換句話說，在較佳實施例中，當曲柄軸14於驅動方向D1旋轉時，第一單向離合器20A連接磁鐵單元16與曲柄軸14，而當曲柄軸14於非驅動方向D2旋轉時，第二單向離合器28、環形齒輪構件32、及行星齒輪構件34連接磁鐵單元16與曲柄軸14。
在操作時，當曲柄軸14於驅動方向D1旋轉時，磁鐵單元16(磁鐵16A)的旋轉速度幾近等於曲柄軸14的旋轉速度(經由第一傳動路徑P1)。換句話說，當曲柄軸14於驅動方向D1旋轉時，第一傳動結構20將曲 柄軸14的旋轉運動以第一旋轉速度比傳輸至磁鐵單元16。在磁鐵單元16相對於定子18旋轉時，電力以第一速率(rate)被產生且被儲存於電池108中。另一方面，當曲柄軸14於非驅動方向D2旋轉時，由於行星齒輪機構30中齒輪傳動的結果，磁鐵單元16的旋轉速度大於曲柄軸14的旋轉速度(經由第二傳動路徑P2)。換句話說，當曲柄軸14於非驅動方向D2旋轉時，第二傳動結構22將曲柄軸14的旋轉運動以比第一旋轉速度比大的第二旋轉速度比傳輸至磁鐵單元16。在磁鐵單元16相對於定子18旋轉時，電力以比第一速率高或快的第二速率被產生及被儲存於電池108中。此處所使用的「旋轉速度」表示周轉速度或是每時間單位(time unit)的完整旋轉或周轉的次數。另外，「旋轉速度比」表示磁鐵單元16(磁鐵16A)的旋轉速度相對於曲柄軸14的旋轉速度的比(ratio)，而磁鐵單元16(磁鐵16A)的旋轉速度除以曲柄軸14的旋轉速度就等於「旋轉速度比」。
在較佳實施例中，第一旋轉速度比為1(或1：1)，且第二旋轉速度比大於1(或大於1：1)。在另一較佳實施例中，第二旋轉速度比是在大約9(或9：1)與大約300(或300：1)之間。但是，這些比值均非對本發明的限制，只要是第二旋轉速度比大於第一旋轉速度比即可。
此處所述的齒輪系(例如行星齒輪機構)並非對本發明的限制。任何將旋轉構件或曲柄軸14的旋轉 運動傳輸至磁鐵16A以使得磁鐵16A於一個方向以與於相反方向不同的速度比旋轉的傳動結構均在本發明的範圍內。換句話說，任何在曲柄軸14的旋轉速度相同的情況中使得經由第二傳動結構的磁鐵16A的旋轉速度大於經由第一傳動結構的磁鐵16A的旋轉速度的構造均在本發明的範圍內。
以此構造，騎車者可在騎車者最初地開始騎自行車時以及於想要時的其他時刻藉著於非驅動方向D2旋轉曲柄軸14而對電池108充電。
在瞭解本發明的範圍時，此處所用的術語「包含」及其衍生字是指明確界定所述的特徵、元件、組件、群類、整數、及/或步驟的存在但是不排除其他未述及的特徵、元件、組件、群類、整數、及/或步驟的存在的開放式術語。此也適用於具有類似意義的字眼，例如術語「包括」、「具有」、及其衍生字。並且，術語「零件」、「區段」、「部份」、「構件」、或「元件」在以單數使用時可具有單一部件或多個部件的雙重意義。此處所用來敘述以上的實施例的以下方向術語「向前」、「向後」、「向右」、「向左」、「向外」、「向內」、「向下」、「向上」、「上方」、「下方」、「直立」、「水平」、及「橫向」以及任何其他類似的方向術語指的是配備有自行車發電機的自行車的該些方向。因此，這些術語在被用來敘述自行車發電機時應相對於配備有自行車發電機的自行車在水平表面上的常態騎行位置所使用者被解 讀。最後，此處所用的程度術語例如「大致上或實質上」、「大概或大約」、及「幾近或近似」表示其所修飾的術語具有使得最終結果不會大幅改變的合理偏差量。
雖然本揭示的某些方面在以下是以某些請求項形式呈現，但是發明人考量以任何數目的請求項形式來呈現本揭示的各種不同方面。舉例而言，雖然本揭示只有一個方面是依美國專利法35U.S.C.§112,¶6之規定被記載為手段功能用語的請求項，但是其他方面同樣地可具體化成為手段功能用語請求項或其他的形式，例如具體化成為電腦可讀取媒體。(任何意欲被視為依美國專利法35U.S.C.§112,¶6之規定者係以字眼「手段用以(means for)」開始。)因此，申請人保留在提出申請之後添加額外的請求項的權力以對本揭示的其他方面追求此些額外的請求項。
因此，雖然已顯示及敘述本發明的例示性實施例，但是應瞭解此處所使用的所有術語均為敘述性質而非限制性質，並且熟習此項技術者可在不離開本發明的精神及範圍下實施許多的改變、修正、及替換。
10‧‧‧發電機
12‧‧‧底座構件
14‧‧‧曲柄軸
16‧‧‧磁鐵單元
18‧‧‧定子
20‧‧‧第一傳動結構
22‧‧‧第二傳動結構
28‧‧‧第二單向離合器
30‧‧‧行星齒輪機構
32‧‧‧環形齒輪構件
34‧‧‧行星齒輪構件
100‧‧‧底部托架
102‧‧‧自行車
108‧‧‧電池
A1‧‧‧旋轉軸線

Claims (20)

  1. 一種自行車發電機，包含：定子；旋轉構件，其界定旋轉軸線；磁鐵，其被配置成面對該定子；第一傳動結構，其在該旋轉構件於第一方向旋轉時將該旋轉構件的旋轉運動以第一旋轉速度比傳輸至該磁鐵；及第二傳動結構，其在該旋轉構件於第二方向旋轉時將該旋轉構件的旋轉運動以第二旋轉速度比傳輸至該磁鐵，其中該第二旋轉速度比大於該第一旋轉速度比。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的自行車發電機，另外包含底座構件，其中該定子係由該底座構件固定地支撐，且其中該旋轉構件可相對於該底座構件旋轉。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的自行車發電機，其中該底座構件具有圓柱形形狀且被固定於自行車車架，其中該旋轉構件為自行車曲柄軸，且其中該自行車曲柄軸延伸通過該底座構件。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的自行車發電機，其中該第一旋轉速度比為1：1。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的自行車發電機，其中該第二旋轉速度比大於9：1。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的自行車發電機，其中該第一傳動結構包含被設置在該磁鐵與該旋轉構件之間 的第一單向離合器，且該第二傳動結構包含被設置在該磁鐵與該旋轉構件之間的第二單向離合器、及被設置在該磁鐵與該旋轉構件之間的行星齒輪機構。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的自行車發電機，其中該第二單向離合器被設置在該旋轉構件與該行星齒輪機構之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的自行車發電機，其中該行星齒輪機構包含被設置在該第二單向離合器與該磁鐵之間的環形齒輪構件及至少一個行星齒輪構件。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的自行車發電機，另外包含被設置在該至少一個行星齒輪構件與該磁鐵之間的支撐構件，其中該磁鐵係由該支撐構件支撐。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的自行車發電機，其中該磁鐵繞該旋轉軸線旋轉。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的自行車發電機，其中該第一傳動結構只在該旋轉構件於該第一方向旋轉時將旋轉運動傳輸至該磁鐵，且其中該第二傳動結構只在該旋轉構件於該第二方向旋轉時將旋轉運動傳輸至該磁鐵。
  12. 一種自行車發電機，包含：定子，其被安裝於自行車底部托架；曲柄軸，其界定旋轉軸線，其中該曲柄軸延伸通過該自行車底部托架；磁鐵，其被配置成面對該定子；第一傳動結構，其在該曲柄軸於驅動方向旋轉時將該 曲柄軸的旋轉運動以第一旋轉速度比傳輸至該磁鐵；及第二傳動結構，其在該曲柄軸於非驅動方向旋轉時將該曲柄軸的旋轉運動以第二旋轉速度比傳輸至該磁鐵，其中該第二旋轉速度比大於該第一旋轉速度比。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的自行車發電機，其中該曲柄軸具有包括曲柄臂及踏板之相反的端。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的自行車發電機，其中該第一旋轉速度比為1：1。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的自行車發電機，其中該第二旋轉速度比大於9：1。
  16. 如申請專利範圍第12項所述的自行車發電機，其中該第一傳動結構包含被設置在該磁鐵與該曲柄軸之間的第一單向離合器，且該第二傳動結構包含被設置在該磁鐵與該曲柄軸之間的第二單向離合器、及被設置在該磁鐵與該曲柄軸之間的行星齒輪機構。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的自行車發電機，其中該第二單向離合器被設置在該曲柄軸與該行星齒輪機構之間。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的自行車發電機，其中該行星齒輪機構包含被設置在該第二單向離合器與該磁鐵之間的環形齒輪構件及至少一個行星齒輪構件。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的自行車發電機，另外包含被設置在該至少一個行星齒輪構件與該磁鐵之間的支撐構件，其中該磁鐵係由該支撐構件支撐。
  20. 如申請專利範圍第12項所述的自行車發電機，其中該第一傳動結構只在該曲柄軸於該第一方向旋轉時將旋轉運動傳輸至該磁鐵，且其中該第二傳動結構只在該曲柄軸於該第二方向旋轉時將旋轉運動傳輸至該磁鐵。
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