TWI845314B - 自行車的馬達傳動裝置 - Google Patents

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TWI845314B TW112118861A TW112118861A TWI845314B TW I845314 B TWI845314 B TW I845314B TW 112118861 A TW112118861 A TW 112118861A TW 112118861 A TW112118861 A TW 112118861A TW I845314 B TWI845314 B TW I845314B
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Abstract

本創作提出一種自行車的馬達傳動裝置，其包含一輪轂殼、一輪軸、一馬達、以及一離合組件。離合組件連接輪轂殼與馬達，且其包含一驅動環、一輸出齒盤、一固定座、一離合齒盤、一推頂環、以及一彈性件。驅動環受馬達帶動沿一第一轉動方向轉動。輸出齒盤能帶動輪轂殼轉動。驅動環能帶動離合齒盤轉動進而帶動推頂環，推頂環推動離合齒盤接觸輸出齒盤，進而帶動輸出齒盤轉動以輔助使用者騎乘。固定座設置於輸出齒盤與馬達間且具有磁性。離合齒盤可受磁力吸引，當馬達停止輸出，離合齒盤能脫離輸出齒盤，避免馬達造成輸出之阻力。

Description

自行車的馬達傳動裝置
本創作是關於一種傳動裝置，尤其是關於一種自行車的馬達傳動裝置。
現今的自行車除了常見的全部以人力踩踏之人力自行車外，為了讓使用者能夠節省體力，發展出了電動輔助自行車。藉由安裝電動馬達於自行車上，輸出動力於輪軸，輔助使用者以節省體力。現有一種輪轂馬達(Hub motor)，其主要是安裝在自行車車輪的輪轂位置，藉由偵測當下速度判斷驅動內部馬達轉動配合使用者速度，提供額外之推力輔助使用者，達到省力騎乘的目的。
然而，因為法規限制，輪轂馬達所能提供的速度具有上限，當其偵測到例如因下坡或使用者踩踏等原因，而使輪轂轉速達到該上限時，馬達即會斷電；但此時由於輪轂馬達與輪轂仍保持相結合狀態，故輪轂需要反過來帶動輪轂馬達旋轉，導致輪轂馬達對於輪轂產生了額外阻力，進而浪費動能。
有鑑於此，提出一種更佳的解決方案，乃為此業界亟待解決之問題。
本創作的主要目的在於，提供一種自行車的馬達傳動裝置，其能夠達到輪轂殼與馬達可接合或脫離之目的。
為達成上述目的，本創作提出一種自行車的馬達傳動裝置，其包含一輪轂殼；一輪軸，其貫穿該輪轂殼的其中相對兩面，該輪軸的延伸方向定義為第一方向；一馬達，其設置於該輪轂殼內，且設置於該輪軸，該馬達所輸出之轉動方向為第一轉動方向；一離合組件，其設置於該輪轂殼內，且該離合組件連接該輪轂殼與該馬達，該離合組件包含：一驅動環，其連接於該馬達，受該馬達帶動而沿該第一轉動方向轉動，該驅動環具有一第一環齒部；一輸出齒盤，其可轉動地連接於該輪轂殼，並能帶動該輪轂殼轉動，該輸出齒盤具有：複數個第一牙嵌部，其形成於該輸出齒盤朝向該馬達之一面，該等第一牙嵌部環繞於該輸出齒盤的轉軸，各該第一牙嵌部相連接；一固定座，其設置於該輸出齒盤與該馬達之間，該固定座具有磁性，該固定座包含一第一推抵面，該第一推抵面朝向該輸出齒盤，一第一滑動部形成於該第一推抵面；一離合齒盤，其包含可受磁力吸引之材料，且該離合齒盤能沿該第一方向在該固定座與該輸出齒盤之間移動，該離合齒盤具有：一第二環齒部，其咬合於該第一環齒部，藉此該驅動環能帶動該離合齒盤轉動； 複數個第二牙嵌部，其形成於該離合齒盤朝向該輸出齒盤之一面，且該等第二牙嵌部能卡合於該等第一牙嵌部，各該第二牙嵌部相連接；以及一第一抵靠部，其形成於該離合齒盤遠離該輸出齒盤之一面；一推頂環，其設置於該第一推抵面與該離合齒盤之間，該推頂環能沿該第一方向移動，該推頂環可分離地接觸於該離合齒盤，該推頂環包含：一第二抵靠部，其形成於該推頂環朝向該離合齒盤之一面，該第二抵靠部能抵靠於該第一抵靠部，藉此該離合齒盤能帶動該推頂環轉動；以及一第二滑動部，其接觸於該第一滑動部，且能相對該第一滑動部滑動，藉此該推頂環能朝該輸出齒盤移動；以及一彈性件，其推抵於該固定座以及該推頂環朝向該離合齒盤之一面。
因此，本創作的優點在於，在馬達停止輸出動力後，離合齒盤能脫離輸出齒盤，避免馬達造成輪轂殼轉動的阻力；另一方面，在馬達開始輸出動力時，推頂環能移動離合齒盤，使離合齒盤咬合於輸出齒盤，藉此傳動動力於車輪。
如前所述之自行車的馬達傳動裝置，其中各該第一牙嵌部與各該第二牙嵌部皆為棘齒，各該第二牙嵌部的形狀對應於各該第一牙嵌部的形狀。
如前所述之自行車的馬達傳動裝置，其中各該第一牙嵌部包含一第一牙面以及一第二牙面，該第一牙面與該第二牙面往相連接，且朝向該馬達的方向延伸，並往相反於該第一轉動方向的切線方向傾斜。
如前所述之自行車的馬達傳動裝置，其中該第一滑動部包含一斜面，其朝向該推頂環，並相對於該推頂環為傾斜；且該第二滑動部包含一凸塊，該凸塊接觸於該斜面，且能相對該斜面滑動。
如前所述之自行車的馬達傳動裝置，其中該第一抵靠部凸出於該離合齒盤朝向該推頂環之一面，該第二抵靠部凸出於該推頂環朝向該離合齒盤之一面，藉此該第一抵靠部能沿該第一轉動方向推抵該第二抵靠部。
如前所述之自行車的馬達傳動裝置，其中該固定座包含一第一磁性件，該第一磁性件位於該離合齒盤與該推頂環之間。
如前所述之自行車的馬達傳動裝置，其中該固定座包含一第二推抵面，其朝向該第一推抵面；該彈性件設置於該第二推抵面與該推頂環之間，且該彈性件抵靠於該第二推抵面。
如前所述之自行車的馬達傳動裝置，其中該第一環齒部形成於該驅動環的一外環面；且該離合齒盤具有一內環側面，該第二環齒部形成於該內環側面。
如前所述之自行車的馬達傳動裝置，其中該第一環齒部形成於該驅動環的一內環面；且該離合齒盤具有一外環側面，該第二環齒部形成於該外環側面。
如前所述之自行車的馬達傳動裝置，其中，該推頂環包含可受磁力吸引之材料，且該自行車的馬達傳動裝置具有一第二磁性件，其設置於該固定座，該第二磁性件用以吸引該推頂環。
10:輪轂殼
11:嵌合槽
20:輪軸
30:馬達
40,40A:離合組件
41,41A:驅動環
411,411A:第一環齒部
42:輸出齒盤
421:第一牙嵌部
4211:第一牙面
4212:第二牙面
43:固定座
431:底座部
4311:第一推抵面
4312:第一滑動部
4313:斜面
4314:定位環
432:固定部
4321:第二推抵面
433:第一磁性件
44,44A:離合齒盤
441,441A:第二環齒部
442:第二牙嵌部
443:第一抵靠部
45:推頂環
451:第二抵靠部
452:第二滑動部
46:彈性件
50:第二磁性件
D1:第一方向
R1:第一轉動方向
圖1是本創作之第一實施例的立體外觀示意圖。
圖2是本創作之第一實施例的立體分解示意圖。
圖3是本創作之第一實施例的另一視角的立體分解示意圖。
圖4是本創作之第一實施例的離合組件的立體外觀示意圖。
圖5是本創作之第一實施例的離合組件的側視示意圖。
圖6至圖8是本創作之第一實施例的離合組件的動作示意圖，其顯示了離合齒盤接觸並咬合於輸出齒盤之過程。
圖9是圖6的部分放大示意圖。
圖10是圖7的部分放大示意圖。
圖11是圖8的部分放大示意圖。
圖12是本創作之第一實施例的第一牙嵌部咬合於第二牙嵌部的放大示意圖。
圖13是本創作之第二實施例的離合組件的側視示意圖，其中驅動環以透明顯示。
圖14是本創作之第二實施例的離合組件的後視示意圖。
首先請參考圖1至圖4，本創作所提出一種自行車的馬達傳動裝置的第一實施例，其包含一輪轂殼10、一輪軸20、一馬達30、一離合組件40、以及一第二磁性件50。
輪軸20貫穿輪轂殼10的其中相對兩面，且輪軸20的延伸方向定義為第一方向D1。馬達30設置於輪轂殼10內，且設置於輪軸20上。馬達30所輸出之轉動方向定義為第一轉動方向R1。
接著請參考圖2至圖5以及圖12，離合組件40設置於輪轂殼10內，且離合組件40連接輪轂殼10與馬達30。本實施例中，輪軸20貫穿於離合組件40，而離合組件40相對於輪軸20轉動，但並不以此為限。離合組件40包含一驅動環41、一輸出齒盤42、一固定座43、一離合齒盤44、一推頂環45、以及一彈性件46。
驅動環41連接於馬達30，且能受馬達30帶動而沿第一轉動方向R1轉動。驅動環41具有一第一環齒部411，具體而言，本實施例中的第一環齒部411形成於驅動環41的一外環面，但並不以此為限。
輸出齒盤42可轉動地連接於輪轂殼10，並能帶動輪轂殼10轉動。本實施例中，輪轂殼10具有一嵌合槽11，嵌合槽11的形狀對應於輸出齒盤42的形狀，而輸出齒盤42嵌合於嵌合槽11內，但並不以此為限，例如在其他實施例中，輸出齒盤42可藉由螺絲鎖合於輪轂殼10。輸出齒盤42具有複數個第一牙嵌部421，其形成於輸出齒盤42朝向馬達30之一面，第一牙嵌部421環繞於輸出齒盤42的轉軸。
各第一牙嵌部421為棘齒，且各第一牙嵌部421相連接。各第一牙嵌部421包含一第一牙面4211以及一第二牙面4212，第一牙面4211與第二牙面4212相連接，且朝向馬達30的方向延伸，並往相反於第一轉動方向R1的切線方向傾斜。具體而言，第一牙嵌部421朝馬達30凸出於輸出齒盤42。如圖12所示，第一牙面4211與第二牙面4212相對於第一方向D1往相反於第一轉動方向R1的切線方向傾斜。
固定座43設置於輸出齒盤42與馬達30之間，且具有磁性。本實施例中，固定座43包含一底座部431、一固定部432、以及一第一磁性件433。底座部431包含一第一推抵面4311以及一第一滑動部4312，其中第一推抵面4311朝向輸出齒盤42，具體而言，第一推抵面4311為底座部431朝向輸出齒盤42之一面，而第一滑動部4312形成於第一推抵面4311。
第一滑動部4312包含一斜面4313，其朝向推頂環45，並相對於推頂環45為傾斜。具體而言，斜面4313朝向相反第一轉動方向R1的方向，並朝向推頂環45。本實施例中，第一滑動部4312為一凹槽，而斜面4313是凹槽的其 中一側面；在其他實施例中，第一滑動部可以是一凸出部，而凸出於第一推抵面4311。
固定部432連接於底座部431接近於輸出齒盤42之一側，且延伸至位於離合齒盤44與推頂環45之間。固定部432包含一第二推抵面4321。第一磁性件433設置於固定部432，藉此第一磁性件433提供固定座43的磁性。第二推抵面4321朝向第一推抵面4311，且第二推抵面4321與第一推抵面4311間隔設置，藉此第一推抵面4311及第二推抵面4321之間形成一溝。具體而言，在本實施例中，第二推抵面4321形成於固定部432朝向第一推抵面4311之一面。
離合齒盤44能沿第一方向D1在固定座43與輸出齒盤42之間移動。離合齒盤44包含可受磁力吸引之材料，藉此能被固定座43所吸引。離合齒盤44具有一第二環齒部441、複數個第二牙嵌部442、以及一第一抵靠部443。具體而言，本實施例中的離合齒盤44具有一內環側面，而第二環齒部441形成於內環側面，但並不以此為限。第二環齒部441咬合於第一環齒部411，藉此驅動環41能帶動離合齒盤44轉動。
第二牙嵌部442形成於離合齒盤44朝向輸出齒盤42之一面，各第二牙嵌部442皆為棘齒，且各第二牙嵌部442相連接，且第二牙嵌部442的形狀對應於第一牙嵌部421的形狀。第二牙嵌部442選擇性地卡合於第一牙嵌部421，藉此離合齒盤44咬合於輸出齒盤42。第一抵靠部443形成於離合齒盤44遠離輸出齒盤42之一面，具體而言，第一抵靠部443是凸出於離合齒盤44朝向推頂環45之一面。
推頂環45包含可受磁力吸引之材料，且能沿第一方向D1移動，其他實施例中，推頂環可不包含受磁力吸引之材料。推頂環45設置於第一推抵面4311與離合齒盤44之間，推頂環45可分離地接觸於離合齒盤44。具體而言， 本實施例中，推頂環45設置於第一推抵面4311與第二推抵面4321之間的溝內，且能沿第一方向D1在第一推抵面4311與第二推抵面4321之間移動。
推頂環45包含一第二抵靠部451及一第二滑動部452。第二抵靠部451形成於推頂環45朝向離合齒盤44之一面，且第二抵靠部451選擇性地抵靠於第一抵靠部443。具體而言，第二抵靠部451凸出於推頂環45朝向離合齒盤44之一面，而第一抵靠部443能沿第一轉動方向R1推抵第二抵靠部451，藉此離合齒盤44能帶動推頂環45沿第一轉動方向R1轉動。
第二滑動部452接觸於該第一滑動部4312，且能相對第一滑動部4312滑動，藉此推頂環45能朝該輸出齒盤42移動。具體而言，本實施例的第二滑動部452包含一凸塊，凸塊突出於推頂環45朝向第一推抵面4311之一面，並接觸於第一滑動部4312的斜面4313，且能相對斜面4313滑動但並不以此為限；其他實施例中，第二滑動部可不包含一凸塊。
彈性件46推抵於固定座43以及推頂環45朝向離合齒盤44之一面，具體而言，彈性件46包含一壓縮彈簧，其設置於第二推抵面4321與推頂環45之間，且彈性件46抵靠於第二推抵面4321，彈性件46傾向於將推頂環45往第一推抵面4311推動。
第二磁性件50設置於固定座43，其用以吸引推頂環45。具體而言，第二磁性件50是設置於固定座43的底座部431，且位於第一滑動部4312的附近，藉此吸引推頂環45，並避免影響第一磁性件433吸引離合齒盤44。在其他實施例中，可不包含第二磁性件50。本實施例中，固定座43更具有一定位環4314，其設置於底座部431，用以固定第二磁性件50的位置，在其他實施例中，可不具有定位環4314。
接著請參考圖6至圖12，當馬達30通電後，會帶動驅動環41沿第一轉動方向R1轉動，而驅動環41亦帶動離合齒盤44沿第一轉動方向R1轉動。此 時，因為離合齒盤44的第一抵靠部443與推頂環45的第二抵靠部451互相抵靠，故離合齒盤44帶動推頂環45沿第一轉動方向R1轉動。
接下來，因為推頂環45轉動時，第二滑動部452沿第一滑動部4312的斜面4313滑動，而使推頂環45沿第一方向D1朝輸出齒盤42移動，並同時推動離合齒盤44沿第一方向D1朝輸出齒盤42移動，直到離合齒盤44的第二牙嵌部442接觸到輸出齒盤42的第一牙嵌部421。如圖12所示，由於第一牙面4211與第二牙面4212相對於第一方向D1朝相反於第一轉動方向R1的切線方向傾斜，藉此離合齒盤44能帶動輸出齒盤42轉動，且在離合齒盤44的轉動速度大於或等於輸出齒盤42的轉動速度時能持續嵌合而不會分離。
當第二牙嵌部442接觸到並嵌合於第一牙嵌部421時，由於第一牙面4211與第二牙面4212相對於第一方向D1傾斜，離合齒盤44會沿第一方向D1朝輸出齒盤42移動，藉此離合齒盤44與推頂環45分離，而彈性件46推動推頂環45往固定座43的第一推抵面4311移動復位，而第二磁性件50將第二滑動部452移回被離合齒盤44帶動轉動前的位置。推頂環45可只有第二滑動部452具有可被磁性吸引之材料，藉此第二磁性件50能準確吸引推頂環45轉動復位。
此外，當輸出齒盤42旋轉速度高於一設定的限制速度時，馬達30斷電而使離合齒盤44的轉速小於輸出齒盤42的轉速，因為第一牙嵌部421的第一牙面4211與第二牙面4212往相反於第一轉動方向R1的切線方向傾斜，故此時第一牙嵌部421與第二牙嵌部442分離，並將離合齒盤44沿第一方向D1往馬達30推動，同時第一磁性件433也會吸引離合齒盤44移動，讓第一牙嵌部421與第二牙嵌部442完全分離。
接著請參考圖13及圖14，本創作的自行車的馬達傳動裝置的第二實施例，其特徵與第一實施例大致相同，最主要的相異之處在於離合組件 40A中，驅動環41A的第一環齒部411A形成於驅動環41A的一內環面；且離合齒盤44A具有一外環側面，而離合齒盤44A的第二環齒部441A形成於外環側面。
綜上所述，本創作的自行車的馬達傳動裝置中，可以藉由離合組件40在馬達30不輸出動力時，分離馬達30與輪轂殼10的傳動連接，讓輪轂殼10不需要帶動馬達30轉動，而進一步能夠避免能量損耗。此外，本創作的固定座43能在馬達30不輸出動力時將離合齒盤44與輸出齒盤42分離，避免離合齒盤44持續接觸輸出齒盤42而被輸出齒盤42碰撞造成耗損。而當馬達30通電開始轉動時，推頂環45使離合齒盤44移動並接觸輸出齒盤42以帶動輸出齒盤42轉動，將馬達30的能量傳遞到輪轂殼10，然後推頂環45復位避免影響離合齒盤44的轉動。
10:輪轂殼
20:輪軸

Claims (10)

  1. 一種自行車的馬達傳動裝置，其包含：一輪轂殼；一輪軸，其貫穿該輪轂殼的其中相對兩面，該輪軸的延伸方向定義為第一方向；一馬達，其設置於該輪轂殼內，且設置於該輪軸，該馬達所輸出之轉動方向為第一轉動方向；一離合組件，其設置於該輪轂殼內，且該離合組件連接該輪轂殼與該馬達，該離合組件包含：一驅動環，其連接於該馬達，受該馬達帶動而沿該第一轉動方向轉動，該驅動環具有一第一環齒部；一輸出齒盤，其可轉動地連接於該輪轂殼，並能帶動該輪轂殼轉動，該輸出齒盤具有：複數個第一牙嵌部，其形成於該輸出齒盤朝向該馬達之一面，該等第一牙嵌部環繞於該輸出齒盤的轉軸，各該第一牙嵌部相連接；一固定座，其設置於該輸出齒盤與該馬達之間，該固定座具有磁性，該固定座包含一第一推抵面，該第一推抵面朝向該輸出齒盤，一第一滑動部形成於該第一推抵面；一離合齒盤，其包含可受磁力吸引之材料，且該離合齒盤能沿該第一方向在該固定座與該輸出齒盤之間移動，該離合齒盤具有：一第二環齒部，其咬合於該第一環齒部，藉此該驅動環能帶動該離合齒盤轉動； 複數個第二牙嵌部，其形成於該離合齒盤朝向該輸出齒盤之一面，且該等第二牙嵌部能卡合於該等第一牙嵌部，各該第二牙嵌部相連接；以及一第一抵靠部，其形成於該離合齒盤遠離該輸出齒盤之一面；一推頂環，其設置於該第一推抵面與該離合齒盤之間，該推頂環能沿該第一方向移動，該推頂環可分離地接觸於該離合齒盤，該推頂環包含：一第二抵靠部，其形成於該推頂環朝向該離合齒盤之一面，該第二抵靠部能抵靠於該第一抵靠部，藉此該離合齒盤能帶動該推頂環轉動；以及一第二滑動部，其接觸於該第一滑動部，且能相對該第一滑動部滑動，藉此該推頂環能朝該輸出齒盤移動；以及一彈性件，其推抵於該固定座以及該推頂環朝向該離合齒盤之一面。
  2. 如請求項1所述之自行車的馬達傳動裝置，其中各該第一牙嵌部與各該第二牙嵌部皆為棘齒，各該第二牙嵌部的形狀對應於各該第一牙嵌部的形狀。
  3. 如請求項2所述之自行車的馬達傳動裝置，其中各該第一牙嵌部包含：一第一牙面以及一第二牙面，該第一牙面與該第二牙面相連接，且朝向該馬達的方向延伸，並往相反於該第一轉動方向的切線方向傾斜。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之自行車的馬達傳動裝置，其中：該第一滑動部包含一斜面，其朝向該推頂環，並相對於該推頂環為傾斜；且該第二滑動部包含一凸塊，該凸塊接觸於該斜面，且能相對該斜面滑動。
  5. 如請求項1至3中任一項所述之自行車的馬達傳動裝置，其中：該第一抵靠部凸出於該離合齒盤朝向該推頂環之一面，該第二抵靠部凸出於該推頂環朝向該離合齒盤之一面，藉此該第一抵靠部能沿該第一轉動方向推抵該第二抵靠部。
  6. 如請求項1至3中任一項所述之自行車的馬達傳動裝置，其中該固定座包含一第一磁性件，該第一磁性件位於該離合齒盤與該推頂環之間。
  7. 如請求項1至3中任一項所述之自行車的馬達傳動裝置，其中該固定座包含：一第二推抵面，其朝向該第一推抵面；該彈性件設置於該第二推抵面與該推頂環之間，且該彈性件抵靠於該第二推抵面。
  8. 如請求項1至3中任一項所述之自行車的馬達傳動裝置，其中：該第一環齒部形成於該驅動環的一外環面；且該離合齒盤具有一內環側面，該第二環齒部形成於該內環側面。
  9. 如請求項1至3中任一項所述之自行車的馬達傳動裝置，其中：該第一環齒部形成於該驅動環的一內環面；且該離合齒盤具有一外環側面，該第二環齒部形成於該外環側面。
  10. 如請求項1至3中任一項所述之自行車的馬達傳動裝置，其中，該推頂環包含可受磁力吸引之材料，且該自行車的馬達傳動裝置具有：一第二磁性件，其設置於該固定座，該第二磁性件用以吸引該推頂環。
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