TW202045399A - 自行車儲能助力系統 - Google Patents

Abstract

一種自行車儲能助力系統，係包含:一渦捲彈簧組、第一傳動組、一後輪傳動組及一第二傳動組，一曲柄心軸具有兩腳踏板且連接該後輪傳動組及該第一傳動組，該後輪傳動組帶動該第二傳動組轉動，該第二傳動組帶動該渦捲彈簧組往儲能方向轉動，並在踏板施力小於該渦捲彈簧儲能時釋放能量輔助腳踏板的施力。

Description

自行車儲能助力系統

本發明係有關於人力自行車領域，尤其關於一種自行車儲能助力系統。

一般自行車以人力踩踏，當騎行時間較長或地勢變化大或載重較重或對年紀較長的使用者會很費力加深腳部的踩重感，產生不易騎行。當然為了減輕踩重感可以利用變速腳踏車的變速系統減輕腳部踩重感，變速系統的原理，是利用雙腳踩踏踏板，連接踏板的曲柄，帶動前面的齒盤轉動，並經由鏈條將力量傳遞到飛輪（也就是後輪的齒輪），飛輪連接後輪花鼓驅動後輪讓自行車前進。傳動系統包括飛輪、大盤、前後變速器、鏈條、左右一體式剎變把。變速器的出現帶動鏈條到達不同的齒盤，而改變踩踏的齒比，面對不同的地形可以選擇最適合的齒比，節省體力。 變速系統係藉由改變齒輪比，同樣踩踏一圈，齒輪比越大表示前進距離比較多，但相對也比較費力；齒輪比越小表示前進距離較少，但是相對省力。所以齒輪比的大小切換，就要看騎士當時的情況，想要速度快但是比較費力，抑或速度慢但是比較省力。 然而，變速系統沒有辦法增加額外的力量輔助騎行，且為了省力反而使前進的距離變短，因此針對習知結構所存在的問題，如何提供一種施力時儲能且保持一定的前進速度的結構即為本案之發明人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

本發明之一目的，提供一種應用在自行車，透過後輪轉動時儲能，並在腳踏施力小於該儲能時，釋放該儲能產生額外力量輔助腳踏前進。 本發明另一目的，提供一種儲能並將該儲能釋放產生輔助的騎行力量的自行車儲能助力系統。 本發另一目的，提供一種中斷渦捲彈簧的儲能傳遞到該腳踏板的自行車儲能助力系統。 為達成上述之目的，本發明提供一種自行車儲能助力系統，係包含:一曲柄心軸，具有兩端分別連接一腳踏板；一第一傳動組，包括一第一齒盤及一第二齒盤及一輔助傳動軸及一第一繞性傳動條，該第一齒盤設置在該傳動軸上且經由該第一繞性傳動條連接該第二齒盤；一渦捲彈簧組，包括一彈簧殼部以同軸心的連接一第三齒盤，該彈簧殼部內設有一渦捲彈簧，且該彈簧殼部及該第三齒盤設置在該輔助傳動軸上，並令該渦捲彈簧套接該輔助傳動軸；一第二傳動組，包括一第四齒盤及一第二繞性傳動條，該第四齒盤設置在一後輪傳動軸上，且經由該第二繞性傳動條連接該第三齒盤；一後輪傳動組，包括一第五齒盤及一後輪齒盤及該後輪傳動軸及一第三繞性傳動條連接該第五齒盤及該後輪齒盤，該後輪齒盤設置在該後輪傳動軸上，該第五齒盤跟該第二齒盤以同軸心的連接設置在該曲柄心軸上，其中該後輪傳動軸驅動該第二傳動組帶動該渦捲彈簧組的第三齒盤及該彈簧殼部往儲能方向旋轉以令該渦捲彈簧儲能，且在該腳踏板施力小於該渦捲彈簧儲能時，該渦捲彈簧釋放儲能經由該第一傳動組至該第五齒盤。 前述第一、二及三繞性傳動條係為繞性鏈條或繞性齒條。 前述後輪齒盤係為單速齒盤或飛輪齒盤，且該飛輪齒盤包括複數不同齒數的齒盤以同軸心的間隔堆疊設置。 前述第一齒盤及該第三齒盤分別具有一第一單向轉動元件及一第三單向轉動元件套設該輔助傳動軸。 前述第一單向轉動元件及該第三單向轉動元件係為單向軸承或單向棘輪。 前述後輪齒盤具有一後輪單向轉動元件套設該後輪傳動軸。 前述後輪單向轉動元件係為單向軸承或單向棘輪。 前述渦捲彈簧具有一第一端連接該輔助傳動軸，及一第二端連接該彈簧殼部。 前述後輪傳動軸連接一後輪，且隨著該後輪轉動。 前述輔助傳動軸包括一離合單元設在該渦捲彈簧組及該第一傳動組之間。

本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。 請參閱第1A圖係為本創作之系統應用於自行車之左側示意圖；第1B圖係為本創作之系統應用於自行車之右側示意圖；第2圖係為本創作系統之示意圖；第3A圖係為渦捲彈簧在彈簧殼體內的分解示意圖；第3B圖係為渦捲彈簧的在彈簧殼體內的組合示意圖。如圖所示一種自行車儲能助力系統設置在一車架10上提供額外的騎行助力減輕騎行者的腳部負擔，該系統包括：一曲柄心軸11、一第一傳動組12、一渦捲彈簧組13、一第二傳動組14及一後輪傳動組15。上述曲柄心軸11具有兩端分別連接一腳踏板111及112提供騎行者腳踩施力帶動自行車後輪轉動，以使整輛自行車前進。上述第一傳動組12包括一第一齒盤121及一第二齒盤122及一輔助傳動軸123及一第一繞性傳動條124，該第一齒盤121經由該第一繞性傳動條124連接該第二齒盤122，且該第一齒盤121設置在該輔助傳動軸123上且位於該車架10的右邊。 上述渦捲彈簧組13包括一彈簧殼部131以同軸心的連接一第三齒盤133，該彈簧殼部131內設有一渦捲彈簧132，該彈簧殼部131及該第三齒盤133設置在該輔助傳動軸123上且位於該車架10的左邊，且該渦捲彈簧133套接該輔助傳動軸123。上述第二傳動組14包括一第四齒盤141及一第二繞性傳動條142，該第四齒盤141經由該第二繞性傳動條142連接該第三齒盤133。 如第3A及3B圖所示，設置在彈簧殼部131內的渦捲彈簧132具有一第一端1321連接該輔助傳動軸123，及一第二端1322連接該彈簧殼部131。該彈簧殼部131內具有一固接部1311連接該渦捲彈簧133的第二端1322。 復參1A、1B及2圖所示，上述後輪傳動組15包括一第五齒盤151及一後輪齒盤152及一後輪傳動軸153及一第三繞性傳動條154連接該第五齒盤151及該後輪齒盤152。該第五齒盤151跟該第二齒盤122以同軸心的連接設置在該曲柄心軸11上，且位於該車架10的右邊。該後輪齒盤152及該第二傳動組14的第四齒盤141設置在該後輪傳動軸153上且位於該車架10的左右兩邊。此外，該後輪傳動軸153不僅設置該後輪齒盤152及該第二傳動組14的第四齒盤141，且連接一後輪101。因此，該後輪傳動軸153不僅隨著後輪齒盤152轉動，也隨著後輪101慣性轉動。該後輪齒盤152在本圖式中表示為飛輪齒盤包括複數不同齒數的齒盤以同軸心的間隔堆疊設置。但是不限於此，也可以是單速齒盤。 前述的第一、二及三繞性傳動條124、142、154係為繞性鏈條或繞性齒條 再者，該第一齒盤121及該第三齒盤133分別具有一第一單向轉動元件1211及一第三單向轉動元件1331套設該輔助傳動軸123，該後輪齒盤152具有一後輪單向轉動元件1521套設該後輪傳動軸153，以使該第一齒盤121及該第三齒盤1及該後輪齒盤152朝預設的單一方向轉動，反向則為空轉。該第一單向轉動元件1211及該第三單向轉動元件1331及該後輪單向轉動元件1521例如但不限制為單向軸承或單向棘輪。 以上述的單向軸承舉例說明，單向軸承亦可稱為單向離合器，也就是僅能單一方向傳動，當動力源傳動至被動元件時，只有單一方向傳動，若動力源改變方向時（如順時針變為逆時針方向），被動元件之動力傳送功將停止傳動。且單向軸承具有超運轉速度功能(Overrunning)，也就是當動力輸出旋轉(如內圈)快於輸入動力旋轉(如外圈)時，外圈會自動脫離或停止輸入動力，皆與內圈不產生任何連動關係，而內圈輸出動力亦能繼續旋轉。假使作反向輸入(如外圈)動力則亦不會傳動至輸出源(如內圈)。 其中，該第一單向轉動元件1211及該第三單向轉動元件1331互為相反轉向，也就是該第三單向轉動元件1331往前是空轉往後轉動則卡住，該第一單向轉動元件1211往後是空轉，往前轉動則卡住。藉由這樣設計使第三齒盤133可以隨著第二繞性傳動條142往前（亦即儲能方向）轉動，並防止已經儲能的渦捲彈簧132傳回第四齒盤141；該第一齒盤121可以隨著該輔助傳動軸123及第一繞性傳動條124轉動。 以下說明本案系統儲能與釋能的運作： 復如第2圖所示，在該渦捲彈簧尚未儲能時，腳踏板111、112施力使自行車前進時，該第5齒盤151經由該第三繞性傳動條154帶動該後輪齒盤152運轉，該後輪傳動軸153隨著該後輪齒盤152轉動並驅動該後輪101及該第四齒盤141運轉，在該後輪101慣性轉動時也會經由該後輪傳動軸153帶動該第四齒盤141運轉，該第四齒盤141經由該第二繞性傳動條142帶動該第三齒盤133往前轉，該彈簧殼部131隨著該第三齒盤133往儲能方向轉動，進而拉緊該渦捲彈簧132儲能。在該腳踏板111、112施力小於該渦捲彈簧132的儲能，該渦捲彈簧132釋放儲能（亦即渦捲彈簧132從拉緊狀態逐漸放鬆），經由該第一傳動軸123至到該第一齒盤121，然後該第一齒盤121經由該第一繞性傳動條124帶動該第二齒盤122轉動，進而使該渦捲彈簧132釋放的力量經由該第二齒盤122帶動該第五齒盤151轉動，藉此輔助該腳踏板111、112的施力。 如第4圖係為第一單向轉動元件轉動的示意圖，如圖所示，第一單向轉動元件1121具有一外圈1211a及一內圈1211b，外圈1211a結合第一齒盤121，內圈1211b套接該輔助傳動軸123，在該腳踏板111、112施力小於該渦捲彈簧132儲能時（例如上坡時），該第一單向轉動元件1121的外圈1211a轉動速度小於該內圈1211b該第一齒盤121主要隨著該輔助傳動軸123轉動（亦即透過渦捲彈簧132釋能帶動該第一齒盤121轉動），當該渦捲彈簧132的能量釋放到末端使該輔助傳動軸123轉動變慢，該第一齒盤121隨著該腳踏板111、112轉動並帶動該第一單向轉動元件1121的外圈1211a轉動速度快於該內圈211b，該渦捲彈簧123不會釋放能量到該第一齒盤121，藉此防止渦捲彈簧132過度放鬆脫離在彈簧殼部131。 請繼續參考第5圖係為該輔助傳動軸包括一離合單元之示意圖；第6A圖係為離合單元咬合之示意圖；第6B圖係為離合單元分離之示意圖。在另一替代實施，該輔助傳動軸123包括一離合單元17設在該渦捲彈簧組13及該第一傳動組12之間。該離合單元17具有一第一部分171連接該渦捲彈簧組13及一第二部分172連接該第一傳動組12及第三部分173位於該第一部分171及第二部分172之間，該第一部分171及第二部分172設有對應第三部分173的咬合面，藉由該離合單元17咬合使該渦捲彈簧132的釋能經由輔助傳動軸123傳遞至該第一傳動組12，或者藉由該離合單元17斷開，不讓渦捲彈簧123的釋能傳遞至該第一傳動組12。應用在例如下坡時，中斷該渦捲彈簧132的釋能作用到腳踏板111、112。 藉由以上的系統，本發明的渦捲彈簧組13可以透過該後輪101轉動（腳踏轉動或慣性轉動）時儲能，並在腳踏板111、112施力小於該渦捲彈簧組13的渦捲彈簧132儲能時，釋放該儲能產生額外力量輔助腳踏板111、112施力。另外，在不需要額外力量輔助時，也可以中斷渦捲彈簧132的儲能傳遞到該腳踏板111、112。 以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍。

10:車架 101:後輪 11:曲柄心軸 111、112:腳踏板 12:第一傳動組 121:第一齒盤 1211:第一單向轉動元件 122:第二齒盤 123:輔助傳動軸 124:第一繞性傳動條 13:渦捲彈簧組 131:彈簧殼部 1311:固接部 132:渦捲彈簧 1321:第一端 1322:第二端 133:第三齒盤 1331:第三單向轉動元件 14:第二傳動組 141:第四齒盤 142:第二繞性傳動條 15:後輪傳動組 151:第五齒盤 152:後輪齒盤 1521:後輪單向轉動元件 153:後輪傳動軸 154:第三繞性傳動條 17:離合單元 171:第一部分 172:第二部分 173:第三部分

下列圖式之目的在於使本發明能更容易被理解，於本文中會詳加描述該些圖式，並使其構成具體實施例的一部份。透過本文中之具體實施例並參考相對應的圖式，俾以詳細解說本發明之具體實施例，並用以闡述發明之作用原理。 第1A圖係為本創作之系統應用於自行車之左側示意圖； 第1B圖係為本創作之系統應用於自行車之右側示意圖； 第2圖係為本創作系統之示意圖； 第3A圖係為渦捲彈簧在彈簧殼體內的分解示意圖； 第3B圖係為渦捲彈簧的在彈簧殼體內的組合示意圖； 第4圖係為第一單向轉動元件轉動的示意圖； 第5圖係為該輔助傳動軸包括一離合單元之示意圖 第6A圖係為離合單元咬合之示意圖； 第6B圖係為離合單元分離之示意圖。

11:曲柄心軸

111、112:腳踏板

12:第一傳動組

121:第一齒盤

1211:第一單向轉動元件

122:第二齒盤

123:輔助傳動軸

124:第一繞性傳動條

13:渦捲彈簧組

131:彈簧殼部

132:渦捲彈簧

133:第三齒盤

1331:第三單向轉動元件

14:第二傳動組

141:第四齒盤

142:第二繞性傳動條

15:後輪傳動組

151:第五齒盤

152:後輪齒盤

1521:後輪單向轉動元件

153:後輪傳動軸

154:第三繞性傳動條

Claims (10)

1. 一種自行車儲能助力系統，係包含: 一曲柄心軸，具有兩端分別連接一腳踏板； 一第一傳動組，包括一第一齒盤及一第二齒盤及一輔助傳動軸及一第一繞性傳動條，該第一齒盤設置在該輔助傳動軸上且經由該第一繞性傳動條連接該第二齒盤； 一渦捲彈簧組，包括一彈簧殼部以同軸心的連接一第三齒盤，該彈簧殼部內設有一渦捲彈簧，且該彈簧殼部及該第三齒盤設置在該輔助傳動軸上，並令該渦捲彈簧套接該輔助傳動軸； 一第二傳動組，包括一第四齒盤及一第二繞性傳動條，該第四齒盤設置在一後輪傳動軸上，且經由該第二繞性傳動條連接該第三齒盤； 一後輪傳動組，包括一第五齒盤及一後輪齒盤及該後輪傳動軸及一第三繞性傳動條連接該第五齒盤及該後輪齒盤，該後輪齒盤設置在該後輪傳動軸上，該第五齒盤跟該第二齒盤以同軸心的連接設置在該曲柄心軸上，其中該後輪傳動軸驅動該第二傳動組帶動該渦捲彈簧組的第三齒盤及該彈簧殼部往儲能方向旋轉以令該渦捲彈簧儲能，且在該腳踏板施力小於該渦捲彈簧儲能時，該渦捲彈簧釋放儲能經由該第一傳動組至該第五齒盤。
2. 如請求項1所述之自行車儲能助力系統，其中該第一、二及三繞性傳動條係為繞性鏈條或繞性齒條。
3. 如請求項1所述之自行車儲能助力系統，其中該後輪齒盤係為單速齒盤或飛輪齒盤，且該飛輪齒盤包括複數不同齒數的齒盤以同軸心的間隔堆疊設置。
4. 如請求項1所述之自行車儲能助力系統，其中該第一齒盤及該第三齒盤分別具有一第一單向轉動元件及一第三單向轉動元件套設該輔助傳動軸。
5. 如請求項4所述之自行車儲能助力系統，其中該第一單向轉動元件及該第三單向轉動元件係為單向軸承或單向棘輪。
6. 如請求項1所述之自行車儲能助力系統，其中該後輪齒盤具有一後輪單向轉動元件套設該後輪傳動軸。
7. 如請求項6所述之自行車儲能助力系統，其中該後輪單向轉動元件係為單向軸承或單向棘輪。
8. 如請求項1所述之自行車儲能助力系統，其中該渦捲彈簧具有一第一端連接該輔助傳動軸，及一第二端連接該彈簧殼部。
9. 如請求項1所述之自行車儲能助力系統，其中該後輪傳動軸連接一後輪，且隨著該後輪轉動。
10. 如請求項1所述之自行車儲能助力系統，其中該輔助傳動軸包括一離合單元設在該渦捲彈簧組及該第一傳動組之間。

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