CN105164009B - 曲柄以及利用曲柄传输功率的方法 - Google Patents

Abstract

一种踏板驱动车辆的曲柄，该车辆具有含有底部支架壳体的框架。该曲柄包括：曲柄轴，可转动地安装至框架的底部支架壳体；主轴，可操作地连接于曲柄轴与底部支架壳体相隔开的一端并且可绕主轴转动轴线转动；固定构件，固定地安装至底部支架壳体；可转动构件，可操作地与主轴接合并配置为接合主轴的转动；连接组件，可操作地接合固定构件和可转动构件，该连接组件配置为当曲柄臂绕底部支架壳体转动时接合可转动构件的转动；以及踏板角度控制组件，可操作地连接于主轴并配置为根据曲柄臂转动期间的角度位置控制踏板的角度。

Description

曲柄以及利用曲柄传输功率的方法

本申请要求于2012年12月21日提交的美国临时专利申请61/740,871在35U.S.C.§119(e)下的权益，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及曲柄领域。特别是，其涉及一种改进的曲柄，用于增强蹬踏时所产生的动力以及用其传输动力的方法。

背景技术

在传统的曲柄中，踏板通过主轴可转动地安装到曲柄臂，并且可以在通过自行车骑者的蹬踏运动引起的曲柄臂的转动期间自由地在主轴上转动。这种主轴上踏板的自由转动导致踏板的角度完全由蹬踏运动期间自行车骑者的双脚的定位来控制。

在大多数情形中，当使用传统的曲柄时，曲柄臂转动期间踏板的角度定位不提供最优的推力，其结果导致蹬踏动力的损失。

举例来说，试验已经表明，当使用传统的曲柄时，仅从曲柄臂向上垂直位置在大约30度和130度之间被有效地施加了推力。因此，作为踏板的角度没有被合适定位的结果，大约80度的推力在向上垂直位置和向下垂直位置之间向下推动曲柄臂期间被丢失。

为解决这一问题，目前有电子设备可用于指示蹬踏运动期间双脚的最佳定位。然而，这些设备常常是昂贵的并且会限制自行车骑者长期专注于其双脚的位置，这会是令人疲劳的。

鉴于上述情况，需要一种改进的曲柄和用其传输动力的方法，其能够克服或至少最小化一些上述讨论的现有技术所涉及的。

发明内容

根据第一一般方面，提供一种踏板驱动车辆的曲柄，其框架具有底部支架壳体。该曲柄包括：曲柄轴，可转动地安装到框架的底部支架壳体；主轴，在与底部支架壳体分隔开的一端可操作地连接到曲柄轴并且绕主轴的转动轴线可转动；固定构件，固定地安装到底部支架壳体；可转动构件，与主轴可操作地接合并配置为在转动中接合主轴；连接组件，可操作地接合固定构件和可转动构件，该连接组件配置为当曲柄臂绕底部支架壳体转动时在转动中接合可转动构件；以及踏板角度控制组件，可操作地连接到主轴并配置为在曲柄臂转动期间根据角度位置控制踏板的角度。

根据另一一般方面，还提供一种具有框架的踏板驱动车辆的曲柄。该曲柄包括两个曲柄臂组件。每个曲柄臂组件包括：曲柄臂，可转动地安装到框架，并具有在其转动端上的转动中心；主轴，在与转动端分隔开的主轴端可操作地连接到曲柄臂，并绕主轴的转动轴可转动；踏板，安装到主轴；可转动构件，与主轴可操作地接合；固定构件，固定到框架并接近曲柄臂的转动端；连接组件，与固定构件和可转动构件可操作地接合，并配置为当曲柄臂绕其转动中心转动时在转动中接合可转动构件；以及踏板角控制组件，可操作地连接到可转动构件并配置为在曲柄臂绕其转动中心转动期间根据角度位置控制踏板的角度。

在一个实施例中，主轴在与底部支架壳体分隔开的一端可转动地安装到曲柄臂。

在一个实施例中，固定组件包括与底部支架壳体同心的固定齿轮。

在一个实施例中，可转动构件包括可转动齿轮。

在一个实施例中，连接组件包括多个中间可转动齿轮延伸在固定齿轮和可转动齿轮之间，且每个中间齿轮可操作地连接到可转动齿轮、固定齿轮和中间齿轮的相邻的一个。

在一个实施例中，固定齿轮、可转动齿轮和中间齿轮的每一个包括相同数量的齿。

在一个实施例中，可转动构件包括可转动滑轮，而连接组件包括：与固定齿轮啮合的可转动连接齿轮并配置为绕固定齿轮转动；接合滑轮，安装到可转动连接齿轮并同时随其转动；以及带，可操作地连接接合滑轮和可转动滑轮。

在一个实施例中，连接组件包括：可转动连接齿轮，与固定齿轮啮合并配置为绕固定齿轮转动；以及传送臂，其转动端在与其转动中心分隔开的近端连接点可操作地连接到可转动连接齿轮，并且与转动端相对的主轴端在与其转动中心分隔开的远端连接点可操作地连接到可转动构件。

在一个实施例中，该近端连接点和该远端连接点相对于可转动连接齿轮和可转动构件分别设置在相对的角度位置。

在一个实施例中，踏板角控制组件包括至少一个凸轮和凸轮连接组件，至少一个凸轮可操作地连接到可转动构件，且与踏板可操作地接合，该凸轮连接组件配置为在可转动构件转动期间在转动中接合至少一个凸轮。

在一个实施例中，踏板角控制组件还包括邻接组件，可操作地连接到踏板，并邻接至少一个凸轮以在曲柄臂转动期间根据角度位置改变踏板的角度。

在一个实施例中，该凸轮连接组件包括：固定齿轮；凸轮支撑板，可操作地连接到主轴并配置为随主轴转动；以及至少一个凸轮齿轮，可转动地安装到凸轮支撑板并配置为在凸轮支撑板转动时绕固定齿轮转动，该至少一个凸轮的每一个耦合到至少一个凸轮齿轮的对应的一个。

在一个实施例中，凸轮支撑板安装到主轴。

在一个实施例中，邻接组件包括至少一个邻接凸轮构件，该邻接凸轮构件可转动地安装到踏板，该至少一个邻接凸轮构件的每一个与至少一个凸轮的对应的一个相邻接。

在一个实施例中，凸轮连接组件包括：固定齿轮；以及至少一个凸轮齿轮，与固定齿轮可操作地接合并配置为绕固定齿轮转动，该至少一个凸轮的每一个耦合到至少一个凸轮齿轮的对应的一个。该邻接组件包括凸轮容纳板，其安装到踏板并具有至少一个凸轮容纳腔限定于其中，至少一个凸轮在该至少一个凸轮容纳腔中可移动以在曲柄臂转动期间根据角度位置改变踏板的角度。

在一个实施例中，该至少一个凸轮的每一个在该至少一个凸轮的对应的一个内可移动。

在一个实施例中，该至少一个凸轮包括两个凸轮，该两个凸轮中的每个安装到主轴的相对应的侧面。

在一个实施例中，踏板角控制组件包括至少一个角控制臂，其可操作地通过臂连接组件连接到主轴，该臂连接组件配置为在主轴转动时移动该至少一个角控制臂，至少一个该角控制臂还可操作地连接到踏板。

在一个实施例中，臂连接组件包括：固定齿轮；支撑板，安装到主轴并配置为随其转动；至少一个偏心连接器齿轮，可转动地安装到该支撑板并配置为当支撑板转动时绕固定齿轮转动；以及偏心连接器，其耦合到该至少一个偏心连接器齿轮的每一个，该偏心连接器在与角控制臂的转动中心分隔开的连接点连接到该至少一个角控制臂的相应的一个。

在一个实施例中，踏板配置为在其下面的部分容纳主轴，该下面的部分与踏板的重心分隔开。

在一个实施例中，踏板包括脚部容纳面和与脚部容纳面相对应的下表面，并且主轴通过踏板延伸，接近该下表面。

在一个实施例中，固定组件、转动构件和连接组件至少部分地容纳在曲柄臂中。

根据另一个一般方面，还提供一种在踏板驱动车的曲柄上传输动力的方法。该曲柄包括：曲柄臂，其转动端可转动地安装到踏板驱动车辆的底部支架壳体；主轴，可操作地连接到曲柄臂的主轴端；以及踏板，可操作地连接到主轴并具有脚部容纳面。该方法包括如下步骤：给踏板施加力从而在绕其转动轴转动中接合曲柄臂；以及在曲柄臂的转动期间根据角度位置控制脚部容纳面的角度。

附图说明

其它的目标、优点和特征在参考附图阅读下面其实施例的非限定性描述时将变得更加明显易懂，实施例仅为示例的目的，附图中：

图1是根据实施例的曲柄的透视图，并且安装到踏板驱动自行车的框架。

图2A至2C是根据实施例的曲柄组的透视图，其中连接组件包括中间齿轮，并且踏板角控制组件包括凸轮和邻接凸轮构件，其中图2A和2B示出了一个曲柄臂组件没有盖板和曲柄臂的机构；而图2C示出了该曲柄臂组件没有盖板和曲柄臂且没有踏板的机构。

图3是根据实施例的曲柄臂的曲柄臂组件的侧视图，其中连接组件包含带。

图4是根据实施例的曲柄的曲柄臂组件的侧视图，其中连接组件包含传送臂。

图5A至5C是图2A至2C示出的踏板角控制器的侧视图，其中图5A示出了具有踏板的角控制组件；图5B示出了没有踏板的角控制组件；而图5C示出了没有踏板、凸轮和邻接凸轮机构的角控制组件。

图6是图5A至5C示出的具有踏板角控制组件的曲柄臂组件的完整转动期间的角度序列的示意图。

图7A是根据实施例的踏板的内侧视图，其中踏板角控制组件包含凸轮和邻接凸轮组件，并且主轴的转动轴与踏板的重心分隔开。

图7B至7D是根据图7A的实施例的踏板角控制组件的外侧视图，其中图7B示出了具有踏板的角控制组件；图7C示出了没有踏板的角控制组件；而图7D示出了没有踏板、凸轮和邻接凸轮机构的角控制组件。

图8是图7A至7D示出的具有踏板角控制组件的曲柄臂组件的完整转动期间的角度序列的示意图。

图9A至9C是根据实施例的踏板角控制组件的侧视图，其中踏板角控制组件包含角控制臂，其中图9A示出了具有踏板的角控制组件；图9B示出了没有踏板的角控制组件；而图9C示出了没有踏板和角控制臂的角控制组件。

图10是图9A至9C示出的具有踏板角控制组件的曲柄臂组件的完整转动期间的角度序列的示意图。

图11A、11B和11C是根据实施例的踏板角控制组件的侧视图，其中踏板角控制组件包含凸轮和凸轮容纳板，其中图11A示出了具有踏板的角控制组件；图11B示出了没有踏板的角控制组件；而图11C示出了没有踏板、凸轮和凸轮容纳板的角控制组件。

图12是图11A至11C示出的具有踏板角控制组件的曲柄臂组件的完整转动期间的角度序列的示意图。

具体实施方式

在以下的说明中，相同的附图标记指代类似的元件。图中示出的或本说明中描述的实施例、几何构造、涉及的材料和/或尺寸仅是为举例目的给出的实施例。

而且，虽然曲柄和其相对应的部件的实施例包含如本文中所说明和阐述的某些几何构造，但是并非所有这些部件和几何形状都是必须的，并且因此不应将其视为限定意义。应当理解，且对于本领域技术人员显而易见的是，其它合适的部件及其之间的协作以及其它合适的几何构造可以用于该曲柄，其可由本文所简要的说明并且本领域技术人员可由此轻易推知。另外，应当理解的是，位置描述例如“上”、“下”、“左”、“右”等，除非另外指出，应按照图中的背景考虑，而不应被认为有限定性。

通常地参考图1，根据实施例，提供一种踏板驱动车的曲柄10，例如，举例来说但不限定，该车是自行车。如将在下文更详细地描述，曲柄10配置为传送曲柄臂12的转动运动至角控制组件40以根据曲柄臂12的角度位置控制踏板50的角度，因此提高骑者在蹬踏时产生的动力。

在一个实施例中，曲柄10包括两个曲柄臂组件21，如图1所示。然而，为简化说明，在下文进一步的细节中仅描述其中一个曲柄臂21。

现在参考图1至2C，在一个实施例中，除了曲柄臂12和踏板50，曲柄臂组件21还包含固定组件20，固定组件20固定地安装到踏板驱动车的框架13，并因此不能绕转动轴转动。在所示的实施例中，固定组件20是具有外围齿的固定齿轮20a。固定齿轮20a位于框架13的底部支架壳体14的近端，在曲柄臂12的转动端，如将在下文更详细地描述。在示出的实施例中，固定组件20与底部支架壳体14同心。曲柄臂12的转动端绕曲柄臂的转动中心转动。在一个实施例中，固定齿轮20a位于底部支架壳体14的外围以使得底部支架的主轴15穿过固定齿轮20a的孔16，曲柄臂12通过底部支架连接到框架13。应当理解的是，固定齿轮20a与安装到曲柄臂12的链环(未示出)不同。

固定齿轮20a可以是可移除的或永久地安装到框架13，通过使用多种安装技术，例如但不限定于，螺接、焊接、钎焊等。

仍参考图1至2C，曲柄臂组件21进一步提供可转动构件22，可转动构件22接合于主轴41，接近曲柄臂12的主轴端，远离其转动端，转动端位于底部支架壳体14和固定齿轮20a的对应的近端。在示出的实施例中，主轴41安装到曲柄臂12的主轴端75。在示出的实施例中，可转动构件22是可转动齿轮22a。在主轴41是可转动的安装到曲柄臂12的情况下，可转动齿轮22a可相对曲柄臂12转动，围绕由主轴41限定的转动轴。在示出的实施例中，主轴41通过滚动组件27可转动地安装到曲柄臂12，滚动组件27例如是但不限于轴承组件。

曲柄臂组件21还包括连接组件24。固定齿20a和可转动齿轮22a通过连接组件24可操作地彼此连接以使得曲柄臂12绕其转动中心、底部支架壳体14以及固定齿轮20a的转动导致可转动齿轮22a的转动。

在图2A至2C中示出的实施例中，连接机构24包括多个对准的中间齿轮26，位于固定齿轮20a和可转动齿轮22a之间。中间齿轮26与邻接的中间齿轮26、固定齿轮20a和可转动齿轮22a啮合，且通过对应的滚动组件27可转动地安装到滚动组件27，例如是但不限于轴承组件。在示出的实施例中，中间齿轮26的第一中间齿轮26a直接与固定齿轮20a啮合，而中间齿轮26的第二中间齿轮26b与可转动齿轮22a啮合。

本领域技术人员可理解的是，在可替代的实施例(未示出)中，其中第一中间齿轮26a和固定齿轮20a不垂直对准，第一中间齿轮26a和固定齿轮20a之间的啮合可能需要第一中间齿轮26或者固定齿轮20a可操作地连接到水平成直线的扩展齿轮并固定于扩展齿轮，该扩展齿轮垂直对准于中间齿轮26a或固定齿轮20a中的一个。相似地，扩展齿轮可以用于对准任何一个中间齿轮，如果连续的中间齿轮没有垂直地对准，或者在一个实施例中，其中第二中间齿轮26b没有垂直对准于可转动齿轮22a，需要啮合第二中间齿轮和可转动齿轮22a。

在一个实施例中，固定齿轮20a、中间齿轮和可转动齿轮22a具有相同数量的齿以保证可转动齿轮22a和曲柄臂12的角度位置之间的时序可在曲柄臂12的多次转动下保持。

本领域技术人员可理解的是，在可替代的实施例中，可提供其它固定构件20和可转动构件22之间的连接组件。实际上，可以使用任何连接组件24或机构，只要其能够可操作地连接固定构件20和可转动构件22并导致可转动构件22通过曲柄臂12绕底部支架壳体14和固定构件20的转动在转动中啮合。在一个实施例中，连接组件24设计为使得连接组件24的部件与固定构件20和可转动构件22在曲柄臂12转动期间的摩擦的功率损失最小。

举例来说但不限定，如从图3中可见的，其中相似的特征用对应的附图标记编号为100系列，在可替代的实施例中，可转动构件122包括可转动滑轮122a，固定齿轮120a和转动滑轮122a可通过连接转动齿轮123、接合滑轮125和带128的组合而可操作地连接。在示出的实施例中，固定齿轮120a啮合于连接转动齿轮123，其接合滑轮125固定地安装在连接转动齿轮123上，以使得接合滑轮125在转动中由连接转动齿轮123啮合。接合滑轮125通过带128可操作地连接到可转动滑轮122a，带128包围接合滑轮125和可转动滑轮122a。本领域技术人员可以理解的是，在可替代的实施例中，也可以使用类似的组件，其中滑轮由链齿轮替代，而带由滚子链替代。

在图4示出的另一可替代的实施例中，其中相似的特征用对应的附图标记编号为200系列，可转动构件222包括可转动凸轮型延伸222a，其远端连接点272与转动中心276a分隔开。固定齿轮220a和可转动凸轮型延伸222a通过连接转动齿轮223、接合凸轮型延伸270和传送臂274(或连接杆)的组合可操作地连接。如上文所述的实施例，固定齿轮220a啮合于连接转动齿轮223。接合凸轮型延伸270固定地安装到连接转动齿轮223并随其转动。因此，接合凸轮型延伸270在转动中直接地由连接转动齿轮223啮合。接合凸轮型延伸270通过传送臂274可操作地连接到可转动凸轮型延伸222a，传送臂274具有连接到接合凸轮型延伸270的转动端，连接点为近端连接点271，与接合凸轮型延伸270的转动中心276b相分隔开，以及连接到可转动凸轮型延伸222a的主轴端，连接点为远端连接点272，与可转动凸轮型延伸222a的转动中心276a分隔开。如可见的，在示出的实施例中，近端连接点271和远端连接点272相对于接合凸轮型延伸270和可转动凸轮型延伸222a分别设置在相对的角度位置。本领域技术人员可以理解的是，在可替代的实施例中，传送臂274的转动端可以直接安装到连接转动齿轮223，无需使用接合凸轮型延伸270，接合凸轮型延伸270仅是连接转动齿轮223的延伸。

本领域技术人员可以理解的是，在可替代的实施例中，可转动凸轮型延伸222a和接合凸轮型延伸270除了不规则的凸轮形状还可以具有其它的形状，例如，举例来说但不限于，长方形，其具有与相对应的转动中心相隔开的连接点，或者偏心轮。

在另一可替代的实施例(未示出)中，固定构件20可以是固定延伸，其连接点与底部支架的中部分隔开，而可转动构件22可以是可转动延伸。在此实施例中，固定延伸可以通过传送臂可操作地连接到可转动延伸，传送臂的第一端连接到固定延伸的连接点，该连接点与底部支架的中部分隔开，传送臂的第二端连接到可转动延伸的连接点，该连接点与可转动延伸的转动中心分隔开。

如上文所述，还可以提供可替代的连接组件，其可操作地连接固定构件20和可转动构件22以使得可转动构件22相对于固定构件20在转动中由曲柄臂12啮合。

参考图1，在一个实施例中，曲柄臂组件21包括美观目的的盖60。盖60可以安装在固定构件20、可转动构件22和连接组件24之上。该盖可以通过传统的安装方式固定其位置，例如但不限于螺丝等。在可替代的实施例中，固定齿轮20a、可转动齿轮和连接组件24可包含在曲柄臂12的壳体中。

为控制曲柄臂12绕底部支架壳体14和固定构件转动期间踏板50的角度20，可转动构件22可操作地连接到踏板角控制组件40，踏板角控制组件40控制在此转动中踏板50的角度。

在图2A至2C以及5A至6示出的实施例中，踏板角控制组件40包括两个凸轮44，两个凸轮44通过凸轮连接组件45可操作地连接至主轴41，并与邻接组件的邻接可操作地连接至踏板50，以控制在曲柄臂12转动期间踏板50的角度。凸轮连接组件包括“Y”型凸轮支撑板42，凸轮支撑板42可操作地连接至主轴41，主轴41可转动地安装至曲柄臂12。如上文所述，主轴41在转动中由可转动齿轮22a啮合。凸轮支撑板42安装至主轴41，并因此随着可转动齿轮22a的转动而转动。凸轮连接组件45还包括两个凸轮齿轮46，凸轮齿轮46安装至凸轮支撑板42。每个凸轮齿轮46可转动地安装至凸轮支撑板42，如将在下文详细描述的。凸轮44通过相对应的连接杆43耦合于凸轮齿轮46中的相对应的一个。因此，凸轮44与凸轮齿轮46同时旋转。凸轮连接组件45还包括静止或固定齿轮48，固定齿轮48啮合于凸轮齿轮46。因此，在主轴41和凸轮支撑板42转动时，凸轮齿轮46绕固定齿轮48旋转。邻接组件包括两个轴承49，其作为邻接凸轮构件，并安装至踏板50，每个轴承49邻接于两个凸轮44中的相对应的一个。

本领域技术人员可理解的是，在一个可替代的实施例中，凸轮44的数量可以变化为仅包括一个凸轮44或多于两个的凸轮44，且凸轮连接组件45和邻接组件可以相应地修改。另外，支撑板42的形状和尺寸可以由示出的实施例中的“Y”型变化，同时仍为凸轮44提供转动轴心，该转动轴与主轴41的转动轴分隔开。

如图2A至2C示出的实施例可见，为连接可转动齿轮22a至主轴41，主轴41的一部分可以具有大致上圆形的构造，并在其中形成有槽，而该可转动齿轮22a可以具有互补的缝隙以连接至其中。因此，主轴41被固定地安装至可转动齿轮22a并在转动中由其啮合。类似的，如从图5A至5C可见，为防止支撑板42绕主轴41转动，并防止凸轮齿轮和凸轮44绕连接杆43转动，主轴41的一部分以及连接杆43可具有圆形的构造，并具有平面部分29，而支撑板42、凸轮可转动齿轮46和凸轮44可以具有互补的缝隙以连接至其中。然而本领域技术人员可以理解的是，也可以提供其它的构造，只要该构造可以将组件连接在一起，且不会造成其之间的转动。例如但不限定，主轴41的一部分或连接杆43以及相对应的元件的互补的缝隙的构造可以是三角形或正方形等。

本领域技术人员可理解的是，在一个可替代的实施例中，其它邻接组件可以安装至踏板50以替代轴承49。例如但不限定，在一个实施例中，轴承49可以由轴替代，或踏板50可以在尺寸和形状上直接邻接于凸轮而无需使用邻接组件。

如上文所说明，当用户通过蹬踏运动导致曲柄臂12的转动时，固定齿轮20a、连接组件24和可转动齿轮22a之间的相互作用导致可转动齿轮22a的转动。在示出的实施例中，此可转动齿轮22a的转动导致主轴41的转动，主轴上安装有可转动齿轮22a，其进而驱动凸轮支撑板42绕由主轴41限定的转动轴转动。在一个实施例中，凸轮支撑板42是由刚性材料制成的板，例如但不限定于，金属，凸轮支撑板42连接至主轴41。如上文所说明的，主轴41可以成型为使得具有互补连接缝隙的凸轮支撑板42在安装在主轴41上时不能自由地在其上转动，而是被固定地安装在其上。例如但不限定，在图5A至5C示出的实施例中，主轴41具有圆形的构造，并具有平面部分29，而凸轮支撑板42的互补连接缝隙具有类似的外形，因此造成凸轮支撑板42随着连接于可转动齿轮22a的主轴41以同样的速度转动。

参考图5A至5C，在一个实施例中，两个凸轮44安装至凸轮支撑板42。每个凸轮44连接至相对应的凸轮齿轮46。在示出的实施例中，凸轮齿轮46安装在凸轮支撑板42的表面上，而凸轮44安装在支撑板42的另一个表面上。然而，本领域技术人员可理解的是，在可替代的实施例中，凸轮可转动齿轮46和凸轮44可以安装在凸轮支撑板42的相同的面上。凸轮齿轮46和凸轮44都通过轴承组件可转动的安装至凸轮支撑板42，但通过连接杆43彼此耦合，以使得它们以同样的速度同时转动。

每个凸轮44的转动通过相对应的凸轮齿轮46的转动而驱动，凸轮齿轮46在转动中由它们与固定齿轮48的啮合以及上文所述的凸轮支撑板42绕主轴41限定的转动轴的转动的组合而啮合。换言之，当凸轮支撑板42在转动中通过主轴41的转动而啮合时，凸轮齿轮46在固定齿轮48周围被驱动，并因此造成转动，由此驱动凸轮44同时转动。因此，支撑板42、凸轮齿轮46和固定齿轮48的组合形成上文所述的凸轮连接组件45，其可操作地连接至主轴41和凸轮44，用于主轴41的转动期间在转动中接合凸轮44。

在示出的实施例中，凸轮44还与安装至踏板50的轴承组件49配合以在曲柄臂12转动期间改变踏板50的角度，在凸轮44邻接于轴承组件49的情况下。在示出的实施例中凸轮44和相对应的轴承组件49位于踏板50的前端和后端。然而，本领域技术人员可理解的是，在可替代的实施例中，可以提供不同的凸轮44和相对应的轴承组件49的定位。凸轮44的形状驱动踏板的相对应的末端向上、向下或即使在转动中保持其位置。再一次的，可理解的是，在可替代的实施例中，可使用其它邻接组件来替代轴承49。

可以理解的是，凸轮44被定型为使得踏板50在曲柄臂12完整转动期间遵照预设的角度序列，该角度序列对于每次转动都是相同的。预设的角度序列建立于曲柄臂12在不同位置时踏板50的期望角度，以获得增大的推力。图6示出了在曲柄臂12的完整转动内的预设角度序列的实施例，其中主轴41沿其重心接合踏板50。可以理解的是，凸轮的形状可以变化以修正踏板50的角度序列。

如在图6中的实施例可见的，每个凸轮44在曲柄臂12的完整转动内执行完整的转动。此时序通过固定齿轮20a、可转动齿轮22a、凸轮齿轮46a、固定齿48和凸轮44的尺寸和/或齿数比的适当组合来执行。本领域技术人员可以理解的是，这些部件的尺寸和/或齿数比，或根据可替代实施例的任何其它部件可以变化以获得期望的凸轮44的转动速度，以提供踏板的期望的角度序列。

现在参考图7A至8，在一个实施例中，其中相似的特征用相对应的附图标记编号300系列，踏板350可以配置为偏离主轴341，即，踏板350没有配置为使得主轴341沿其重心接合踏板350。如在示出的实施例中可见的，踏板350在其下面的部分容纳主轴，该下面的部分与其重心分隔开。在图7A至7D示出的实施例中，角控制组件340类似于上文所描述的。角控制组件340仍包括：主轴341，支撑板342，可操作地连接至主轴341；两个凸轮344，安装至支撑板342并通过相对应的连接杆343耦合于凸轮齿轮346；固定齿轮348，与凸轮齿轮346啮合；以及两个轴承349，安装至踏板350并邻接凸轮344。然而，这些部件可以设置为更紧凑的构造，其中两个轴承349被设置为更中心的构造，而支撑板342的形状为“V”型而不是“Y”型。如可见的，当踏板350呈角度使得一个凸轮334阻碍踏板350的转动时，踏板350可定型为具有凸轮容纳部分351以容纳相对应的一个凸轮334于其中。主轴341的定位成与踏板350的重心分隔开，这允许在蹬踏周期期间更强的蹬踏功率。

再一次的，凸轮344定型为使得踏板350在曲柄臂312完整转动期间遵照预设的角度序列，该角度序列对于每次转动都是相同的。预设的角度序列建立于曲柄臂312在不同位置时踏板350的期望角度，以获得增大的推力。图8示出了在曲柄臂312的完整转动内的预设角度序列的实施例，其中主轴341在与其重心相隔开的部分接合踏板350。

本领域的技术人员可以容易理解的是，在可替代的实施例中，可以提供除上文描述的角控制器外的不同的角控制器40来控制踏板的角度。

举例但不限定，参考图9A至9C，在一个实施例中，其中相似的特征用相对应的附图标记编号为400系列，踏板角控制组件440包括角控制臂484，其第一端通过臂连接组件485可操作地连接至主轴441，而第二端可操作地连接至踏板。臂连接组件485包括：支撑板442，可操作地连接至主轴441，主轴441可转动地安装至曲柄臂412且可通过可操作地安装于其上的可转动齿轮(未示出)的转动而驱动其转动；固定齿轮48，在其主轴端475固定地安装至曲柄臂412；偏心连接器齿轮447，与固定齿轮448啮合，且绕其转动；以及连接器486，耦合于偏心连接器齿轮447。

在示出的实施例中，支撑板442实施为连接臂442a，假如提供单一的偏心连接器齿轮447、偏心连接器486和角控制臂484。然而，本领域技术人员可以理解的是，在可替代的实施例中，支撑板442可以具有不同的形状以在踏板角控制组件440中提供多于一个的偏心连接器齿轮447、偏心连接器486和角控制臂484。举例但不限定，支撑板442可以具有上文所述实施例的形状。

类似于上文所述的实施例，踏板角控制组件440利用由可转动齿轮(未示出)的转动引发的主轴441的转动，来驱动连接臂442a绕由主轴441限定的转动轴转动。如上文所述，主轴441连接于连接臂442a的部分可以定型为使得在其主轴端487具有互补连接缝隙的连接臂442a在安装到主轴441上后不能在主轴441上自由地转动，但是，取而代之的是，主轴441可以接合连接臂442a以转动。举例但不限定，在图9A至9C示出的实施例中，主轴441具有方形的构造，而连接臂442a的主轴端487的互补连接缝隙具有类似的外形。固定齿轮448固定地安装至曲柄臂412以使得主轴441经由其中心部分延伸并可在其中转动。

偏心连接器齿轮447和偏心连接器486可转动地安装至连接臂442a的齿轮端488。偏心连接器齿轮447和偏心连接器486彼此耦合以使得偏心连接器齿轮447的转动导致偏心连接器同时转动。在一个实施例中，偏心连接器齿轮447和偏心连接器486都通过轴承组件可转动地安装至连接臂442a，且通过连接杆433彼此耦合，以使它们以同样的速度同时转动。

偏心连接器486的转动由相对应的偏心连接器齿轮447驱动，偏心连接器齿轮447在转动中通过其与固定齿轮448的啮合以及上文所述的凸轮支撑板442a绕主轴441限定的转动轴的转动的组合而啮合。换言之，当连接臂442a在转动中通过主轴441的转动而啮合时，偏心连接器齿轮447在固定齿轮448周围驱动，并因此而转动，由此驱动偏心连接器486同时转动。

在示出的实施例中，偏心连接器486连接至角控制臂484以改变在曲柄臂412转动期间踏板450的角度。在示出的实施例中，角控制臂484的第一端在偏心连接点连接至偏心连接器486，偏心连接点即与其转动中心分隔开的连接点，而其第二端连接至踏板450的后端。在一个实施例中，利用销来连接角控制臂484的第一端至偏心连接器486，且第二端至踏板450。在曲柄臂412的转动期间由偏心连接器齿轮447的转动驱动角控制臂484的运动导致在曲柄臂412转动时踏板450的角度变化。

本领域技术人员可以容易理解的是，在可替代的实施例中，可以提供角控制臂484相对踏板450的不同定位

再一次的，可以理解的是角控制臂484和臂连接组件485配置为使得踏板450在曲柄臂412的完整转动期间遵照预设的角度序列，该角度序列对于每次转动都是相同的。预设的角度序列建立于曲柄臂12在不同位置时踏板450的期望角度，以获得增大的推力。图10示出了在曲柄臂412的完整转动期间的预设角度序列的实施例，使用上文所述的踏板角控制组件。

现在参考图11A至11C，在另一个实施例中，其中相似的特征用相对应的附图标记编号为500系列，踏板角控制组件540包括凸轮544，凸轮544通过凸轮连接组件545可操作地连接至主轴541，且邻接于可操作地连接至踏板550的邻接组件，以控制曲柄臂512转动时踏板550的角度。凸轮连接组件545包括：支撑板542，在此具体实施为连接臂582，可操作地连接至主轴541，主轴541可转动地安装至曲柄臂512且可通过可操作地安装于其上的可转动齿轮(未示出)的转动来驱动其转动；固定齿轮548，固定地安装至曲柄臂512的主轴端575；以及凸轮齿轮546，与固定齿轮548啮合。邻接组件包括凸轮容纳板590，其安装至踏板并具有至少一个凸轮容纳腔592限定于其中。

类似于上文所述的实施例，本实施例中的踏板角控制组件540利用由可转动齿轮(未示出)的转动引发的主轴541的转动，来驱动连接臂绕582以关于由主轴541限定的转动轴转动。类似于上文所述的实施例，主轴541连接于连接臂582的部分可以定型为使得在其主轴端587具有互补连接缝隙的连接臂582在安装到主轴541上后，不能在主轴541上自由地转动，但是，取而代之的是，主轴541可以接合连接臂582以转动。固定齿轮548再次固定地安装至曲柄臂512以使得主轴541经由其中心部分延伸并可在其中转动。

凸轮齿轮546和凸轮544可转动地连接至连接臂582的齿轮端588。凸轮齿轮546和凸轮544彼此耦合以使得凸轮齿轮546的转动导致凸轮544的同时转动。在一个实施例中，凸轮齿轮546和凸轮544都通过连接臂582的轴承组件可转动地安装至连接臂582且通过连接杆542彼此耦合，以使得它们以同样的速度同时转动。

凸轮544的转动由凸轮齿轮546的转动来驱动，凸轮齿轮546在转动中由与固定齿轮548的啮合以及上文所述的连接臂582绕主轴541限定的转动轴的转动的组合而啮合。换言之，当连接臂582在转动中由主轴541的转动而啮合时，凸轮齿轮546在固定齿轮448周围驱动，并因此而转动，由此驱动凸轮544同时转动。

在示出的实施例中，凸轮544容纳在安装至踏板550的凸轮容纳板590的凸轮容纳腔592中，以在曲柄臂512转动期间改变踏板550的角度。在示出的实施例中，凸轮容纳腔592大致为矩形，而凸轮544是圆形的构件，在连接点连接至凸轮齿轮546，该连接点与该圆形构件的转动中心分隔开。因此，在转动中凸轮齿轮546驱动凸轮544的转动导致凸轮544在凸轮容纳腔592中的位移，并在曲柄臂512转动时导致踏板550的角度产生变化。

本领域技术人员可以容易理解的是，在可替代的实施例中，凸轮533和凸轮容纳腔592的尺寸和形状可以根据示出的实施例变化。另外，可以理解的是，在一个实施例中，凸轮容纳板590可以集成于踏板550。

再一次的，凸轮544和凸轮容纳板590配置为使得踏板550在曲柄臂412的完整转动期间遵照预设的角度序列，该角度序列对于每次转动都是相同的。预设的角度序列建立于曲柄臂512在不同位置时踏板550的期望角度，以获得增大的推力。图12示出了在曲柄臂512的完整转动期间的预设角度序列的实施例，使用上文所述的踏板角控制组件540。

在上述实施例中，凸轮被举例为偏心安装的轮或者具有不规则形状的圆柱。可以理解的是，在选择性实施例中，当提到凸轮时，可以同时使用这两种凸轮的实施方式。

另外，在上述实施例中，主轴可转动地安装至曲柄臂并在转动中由可转动构件啮合。在可替代的实施例中，主轴可以可操作地连接至曲柄臂，但是不直接安装其上，同时仍在转动中通过旋转构件啮合。

即使描述曲柄10时在曲柄臂12的转动期间本文涉及控制一个踏板50角度的一个曲柄臂12，本领域的技术人员也应理解，曲柄包括两个曲柄臂12，其每一个连接到踏板50，在一个实施例中，类似的机构提供在曲柄组的每个曲柄臂12上以控制每个踏板的角度，上述机构可应用于曲柄10的每个曲柄臂12。

上面已经描述了根据几个选择性实施例的曲柄，下面将描述踏板驱动车的曲柄中传输动力的方法。如上所述，曲柄包括：曲柄臂，其转动端可转动地安装到踏板驱动车的底部支架壳体；主轴，可转动地安装到曲柄臂的主轴端；以及踏板，可操作地连接到主轴且具有受足面。该方法包括：第一步骤，给踏板施加力以便在关于其转动轴转动中啮合曲柄臂；以及第二步骤，在转动期间根据曲柄臂的角度位置控制踏板的受足面的角度。

这里已经描述且示出了几个选择性实施例和示例。上面描述的本发明的实施例旨在仅为示范性的。本领域的技术人员应认识到各实施例的特征一级部件的可能的组合和变化。本领域的技术人员还应认识到，实施例的任何一个可与这里公开的其它实施例提供任何的组合。应理解，本发明可以以其它的形式实施而不脱离其中心特点。因此，本示例和实施例在所有的方面上看作示例性的而不是限制性的，并且本发明不限于这里给出的细节。因此，尽管已经示出和描述了具体的实施例，但是可想象众多的修改而不显著偏离如所附权利要求中限定的本发明的范围。

Claims (41)

1.一种踏板驱动车辆的曲柄，该踏板驱动车辆的框架具有底部支架壳体，该曲柄包括：

曲柄臂，可转动地安装到该框架的该底部支架壳体；

主轴，在与该底部支架壳体相隔开的一端可操作地连接到该曲柄臂并且绕主轴转动轴线可转动；

固定构件，固定地安装至该底部支架壳体；

可转动构件，可操作地与该主轴接合，并配置为在转动中接合该主轴；

连接组件，可操作地接合该固定构件和该可转动构件，该连接组件配置为当该曲柄臂绕该底部支架壳体转动时在转动中接合该可转动构件；以及

踏板角控制组件，可操作地连接到该主轴，其中该踏板角控制组件包括至少一个凸轮和凸轮连接组件，该至少一个凸轮可操作地连接到该可转动构件，且与该踏板可操作地接合，该凸轮连接组件配置为在该可转动构件转动时在转动中接合该至少一个凸轮，该踏板角控制组件在该曲柄臂的完整转动期间，根据预设的角度序列改变踏板的角度。

2.如权利要求1所述的曲柄，其中该固定构件包括与该底部支架壳体同心的固定齿轮。

3.如权利要求2所述的曲柄，其中该可转动构件包括可转动齿轮。

4.如权利要求3所述的曲柄，其中该连接组件包括多个中间可转动齿轮，该多个中间可转动齿轮延伸在该固定齿轮和该可转动齿轮之间，且多个中间可转动齿轮的每一个可操作地与相邻的该可转动齿轮、该固定齿轮和该中间齿轮中的一个连接。

5.如权利要求4所述的曲柄，其中该固定齿轮、该可转动齿轮和该中间齿轮的每一个包括相同数量的齿。

6.如权利要求2所述的曲柄，其中该可转动构件包括可转动滑轮，并且该连接组件包括：

可转动连接齿轮，与该固定齿轮啮合，并配置为绕该固定齿轮转动；

接合滑轮，安装到该可转动连接齿轮并同时随其转动；以及

带，可操作地连接该接合滑轮和该可转动滑轮。

7.如权利要求2所述的曲柄，其中该连接组件包括：

可转动连接齿轮，其与该固定齿轮啮合，并配置为绕该固定齿轮转动；以及

传送臂，其转动端在与其转动中心分开的近端连接点可操作地连接到该可转动连接齿轮，并且与该转动端相对的主轴端在与其转动中心分开的远端连接点可操作地连接到该可转动构件。

8.如权利要求7所述的曲柄，其中该近端连接点和该远端连接点相对于该可转动连接齿轮和该可转动构件分别设置在相对的角度位置。

9.如权利要求1所述的曲柄，其中该踏板角控制组件还包括邻接组件，其可操作地连接到该踏板，并邻接该至少一个凸轮以在该曲柄臂转动期间根据该曲柄臂的角度位置改变该踏板的角度。

10.如权利要求9所述的曲柄，其中该凸轮连接组件包括：

凸轮连接固定齿轮；

凸轮支撑板，可操作地连接到该主轴并配置为随该主轴转动；以及

至少一个凸轮齿轮，其可转动地安装到该凸轮支撑板并配置为在该凸轮支撑板转动时绕该凸轮连接固定齿轮转动，该至少一个凸轮的每一个耦合到该至少一个凸轮齿轮对应的一个。

11.如权利要求10所述的曲柄，其中该凸轮支撑板安装到该主轴。

12.如权利要求9所述的曲柄，其中该邻接组件包括至少一个邻接凸轮构件，该邻接凸轮构件可转动地安装到该踏板，该至少一个邻接凸轮构件的每一个与该至少一个凸轮的对应的一个邻接。

13.如权利要求9所述的曲柄，其中该凸轮连接组件包括：

凸轮连接固定齿轮；以及

至少一个凸轮齿轮，与该凸轮连接固定齿轮可操作地接合并配置为绕该凸轮连接固定齿轮转动，该至少一个凸轮的每一个耦合到该至少一个凸轮齿轮的对应的一个；

其中该邻接组件包括凸轮容纳板，其安装至踏板并具有至少一个凸轮容纳腔限定于其中，该至少一个凸轮在该至少一个凸轮容纳腔中可移动以在该曲柄臂转动期间根据该曲柄臂的角度位置改变该踏板的角度。

14.如权利要求13所述的曲柄，其中该至少一个凸轮的每一个在该至少一个凸轮容纳腔的对应的一个内可移动。

15.如权利要求14所述的曲柄，其中该至少一个凸轮包括两个凸轮，该两个凸轮的每一个安装到该主轴的一侧。

16.如权利要求1-8任一项所述的曲柄，其中该踏板角控制组件包括至少一个角控制臂，其通过臂连接组件可操作地连接到该主轴，该臂连接组件配置为在该主轴转动时移动该至少一个该角控制臂，该至少一个该角控制臂还可操作地连接到该踏板。

17.如权利要求16所述的曲柄，其中该臂连接组件包括：

臂连接固定齿轮；

支撑板，安装到该主轴并配置为随其转动；

至少一个偏心连接器齿轮，可转动地安装到该支撑板并配置为当该支撑板转动时绕该臂连接固定齿轮转动；以及

偏心连接器，耦合到该至少一个偏心连接器齿轮的每一个，该偏心连接器在与其转动中心分开的连接点连接到该至少一个角控制臂的对应的一个。

18.如权利要求1-8任一项所述的曲柄，其中该踏板配置为在其下面的部分容纳该主轴，该下面的部分与踏板的重心分隔开。

19.如权利要求1-8任一项所述的曲柄，其中该踏板包括受足面和与该受足面相对的下表面，并且该主轴延伸通过该踏板而接近该下表面。

20.如权利要求1-8任一项所述的曲柄，其中该固定构件、该可转动构件和该连接组件至少部分地容纳在该曲柄臂中。

21.一种具有框架的踏板驱动车的曲柄，该曲柄包括两个曲柄臂组件，该曲柄臂组件的每一个包括：

曲柄臂，可转动地安装到该框架，并在其转动端具有转动中心；

主轴，在与该转动端相隔开的主轴端可操作地连接到该曲柄臂并且绕该主轴的转动轴线可转动；

踏板，安装到该主轴；

可转动构件，与该主轴可操作地接合；

固定构件，固定到该框架，并接近该曲柄臂的转动端；

连接组件，与该固定构件和该可转动构件可操作地接合，并配置为当该曲柄臂绕其转动中心转动时在转动中接合该可转动构件；以及

踏板角控制组件，可操作地连接到该可转动构件，其中该踏板角控制组件包括至少一个凸轮和凸轮连接组件，该至少一个凸轮可操作地连接到该可转动构件，且与该踏板可操作地接合，该凸轮连接组件配置为在该可转动构件转动时在转动中接合该至少一个凸轮，该踏板角控制组件在该曲柄臂绕该转动中心的完整转动期间，根据预设的角度序列改变该踏板的角度。

22.如权利要求21所述的曲柄，其中该固定构件包括与该曲柄臂同心的固定齿轮。

23.如权利要求22所述的曲柄，其中该可转动构件包括可转动齿轮。

24.如权利要求23所述的曲柄，其中该连接组件包括多个中间可转动齿轮，该多个中间可转动齿轮延伸在该固定齿轮和该可转动齿轮之间，且该中间可转动齿轮的每一个与该可转动齿轮、该固定齿轮和该中间齿轮中相邻的一个可操作地连接。

25.如权利要求24所述的曲柄，其中该固定齿轮、该可转动齿轮和该中间齿轮的每一个包括相同数量的齿。

26.如权利要求22所述的曲柄，其中该可转动构件包括可转动滑轮，并且该连接组件包括：

可转动连接齿轮，与该固定齿轮啮合并配置为绕该固定齿轮转动；

接合滑轮，安装到该可转动连接齿轮并同时随其转动；以及

带，可操作地连接该接合滑轮和该可转动滑轮。

27.如权利要求22所述的曲柄，其中该连接组件包括：

可转动连接齿轮，其与该固定齿轮啮合，并配置为绕该固定齿轮转动；以及

传送臂，其转动端在与其转动中心分隔开的近端连接点可操作地连接到该可转动连接齿轮，并且与该转动端相对的主轴端在与其转动中心分隔开的远端可操作地连接该可转动构件。

28.如权利要求27所述的曲柄，其中该近端连接点和该远端连接点相对于该可转动连接齿轮和该可转动构件分别设置在相对的角度位置。

29.如权利要求28所述的曲柄，其中该踏板角控制组件还包括邻接组件，其可操作地连接到该踏板，并邻接该至少一个凸轮以在该曲柄臂转动期间根据该曲柄臂的角度位置改变该踏板的角度。

30.如权利要求29所述的曲柄，其中该凸轮连接组件包括：

凸轮连接固定齿轮；

凸轮支撑板，可操作地连接到该主轴并配置为随该主轴转动；以及

至少一个凸轮齿轮，安装到该凸轮支撑板并配置为在该凸轮支撑板转动时绕该凸轮连接固定齿轮转动，该至少一个凸轮的每一个安装到该至少一个凸轮齿轮的对应的一个。

31.如权利要求29所述的曲柄，其中该至少一个凸轮齿轮可转动地安装到该凸轮支撑板并配置为随着该凸轮支撑板的转动而转动，且该至少一个凸轮的每一个耦合到该至少一个凸轮齿轮的对应的一个。

32.如权利要求29所述的曲柄，其中该邻接组件包括至少一个邻接凸轮构件，该邻接凸轮构件可转动地安装到该踏板，该至少一个邻接凸轮构件的每一个与该至少一个凸轮的对应的一个相邻接。

33.如权利要求29所述的曲柄，其中该凸轮连接组件包括：

凸轮连接固定齿轮；以及

至少一个凸轮齿轮，与该凸轮连接固定齿轮可操作地接合并配置为绕该凸轮连接固定齿轮转动，该至少一个凸轮的每一个耦合到该至少一个凸轮齿轮的对应的一个；

其中该邻接组件包括凸轮容纳板，其安装到踏板并具有至少一个凸轮容纳腔限定于其中，该至少一个该凸轮在该至少一个凸轮容纳腔内可移动以在该曲柄臂转动期间根据该曲柄臂的角度位置而改变该踏板的角度。

34.如权利要求33所述的曲柄，其中该至少一个凸轮的每一个在该至少一个凸轮容纳腔的对应的一个内可移动。

35.如权利要求33所述的曲柄，其中该至少一个凸轮包括两个凸轮，该两个凸轮的每一个安装在该主轴的一侧。

36.如权利要求21-28任一项所述的曲柄，其中该踏板角控制组件包括至少一个角控制臂，通过臂连接组件可操作地连接到该主轴，该臂连接组件配置为在该主轴转动时移动该至少一个角控制臂，该至少一个角控制臂还可操作地连接到该踏板。

37.如权利要求36所述的曲柄，其中该臂连接组件包括：

臂连接固定齿轮；

支撑板，安装到该主轴并配置为随其转动；

至少一个偏心连接器齿轮，可转动地安装到该支撑板并配置为当该支撑板转动时绕该臂连接固定齿轮转动；以及

偏心连接器，安装到该至少一个偏心连接器齿轮的每一个，该偏心连接器在与其转动轴分隔开的连接点连接到该至少一个角控制臂的对应的一个。

38.如权利要求21-28任一项所述的曲柄，其中该踏板配置为在其下面的部分容纳主轴，该下面的部分与该踏板的重心分隔开。

39.如权利要求21-28任一项所述的曲柄，其中该踏板包括受足面和与受足面相对应的下表面，并且该主轴通过该踏板延伸，接近该下表面。

40.如权利要求21-28任一项所述的曲柄，其中该固定构件、该转动构件和该连接组件至少部分地容纳在该曲柄臂中。

41.一种在踏板驱动车的曲柄上传输动力的方法，该曲柄包括曲柄臂，其转动端可转动地安装到该踏板驱动车的底部支架壳体；主轴，其可操作地连接到该曲柄臂的主轴端；可转动构件，可操作地与该主轴接合，并配置为在转动中接合该主轴；和踏板，其可操作地连接到主轴并具有受足面，该方法包括：

给该踏板施加力从而在绕其转动轴转动中接合该曲柄臂；以及

在该曲柄臂的完整转动期间，根据预设的角度序列使用踏板角控制组件控制该受足面的角度，其中该踏板角控制组件包括至少一个凸轮和凸轮连接组件，该至少一个凸轮可操作地连接到该可转动构件，且与该踏板可操作地接合，该凸轮连接组件配置为在该可转动构件转动时在转动中接合该至少一个凸轮。