TW201350382A - 自動變速自行車 - Google Patents

Abstract

一種自動變速自行車，包含有一車架，其上裝設有一前輪、一後輪、二曲柄、二踏板，連接該二曲柄、一主傳動裝置以及一自動變速器；其中，該自動變速器包含有一第一軸、一第一輪、一第二軸、一第二輪與一皮帶。當騎士踩踏踏板時，會經由曲柄施予第一軸一扭力，透過第一輪、皮帶帶動第二輪轉動。第二輪的轉動透過一次傳動裝置帶動主傳動裝置以驅動自行車前進。當踩踏力量較小時，皮帶遠離該第一輪的軸心的位置，第一輪的有效半徑增加，自動變速器位於高速檔。反之，踩踏力量較大時，自動變速器位則位於低速檔。

Description

自動變速自行車

本發明與自行車有關，特別是關於一種自動變速自行車。

一般的自行車包含有一車架，具有前叉與後叉，分別裝設前輪與後輪。一前齒輪組，具有若干尺寸不同的齒輪，設置於車架上，並與曲柄連接。一後齒輪組，具有若干尺寸不同的齒輪，設置於後輪的輪轂上。一鏈條，連接前齒輪組的一齒輪與後齒輪組的一齒輪。一前變速器，讓騎士控制鏈條於前齒輪組的不同齒輪之間移動；以及一後變速器，讓騎士控制鏈條於後齒輪組的不同齒輪之間移動。

變速器的使用在於讓騎士可依據路況的不同而調整不同的齒輪比。例如：當行使於上坡時，可將鏈條移動至前齒輪組的小齒輪且/或前齒輪組的大齒輪，以得到較小的齒輪比；當行使於下坡時，可將鏈條移動至前齒輪組的大齒輪且/或前齒輪組的小齒輪，以得到較大的齒輪比。

一般的自行車的變速器均需要騎士自行操控。對於一個非專業的自行車騎士，常常無法取得較佳的變速時機，導致騎乘自行車的效率降低。

本發明之主要發明目的在於提供一種可依據路況自動變速的自行車。

為達成前述之發明目的，本發明所提供之自動變速自行 車，包含有：一車架，其上裝設有一前輪、一後輪、二曲柄、二踏板，連接該二曲柄、一主傳動裝置以及一自動變速器；該自動變速器包含有一第一軸、一第一輪、一第二軸、一第二輪、一皮帶以及一自動調整手段，其中，該第一軸兩端分別連接該二曲柄；該第一輪裝設於該第一軸上，可隨該第一軸一起轉動；該第二軸連接該主傳動裝置；該第二輪設置於該第二軸上，可隨該第二軸一起轉動；該皮帶套設於該第一輪與該第二輪；該自動調整手段，用以根據施加於該第一軸上之扭力，而調整該第一輪的有效半徑，其中當施加於該第一軸上之扭力增加，該第一輪的有效半徑減小；當施加於該第一軸上之扭力減小，該第一輪的有效半徑增加；其中該第一輪的有效半徑為該第一輪的軸心與該皮帶之間的距離。

其中，該自動調整手段包含有：該第一輪具有一固定碟與一活動碟，二者設置於該第一軸上且可隨該第一軸一起轉動，其中該活動碟可沿該第一軸的軸向移動、一彈簧，驅動該活動碟朝向該固定碟移動，以及該皮帶，具有彈性，被該固定碟與該活動碟所夾持。

其中，該固定碟與該活動碟相對之一側面上分別設有錐狀面，使該固定碟與該活動碟之間的距離，由軸心往邊緣逐漸增加；該皮帶具有兩側面，分別與該固定碟輪與該活動碟之錐狀面接觸。

其中，該皮帶的兩側面配合該固定碟與該活動碟之錐狀面 的斜率。

其中，該皮帶在該兩側面方向的可撓性小於垂直於該方向的可撓性。

其中，該第一軸上設置有一基座，該彈簧套設於該第一軸，兩端分別抵靠於該基座與該活動碟。

其中，該活動碟具有一軸孔，該第一軸穿於該軸孔中，該軸孔的壁面上設置有交替的凸塊與凹槽，該第一軸上亦有沿軸向延伸且呈對應的凹槽與凸塊，讓該活動碟可隨著該第一軸轉動，並沿該第一軸的軸向移動。

其中，該第二輪可沿該第二軸之軸向移動。

其中，該第二輪具有一軸孔，該第二軸穿於該軸孔中，該軸孔的壁面上設置有交替的凸塊與凹槽，該第二軸上亦有沿軸向延伸且呈對應的凹槽與凸塊，讓該第二輪可隨著該第二軸轉動，並沿該第二軸的軸向移動。

其中，該第二輪具有二環形牆，該二環形牆之間可供該皮帶套設。

其中，該自動變速自行車更包含有一軸套，設置於該第一軸上，並可相對該第一軸自由轉動，以及一次傳動裝置，連接該第二軸與該軸套，其中該軸套連接該主傳動裝置，使該第二軸的轉動可透過該次傳動裝置與該軸套而傳遞至該主傳動裝置。

其中，該主傳動裝置包含有一前齒輪，設置於該軸套上、 一後齒輪，設置於該後輪上，以及一鏈條，連接該前齒輪與該後齒輪。

其中，該次傳動裝置包含有一齒輪，設置於該第二軸上、一後齒輪，設置於該軸套上，以及一鏈條，連接該二齒輪。

藉此，該自動變速自行車可依據騎士踩踏踏板的力量而自動變速，以提供其是一種有效率的騎乘自行車的方式，而無需騎士自己操作變速器。

請參閱圖1所示，本發明一較佳實施例所提供之自動變速自行車，包含有：一車架10、一前輪12以及一後輪14，分別樞設於該車架10、二曲柄16(圖中僅顯示一個曲柄16)、二踏板18(圖中僅顯示一個踏板18)，設置於各該曲柄16的外端、一主傳動裝置，包括：一前齒輪22、一後齒輪24設置於後輪14以及一鏈條26，圈繞於前齒輪22與後齒輪24，用以將動力傳輸至後輪14，以及一自動變速器28。除自動變速器28外，其餘之構件與一般自行車相同，在此容不贅述。

請參閱圖2至圖5所示，該自動變速器28包括：一外殼30，由二半殼組合而成，固定於車架10上。該外殼30中設置有一第一軸32、一第一輪42、一第二軸50、一第二輪54、一皮帶58以及一惰輪60。該第一軸32的兩端伸出該外殼30，以連接該二曲柄16。藉此，騎士踩踏踏板18可經由曲柄16 轉動該第一軸32。該第一軸32上更設置有一軸套34，可相對於該第一軸32自由轉動。該軸套34上設置有一齒輪36以及該前齒輪22，其中該前齒輪22位於該外殼30的外側，該齒輪36位於該外殼30之中。

該第一輪42具有一固定碟44以及一活動碟46。該固定碟44固設於該第一軸32上，可隨著該第一軸32轉動，但無法沿該第一軸32的軸向移動。該活動碟46的軸孔461的壁面上設置有交替的凸塊與凹槽，該第一軸32上亦有沿軸向延伸且呈對應的凹槽與凸塊，讓該活動碟46設置於該第一軸32上可隨著該第一軸32轉動，並沿該第一軸32的軸向移動。該固定碟44較該活動碟46靠近該軸套34。在該第一軸32上更設有一基座38以及一彈簧40。該彈簧40套設於該第一軸32上，兩端分別抵靠該基座38與該活動碟46，藉以推動該活動碟46朝向該固定碟44的方向移動。該固定碟44與該活動碟46相對之一側上分別具有一凸出的錐狀面48。藉此，該固定碟44與該活動碟46之間的距離為由軸心向邊緣逐漸增加。

該第二軸50的兩端分別樞設於該外殼30，使其可自由轉動。該第二軸50上固設有一齒輪52，與該軸套34上的齒輪36對應，且二齒輪36、52由一鏈條56連接，藉此該第二軸50的轉動可帶動該軸套34轉動。該第二輪54設置於該第二軸50上，可隨著該第二軸50轉動，並沿該第二軸50的軸向移動。如同第一軸32與活動碟46一樣，在第二軸50與第二 輪54的軸孔541上分別設置有對應的凸塊與凹槽，以達成第二輪54轉動與移動的功能。該第二輪54上設置有二環形牆542，該二環形牆542之間可供該皮帶58套設。

該皮帶58具有彈性，套設於該第一輪42與該第二輪54上。該皮帶58的斷面呈梯形，皮帶58外側的寬度大於皮帶58內側，且兩側面的斜率配合該固定碟44與該活動碟46的錐狀面48。由於該彈簧40的作用，該皮帶58會被夾在該固定碟44與該活動碟46的錐狀面48之間，並由於摩擦力的作用，使該固定碟44與該活動碟46的轉動會帶動該皮帶58轉動。

該惰輪60的一端樞設於該外殼30的內側面，另一端則抵靠於該皮帶58，以調整皮帶58的張力。

彈簧40、皮帶58與惰輪60之間應有特定的關係，讓自動變速器28在初始狀態下，該皮帶58是位在遠離該第一輪42的軸心的位置。在此領域中具有通常知識者可輕易找出其組合。在此定義由皮帶58與第一輪42軸心之間的距離為該第一輪42的有效半徑Reff。

當騎士踩踏踏板18時，動力會經由曲柄16、第一軸32、第一輪42而帶動皮帶58轉動，接著皮帶58再帶動第二輪54轉動。該第二輪54的轉動透過一次傳動裝置(第二軸50上之齒輪52、鏈條56與第一軸32上之齒輪36)帶動軸套34轉動，最後再帶動該前齒輪22轉動，以驅動自行車前進。該第一輪 42的有效半徑Reff與該第二輪54的半徑，則提供除前齒輪22與後齒輪24外的另一次速度與扭力的變換。

當騎士踩踏踏板18的過程中，會施予該第一軸32一扭力，而此扭力會沿該固定碟44與該活動碟46而傳遞至皮帶58，致使皮帶58的張力改變(增大)。請參閱圖6與圖7所示，在未踩踏踏板18，或是自行車行駛於下坡，騎士所提供的扭力小於某一預定值時，皮帶58是位於在遠離該第一輪42的軸心的位置，此時該第一輪42的有效半徑Reff大於該第二輪54的半徑。再請參閱圖8與圖9，當自行車由停止開始行駛，或是行駛於上坡時，此時騎士會以一較大的力量踩踏踏板18，以產生一扭力，經由曲柄16、第一軸32、該固定碟44與該活動碟46而傳遞至皮帶58，致使皮帶58的張力增加。此時，皮帶58的張力會大於彈簧40的彈力，藉由二錐狀面48的作用，該皮帶58會將該活動碟46往遠離該固定碟44的方向推離，並壓縮彈簧40，造成兩錐狀面48之間的距離增加，使得該皮帶58往第一輪42的軸心移動，使該第一輪42的有效半徑Reff減小。可輕易了解的是，當騎士踩踏踏板的力量愈大時，皮帶58的張力亦愈大，皮帶58的張力愈大，會使得活動碟46愈離開固定碟44，且使皮帶58愈往第一輪42的軸心移動。結論是，騎士踩踏踏板18的力量(或稱作用於該第一軸32的扭力)與第一輪42的有效半徑Reff成反比。當自行車由停止開始行駛，或是行駛於上坡時，騎士踩踏踏板18的力量愈大(作 用於該第一軸32的扭力愈大)，第一輪42的有效半徑Reff減小，使第一輪42與第二輪54間的輪徑比降低，如此騎士可以較省力(低速檔)的方式騎乘自行車。相反的，當自行車行駛於下坡，或於高速滑行時，騎士踩踏踏板的力量減小(作用於該第一軸32的扭力降低)，第一輪42的有效半徑Reff增加，使第一輪42與第二輪54間的輪徑比增加，如此騎士可以較有效率(高速檔)的方式騎乘自行車。

在此要提出說明的是，當活動碟46向外移動，使皮帶58往第一輪42的軸心移動時，因為錐狀面48的因素，皮帶也會產生沿第一軸32軸向的位移，此時可沿第二軸50移動的第二輪54，會自動隨著皮帶58的位移而移動，使皮帶58的傳動能順利進行。另外，該皮帶58的選擇最好以皮帶58在兩側面(皮帶接觸間固定碟44與活動碟46之處)間的方向具有較低的可撓性，而垂直於此方向具有較大的可撓性。

總結以上，本發明所提供之自動變速器28，可根據騎士踩踏踏板18的力量而自動變速，以提供其是一種有效率的騎乘自行車的方式，而無需騎士自己操作變速器。

在本發明實施例中，我們提供固定碟、活動碟、彈簧、具有彈性的皮帶為本發明的自動調整手段，實務上，任何可依據踩踏踏板的力量而自動改變第一輪之有效半徑的手段，例如第一輪以使用具有彈性的材料製成，使皮帶的張力可壓縮第一輪，均可應用於本發明。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本創作說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

10‧‧‧車架

12‧‧‧前輪

14‧‧‧後輪

16‧‧‧曲柄

18‧‧‧踏板

22‧‧‧前齒輪

24‧‧‧後齒輪

26‧‧‧鏈條

28‧‧‧自動變速器

30‧‧‧外殼

32‧‧‧第一軸

34‧‧‧軸套

36‧‧‧齒輪

38‧‧‧基座

40‧‧‧彈簧

42‧‧‧第一輪

44‧‧‧固定碟

46‧‧‧活動碟

461‧‧‧軸孔

48‧‧‧錐狀面

50‧‧‧第二軸

52‧‧‧齒輪

54‧‧‧第二輪

541‧‧‧軸孔

542‧‧‧環形牆

56‧‧‧鏈條

58‧‧‧皮帶

60‧‧‧惰輪

Reff‧‧‧有效半徑

圖1為本發明一較佳實施例之自動變速自行車側視圖；圖2為本發明一較佳實施例之自動變速器立體圖；圖3為本發明一較佳實施例之自動變速器內部立體圖；圖4為本發明一較佳實施例之自動變速器內部另一立體圖；圖5為本發明一較佳實施例之自動變速器部分分解圖；圖6為本發明一較佳實施例之自動變速器於小扭力之側視應用示意圖；圖7為本發明一較佳實施例之自動變速器於小扭力之上視應用示意圖；圖8為本發明一較佳實施例之自動變速器於大扭力之側視應用示意圖；以及圖9為本發明一較佳實施例之自動變速器於大扭力之上視應用示意圖。

10‧‧‧車架

12‧‧‧前輪

14‧‧‧後輪

16‧‧‧曲柄

18‧‧‧踏板

22‧‧‧前齒輪

24‧‧‧後齒輪

26‧‧‧鏈條

28‧‧‧自動變速器

Claims (13)

1. 一種自動變速自行車，包含有：一車架，其上裝設有一前輪、一後輪、二曲柄、二踏板，連接該二曲柄、一主傳動裝置以及一自動變速器；其中，該自動變速器包含有：一第一軸，兩端分別連接該二曲柄；一第一輪，裝設於該第一軸上，可隨該第一軸一起轉動；一第二軸，連接該主傳動裝置；一第二輪，設置於該第二軸上，可隨該第二軸一起轉動；一皮帶，套設於該第一輪與該第二輪；以及一自動調整手段，用以根據施加於該第一軸上之扭力，而調整該第一輪的有效半徑，其中當施加於該第一軸上之扭力增加，該第一輪的有效半徑減小；當施加於該第一軸上之扭力減小，該第一輪的有效半徑增加；其中該第一輪的有效半徑為該第一輪的軸心與該皮帶之間的距離。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之自動變速自行車，其中該自動調整手段包含有：該第一輪具有一固定碟與一活動碟，二者設置於該第一軸上且可隨該第一軸一起轉動，其中該活動碟可沿該第一軸的軸向移動、一彈簧，作用於該活動碟使其朝向該固定碟移動，以及該皮帶，具有彈性，被該固定碟與該活動碟所夾持。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之自動變速自行車，其中該 固定碟與該活動碟相對之一側面上分別設有錐狀面，使該固定碟與該活動碟之間的距離，由軸心往邊緣逐漸增加；該皮帶具有兩側面，分別與該固定碟輪與該活動碟之錐狀面接觸。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之自動變速自行車，其中該皮帶的兩側面配合該固定碟與該活動碟之錐狀面的斜率。
5. 依據申請專利範圍第3項所述之自動變速自行車，其中該皮帶在該兩側面方向的可撓性小於垂直於該方向的可撓性。
6. 依據申請專利範圍第2項所述之自動變速自行車，其中該第一軸上設置有一基座，該彈簧套設於該第一軸，兩端分別抵靠於該基座與該活動碟。
7. 依據申請專利範圍第2項所述之自動變速自行車，其中該活動碟具有一軸孔，該第一軸穿設於該軸孔中，該軸孔的壁面上設置有交替的凸塊與凹槽，該第一軸上亦有沿軸向延伸且呈對應的凹槽與凸塊，讓該活動碟可隨著該第一軸轉動，並沿該第一軸的軸向移動。
8. 依據申請專利範圍第2項所述之自動變速自行車，其中該第二輪可沿該第二軸之軸向移動。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之自動變速自行車，其中該第二輪具有一軸孔，該第二軸穿設於該軸孔中，該軸孔的壁面上設置有交替的凸塊與凹槽，該第二軸上亦有沿軸向延伸且呈對應的凹槽與凸塊，讓該第二輪可隨著該第二軸轉動，並沿該第二軸的軸向移動。
10. 依據申請專利範圍第1項所述之自動變速自行車，其中該第二輪具有二環形牆，該二環形牆之間可供該皮帶套設。
11. 依據申請專利範圍第1項所述之自動變速自行車，更包含有一軸套，設置於該第一軸上，並可相對該第一軸自由轉動，以及一次傳動裝置，連接該第二軸與該軸套，其中該軸套連接該主傳動裝置，使該第二軸的轉動可透過該次傳動裝置與該軸套而傳遞至該主傳動裝置。
12. 依據申請專利範圍第11項所述之自動變速自行車，其中該主傳動裝置包含有一前齒輪，設置於該軸套上、一後齒輪，設置於該後輪上，以及一鏈條，連接該前齒輪與該後齒輪。
13. 依據申請專利範圍第11項所述之自動變速自行車，其中該次傳動裝置包含有一齒輪，設置於該第二軸上、一後齒輪，設置於該軸套上，以及一鏈條，連接該二齒輪。