TW201438954A - 用於自行車之動力裝置 - Google Patents

Abstract

本發明是關於一種適用於無鏈條自行車之動力裝置。動力裝置包括：驅動單元，其係由凸輪、推桿、汽缸、活塞和彈簧所構成，其中汽缸內存在著工作流體，推桿之一端固定有活塞，活塞透過該推桿往復移動於汽缸內，推桿的另一端固設有弧片，並透過設在汽缸外的彈簧使弧片抵靠住凸輪。自行車於後輪軸設有一渦輪，並與汽缸透過一壓力缸加以相通，壓力缸與汽缸及渦輪間各別設有單向閥，以使得工作流體自汽缸經由壓力缸流至渦輪推動後軸，渦輪與汽缸間設有回流管，用以將工作流體由渦輪再循環回到汽缸。

Description

用於自行車之動力裝置

本發明是關於一種動力裝置，特別是關於一種適用於無鏈條自行車之動力裝置。

傳統自行車是透過鏈條，將施加於踏板上之力矩轉換成驅動後輪之力。但是，鏈條在使用時有其功能上的限制和安全上的顧慮。例如，由於鏈條是由複數個鏈節串聯在一起，所以力在傳動期間不可避免地損失。此外，由於鏈條曝露在車架之外，不但有騎乘者衣物被捲入之風險，同時鏈條也容易因為受到氣候與灰塵的侵襲而生鏽。

因此，發明人於民國97年提出台灣專利申請第97133604號的儲能式自行車，其能克服傳統鏈條式自行行鏈條容易損壞、甚至發生危險的缺點，同時，提供可以不必連續一直踩自行車的情形下，仍可以使自行車行進，提供騎乘自行車的另一樂趣。但，該傳送機構乃有著能量容易損失，及踩踏時活塞碰撞旋臂的不適感，同時，組裝上必須更精準的缺點。因此，申請人認為該案仍有進一步改良的必要。

本發明之目的在於提供一種適用於無鏈條的自行車並可使自行車儲存能量的動力裝置。

本發明之用於自行車的動力裝置包含：驅動單元，其係由凸輪、推桿、汽缸、活塞和彈簧所構成，其中汽缸內有工作流體，推桿之一端固定有活塞，活塞透過該推桿往復移動於汽缸內，推桿的另一端固設有弧片，並透過設在汽缸外的彈簧使弧片抵靠住凸輪。

自行車於後輪軸設有一渦輪，並與汽缸透過一壓力缸相通，壓力缸與汽缸及渦輪間各別設有單向閥，以使得工作流體自汽缸經由壓力缸流至渦輪推動後軸，渦輪與汽缸間設有回流管，用以將工作流體由渦輪再循環回到汽缸。

1‧‧‧自行車

11‧‧‧車架

12‧‧‧前輪

13‧‧‧前叉

14‧‧‧後輪

16‧‧‧步進總成

161‧‧‧曲柄

163‧‧‧踏板

165‧‧‧軸桿

17‧‧‧把手

2‧‧‧動力裝置

3‧‧‧驅動單元

31‧‧‧凸輪

32‧‧‧推桿

33‧‧‧汽缸

331‧‧‧輸出口

335‧‧‧可拆卸蓋

335a‧‧‧螺紋

34‧‧‧弧片

35‧‧‧活塞

37‧‧‧彈簧

4‧‧‧渦輪

40‧‧‧入口

41‧‧‧葉片

42‧‧‧出口

5‧‧‧壓力缸

6‧‧‧單向閥

7‧‧‧回流管

8‧‧‧流體入口開關

CV‧‧‧流量控制閥

SW‧‧‧流體出口開關

W‧‧‧引線

圖1為顯示安裝本發明之動力裝置的自行車之側視圖；圖2為圖1所示之自行車的仰視圖；圖3為圖2所示之動力裝置的部份剖面示意圖；圖4為圖1所示之動力裝置的另一剖面示意圖；以及圖5a-5e分別顯示處於一循環中的各階段之動力裝置的示意圖。

圖1顯示一液壓動力自行車1，具有至少具有車架 11、前叉13、前輪12、後輪14、步進總成16和把手17。其中步進總成16進一步包含一對曲柄161、一對連接於該對曲柄的踏板163和一連接該對曲柄的軸桿165。

如圖1、2所示，動力裝置2安裝於步進總成16和後輪14之間以提供動力給自行車1。

如圖3、4所示，動力裝置2包括：兩組驅動單元3、渦輪4、壓力缸5。

參照圖3，各組驅動單元3皆包含凸輪31、推桿32、汽缸33、活塞35和彈簧37，其中汽缸33內儲存有工作流體(例如液壓油、油品、氣體)，推桿32之一端固定有活塞35設於汽缸33內，另一端則透過弧片34與凸輪31平順接觸，其中彈簧37係穿設於推桿32並設於汽缸33外，以其彈力推動將弧片34抵靠著凸輪31。

每一凸輪31皆固接於步進總成16，如圖3、4所示。當騎乘者踏著踏板163時，凸輪31隨著踏板163做同步旋轉。同時，各個凸輪31大致呈橢圓形狀，使得凸輪31旋轉時，弧片34可以連續平順抵靠於凸輪31上，而沒有任何中斷，更不會有碰撞感。

如圖3所示，各個汽缸33設有一供流體流出的輸出口331。輸出口331下游設有一單向閥6，使流體只能由該汽缸輸出口331流出。另外，各個汽缸33具有可拆卸蓋335，並於內側設有配合汽缸33上的螺紋之螺紋335a，使汽缸33成密封狀態。而推桿32則穿過可拆卸蓋335，藉此活塞35以可拆卸方式安裝於汽缸33內。

壓力缸5是用來儲存來自汽缸33的受壓流體，當儲存於壓力缸5的流體達一預定壓力時，設於壓力缸5輸出的流量控制閥CV將透過如圖1所示之引線W的調節開啟，而使壓力缸5內之已加壓的流體受到驅使而流至渦輪4。當流量控制閥CV突然整個放開，則自行車可以以全速衝出，而當流量控制閥CV關小時，則自行車車速則對應變慢，如此，增加自行車騎乘樂趣。

如圖1、4所示，渦輪4係樞接於自行車的後輪軸上以用以驅動後輪。如圖4所示，渦輪4具有入口40、出口42和複數個設於其圓周上的葉片41。使得每二個相鄰葉片41界定出一空腔，空腔的體積以10 c.c.為佳。當由壓力缸5輸出的已加壓的流體流至渦輪4的空腔時，流體衝擊渦輪4的葉片41而使得渦輪4驅動自行車的後輪，藉此將動能由踏板163傳遞至後輪。

如圖3所示，單向閥6分別連接至壓力缸5。如圖4所示，回流管7分別連接渦輪4的出口42和各個驅動單元3，並在回流管7的兩端分別設有單向閥71、72，使得工作流體只能由渦輪4的出口42往汽缸33流。

如圖3所示，當騎乘者踏著步進總成16的踏板163旋轉時，汽缸33內的流體被擠壓進入壓力缸5。如圖4所示，當壓力缸5內的壓力到達一預定壓力時，壓力缸5可以透過引線W(圖1)來控制閥CV的流量，而將加壓的流體經由入口40傳遞至渦輪4以衝擊葉片41，藉此驅動後輪14(圖1)，並如圖4所示，經由出口42將工作 流體沿著回流管7循環回到汽缸33。另於，回流管7中設有流體入口開關8，以供流體填充，當整個動力裝置填滿流體時，則將入口開關8關閉。而同樣地，於壓力缸5的下方則設有流體出口開關SW，用於更換流體時，將流體排出，並於流體排完後，將之關閉。

如圖5a所示，當第一驅動單元(由騎乘者觀之，連接右踏板的驅動單元)的橢圓凸輪31的長軸呈垂直狀，第一彈簧37處於伸張狀態。再者，當右踏板再旋轉90°如圖5b所示時，則橢圓凸輪31的長軸呈水平狀，第一驅動單元的凸輪31第一次壓縮彈簧37。此時，凸輪31透過推桿32推動活塞35，迫使活塞35沿著汽缸33內壁向右移動，藉此汽缸33內的流體被擠壓流進壓力缸5。

如圖5c所示，當右踏板再旋轉90°(共180°)後，則橢圓凸輪31的長軸再次呈垂直狀，汽缸33內的活塞35會由於彈簧37的作用而在汽缸33內向左移動。進而將流體由渦輪4經由回流管7吸回到汽缸33內。然後，當右踏板再旋轉90°(共270°)如圖5d所示，凸輪31的長軸再次呈水平狀，透過推桿32的連動推動活塞35向右，使得汽缸33內的流體受擠壓流向壓力缸5。最後，當如圖5e所示，右踏板再旋轉90°(共360°)後，橢圓凸輪31的長軸再次呈垂直狀，則汽缸33內的活塞35會由於彈簧37的作用，而在汽缸33內向左移動。進而將流體由渦輪4再次經由回流管7吸回到汽缸33內。

因此，右踏板旋轉360°，驅動單元3的凸輪31透過 推桿32推擠活塞35兩次。同樣地，左踏板旋轉360°，另一驅動單元3的凸輪31同樣地推擠活塞35兩次。因此，在本實施例中當使用者腳踏曲柄一圈時，總共有四次對工作流體的擠壓入壓力缸5，使得自行車可藉上述循環繼續前進，或當儲存於壓力缸5內之已加壓的流體到達一預定壓力後，受到引線的控制而釋放，衝擊渦輪的葉片。達到突然加速自行車的功效。

由於，本案中之凸輪係汽缸外，因此，相較於先前之凸輪在汽缸內的系統，明顯有更高之效率，能量損耗相對較低。再者，由於本案之橢圓凸輪所以腳踏板的受力狀態為連續的，踩踏時平順不會有斷續或衝擊感，增加騎乘舒適性。另外，由於本案之汽缸為可拆式，因此，可易於更換零件或補換工作流體或機油。

2‧‧‧動力裝置

3‧‧‧驅動單元

4‧‧‧渦輪

5‧‧‧壓力缸

6‧‧‧單向閥

7‧‧‧回流管

8‧‧‧流體入口開關

16‧‧‧步進總成

31‧‧‧凸輪

32‧‧‧推桿

33‧‧‧汽缸

34‧‧‧弧片

35‧‧‧活塞

37‧‧‧彈簧

40‧‧‧入口

41‧‧‧葉片

42‧‧‧出口

71、72‧‧‧單向閥

163‧‧‧踏板

331‧‧‧輸出口

335‧‧‧可拆卸蓋

335a‧‧‧螺紋

CV‧‧‧流量控制閥

SW‧‧‧流體出口開關

Claims (7)

1. 一種適用於儲能式自行車之動力裝置，包括：驅動單元，包含凸輪、推桿、汽缸、活塞和彈簧，其中該推桿之一端固設有活塞，推桿之另一端則穿過有設於汽缸外的彈簧抵靠住凸輪；渦輪，安裝於自行車的輪軸上並具有入口和出口；壓力缸，透過單向閥連接至驅動單元的汽缸以接收來自汽缸的工作流體並將受壓流體透過流體控制閥連接至渦輪；以及回流管，透過單向閥將渦輪連接至汽缸，以將工作流體由渦輪送回汽缸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之動力裝置，其中渦輪內設有複數個葉片。
3. 如申請專利範圍第2項所述之動力裝置，更包含一引線，用以當壓力缸內的壓力到達一預定壓力時，控制流體控制閥的流出量，使得自行車的車速可以對應於該流體控制閥的流出量作變化。
4. 如申請專利範圍第1項所述之動力裝置，其中該凸輪為橢圓形。
5. 如申請專利範圍第4項所述之動力裝置，其中該驅動單元包含一個以上之凸輪。
6. 如申請專利範圍第1項所述之動力裝置，其中該推桿與凸輪之間設有一弧片。
7. 如申請專利範圍第1項所述之動力裝置，其中每一 汽缸具有可拆卸構件，且可拆卸構件的內側設有螺紋，藉此活塞以可拆卸方式安裝於汽缸。