TWI297650B - Generator for human-power driven vehicle - Google Patents

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TWI297650B
TWI297650B TW095106215A TW95106215A TWI297650B TW I297650 B TWI297650 B TW I297650B TW 095106215 A TW095106215 A TW 095106215A TW 95106215 A TW95106215 A TW 95106215A TW I297650 B TWI297650 B TW I297650B
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Kazuhiro Takeda
Satoshi Kitamura
Takumi Onogi
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Shimano Kk
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Description

1297650 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種發電機，且更確切地關於一種用於人力 驅動父通工具的發電機’其可被固定至一例如像一腳踏車 這類的人力驅動交通工具。 【先前技術】 一種谷置於一車輪輪轂中所謂輪轂發電機的發電機已知 為裝6又於腳踏車的發電機。在此一輪轂發電機中，該發 電機使得一車輪變速旋轉係眾所皆知的（例如參閱專利文 件1)。該傳統式輪轂發電機包括一輪轂軸、一旋轉固定至 该輪轂軸的輪轂殼、一變換該輪轂殼之旋轉且將其輸出的 變速機構，及一具有一與該變速機構之輸出側連接之磁鐵 及一安裝至該輪轂軸之線圈的電力產生機構。在此一輪轂 發電機中，該磁鐵藉由增加該輪轂殼（車輪）之旋轉而轉動並 產生電力。 [專利文件1]曰本專利公開案6-88544號 在傳統輪轂發電機中，該磁鐵係藉由增加該車輪的旋轉 而轉動，且因此產生高電力，但當該速度變高時，電力產 生的電壓太高，超過一適當範圍且導致一燈泡燒毀。所以， 當使用上述傳統輪轂發電機時，為了保護該燈泡或類似裝 置’其必須提供一具有廣泛保護範圍的保護電路。 【發明内容】 本發明之一目的係在一轉換一車輪旋轉之人力驅動交通 工具的發電機中，即使該速度改變時，其仍可在一適當= 108770.doc 1297650 壓範圍中產生電力。 一種根據本發明請求項丨之人力驅動交通工具的發電機 係一可安裝至一人力驅動交通工具的裝置，且包括—輪轂 軸、一輪轂殼、一變速機構、一電力產生機構及一變速切 換零件。該輪轂軸係可安裝至該人力驅動交通工具之軸 件。該輪轂殼被安裝至可相對旋轉的輪轂軸。一變速機構 係將該輪轂殼之旋轉變換至複數個變速階段且將其輸出的 機構。一電力產生機構係一具有一與該變速機構之輪出側 相連之磁鐵及一安裝至該輪轂軸之線圈的機構，且藉由該 輪轂殼與該輪轂軸的相對旋轉產生電力。一變速切換零^ 將該變速機構之複數個變速階段切換至其任何一階段： 在此發電機中，當一車輪轉動時，該輪轂殼旋轉，且^ 旋轉透過該變速機構使得一電力產生機構的磁鐵轉動。』 果》亥電力產生機構產生電力。此時，該磁鐵的轉速變义 該變速階段的輸出旋轉頻率，該變速階段的轉速係由㈣ 速切換零件所切換。該變速切換零件根據該人力驅動交由 工具的速度切換’且因此’藉由切換該變速階段使得該泰 出旋轉頻率在高速時比在低速時低，即使該交通工具在違 速行進時，該輸出旋轉頻率變低，因此其可抑制電力產^ 電壓的過度增加。在此情形中，將該輪轂殼之旋轉變換』 將其輸出的變速機構係根據該變速切換零件而切換，且区 此藉由切換該變速階段’使得該輸出旋轉頻率在高速時处 =夺低’即使該速度改變’電力仍能在一適當電麵 T產生。 108770.doc 1297650 根據本I明睛求項2之人力驅動交通工具的發電機，在根 =本發明請求項丨之裝置中，其使得該變速機構可將該旋轉 交換至第一變速階段以及一輸出旋轉頻率低於該第一變 速& &的第一變速階段，當該輪轂殼轉速超過一預定速度 ，時，該變速切換零件將一變速階段切換至該第二變速階 段，且當該轉速為該預定速度或較低速度時，其將該變速 ^白^又切換至第一階段。在此情形中，該變速機構之輸出旋 φ 轉頻率在較高速時比該預定速度時低，且該電力產生電壓 的增加可被抑制。 根據本發明請求項3之人力驅動交通工具的發電機，在根 據本發明請求項W2之裝置中，其使得該變速切換零件根 據一速度感測器的輸出切換該變速階段。在此情形中，該 蜒速階段能輕易地根據該速度感測器的速度切換。 根據本發明請求項4之人力驅動交通工具的發電機，在根 據本發明請求項1至3之裝置中，該變速機構係一行星齒輪 • 機構。在此情形中，該轉速可輕易地利用一變速機構切換 至複數個變速階段。 根據本發明，將該輪轂殼之旋轉變換且將其輸出的變速 機構其建構成根據該變速切換零件的速度切換，且因此藉 由切換該變速階段，使得該輸出旋轉頻率在高速時比在低 速時低，即使速度改變時，電力仍能在一適當電壓範圍中 產生。 【實施方式】 <第一實施例> 108770.doc -10· 1297650 採用本發明實施例之腳踏車係一輕型腳踏 寸 車耒1，^車架具有一雙迴路車架主體2及一 又件3，才巴手零件4 ; 一驅動零件5 ; 一前輪6，供一可 作-IW又變速的輪轂發電機8安裳其上；一後輪7，供一内 部變速輪轂9安襄其上；—變速操作零件20,其係以手操作 口亥内部變速輪轂9;及—變速控制單元Η，其根據該交通工 :、輪暈又1電機8的變速階段切換。該輪轂發電機8及該變 速控制單元12建構一腳踏車發電機1〇(一人力驅動交通工 具之發電機之一範例）。 忒車架1之車架主體2係藉由焊接一管件製造。包括一座 墊13及该驅動零件5在内的個別零件被安裝至該車架主體 。亥引又件3被安裝至一可沿一對角傾斜軸擺動之車架主 體2的前部。 該把手零件4具有一固定至該前叉件3之上部的把手支架 14及固疋至戎把手支架14的把手桿15。剎車桿16及握 柄7被女裝至5亥把手彳干15的二端。一變速操作零件一體 形成在該剎車桿16的右側。 該驅動零件5具有一提供在該車架主體2之下部（懸吊部 分）的齒輪曲柄37, 一沿該齒輪曲柄37纏繞的鏈條％及該内 部變速輪轂9。該内部變速輪轂9係一三階段内部變速輪 轂，該輪轂具有一低速階段（第一速）、一中速階段（第二速） 及一高速階段（第三速）的三個變速階段。 該輪轂發電機8利用一包括一提供在該變速控制單元處 (該變速切換零件之一範例）12之馬達的變速操作零件 108770.doc •II- 1297650 1〇3(圖3)，以切換至二變速階段。該輪轂發電機8係一包括 一減速裔及一直接連接動力傳送路徑之二級結構的輪轂， 如圖2所示。该輪轂發電機8安裝至該腳踏車之前叉件3的尖 -端，如圖1所示。該輪轂發電機8具有一可固定至該前叉件3 • 之大端的輪轂軸2 1、一配置在該輪轂殼22之内圍側上且可 沿該輪轂軸21旋轉的驅動主體23、一透過該二動力傳送路 徑之任一路徑（變速階段）將該輪轂殼22的旋轉傳送至該驅 _ 動主體23並當作一變速機構的行星齒輪機構24、一僅將某
一仃進方向之旋轉傳送至該行星齒輪機構24之驅動主體U 的第一單向離合器25、一連接/關閉該輪轂殼22與該驅動主 體23的第一單向離合器26及一切換該單向離合器^的離合 器控制機構27。該輪轂殼發電機8具有一配置在該驅動主體 23與該輪轂軸21之間的電力產生機構33且藉由其相對旋轉 而產生電力。 該輪轂軸21的二端固定至該前叉件3。一大型直徑部分 • 2：U距離該輪轂軸21之中心部分形成在圖2的稍右側（圖2) 上以及"亥行星齒輪機構24之一中心齒輪50形成於該大型 直徑部分21a的右侧。一圍封該離合器控制機構”及貫穿該 直徑的橢圓長孔溝槽21b形成於該輪轂軸2 1的大型直徑部 刀21a。再者，在該輪轂軸21中，一推桿圍封孔21c沿著一 轴線從一右側之軸線端朝該長孔溝槽21b形成。 該輪轂殼22係分裂為二件之大致圓形構件。該輪轂殼 可猎著一第三及一第四軸承30及31旋轉支撐於二端部分。 對輪轂凸緣22a及22b形成在該輪轂殼22的外圍表面。一 108770.doc 12 1297650 第五軸承32配置在-中心部分且—建構該第二單向離合器 %的棘輪齒65形成於該第五軸承32的右側。一前剎車安裝 用之螺絲部分22c形成於該輪轂殼22的左端。 該驅動主體23係-大致圓柱形構件，且―電力產生機構 =配置在該驅動主體23與該輪轂軸21之間。該驅動主體幻 藉由一第一及第二軸承28及29旋轉支撐於該輪轂軸21。 如圖2所示，該行星齒輪機構24包括形成在該輪轂軸 上的中心齒輪50、一形成在該輪轂殼22之内圍表面上的内 部齒輪51、一可旋轉安裝至該輪轂軸21之大型直徑部分2id 的載具52及例如旋轉支樓於該載具52的四個行星齒輪53。 該載具52係-具有—軸環的凸緣構件，該軸環具有一圓柱 形部分52a’由此該輪轂軸21貫穿其中’且一軸環部分5沘 從該圓柱形部分52a的右端沿一直徑方向延伸。該第一單向 離合器25所安裝之一單向離合器安裝部分52c形成後將二 陷於該圓柱形部分52a的外圍表面上，轉支標該行星齒 輪53之四個齒輪軸54被固定至該載具52。該載具^具有由 該輪轂軸21之大直徑部分21d所支撐的圓柱形部分，且 具有由該第四車由承3 1所支樓之軸環部分似的内圍表面。該 載具52像這樣支撲在二端，該載具52變得難以傾斜。該行 星齒輪53與該内部齒輪51與該中心齒輪5〇。該載具用 一扣環82安裝至該輪轂軸21，以限制其在該軸向中的移動。 當來自該内部齒輪51的輸入係在該行星齒輪機構Μ夕中的 載具52輸出時，該輪轂殼22的旋轉可被減少且輸出至該驅 動主體。在此情形中減速比GR可由下式表示。 108770.doc •13- 1297650 GR=l/(l+(Zs/Zr)) 在此情形中，該變速比GR係由内部齒輪51的若干齒件Zr 及該中心齒輪50的若干齒件Zs決定。在此，當該中心齒輪 50的若干齒輪Zs設定在例如18T且該内部齒輪51的若干齒 輪Zr設定在例如46Τ， GR= 1(1+(15/46)=0.753
該第一單向離合器25係例如一爪形且如圖2所示，包括一 在該驅動主體23的内圍表面上形成之第一棘輪齒6〇，及一 安裝至該行星齒輪機構24的載具52的第一離合器爪“，該 爪此站立及平躺成為一連接姿勢及一關閉姿勢，且被推壓 至該連接姿勢。該第一棘輪齒6〇形成為該驅動主體23之右 側端部分的内圍表面上的一鑛齒形狀。當該第一離合器爪 61在該連接姿勢時，其係站立的且該尖端與該第-棘輪齒 屬合。因此’該載具52的行進方向中的位置被傳送至該 驅動主體23。在該第一單向離合器2艸，該第一離合器爪 1總是在該行進方向中，且#該載具52在該行進方向中旋 :’：旋轉被傳送至該驅動主體23β然而，當該驅動主 :轉=於該載具52的速度在該傳送方向中旋轉時，該 轉未被=當該載具52在該相反方向中旋轉時，該旋 面，第Γ單向離合器26具有一形成在該輪較殼22之内部表 的第一棘輪齒65，二 輪齒6寧… 弟-離。益爪66可與該第二棘 側上，且^ —離合15爪66圍封於該驅動主體23的右 地安裝至一與該第二棘輪65舊合的連接姿
1 〇877〇.dOC -14- 1297650 勢，以及一與該第二棘輪齒65分離的關閉姿勢。在該單向 離合器26中，當該第二離合器爪66在該連接姿勢中時，且 僅當該輪轂殻22在該行進方向中旋轉時，該旋轉被傳送至 該驅動主體23。 該離合器控制機構27包括一將該第二離合器爪66切換成 該連接姿勢及該關閉姿勢的離合器凸輪75，及一將該離合 益凸輪75沿該輪轂軸方向中往復移動的移動機構76。 該離合器凸輪75係一具有一軸環的圓柱形構件，且安裝 至該輪較軸21的大直徑旋轉21a，使其可在圖2之輪較㈣ 上所示之-連接位置及—位於該妓㈣下方的關閉位置 間沿該轴向方向移動。由該長孔溝槽21b所導引之圓桿形之 -鍵構件80的二端扣接於該離合器凸輪乃。該鍵構件嶋 用該長孔溝槽21b導引且可在該輪較軸線方向中移動。當該 離合器凸輪75接觸該第二離合器，時，該第二離合器 擺動進入該分離姿勢。 如圖2所示，該移動機構76具有_安裝在該輪較㈣之推 杯圍封孔21e中的推捍79、上述用於接觸該推桿乃尖端以便 將該離合器凸輪75移動至該關閉位置的鍵構㈣、及—配 置在該第二轴承29與該離合器凸輪乃間之壓縮狀態中的復 位彈簧8 1。利用一習4n於：0/ 丄 决鐘形曲柄U(圖1)之擠壓，該推桿79 在該輪毅轴線方向中牲违梦知 旻牙夕動，邊釦形曲柄安裝至該輪轂 車由21之右端且藉由一變谅靨 j ^ 連友線41與该變速控制單元12相 連。當受到該鐘形曲紅阿 、，… 办曲柄11擠歷時，該推桿79在圖2中的左方
向前行進’且將該鐽槿杜R 鍵構件80擠堡，使該離合器凸輪75移動 108770.doc 1297650 至該關閉位置側。當該鐘形曲柄"退回時，該離合器凸輪 75利用該復位彈簧81推壓且移動至該連接位置側，且該: 桿79也透過該鍵構件80在圖2中向右退回。該復位彈簧η扣 接該離合器凸輪75的一端(右端)’且扣接在該第二軸承的另 一端。
该電力產生機構33包括-安裝至與該行星齒輪機構㈣ 出側所連接之該驅動主體23内圍表面的磁鐵9〇 ;及一固定 至該輪轂軸21的内部固定單元91。該磁鐵9〇固定至該驅動 主體23的内表面，且例如利用四個永久磁鐵所建構，該等 磁鐵係在該圓周方向呈等距分離之磁鐵。Ν極及3極在此磁 鐵90中交替且等距地磁化。 忒内部固定單元91具有一環形線圈92及一用以環繞該線 圈92周圍的軛鐵93。這些線圈92及軛鐵93固定至由一螺帽 94所插入的輪轂軸21，該螺帽固定至該輪轂軸的外圍， 且該第一軸承28係以在該軸線方向中與磁鐵9〇相反的位置 關係酉己晋。 在該輪轂軸21的外圍表面上，一電線通過溝槽21e容許一 具有一端連接至該線圈92並作電力輸出之連接電線95通過 其中，该電線通過溝槽係由該電力產生機構33安裝至圖2中 右％的。卩刀形成。在該第四軸承3丨的右側，與該連接電線 95另一端連接的輸出連接器96安裝至該輪轂軸21。一與該 軸控制單元12連接的電導線40被連接至該輸出連接器96。 4變速控制單元丨2提供於一安裝至該前又件3的燈泡外 a又98内’其中一燈泡1〇6(圖3)係如圖〗所示安裝在内側。該 108770.doc 16 1297650 炎速铨制單兀12利用電導線4〇電氣性連接至該輪轂發電機 且利用該變速纜線4 1機械性連接至該輪轂發電機8。該 丈速、、見線41連接至該鐘形曲柄n，且將該輪轂發電機8的變 速階段切換至高及低二階段。 *如圖3所不，戎變速控制單元丨2具有一將來自該輪轂發電 之一交流整流至一直流的整流電路1〇〇、一將該整流直 μ電力儲存的電力儲存元件1〇1及一利用來自該電力儲存 元件1 〇 1的電力操作的切換控制零件丨〇2。該變速操作零件 103以及一速度感測器104配置在該燈泡98内側，且一操作 位置感測器105連接至該切換控制零件1〇2。該速度感測器 _ 4例如由引線開關建構，該引線開關利用一例如固定至 該前輪6之磁鐵或類似元件的感測器丨〇 7偵測該前輪6之旋 轉口亥菱速操作單元1 〇3包括一馬達及一由該馬達缠繞變速 纜線4UX將其μ㈣線定位單元。㈣作位践測器1〇5 偵測忒低速位置及高埠位置何者係該變速操作零件之 纜線纏繞位置所在的纟置。該切換控制單元1〇2例如包括一 微處理’且根據該速度感測器1G4所伯測之交通工具的速 度控制該變速操作零件1()3以改變該輪較發電機8速度。例 士田π亥乂通工具速度超過20 km/h時，該切換控制零件j 〇2 將該繞線㈣位置控制在該低速位置，以便透過該變速鏡 線41將該輪轂發電機8切換至該低速的變速階段。 [變速操作] 具有此-結構的輪轂發電機8的減速動力傳送路徑為該 輪較殼22所建構的第二變速階段、至該内部齒齒輪η、至 108770.doc -17- 1297650 至該載具52、至該單向離合器25、至 /直接連接動力傳送路徑為該輪轂殼22所建構的第一變 速階段、至該第二單向離合器26、至該驅動主體23。
該行星齒輪機構24 該驅動主體23，及 該二傳送路徑的切換係利用該離合器控制機構27實行。 當該^合器凸輪75移動至該變速控制單元12的關閉位置 時、亥第-離合器爪66擺動至該分離姿勢，如圖2中輪轂軸 線X下方所不’且該載具52的旋轉透過該第一單向離合器25 傳送至該驅動主體23。所以，該輪轂殼22的旋轉即利用該 減速動力傳廷路徑減速且傳送至驅動主體23。另一方面， 當§亥離合15凸輪75回到該連接位置時，該第二離合器爪66 回到該連接㈣，且該純殼22的旋轉直制用該直接連 接動力傳达路徑透過該第二單向離合器26傳送至該驅動主 因此°亥速度變高，且當該路徑切換至該減速動力傳送 路么（第—Μ速階段）時’該驅動主體23的速度比該輪轂殼22 的速度低，藉此抑制電力產生電壓增加。當該速度變低， 〇路t i刀換至4直接連接動力傳送路徑（第—變速路徑） 2 ’該驅動主體23的速度變得與該輪較殼22的速度相同， 藉此抑制產生電力降低。 在此b形中，將该輪轂殼22的旋轉變換且將其輸出的變 速機構，其建構成根據該變速切換零件的速冑而切換，且 因此’即使該速度改變時’電力產生能藉由切換該變速階 段在-適當㈣中實行’以便該輸出旋轉頻率在高速時比 108770.doc -18- 1297650 低速時低。 〈弟一貫施例> 在上述第-實㈣中’具有該減速動力傳送路徑及該直 接連接動力傳送路徑之二變速階段的行星齒輪機構％在該 變速機構之一範例中說明，但在-第二實施例中’ -具有 八個變速階段的行星齒輪機構124包括如圖4所示之變速機 構在β亥第—貫施例巾，一變速操作零件加未提供於一變 速&制單元112，但提供在—輪發電機1G8上。所以，一 fe速纜線不存在於該輪轂發電機丨〇8與該變速控制單元Η〗 之間，且二者僅由電源供應器的電導線40及一控制用的控 制導線（未顯示）連接。 在圖4中，該輪轂發電機1〇8係四速度減低階段、一直接 連接階段及三速度增加階段等八個變速階段的輪轂結構。 該輪轂發電機108具有一可固定至該前叉件3之尖端的輪轂 軸12 1、一安裝至該輪轂軸丨2丨且可相對旋轉的輪轂殼丨、 配置在該輪轂殼122之内圍側且可沿該;輪轂軸121旋轉的驅 動主體123、透過八個動力傳送路徑任何一路徑（變速階段） 傳送該輪轂殼122的旋轉並作為該變速機構的行星齒輪機 構12 4 ’及一切換且操作該八個動力傳送路徑的離合器控制 機構127。 该輪轂殼12 1在距離一中心部分的稍右側具有一大型直 徑部分12 1 a，且該行星齒輪機構124沿其配置，如圖4所示。 该輪轂殼122係一大致分成三段的圓柱形構件。該輪較殼 122由一第三及第四軸承130及131旋轉支撐於二端部。該輪 108770.doc -19- 1297650 轂殼122具有一對輪轂凸緣122a及122b形成在其外圍表面 上。一供該前剎車固定的鋸齒狀部分122c形成於該輪數殼 122的左端。 該驅動主體123係一大致圓柱構件且可藉由一第一與一 第二軸承128與129配置在該輪轂殼122的二端部旋轉支撲 於該輪轂殼122上。一電力產生機構133配置在該驅動主體 123及該輪轂軸121之間。 讓行星齒輪機構124包括一第一中心齒輪16〇、一第二中 心齒輪164、一第三中心齒輪168及一第四中心齒輪172。該 第一中心齒輪160支撐於輪轂軸121且不能旋轉，且其包括 一離合器凸輪部分176於一側部。該第二中心齒輪164與該 第一中心齒輪160緊鄰且沿該輪轂軸121旋轉支撐，且包括 形成在其内圍表面上之複數個第二中心齒輪棘輪齒2〇6，該 内圍表面將與一第二行星齒輪爪2〇7嚙合。該第三中心齒輪 168與該第二中心齒輪164緊鄰且沿該輪轂軸121旋轉支 撐，且包括複數個在其内圍表面上形成之第三中心齒輪棘 齒224，該内圍表面將與一第三行星齒輪爪226嚙合。該第 四行星齒輪1 72包括複數個在其内圍表面上形成之第四中 心齒輪棘齒248，該内圍表面將與一第四行星齒輪爪25〇嚙 合。各齒輪爪207、226及250固定至可站立及平躺的輪轂軸 121，且推壓至該站立姿勢側。各齒輪爪2〇7、226及由 一爪控制套管288控制。 该行星齒輪機構124包括一第一行星齒輪載具55〇、一第 一環形齒輪551、一第二行星齒輪載具552及一第二環形齒 108770.doc -20- 1297650 幸两553 ’且其均可沿該輪轂軸^旋轉安裝。該行星齒輪載 具5 5〇與一配置在其右側的離合器環562 —體地旋轉嚙合， 並且與配置在其左側而將可一體地旋轉的第二行星齒輪載 具嚙合。該行星齒輪載具550旋轉支撐行星齒輪576。各行 星齒輪576具有一與該第一中心齒輪16〇之複數個第一中心 齒輪齒178喃合的小型直徑齒輪部分58〇，及一與該第一環 形齒輪55 1喷合的λ型直徑齒輪部分584。 。亥第環形齒輪551包括一第二内圍齒輪部分586，該第 一内圍齒輪部分安裝至該輪轂殼122且與沿該圓周方向配 置且能站立與平躺的複數個離合器爪587嚙合。該離合器爪 587被，壓至該站立側，藉此其將當作在該輪轂殼m與該 第一環形齒輪551之間的一單向離合器。 轉支擇行星齒輪608。該第二;j 器爪908連接至該驅動主體123 行星齒輪載具552之一方 該第二行星齒輪載具552可旋轉支撐該輪轂軸ΐ2ι且可旋 该第二行星齒輪載具5 52透過一離合
108770.doc -21 . 1297650 機構127控制該爪控制套管288，藉以控制各爪207、226及 250。 在該行星齒輪機構124的各變速階段因此所建構的多種 組件的連接係顯示於表1，且各變速階段的動力傳送路徑係 顯示於表2中。 [表1]
速度階段 離合器環 562 中心齒輪 164 中心齒輪 168 中心齒輪 172 變速比 1 (低速） 釋放p齒合 可 可 可 0.53 2 釋放喷合 可 可 鎖定 0.64 3 釋放嚙合 可. 鎖定 可 0.74 4 釋放p齒合 鎖定 鎖定 可 0.85 5 嚙合 可 可 可 1.0 6 嚙合 可 可 鎖定 1.22 7 嚙合 可 鎖定 可 1.42 8(高速） 嚙合 鎖定 可 可 1.62 [表2] 速度階段 動力傳送路徑 1 輪轂殼124—離合器爪587—第一環形齒輪551—第一行星齒輪 載具550(沿第四中心齒輪160旋轉的行星齒輪576)—第二行星齒 輪552—離合器爪908—驅動主體123 2 輪轂殼124—離合器爪587—第一環形齒輪551—第一行星齒輪 載具550(沿第四中心齒輪160旋轉的行星齒輪576)—第二行星齒 輪載具552(沿第三中心齒輪172旋轉的行星齒輪576)—第二環形 齒輪5 53—滾子離合器628—驅動主體123 3 輪轂殼124—離合器爪587—第一環形齒輪551—第一行星齒輪 載具550(沿第四中心齒輪160旋轉的行星齒輪576)—第二行星齒 輪載具552(沿第二中心齒輪168旋轉的行星齒輪608)—第二環形 齒輪553—滾子離合器628—驅動主體123 4 輪轂殼124—離合器爪587—第一環形齒輪551—第一行星齒輪 載具550(沿第四中心齒輪160旋轉的行星齒輪576)—第二行星齒 輪載具552(沿第一中心齒輪164旋轉的行星齒輪608)—第二環形 齒輪553—滾子離合器628—驅動主體123 5 輪轂殼124—離合器環562—第一行星齒輪載具550—第二行星 齒輪載具552—第二環形齒輪553—滾子離合器908—驅動主體 123 6 輪轂殼124—離合器環562—第一行星齒輪載具550—第二行星 108770.doc -22- 1297650 齒輪載具552(沿第三中心齒輪172旋轉的行星齒輪608)—第二環 形齒輪553—滾子離合器628—驅動主體123 7 輪轂殼124»離合器環562—第一行星齒輪载具550—第二行星 齒輪載具552(沿第二中心齒輪168旋轉的行星齒輪608)—第二環 形齒輪553—滾子離合器628—驅動主體123 8 輪轂殼124—離合器環562—第一行星齒輪載具550—第二行星 齒輪載具552(沿第一中心齒輪164旋轉的行星齒輪608)~>第二環 形齒輪553—滾子離合器628—驅動主體123 當該變速階段從變速階段4變換至變速階段5時，該連接 結構的計時被設定用以遵循下列程序。 [表3] 速度階段 離合器環 562 中心齒輪 164 中心齒輪 168 中心齒輪 172 4 釋放嚙合 鎖定 鎖定 可 (與3相同） 釋放嚙合 可 鎖定 可 (與7相同） 13齒合 可 鎖定 可 5 p齒合 可 可 可
該電力產生機構133包括一磁鐵190，該磁鐵安裝至與該 行星齒輪機構124之輸出側相連的驅動主體123的内圍表 面；及一内部固定單元191，其固定至該輪轂軸121。該磁 鐵190固定至該驅動主體123之内表面，且例如由四個永久 磁鐵建構，該等磁鐵係在圓周方向等距分離的磁鐵。N極及 S極在此磁鐵190中等距及交替地磁化。 内部固定單元191具有一環形線圈192及一用於圍繞該線 圈192之周圍的軛鐵193。這些線圈192及軛鐵193固定至將 由一螺帽194所插置的輪轂軸121，該螺帽固定至該輪轂軸 121之外圍及該輪轂軸121的一階段；這些線圈及軛鐵沿該 軸向方向以相對該磁鐵19 0之位置關係配置。 在該輪轂軸121的外圍表面上，一電線通過孔197用於通 過一與該線圈192之一端相連且作電力輸出的連接電線 108770.doc -23- 1297650 1 95 ’该電線通過孔係由該電力產生機構133固定至圖4左端 的邛刀形成。在該第三軸承丨3 〇的左側，一與該連接電線^ 9 5 之另一端相連的輸出連接器196固定至該輪轂軸121。用於 連接該變速控制單元112的該電導線140被連接至該輸出連 接益19 6。 包括一馬達在内之變速操作零件2〇3固定至該輪轂軸i2i 的右端部。該變速操作零件203定位於八個旋轉位置，以便 電氣驅動該離合器控制機構127。該變速操作零件2〇3透過 一控制導線（未顯示）連接至該變速控制單元112。 該變速控制單元112提供在一安裝至該前叉件3且裝載圖 1所示之一燈泡106(圖5)的燈泡外殼98。該變速控制單元ιΐ2 利用電導線140及該控制導線電氣連，接該輪轂發電機1〇8。 如圖5所示，該變速控制單元112具有一將一來自該輪轂 务電機108的交流整流至一直流的整流電路2〇〇、一儲存該 整流直流電力的電力儲存元件201及一利用來自該電力儲 存元件201的電力操作的切換控制零件2〇2。該變速操作零 件2 0 3以及速度感測器2 0 4配置在該燈泡外殼9 $内側，且 提供於该變速操作零孙203内側的操作位置感測器2〇5連 接至該切換控制零件202。該速度感測器2〇4例如藉由一引 線開關建構，該引線開關利用一安裝至例如前輪6的磁鐵或 類似元件的感測器107，以偵測該前輪6的旋轉。該操作位 置感測器204偵測該變速操作零件203的旋轉位置。該切換 控制零件202包括例如一微處理器且控制與該交通工具速 度對應的變速操作零件203，該速度係由該速度感測器2〇4 】08770.doc •24· 1297650 偵測，以變換該輪轂發電機108的速度。例如，該交通工具 速度在10 km/h至30 km/h間被分成八個階段，且其係決定該 父通工具速度彳貞測結果在哪個分離階段，以便切換該變速 階段。然後，當該交通工具速度變高時，該變速階段切換 至一較低的變速階段。 在上述第二實施例中，該驅動主體123的速度係根據與該 第一實施例比較的交通工具速度精細控制，所以，即使該 速度改變時，動力能在一更為適當的電壓範圍中產生。 <其他實施例> (a)在上述二實施例中，該輪轂發電機8及1〇8根據該交通 工具速度電氣控制以切換該等變速階段。然而，本發明不 限於此，且該變速階段可根據速度機械式地切換。例如， 在該第一實施例中，一在一預定速度（例如2〇 km/h)或較高 速度旋轉的配重構件從一參考位置沿該直徑方向向外移動 至刀換位置且將该第二單向離合器％帶至該分離位 置，以便該離心力變得比—預定力強日夺，將該路徑切換至
吞亥減速動力傳送路輕，g 丨 A 降杬且回到該參考位置及將該第二單向 離合器26帶至該連接姿熱 牧文勢，以便該速度變成該預定速度或 低於該速度時，將· Μ路仏切換至該直接連接動力傳送路 徑，該配重構件可J5] t + 疋在该知轂殼内，以便該第二單向離 口裔6可H由4 g己重構件切換至該連接姿勢及該分離姿 勢在此f月幵/中，不需要電氣控制，且該裝置可以僅由兮 輪轂發電機建構。 ~ (b)在上述二實施例中 J中本發明利用安裝至如一範例之輕 108770.doc •25- 1297650 型腳踏車的輪轂發電機加以說明，但該輪轂發電機安裳之 腳踏車能應用至包括所有型式腳踏車的人力驅動交通工 具。 (c) 在上述實施例中，該變速機構係由該行星齒輪機構建 構，但該變速機構不限於該行星齒輪機構，且利用多種模 式的齒輪、滑輪及類似元件的變速機構能被採用。 (d) 在上述實施例中’該變速控制單元丨2及丨丨2圍封於該燈 泡外殼98中，但該變速控制單元可單獨地與該燈泡外殼分 離提供。該速度感測器可與該變速控制單元分離提供。 (e) 在上述實施例中，該速度由該速度感測器偵測，但該 速度可由來自該輪轂發電機的信號摘測。在此情形中，來 自該操作位置感測器之變速階段的資訊將被參考且來自該 輪轂發電機的信號根據該變速階段校正。 【圖式簡單說明】 圖1係採用本發明之一實施例之腳踏車的側視圖； 圖2係第一實施例之一輪轂發電機的截面圖； 圖3係其變速控制單元的方塊圖； 圖4係與圖2對應之一第二實施例的視圖；及 圖5係與圖3對應之第二實施例的視圖。 【主要元件符號說明】 1 車架 2 車架主體 3 前叉件 4 把手零件 108770.doc -26- 1297650 5 驅動零件 6 前輪 7 後輪 8, 108 9 輪轂發電機 内部變速輪轂 10 發電機 11 鐘形曲柄 12, 112 變速控制單元（變速切換零 件之一範例） 13 座墊 14 把手支架 15 把手桿 16 剎車桿 17 握柄 20, 103, 203 變速操作零件 21， 121 輪轂軸 21a，21d，121a 大型直徑部分 21b 長孔溝槽 21c 推桿遮蔽孔 21e 電線通過溝槽 22, 122 輪毅殼 22a? 22b? 122a3 122b 輪轂凸緣 22c 螺絲部分 23, 123 驅動主體 108770.doc -27- 1297650
24, 124 行星齒輪機構（變速機構之 一範例） 25 第一單向離合器 26 第二單向離合器 27, 127 離合器控制機構 28, 128 第一軸承 29, 129 第二軸承 30, 130 第三軸承 31, 131 第四軸承 32 第五軸承 33, 133 電力產生機構 40 電導線 41 變速纜線 50 中心齒輪 51 内部齒輪 52 載具 52a 圓柱部分 52b 軸環部分 52c 單向離合器固定部分 53, 576 ，608 行星齒輪 54 齒輪 60 第一棘輪齒 61 第一離合器爪 65 第二棘輪齒 108770.doc -28- 1297650
66 第二離合器爪 75 離合器凸輪 76 移動機構 79 推桿 80 鍵構件 81 復位彈簧 82 扣環 90, 190 磁鐵 91， 191 内部固定單元 92, 192 線圈 93, 193 輛鐵 94, 194 螺帽 95, 195 連接電線 96, 196 輸出連接器 98 燈泡外殼 100, 200 整流電路 101， 201 電力儲存元件 102, 202 切換控制單元 104, 105, 204, 205 速度感測器 106 燈泡 107 感測器 122c 鋸齒狀部分 160 第一中心齒輪 164 第二中心齒輪 108770.doc -29- 1297650 168 第三中心齒輪 172 第四中心齒輪 176 離合器凸輪部分 197 電線通過孔 206 第二中心齒輪棘輪齒 207 第二中心齒輪爪 224 第三中心齒輪棘輪齒 226 第三中心齒輪爪 248 第四中心齒輪棘輪齒 250 第四中心齒輪爪 288 爪控制套管 550 第一行星齒輪載具 551 第一環形齒輪 552 第二行星齒輪載具 553 第二環形齒輪 562 離合器環 580, 620 小型直徑齒輪部分 584, 612 大型直徑齒輪部分 586 第二内圍齒輪部分 587, 908 離合器爪 616 中間直徑齒輪部分 628 滾子離合器 X 輪轂軸線 108770.doc -30-

Claims (1)

1297650 十、申請專利範圍： 1· 一種用於人力驅動之交通工具的發電機，其可被安裝至 一人力驅動交通工具，該發電機包含： 一輪轂軸，其可安裝至該人力驅動之交通工具； 一輪轂殼，其被安裝至可相對旋轉之該輪轂軸； 一變速機構，其將該輪轂殼之旋轉變換至複數個變速 階段且將其輸出； 一電力產生單元，其具有一與該變速機構之輸出側連 接的磁鐵及一安裝至該輪轂軸的線圈，且藉由該輪轂殼 與該輪轂軸的相對旋轉產生電力；及 一變速切換零件，其將該變速機構之該複數個變速階 段切換至其任何一階段。 2·如請求項1之用於人力驅動之交通工具的發電機， 其中該變速機構可將該輪轂殼之旋轉變換至一第一變 速階段，及一輸出旋轉頻率低於該第一變速階段的第二 變速階段，及 其中當該輪轂殼之旋轉速度超過一預定速度時，該變 速切換零件將一變速階段切換至該第二變換階段，且當 。亥方疋轉速度係該預定速度或較低速度時，其將該變速階 段切換至該第一變速階段。 3 · 士吻求項1或2之用於人力驅動之交通工具的發電機，其 中麦速切換零件根據一速度感測器的輸出以切換該變 速階段。 4· 士明求項1之用於人力驅動之交通工具的發電機，其中該 變速機構係一行星齒輪機構。 108770.doc
TW095106215A 2005-06-20 2006-02-24 Generator for human-power driven vehicle TWI297650B (en)

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