CN106143785B - 双马达行星齿轮式自行车无段变速装置 - Google Patents

双马达行星齿轮式自行车无段变速装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，包括一曲柄轴连接有一驱动齿盘，一从动齿盘连接有一车轮，该驱动齿盘与从动齿盘之间绕设有一链条，该驱动齿盘经由链条带动从动齿盘而连动车轮，一行星齿轮介设于曲柄轴及驱动齿盘之间，或介设于从动齿盘及车轮之间，一变速马达及一助力马达分别连结该行星齿轮，使无段变速装置所输出的动力及提供的减速比能符合操作者在骑乘自行车时的需求。

Description

双马达行星齿轮式自行车无段变速装置
技术领域
本发明涉及自行车无段变速的结构技术，特别有关于一种双马达行星齿轮式的自行车无段变速装置。
背景技术
众所周知，在自行车传动系统的演变过程中，由于最早的传动系统仅具有单一的速比，操作者无法依目前的路况负荷来调整减速比，造成操作者在骑乘自行车时的不便，因此有业者开发出具有外部变速装置的传动系统，所谓外部变速装置是分别在曲柄轴配置有多个驱动齿盘，以及在车轮的轮轴上配置有多个从动齿盘，且驱动齿盘及从动齿盘之间绕设有链条，操作者可依照目前的路况负载，凭借钢索与机构来调整链条与驱动齿盘及从动齿盘之间的位置以达到变速的效果。然而，此种变速装置需要在链条转动时才能进行变速的动作，且变速时所发出的噪音较大，以及操作者在操作不当时很容易造成链条与变速机构的磨损，进而降低传动系统的耐久使用寿命。
为改善传动系统在使用外部变速装置时的缺点，所以有业者开发出内部变速装置，所谓内部变速装置是在车轮的轮毂内配置有变速器，当操作者脚踩踏输入的动力通过曲柄轴的驱动齿盘通过链条传递到轮轴的从动齿盘时会进行第一段减速，接着，当动力通过从动齿盘通过变速器传递到车轮时会进行第二段减速，在这两段式的减速中，第一段的减速比为固定值，第二段减速比为可变值，能依操作者的需求进行手动调整。由于变速器是由多组行星齿轮所构成，因此相较于外部变速装置，内部变速装置能在自行车静止或是行进时有效的完成变速的动作，且没有噪音大或操作不当的问题。
然而，不论是外部变速装置或内部变速装置虽能有效的调整减速比，但却需要操作者在骑乘自行车时进行频繁的换档动作，造成操作者在骑乘自行车时的不便，所以有业者开发出具有自动变速功能的自行车，而能自动变速的自行车大致上可以分为两大类，第一类是有段式的变速装置，该变速装置是将传统的外部变速装置或内部变速装置，把原本由操作者在执行切换档位时所使用的旋钮改为电脑控制，电脑可依据车体上的感应器搭配车速自动进行档位的切换；第二类是无段式的变速装置(Continuously VariableTransmission,CVT)，该变速装置可以使自行车依骑乘状况自动调整减速比，因此具有自动变速的功能。
上述无段式变速装置有很多种类，其中常见的是采用行星齿轮来实现无段变速的功能，所谓的行星齿轮是由太阳轮(Sun gear)、行星架(Carrier)、环齿轮(Ring gear)及小齿轮(Planet gear)所构成，自行车的传动系统能凭借太阳轮、行星架、环齿轮及小齿轮之间的相对运动，使自行车具有无段变速的功能。
无段式变速装置可以分为单马达与双马达二种型式，其中单马达式是指无段式变速装置内只使用一个变速马达来达到调速与动力辅助的效果。如美国专利第5242335号专利案所揭示一种装设在车轮的轮毂的无段式变速装置，将操作者脚踩踏动力经由链条通过从动齿盘传递到环齿轮上，变速马达动力经由皮带通过皮带盘传递到太阳轮，行星架则整合操作者与变速马达的动力并凭借车轮驱动自行车，行星齿轮虽能整合操作者与变速马达二动力源而输入扭力，但二动力源必须维持一固定比例，造成若按照爬坡的需求设计操作者与变速马达的扭力助力比，则该无段式变速装置于平地骑乘时会有变速马达耗电量过大的问题；若按照平地骑乘的需求设计操作者与变速马达的扭力助力比，则该无段式变速装置于爬坡时会有变速马达助力过小的问题。因此仅使用单一变速马达的无段变速装置虽能达到无段变速的效果，但却难以根据目前的路况来调整变速马达的助力比。
为了改善上述单马达式无段式变速装置的缺点，所以有业者开发出双马达式的无段式变速装置，所谓双马达式是指该无段式变速装置内具有变速马达及助力马达，其中变速马达作为调速用，助力马达提供动力辅助用，则操作者与变速马达的助力比虽仍维持固定，但却可依骑乘路况调整助力马达的出力，进而改变助力比。举下列三种双马达式无段式变速装置为例说明。
如中国台湾专利公开第201404657号专利案所揭示的一种动力系统，将行星齿轮与双马达放置在自行车的曲柄轴上，操作者踩踏的动力经曲柄传递到冠状齿轮，同时助力马达也会提供扭力传递到冠状齿轮上，冠状齿轮分别接收操作者与助力马达的扭力，冠状齿轮内有环齿轮可传递动力至输出盘的行星小齿轮上。变速马达动力与太阳轮连接，太阳轮可将变速马达动力传递到输出盘的行星大齿轮上，输出盘的动力通过链条传递到车轮推动自行车前进，变速马达可以依据车速与曲柄信号自动调整转速，使曲柄与车轮的速比随车速而改变，助力马达输出的扭力会根据操作者踩踏的扭力给予一定比例的输出。
如中国专利第102317145A号专利案所揭示的一种自行车传动系统，将行星齿轮与双马达放置在自行车的曲柄轴上，操作者踩踏的动力经曲柄轴传递到行星架，变速马达动力接到太阳轮，环齿轮动力整合变速马达与操作者的动力输出到驱动齿盘，助力马达提供额外的扭力在环齿轮上。
如中国台湾专利第I360483号专利案所揭示的一种并有可变比传动系统的轮毂，将行星齿轮与双马达放置在自行车后车轮的轮毂内，操作者踩踏的动力经过曲柄轴与驱动齿盘传递到从动齿盘并连接到行星架上，变速马达与太阳轮连接，环齿轮与车轮直接连接，进而整合操作者与变速马达输出的动力，助力马达的动力传递到行星架上。
由上述可知，无段式变速装置采取双马达的配置方式，使自行车能依照目前的路况来调整助力比，进而提升操作者在骑乘自行车时的便利性。然而，无段式变速装置是凭借行星齿轮整合操作者踩踏的动力与双马达的动力而输出至车轮，通过行星齿轮与曲柄轴及双马达之间不同的连接方式，会造成行星齿轮在输出动力时的差异，因此，如何选择行星齿轮与曲柄轴及双马达之间的连接方式，使行星齿轮所输出的动力能符合操作者在骑乘自行车时的需求，便成为一项有待解决的课题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的，旨在提供多种行星齿轮与曲柄轴及双马达之间的连接方式，以符合操作者在骑乘自行车时的需求。
为了能够实现上述目的，本发明提供一种双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其技术手段包括：一曲柄轴，连接有一驱动齿盘；一从动齿盘，连接有一车轮；该驱动齿盘与从动齿盘之间绕设有一链条，该驱动齿盘经由链条带动从动齿盘而连动车轮；一行星齿轮，介设于曲柄轴及驱动齿盘之间，该曲柄轴经由行星齿轮而连接驱动齿盘；一变速马达及一助力马达，分别连结驱动该行星齿轮；其中，该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该曲柄轴及助力马达分别连结驱动太阳轮，该变速马达连结驱动环齿轮，该行星架连结驱动驱动齿盘，进而经由驱动齿盘传递动力至车轮。
本发明还提供一种双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其技术手段包括：一曲柄轴，连接有一驱动齿盘；一从动齿盘，连接有一车轮；该驱动齿盘与从动齿盘之间绕设有一链条，该驱动齿盘经由链条带动从动齿盘而连动车轮；一行星齿轮，介设于曲柄轴及驱动齿盘之间，该曲柄轴经由行星齿轮而连接驱动齿盘；一变速马达及一助力马达，分别连结该行星齿轮；其中，该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该曲柄轴连结驱动太阳轮，该变速马达连结驱动环齿轮，该助力马达连结行星架，该行星架连结驱动驱动齿盘，进而经由驱动齿盘传递动力至车轮。
本发明又提供一种双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其技术手段包括：一曲柄轴，连接有一驱动齿盘；一从动齿盘，连接有一车轮；该驱动齿盘与从动齿盘之间绕设有一链条，该驱动齿盘经由链条带动从动齿盘而连动车轮；一行星齿轮，介设于曲柄轴及驱动齿盘之间，该曲柄轴经由行星齿轮而连接驱动齿盘；一变速马达及一助力马达，分别连结驱动该行星齿轮；其中，该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该变速马达连结驱动太阳轮，该曲柄轴连结驱动环齿轮，该助力马达连结行星架，该行星架而连结驱动驱动齿盘，进而经由驱动齿盘传递动力至车轮。
本发明再提供一种双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其技术手段包括：一曲柄轴，连接有一驱动齿盘；一从动齿盘，连接有一车轮；该驱动齿盘与从动齿盘之间绕设有一链条，该驱动齿盘经由链条带动从动齿盘而连动车轮；一行星齿轮，介设于从动齿盘及车轮之间，该从动齿盘经由行星齿轮而连动车轮；一变速马达及一助力马达，分别连结该行星齿轮；其中，该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该从动齿盘连结驱动太阳轮，该变速马达连结驱动环齿轮，该助力马达连结行星架，该行星架连结驱动车轮，进而传递动力至车轮。
本发明又提供一种双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其技术手段包括：一曲柄轴，连接有一驱动齿盘；一从动齿盘，连接有一车轮；该驱动齿盘与从动齿盘之间绕设有一链条，该驱动齿盘经由链条带动从动齿盘而连动车轮；一行星齿轮，介设于从动齿盘及车轮之间，该从动齿盘经由行星齿轮而连动车轮；一变速马达及一助力马达，分别连结该行星齿轮；其中，该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该变速马达连结驱动太阳轮，该从动齿盘连结驱动环齿轮，该助力马达连结驱动环齿轮或连结行星架，该行星架连结驱动车轮，进而传递动力至车轮。
更具体的说，上述技术特征还可进一步实施成：
该助力马达连结驱动环齿轮。
该助力马达连结行星架。
本发明另提供一种双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其技术手段包括：一曲柄轴，连接有一驱动齿盘；一从动齿盘，连接有一车轮；该驱动齿盘与从动齿盘之间绕设有一链条，该驱动齿盘经由链条带动从动齿盘而连动车轮；一行星齿轮，介设于曲柄轴及驱动齿盘之间，该曲柄轴经由行星齿轮而连接驱动齿盘；一变速马达，连结驱动该行星齿轮；一助力马达，连结驱动该车轮。
更具体的说，上述技术特征还可进一步实施成：
该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一组小齿轮、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该曲柄轴连结驱动太阳轮，该变速马达连结驱动环齿轮，该行星架经由驱动齿盘而传递动力至车轮。
该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一组小齿轮、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该变速马达连结驱动太阳轮，该曲柄轴连结驱动环齿轮，该行星架经由驱动齿盘而传递动力至车轮。
本发明还提供一种双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其技术手段包括：一曲柄轴，连接有一驱动齿盘；一从动齿盘，连接有一车轮；该驱动齿盘与从动齿盘之间绕设有一链条，该驱动齿盘经由链条带动从动齿盘而连动车轮；一行星齿轮，介设于从动齿盘及车轮之间，该从动齿盘经由行星齿轮而连动车轮；一变速马达，连结驱动该行星齿轮；一助力马达，连结驱动该驱动齿盘。
更具体的说，上述技术特征还可进一步实施成：
该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一组小齿轮、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该从动齿盘连结驱动太阳轮，该变速马达连结驱动环齿轮，进而经由行星架传递动力至车轮。
该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一组小齿轮、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该变速马达连结驱动太阳轮，该从动齿盘连结驱动环齿轮，进而经由行星架传递动力至车轮。
根据上述技术手段，本发明的优点在于：凭借行星齿轮与曲柄轴及双马达之间不同的连接方式，使双马达的转速可依其连接位置而有所差异，以利于操作者可依自己的骑乘需求而选择适合的自行车，进而提升操作者在骑乘自行车时的便利性。
以上所述的方法与装置的技术手段及其产生效能的具体实施细节，请参照下列实施例及图式加以说明。
附图说明
图1是本发明的第一种实施例的结构配置示意图；
图2是本发明的第二种实施例的结构配置示意图；
图3是本发明的第三种实施例的结构配置示意图；
图4是本发明的第四种实施例的结构配置示意图；
图5是本发明的第五种实施例的结构配置示意图；
图6是本发明的第六种实施例的结构配置示意图；
图7是本发明的第七种实施例的结构配置示意图；
图8是本发明的第八种实施例的结构配置示意图；
图9是本发明的第九种实施例的结构配置示意图；
图10是本发明的第十种实施例的结构配置示意图；
图11是本发明中转速和齿轮比与车速的关系示意图。
附图标记说明：10曲柄轴；20行星齿轮；21太阳轮；22行星架；23环齿轮；24小齿轮；30变速马达；40助力马达；50驱动齿盘；60从动齿盘；70车轮；71轮轴；72轮毂；80链条；L1曲柄轴转速；L2车轮转速；L3总齿轮比；L4变速齿轮比。
具体实施方式
首先请参阅图1，说明本发明所提供的双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，包括一曲柄轴10、一行星齿轮20、一变速马达30及一助力马达40。其中：
该行星齿轮20是由太阳轮21、行星架22、环齿轮23及小齿轮24所构成，该太阳轮21及环齿轮23分别与枢设在行星架22上的小齿轮24啮合，当行星齿轮20应用于自行车上用以传递动力时，该太阳轮21、行星架22及环齿轮23是分别连结操作者踩踏动力输入端、变速马达动力输入端及动力输出端，并凭借不同的排列组合方式可得到六种模式，如表1所示，其中模式名称的三个英文字母依序代表行星齿轮与操作者踩踏动力输入端、变速马达动力输入端及动力输出端之间的连接构件，S代表太阳轮21，C代表行星架22，R代表环齿轮23。例如：SCR模式是指操作者踩踏动力输入端连接太阳轮21，变速马达动力输入端连接行星架22，动力输出端连接环齿轮23。此外，在背景技术中所述的美国专利第5242335号专利案及中国台湾专利公开第201404657号专利案就是采用RSC模式，中国专利第102317145A号专利案及中国台湾专利第I360483号专利案则是采用CSR模式。
表1：行星齿轮应用于自行车上的六种模式
该行星齿轮是凭借相对运动的概念来算出各构件之间的转速关系，如式(1)至式(3)所示。
其中表示当太阳轮S为主动与环齿轮R为被动时而相对于行星架C的转速比值，ω为转速，ZS为太阳轮齿数、ZR为环齿轮齿数，将式(3)展开并配合式(2)可换算取得式(4)，该式(4)说明行星齿轮以太阳轮为输出、环齿轮与行星架为输入的转速关系。利用式(4)可延伸推导出以行星架为输出、太阳轮与环齿轮为输入的转速关系，如式(5)所示。以SRC与RSC模式为例，根据式(5)可换算取得的输入与输出转速关系式，如表2所示。
表2：SRC与RSC模式的转速关系
在表2的转速关系中等号右边第一项与操作者踩踏曲柄的转速有关，第二项与变速马达的转速有关。根据所需的自行车车速以及操作者踩踏转速可事先设定好变速马达的总减速比变化范围，变速马达可依据曲柄轴转速与车速回传信号提供适当的转速，使操作者与车轮的减速比可随车速的不同有所改变，达到无段变速的目的。
行星齿轮的三构件的输出或输入扭力需符合式(6)的扭力平衡式；若忽略摩擦力，三构件的输出或输入功率也需符合式(7)的功率守恒式。
TS+TC+TR＝0 式(6)
TSωS+TCωC+TRωR＝0 式(7)
其中T代表扭力，选定输入与输出对象后，同时换算式(6)及式(7)可归纳出各模式之间三个构件的扭力比值，如表3所示，在表3中的K值为环齿轮与太阳轮齿数的比值，由于行星齿轮的特性，因此K值在设计时必须小于-1；|K|值可视为行星齿轮体积大小的指标，|K|值越大者其体积越大。在表3的扭力比值中，正值表示扭力输入到行星齿轮，负值表示扭力由行星齿轮输出，当K值代入任何小于-1的值到表3中时，可发现SCR与RCS模式的脚踏扭力部分均为负值，不符合操作者踩踏动力经由曲柄传递到传动系统时应为正扭力的概念。
表3：行星齿轮六种模式的扭力比
SRC与RSC模式的马达扭力为正值，代表马达除了调速外还会输入扭力到行星齿轮，行星齿轮会合成来自操作者与马达的扭力；然而，CSR与CRS模式的马达扭力为负值，代表马达除了调速外还会消耗来自操作者所提供的扭力。由于本发明是用来提供操作者在骑乘自行车时的助力，应避免不必要的扭力消耗，因此本发明是采用SRC与RSC模式进行动力系统上的配置。
本发明是凭借双马达来达到无段变速的功能，在马达位置安排上可以分成双马达安装在同一个位置与双马达分开安装的模式，本发明是在自行车的曲柄轴与车轮的轮轴安装行星齿轮或双马达，其中安装在曲柄轴者称为中置，安装在车轮的轮轴者称为后置，双马达安装在一起的模式称为全中置或全后置模式。例如：在背景技术中所述的中国台湾专利公开第201404657号专利案及中国专利第102317145A号专利案就是采用全中置模式，中国台湾专利第I360483号专利案则是采用全后置模式。
请再次参阅图1，揭示本发明的第一种实施例的结构配置示意图，说明该曲柄轴10是枢设于自行车的架体上(未绘示)，该曲柄轴10双端在实施上分别延伸形成有提供操作者脚踩踏的踏板(未绘示)，使操作者能经由踏板而带动曲柄轴10转动，该曲柄轴10连接有一驱动齿盘50，而自行车的架体上还固设有一轮轴71，该轮轴71上枢设有一车轮70，在实施上，该车轮70是经由一轮毂72而枢设于轮轴71上，该轮毂72连接有一从动齿盘60，该驱动齿盘50及从动齿盘60之间绕设有一链条80，该驱动齿盘50能经由链条80带动从动齿盘60，进而通过轮毂72来连动车轮70。
在本实施例中，该行星齿轮20是介设于曲柄轴10及驱动齿盘50之间，该曲柄轴10能经由行星齿轮20而带动驱动齿盘50转动。进一步的说，该曲柄轴10是固设于太阳轮21上，该变速马达30是连结驱动环齿轮23，并凭借该助力马达40连结驱动太阳轮21以提供助力，以及该行星架22是固设于驱动齿盘50上，接着，通过行星架22上枢设的小齿轮24与太阳轮21及环齿轮23之间的相互啮合，使曲柄轴10、变速马达30及助力马达40所产生的扭力能经由太阳轮21、行星架22及环齿轮23三者之间的相对运动而传递到轮毂72，进而带动车轮70，此种配置方式在本发明中称为SRC的全中置1模式。
请参阅图2，揭示本发明的第二种实施例的结构配置示意图，说明将图1中连结驱动太阳轮21的助力马达40，变更为连结行星架22。进一步的说，该模式是凭借曲柄轴10连结驱动太阳轮21，变速马达30连结驱动环齿轮23，助力马达40连结行星架22，并通过行星架22上枢设的小齿轮24与太阳轮21及环齿轮23之间的相互啮合，使曲柄轴10、变速马达30及助力马达40所产生的扭力能经由行星齿轮20而传递至轮毂72，进而带动车轮70，此种配置方式在本发明中称为SRC的全中置2模式。
请参阅图3，揭示本发明的第三种实施例的结构配置示意图，说明将图2中连结驱动太阳轮21的曲柄轴10，变更为连结驱动环齿轮23，以及将连结驱动环齿轮23的变速马达30，变更为连结驱动太阳轮21。进一步的说，该模式是凭借变速马达30连结驱动太阳轮21，曲柄轴10连结驱动环齿轮23，助力马达40连结行星架22，并通过行星架22上枢设的小齿轮24与太阳轮21及环齿轮23之间的相互啮合，使曲柄轴10、变速马达30及助力马达40所产生的扭力能经由行星齿轮20而传递至轮毂72，进而带动车轮70，此种配置方式在本发明中称为RSC的全中置2模式。
请参阅图4，揭示本发明的第四种实施例的结构配置示意图，说明本实施例是将行星齿轮20介设于从动齿盘60及车轮70之间的轮毂72内，该太阳轮21是固设于从动齿盘60上，该变速马达30是连结驱动环齿轮23，并凭借助力马达40连结行星架22以提供额外的扭力，该行星架22是经由轮毂72而连结驱动车轮70，并通过行星架22上枢设的小齿轮24与太阳轮21及环齿轮23之间的相互啮合，使曲柄轴10、变速马达30及助力马达40所产生的扭力能经由行星齿轮20而传递至轮毂72，进而带动车轮70，此种配置方式在本发明中称为SRC的全后置2模式。
请参阅图5，揭示本发明的第五种实施例的结构配置示意图，说明将图4中连结驱动太阳轮21的从动齿盘60，变更为连结驱动环齿轮23，以及将连结驱动环齿轮23的变速马达30，变更为连结驱动太阳轮21。进一步的说，该模式是凭借曲柄轴10通过驱动齿盘50及从动齿盘60而连结驱动环齿轮23，变速马达30连结驱动太阳轮21，助力马达40连结驱动环齿轮23，行星架22连结驱动车轮70，并通过行星架22上枢设的小齿轮24与太阳轮21及环齿轮23之间的相互啮合，使曲柄轴10、变速马达30及助力马达40所产生的扭力能经由行星齿轮20而传递至轮毂72，进而带动车轮70，此种配置方式在本发明中称为RSC的全后置1模式。
请参阅图6，揭示本发明的第六种实施例的结构配置示意图，说明将图5中连结驱动环齿轮23的助力马达40，变更为连结行星架22。进一步的说，该模式是凭借曲柄轴10通过驱动齿盘50及从动齿盘60而连结驱动环齿轮23，变速马达30连结驱动太阳轮21，助力马达40连结行星架22，并通过行星架22上枢设的小齿轮24与太阳轮21及环齿轮23之间的相互啮合，使曲柄轴10、变速马达30及助力马达40所产生的扭力能经由行星齿轮20而传递至轮毂72，进而带动车轮70，此种配置方式在本发明中称为RSC的全后置2模式。
请参阅图7，揭示本发明的第七种实施例的结构配置示意图，说明本实施例是将行星齿轮20介设于曲柄轴10及驱动齿盘50之间，该太阳轮21是固设于曲柄轴10上，该变速马达30是连结驱动环齿轮23，该助力马达40是经由轮毂72而连结驱动车轮70，凭借行星架22上枢设的小齿轮24与太阳轮21及环齿轮23之间的相互啮合，使曲柄轴10及变速马达30所产生的扭力通过行星齿轮20而传递至轮毂72，进而带动车轮70，并通过助力马达40提供额外的扭力，此种配置方式在本发明中称为SRC之中置变速后置助力模式。
请参阅图8，揭示本发明的第八种实施例的结构配置示意图，说明将图7中连结驱动太阳轮21的曲柄轴10，变更为连结驱动环齿轮23，以及将连结驱动环齿轮23的变速马达30，变更为连结驱动太阳轮21。进一步的说，该模式是凭借变速马达30连结驱动太阳轮21，曲柄轴10连结驱动环齿轮23，助力马达40经由轮毂72而连结驱动车轮70，凭借行星架22上枢设的小齿轮24与太阳轮21及环齿轮23之间的相互啮合，使曲柄轴10及变速马达30所产生的扭力能经由行星齿轮20而传递至轮毂72，进而带动车轮70，并通过助力马达40提供额外的扭力，此种配置方式在本发明中称为RSC之中置变速后置助力模式。
请参阅图9，揭示本发明的第九种实施例的结构配置示意图，说明本实施例是将行星齿轮20介设于从动齿盘60及车轮70之间的轮毂72内，该太阳轮21是固设于从动齿盘60上，该变速马达30是连结驱动环齿轮23，该助力马达40连结驱动曲柄轴10，并通过行星架22上枢设的小齿轮24与太阳轮21及环齿轮23之间的相互啮合，使曲柄轴10、变速马达30及助力马达40所产生的扭力通过行星齿轮20而传递至轮毂72，进而带动车轮70，此种配置方式在本发明中称为SRC之中置助力后置变速模式。
请参阅图10，揭示本发明的第十种实施例的结构配置示意图，说明将图9中连结驱动太阳轮21的从动齿盘60，变更为连结驱动环齿轮23，以及将连结驱动环齿轮23的变速马达30，变更为连结驱动太阳轮21。进一步的说，该模式是凭借变速马达30连结驱动太阳轮21，曲柄轴10及助力马达40通过驱动齿盘50及从动齿盘60而连结驱动环齿轮23，并通过行星架22上枢设的小齿轮24与太阳轮21及环齿轮23之间的相互啮合，使曲柄轴10及变速马达30及助力马达40所产生的扭力能经由行星齿轮20而传递至轮毂72，进而带动车轮70，此种配置方式在本发明中称为RSC之中置助力后置变速模式。
接着，以下假设在相同的自行车骑乘条件下，对上述各种模式的无段变速装置进行转速与扭力分析，表4为分析时所使用的参数设定值，分别订定行星齿轮K值、齿盘齿轮比、总齿轮比变动范围与操作者在平地与爬坡时的输出扭力。
表4：参数设定
请参阅图11，说明曲柄轴转速L1与车轮转速L2相对于车速的变化状况，无段变速装置可使车速到达8km/h的后曲柄轴转速L1即维持在60rpm，图11也可说明总齿轮比L3与变速齿轮比L4随车速的变化。
表5为SRC模式在平地车速35km/h时的扭力、转速与功率的分析结果，由表中可以看出变速马达后置者的转速会比变速马达中置者的转速高；双马达安装在一起的模式，助力马达在全中置2及全后置2模式中的转速会比全中置1及全后置1模式中的转速高；双马达分开配置的模式，助力马达后置者的转速会比助力马达中置者的转速高。
表5：SRC模式在平地车速35km/h的分析结果
表6为SRC模式在21.3％坡度车速为6km/h时的扭力、转速与功率分析结果，其中变速马达的转速特性与平地骑乘时的分析结果相同，但助力马达转速与平地相比有些许的不同。双马达安装在一起的模式，在21.3％爬坡车速为6km/h时，因为CVT齿轮比在此车速下是<1的，所以全中置1及全后置1模式中的助力马达的转速会比全中置2及全后置2模式中的助力马达的转速高。另外，此车速下因为总齿轮比为1，曲柄轴的转速和后轮轴的转速会一致，所以全后置2与中置变速后置助力模式的助力马达转速会跟全中置1及中置助力后置变速模式一样。
表6：SRC模式在21.3％爬坡车速6km/h的分析结果
表7为RSC模式在平地车速35km/h时的扭力、转速与功率的分析结果，与SRC在平地所论述的结论相同。表8为RSC模式在21.3％爬坡车速6km/h时的扭力、转速与功率的分析结果，可以发现变速马达的转速都为零，因为在此车速下变速马达无需转动就能达到总齿轮比为1的要求；助力马达的转速则与表6中SRC相对应的模式有相同的数据。
表7：RSC模式在平地车速35km/h的分析结果
表8：RSC模式在21.3％爬坡车速6km/h的分析结果
由上述可知，双马达安装在一起的模式，无论是SRC或是RSC模式，采用全中置模式时，平地车速35km/h的马达扭力和约为25N-m，爬坡车速6km/h的马达扭力和约为112N-m；采用全后置模式时，平地车速35km/h的马达扭力和约为16N-m，爬坡车速6km/h的马达扭力和约为74N-m，全后置的马达扭力和低于全中置，表示所需配置的减速机构尺寸较小。由上述可知，在双马达分开配置的模式中，SRC模式以中置变速后置助力模式有较大的扭力和，RSC模式则以中置助力后置变速模式有较大的扭力和；整体来看马达扭力总合，全中置模式>双电机分开配置模式>全后置模式。
依照平地车速35km/h时来计算马达所需的功率，无论是SRC或是RSC模式，当助力马达是配置在行星齿轮输入端时，如全中置1、全后置1及中置助力后置变速模式，变速马达所需的功率都大于助力马达所需的功率。当助力马达是配置在行星齿轮输出端时，如全中置2、全后置2及中置变速后置助力模式，采用SRC模式配置，会使变速马达与助力马达有相近的功率；采用RSC模式配置，会使助力马达所需的功率大于变速马达所需的功率。
由于变速马达30及助力马达40的转速是依照其配置位置而有快慢的差异，因此可根据所使用变速马达30及助力马达40的特性应用于合适的配置模式，进而符合操作者在骑乘自行车时的需求。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其特征在于，包括：
一曲柄轴，连接有一驱动齿盘；
一从动齿盘，连接有一车轮，该驱动齿盘与从动齿盘之间绕设有一链条，该驱动齿盘经由链条带动从动齿盘而连动车轮；
一行星齿轮，介设于曲柄轴及驱动齿盘之间，该曲柄轴经由行星齿轮而连接驱动齿盘；
一变速马达及一助力马达，分别连结该行星齿轮；
其中，该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该曲柄轴连结驱动太阳轮，该变速马达连结驱动环齿轮，该助力马达连结驱动太阳轮或连结行星架，该行星架连结驱动驱动齿盘，进而经由驱动齿盘传递动力至车轮。
2.根据权利要求1所述的双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其特征在于：该助力马达连结驱动太阳轮。
3.根据权利要求1所述的双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其特征在于：该助力马达连结行星架。
4.一种双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其特征在于，包括：
一曲柄轴，连接有一驱动齿盘；
一从动齿盘，连接有一车轮，该驱动齿盘与从动齿盘之间绕设有一链条，该驱动齿盘经由链条带动从动齿盘而连动车轮；
一行星齿轮，介设于曲柄轴及驱动齿盘之间，该曲柄轴经由行星齿轮而连接驱动齿盘；
一变速马达及一助力马达，分别连结该行星齿轮；
其中，该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该曲柄轴连结驱动环齿轮，该变速马达连结驱动太阳轮，该助力马达连结行星架，该行星架连结驱动驱动齿盘，进而经由驱动齿盘传递动力至车轮。
5.一种双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其特征在于，包括：
一曲柄轴，连接有一驱动齿盘；
一从动齿盘，连接有一车轮，该驱动齿盘与从动齿盘之间绕设有一链条，该驱动齿盘经由链条带动从动齿盘而连动车轮；
一行星齿轮，介设于从动齿盘及车轮之间，该从动齿盘经由行星齿轮而连动车轮；
一变速马达及一助力马达，分别连结该行星齿轮；
其中，该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该从动齿盘连结驱动太阳轮，该变速马达连结驱动环齿轮，该助力马达连结行星架，该行星架连结驱动车轮，进而传递动力至车轮。
6.一种双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其特征在于，包括：
一曲柄轴，连接有一驱动齿盘；
一从动齿盘，连接有一车轮，该驱动齿盘与从动齿盘之间绕设有一链条，该驱动齿盘经由链条带动从动齿盘而连动车轮；
一行星齿轮，介设于从动齿盘及车轮之间，该从动齿盘经由行星齿轮而连动车轮；
一变速马达及一助力马达，分别连结该行星齿轮；
其中，该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该变速马达连结驱动太阳轮，该从动齿盘连结驱动环齿轮，该助力马达连结驱动环齿轮或连结行星架，该行星架连结驱动车轮，进而传递动力至车轮。
7.根据权利要求6所述的双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其特征在于：该助力马达连结驱动环齿轮。
8.根据权利要求6所述的双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其特征在于：该助力马达连结行星架。
9.一种双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其特征在于，包括：
一曲柄轴，连接有一驱动齿盘；
一从动齿盘，连接有一车轮，该驱动齿盘与从动齿盘之间绕设有一链条，该驱动齿盘经由链条带动从动齿盘而连动车轮；
一行星齿轮，介设于曲柄轴及驱动齿盘之间，该曲柄轴经由行星齿轮而连接驱动齿盘；
一变速马达，连结驱动该行星齿轮；及
一助力马达，连结驱动该车轮。
10.根据权利要求9所述的双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其特征在于：该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该曲柄轴连结驱动太阳轮，该变速马达连结驱动环齿轮，该行星架经由驱动齿盘而传递动力至车轮。
11.根据权利要求9所述的双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其特征在于：该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该变速马达连结驱动太阳轮，该曲柄轴连结驱动环齿轮，该行星架经由驱动齿盘而传递动力至车轮。
12.一种双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其特征在于，包括：
一曲柄轴，连接有一驱动齿盘；
一从动齿盘，连接有一车轮，该驱动齿盘与从动齿盘之间绕设有一链条，该驱动齿盘经由链条带动从动齿盘而连动车轮；
一行星齿轮，介设于从动齿盘及车轮之间，该从动齿盘经由行星齿轮而连动车轮；
一变速马达，连结驱动该行星齿轮；及
一助力马达，连结驱动该驱动齿盘。
13.根据权利要求12所述的双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其特征在于：该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该从动齿盘连结驱动太阳轮，该变速马达连结驱动环齿轮，进而经由行星架传递动力至车轮。
14.根据权利要求12所述的双马达行星齿轮式自行车无段变速装置，其特征在于：该行星齿轮具有一太阳轮、一行星架、一环齿轮及一组小齿轮，该太阳轮及环齿轮分别与枢设在行星架上的小齿轮啮合，该变速马达连结驱动太阳轮，该从动齿盘连结驱动环齿轮，进而经由行星架传递动力至车轮。
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