CN102951247A - 电动辅助转轮机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电动辅助转轮机构，其包括转轮、转轴、及辅助马达，其中，转轴旋转设置于架体，且分别设置具有受力件的两个曲柄于两端，以借由受力件所接收的动力提供旋转动力而驱动该转轮旋转，而辅助马达设置于该转轴两端的该两个曲柄间，且具有与转轴的轴心同轴或与转轴的轴心平行的电磁场，以令辅助马达的输出动力与转轴提供的旋转动力结合而同步驱动转轮旋转。
Description
技术领域
本案涉及一种电动辅助转轮机构，尤其是涉及一种轴向磁通式的电动辅助转轮机构。
背景技术
一般常见的电动自行车，多是将辅助马达装设于前轮或后轮的轮毂轴，另外也有将辅助马达装设于车架中间，也就是装设于踏板的曲柄轴。
将辅助马达装设车架中间者即通称为中置马达电动自行车，由于中置马达的电动自行车可将辅助马达的输出动力传递到位在曲柄轴上的链轮，所以相较于将辅助马达设置于前轮或后论的电动自行车而言，更能直接、贴切地配合使用者的出力状况。现有的中置马达电动自行车，如美国第6296072号专利、中国台湾第I308892号专利、中国台湾第I265896号专利、中国台湾第I264399号专利、中国台湾第I296596号专利所示，皆是使用径向磁通式的电机设计来制作辅助马达，而径向磁通式的电机设计即指辅助马达产生的电磁场垂直于转轴的轴心。
前揭相关专利案的缺点在于体积与扭力无法同时兼顾，具体来说，当所需的扭力输出较大时，以径向磁通式的电机设计制作的辅助马达会具有较宽的尺寸，而较宽的尺寸即意味着自行车设计者需要预留较大的空间来安装辅助马达，进而不但对自行车的外型设计造成妨碍，也间接地影响到自行车的产品开发；但若为了配合外型设计而将以径向磁通式的电机设计制作的辅助马达的宽度缩小时，辅助马达的扭力输出也会相应地变小，进而让自行车设计者必须要再配备相关的减速齿轮组来放大其扭力输出，而配备额外的减速齿轮组也就意味着自行车整体的成本会提高，且具有较复杂的装配难度。
发明内容
有鉴于现有技术的种种缺失，本案主要的目的之一在于提供一种能同时兼顾外型设计与扭力需求的中置马达设计。
为了达到上述目的及其它目的，本案提供一种电动辅助转轮机构，其包括：架体；转轮，其以转动自如的方式轴接至该架体；转轴，其轴设于架体，且分别设置具有受力件的两个曲柄于两端，以借由该受力件接收的动力提供旋转动力驱动该转轮旋转；以及辅助马达，其设置于该转轴两端的该两个曲柄间，且具有与该转轴的轴心同轴的电磁场，而该辅助马达的输出动力与该转轴提供的旋转动力结合以同步驱动该转轮旋转。
其次，本案还提供一种电动辅助转轮机构，其包括：架体；转轮，其以转动自如的方式轴接至该架体；转轴，其轴设于架体，且分别设置具有受力件的两个曲柄于两端，以借由该受力件接收的动力提供旋转动力驱动该转轮旋转；以及辅助马达，其设置于该转轴两端的该两个曲柄间，且具有与该转轴的轴心平行的电磁场，而该辅助马达的输出动力与该转轴提供的旋转动力结合以同步驱动该转轮旋转。
相较于现有技术，由于本案设计的辅助马达能提供与转轴的轴心同轴或是与转轴的轴心平行的电磁场，也就是以径向磁通式的电机设计来制作辅助马达，所以不但能以较薄的宽度装配于曲柄轴而不会影响整体的外型设计，还能提供足够的扭力输出来配合使用者的出力状况，借此同时顾及了中置马达设计的体积与扭力。
附图说明
图1为本案提供的电动辅助转轮机构的应用情境图；
图2为沿着图1的切线AA所视的剖面示意图；
图3为本案提供的辅助马达形成为内转子单一磁通作用面型态的一剖面示意图；
图4为沿着图3的切线BB所视的单向棘轮结构示意图；
图5为本案提供的辅助马达形成为内转子单一磁通作用面型态的另一剖面示意图；
图6为本案提供的辅助马达形成为内转子双磁通作用面型态的剖面示意图；
图7为本案提供的辅助马达形成为外转子单一磁通作用面型态的剖面示意图；
图8为本案提供的辅助马达形成为外转子双磁通作用面型态的剖面示意图；以及
图9为本案提供的辅助马达形成为具有平行转轴的轴心的电磁场的结构示意图。
主要组件符号说明
1 电动自行车
10 架体
10a 转轮
11 转轴
11L、11R 曲柄
12L、12R 受力件
13 转轴承座
14 传动装置承座
15、19 链轮
15a、19a 链条
16 挡板
17 固定装置
18 单向棘轮
2、2a、2b、2c、2d、2e、2f 辅助马达
20、20L、20R 硅钢片
21、21L、21R 绕线组
22 转子座
23L、23R 永久磁铁
24 壳体
25 位置感应器
26 转子轴
27 轴承
3 电池及控制器
AA、BB 切线。
具体实施方式
以下借由特定的具体实施例说明本案的实施方式，熟悉此技术的人士，可借由本说明书所揭示的内容轻易地了解本案的其它优点与功效。而本案也可借由其它不同的具体实施例加以施行或应用。
请先一并参照图1及图2，其中，图1为本案提供的电动辅助转轮机构的应用情境图，图2为本案提供的电动辅助转轮机构的结构剖面图，而图2也为沿着图1的切线AA所视者。
如图所示，本案提供的电动辅助转轮机构包括转轮10a、转轴11、及辅助马达2，其中，转轮10a例示为电动自行车1的后轮，但于本案的其它实施例中，转轮10a也可为电动自行车1的前轮，或是与转轴11一体成型者。
转轴11可通过转轴承座13旋转设置于架体10，且分别设置具有受力件12R、12L的两个曲柄11R、11L于两端，以借由受力件12R、12L接收的动力提供旋转动力驱动转轮10a旋转。于本实施例中，转轴11及曲柄11R、11L构成曲柄轴，而受力件12R、12L即例示为可供踩踏的踏板，且转轴11可通过第一传动装置以及传动装置承座14来提供旋转动力来驱动转轮10a旋转，而第一传动装置可例示为互相搭配的链轮15及链条15a，且借由传动装置承座14旋转设置于转轴11上，当然第一传动装置也可使用互相搭配的皮带及皮带轮。其次，第一传动装置的外侧可设置有挡板16，以防止使用者误触第一传动装置。
辅助马达2设置于转轴11两端的两个曲柄11R、11L间，且能产生与转轴11的轴心同轴的电磁场，而辅助马达2的输出动力与转轴11提供的旋转动力结合以同步驱动转轮10a旋转。在本实施例中，辅助马达2可通过固定装置17设置于架体10的侧边，且电连接电池及控制器3以受其驱动，而电池及控制器3可设置于架体10上或是整合于架体10内。
一并参照图3以了解辅助马达2的细部结构，如图3所示，辅助马达2a具备旋转配置于辅助马达2a内部中央区域的转子，即转子座22与嵌设其中的永久磁铁23L，且具备位于辅助马达2a内部外侧的定子，即硅钢片20L及缠绕于硅钢片20L外的绕线组21L，而绕线组21L可连结至外部的电池及控制器3。具体来说，转子座22可通过栓槽轴或其它的连结方式连接至传动装置承座14，当然，还可通过键连接或扣环榫（笋）接等方式让转子座22与传动装置承座14的作动力连结。另外，转子座22也可通过轴承27连接壳体24。
此外，由图3教示的实施例可知，辅助马达2a为内转子型态，且壳体24是作为定子座，而由于辅助马达2a仅设置有固定于内部左侧的硅钢片20L及绕线组21L，所以可形成单一个磁通作用面。实际实施时，壳体24可为如碳钢的导磁材料所制成，转子（转子座22及永久磁铁23L）与定子（硅钢片20L及绕线组21L）的间隙还可小于0.5mm以避免过高的磁阻抗。定子及转子上可设置有彼此对应的位置感应器25，而于本实施例中，位置感应器25可为靠近定子侧的霍尔效应传感器及装设于转子座22上的磁铁片。在降低成本的考量下，也可不设置位置感应器25，而利用转子间接被人力带动后绕线组21L所产生的电动势或电压变化信号作为控制。
连同图3来参照图4，其中，图4为沿着图3的切线BB所视的剖面示意图。在本实施例中，转轴11可通过单向棘轮18来连结链轮15，当然也可通过单向棘轮18来连结皮带轮。而由于单向棘轮18会与多个滚珠相搭配，所以能让传动装置承座14与该转轴11间只能正方向带动旋转。
内转子型态也可用其它方式来予以构成，如图5所示，转子可为辅助马达2b内部中央区域的转子座22及嵌设于转子座22右侧的永久磁铁23R，而定子可为固定设置于辅助马达2b内部靠右侧的硅钢片20R及缠绕于硅钢片20R上的绕线组21R。又如图6所示，转子可为辅助马达2c内部中央区域的转子座22及设置于转子座22右侧及左侧的永久磁铁23R、23L，而定子可为辅助马达2c内部靠右侧的硅钢片20R及缠绕于硅钢片20R上的绕线组21R，以及辅助马达2c内部靠右侧的硅钢片20L及缠绕于硅钢片20L上的绕线组21L。
需说明的是，图5、图6的设计方式虽同为内转子型态，但图5的设计具有单一个磁通作用面，而图6的设计却具有两个磁通作用面，而前述位置感应器等设计型态也可于此实际应用。另外，当本案的辅助马达具有两个磁通作用面时，由于轴向的电磁场可为左向或右向，因此两侧边相对照的绕线组21L、21R其产生的电磁场以同向为最佳。当然，假设绕线组21L、21R的电磁场为不同方向，则转子座22上两侧边相对面的永久磁铁23L、23R的磁极则需为同磁极相对，此种磁极的布置方式是考虑高磁通密度的永久磁铁装配于转子座22上时，避免磁性吸力过大而造成脱落、失误、相互冲击等损坏而采用的配置方式。
本案的辅助马达除了可依照前述的内转子型态来予以设计外，也可设成外转子型态。首先，如图7所示，转子可为辅助马达2d内部中央区域且呈现为圆盘盒状的转子座22，及设置于辅助马达2d内部靠右侧并嵌设于转子座22的永久磁铁23R，而定子可为辅助马达2d内部中央区域的硅钢片20及缠绕于硅钢片20上的绕线组21。在图7的教示中，辅助马达2d具有单一个磁通作用面，而转子座22与供硅钢片20及绕线组21设置的承载座间可通过单向棘轮来予以连接，当然，也可设置有相关的位置感应器。
再如图8所示，转子可为辅助马达2e内部呈现为圆盘盒状的转子座22，及设置于辅助马达2e内部两侧并嵌设于转子座22的永久磁铁23R、23L，而定子可为辅助马达2e内部中央区域的硅钢片20及缠绕于硅钢片20上的绕线组21。图8与图7的差别在于，图8的辅助马达2e具有两个磁通作用面。
前述的辅助马达无论是单一个或两个磁通作用面，以及无论是内转子型态或是内定子型态，皆可设计成绕线组产生的电磁场会与转轴11的轴心同轴，但为了因应不同的实施需求，辅助马达也可设计成具有与转轴11的轴心平行的电磁场的型态。当然，本案的辅助马达也可按照前述的实施概念设计成具有多个磁通作用面的型态。再连同前述实施例来参照图9，如图9所示，辅助马达2f同样是设置于转轴11两端的两个曲柄11R、11L间，且具有与转轴11的轴心平行的电磁场，而辅助马达2f的输出动力同样是与转轴11提供的旋转动力结合以同步驱动转轮10a旋转。
不同于前述实施例的是，辅助马达2f可选择性地设置于架体10的内部，而辅助马达2f可通过外露的转子轴26及第二传动装置来提供输出动力，且第一传动装置（即链轮15及链条15a）及第二传动装置借由传动装置承座14旋转设置于转轴11。在此实施例中，第二传动装置可为互相搭配的链条19a及链轮19，或是互相搭配的皮带及皮带轮。需注意的是，辅助马达2f也可设计成类似前述实施例的内转子型态、外转子型态、具有单一个磁通作用面、具有多个磁通作用面、具有位置感应器、或搭配单向棘轮的实施型态，但因实施细节相似于前述内容，故不再于此赘述。
相比较于现有技术，由于本案设计的辅助马达能提供与转轴的轴心同轴，或是提供与转轴的轴心平行的电磁场，换言之，本案能以多种的实施方式来构成径向磁通式的电机设计以制作辅助马达，所以不但能以较薄的宽度装配于电动自行车的曲柄轴而不会限制整体的设计，也能提供足够的扭力输出以配合使用者的出力状况而不需额外装设减速马达，借此同时兼顾了体积与扭力的要求，避免现有径向磁通式的中置马达设计的种种缺点。
上述实施例仅例示性说明本案的原理及其功效，而非用于限制本案。任何熟悉此项技术的人士均可在不违背本案的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本案的权利保护范围应如权利要求书所列。
Claims (22)
1.一种电动辅助转轮机构，其包括：
架体；
转轮，其轴接至该架体；
转轴，其轴设于该架体，其两端分别连接具有受力件的两个曲柄，以借由该受力件受力而提供旋转动力驱动该转轮旋转；以及
辅助马达，其设置于该转轴两端的该两个曲柄间，且具有与该转轴的轴心同轴的电磁场，其中，该辅助马达的输出动力与该转轴提供的旋转动力结合以同步驱动该转轮旋转。
2.根据权利要求1所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该转轴是通过第一传动装置及传动装置承座提供旋转动力驱动该转轮旋转，而该第一传动装置是借由传动装置承座旋转设置于该转轴。
3.根据权利要求1所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该转轴通过单向棘轮连结链轮或皮带轮。
4.根据权利要求1所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该辅助马达具备转子及定子，而该转子位于该辅助马达的内部中央区域，且该定子位于该辅助马达的内部外侧，以形成一个或多个磁通作用面。
5.根据权利要求1所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该辅助马达具备转子及定子，而该定子位于该辅助马达的内部中央区域，且该转子位于该辅助马达的内部外侧，以形成一个或多个磁通作用面。
6.根据权利要求4所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该转子具备永久磁铁及承载该永久磁铁的转子座，而该转子座通过轴承连接该辅助马达的壳体。
7.根据权利要求4或5所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该转子具备永久磁铁及承载该永久磁铁的转子座，而该定子具备硅钢片及缠绕于该硅钢片的绕线组。
8.根据权利要求4或5所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该辅助马达具备设置于该定子及转子的位置感应器。
9.根据权利要求7所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该转轴通过第一传动装置及传动装置承座提供旋转动力驱动该转轮旋转，而该转子座通过栓槽轴、键连接、或扣环榫接连结至该传动装置承座。
10.根据权利要求1所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该辅助马达通过固定装置设置于该架体侧边。
11.根据权利要求1所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该转轴通过转轴承座旋转设置于该架体。
12.一种电动辅助转轮机构，包括：
架体；
转轮，其轴接至该架体；
转轴，其轴设于该架体，其两端分别连接具有受力件的两个曲柄，以借由该受力件受力而提供旋转动力驱动该转轮旋转；以及
辅助马达，其设置于该转轴两端的该两个曲柄间，且具有与该转轴的轴心平行的电磁场，其中，该辅助马达的输出动力与该转轴提供的旋转动力结合以同步驱动该转轮旋转。
13.根据权利要求12所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该转轴通过第一传动装置及传动装置承座提供旋转动力驱动该转轮旋转，而该辅助马达通过外露的转子轴及第二传动装置提供该输出动力，且该第一及第二传动装置借由传动装置承座旋转设置于该转轴。
14.根据权利要求12所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该转轴通过单向棘轮连结链轮或皮带轮。
15.根据权利要求12所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该辅助马达具备转子及定子，而该转子位于该辅助马达内部的中央区域，且该定子位于该辅助马达的内部外侧，以形成一个或多个磁通作用面。
16.根据权利要求12所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该辅助马达具备转子及定子，而该定子位于该辅助马达的内部中央区域，且该转子位于该辅助马达的内部外侧，以形成一个或多个磁通作用面。
17.根据权利要求15所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该转子具备永久磁铁及承载该永久磁铁的转子座，而该转子座通过轴承连接该辅助马达的壳体。
18.根据权利要求15或16所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该转子具备永久磁铁及承载该永久磁铁的转子座，而该定子具备硅钢片及缠绕于该硅钢片的绕线组。
19.根据权利要求15或16所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该辅助马达具备设置于该定子及转子的位置感应器。
20.根据权利要求18所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该转轴通过第一传动装置及传动装置承座提供旋转动力驱动该转轮旋转，而该转子座通过栓槽轴、键连接、或扣环榫接连结至该传动装置承座。
21.根据权利要求12所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该辅助马达设置于该架体内部。
22.根据权利要求12所述的电动辅助转轮机构，其特征在于，该转轴通过转轴承座旋转设置于该架体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130306 |