1378058 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種電動機車輪轂馬達變速傳動機構， 尤指一種使輪轂馬達具備二段變速功能，俾能提升輪轂馬達 的傳動效率以及電動機車的行駛速度，以滿足消費者對於速 度追求的高度渴望者。 【先前技術】 台灣土地狹小，都市人口密集，加上都市道路面積有限， 上下班塞車情形相當嚴重’況且機車停車具有方便性、機動 性高等特性’致韻車成械眾解決交·觸有效方法之 二隨著經濟㈣速絲，空氣污染㈣題日益嚴重，其中 以，飞機車柄排放為主要污染源。基於維護環境品質、減少空 氣污染、降低二氧化碳排放量已是全世界所共識。在環保: 識减的時代’零污染電動交通工具的發展，猶如明日之星。 發展電動機車«代現有祕機車將是有財^目前 相關单位包括經濟部能源委員、 電動機車的研發與推廣（請參看參考域均力支持 近年來編倾，城油 重，加上五期環保法規已實 几單汙木更敬 必無可限量。由於全球市=緣故，相信電動機車市場勢 的使用推廣不遺餘力，市二戈環保意輪張，對電動機車 可視為綠色產品，亦即=不斷擴大。再者’電動機車 將成為廿—世紀主要的交通工具，衡 1378058 里〇灣機車工業基礎與國際 s ^ . 杗刀工上的比較利益，台灣發 ^ . 条件。台灣應發揮機車製造王國 的基礎，爭取歐美市場高價 故击只位％動機車訂單’·如此台灣電動 機車產業的發展，將大有可為。 'U變速傳軸構之電動機車其電動馬達傳動 :構如本國新型第·觀號『電動車自動變速器』、新型 第Μ284558號『電動車伺服馬達變进 ’逐變迷機構』、新型第Μ284559 號『電動車變速裝置』等專利所干， j所不该等習用結構雖然具備 變速機構以調變車速，惟，其必須以皮帶、錄、鍵條等傳 動構件將動力_地傳遞至輪财，_會於傳動過程中耗 損部分動力，以致會有傳動效率不彰的情事產生。 為改善前述缺失，相關電動機車業者開始採用輪^輪幻 馬達來做為機車驅動的動力來源。所謂直驅式輪圈（輪 達係指將馬達直接裝置於輪圈内，而與輪穀形成為一又體;; 置，而且馬達與輪圈係以1比i的方式驅動車輪。該種習用又 結構雖然不需透過皮帶、齒輪、鏈條等傳動構件來傳遞動力， 因而具有高扭力、直接驅動、高力矩密度及高效率等優點（請 參看參考文獻4、5) ’惟，其並無變速機構的設置，所以: 法達到高轉速的要求’以致騎乘速度相對較慢，因而無、、/' 足一般消費者對於速度追求的渴望。另一種變速機了 ^ 變速機構（CVT)，此變速機構CVT系統已經普遍運用在無段 機車上，由於可以反應不同路況’以得到最佳的傳動比般 參看參考文獻6) 車上。由於直Μ 光陽機車公司f經使用CVT在電動機 看參考文獻7Γ、刷馬達馬力小，無法有效展開（請參 常損壞。傳動二達及控制器由於負載負荷過重而導致 展，今已發展成熟，很難由機械領域進化發 而要靠著電機、ώ去 文獻8)〇 哼自動化元件加以實現提昇（請參看參考 Μ347^ς〇 ☆用輪轂馬達的習用結構，如本國新型專利第 轴固定連==輪數自動變速裝置』’其係包括與馬達轉 ,JL 、’·、’外轉子、太陽齒輪、與太陽齒輪嚙合的且 έ二向均勻分布的三個或三個以上一級行星齒輪、以及與— ^行星齒輪_固定的二級行星齒輪，一級、二級行星齒輪 为別相喷冷--级、- _ ' 一級内齒輪；二級内齒輪直徑大於一級内 齒輪’在光滑的—級内齒輪的外®表面及二級内齒輪的内圓 2上套設—轉盤，轉盤的外側固定有輪較，還包括一個離 口攻置使所述的轉盤與—級内齒輪的外圓表面接觸低速傳 動，虽轉速達到臨界時，該離合裝置使所述的轉盤與二級内 齒輪的内圓表面高速接觸。 »亥習用結構雖然具有直接驅動車輪、扭力大及具變速等 優勢，惟’其並無轉速計及控制器等之設置，所以僅能依靠 車輪轉速所帶動的離心力來驅使離合裝置的離或合，以達變 迷傳動的效果，由於受離心力驅使的離合器其離、合掌控度 較差，而且會受到彈簧之彈性疲乏而影響轉速變換的臨界範 1378058 圍，以致於變速操控時的精確度及傳動變速效率變差，故而 該習用結構確實有再改良的必要。 參考文獻 [1]曾美境，台灣地區機動車輛管制策略之評估，國立清華 大學工業工程與工程管理學系，預士論文，93年6月. ⑵尤如瑾，“ __機車市場心，‘‘行政院環保署/ 工研院機械所ITIS計劃整理，1999 [3]貝力灯’李陳國，台灣電動機車產業發展與競爭策略之 分析，”中華大學工業工程與管理研究所所長，咖· ⑷陳敬奇’“電動車直流無刷轴向礙通車輪馬達 制器的研製與弱磁控制的探討，’，目立臺灣 工 程學研究所，碩士論文，91年6月. ’工 [5] 李啟經’ 4驅式車輪馬達之磁路分析及設計，”國立* 灣大學機械工程學研究所，碩士論文，9〇年6月 室 [6] 張舜長，“淺談無段變速器，，，機械月刊，第32卷苐μ ρρ· 60-64，2006年5月. ’ [7] 鄒忠全，吳向宸，陳財富，鄭智元，“機車無段變速 器之減速比變化分析與實驗驗證，，，機械月刊，第32卷第 5期，ΡΡ. 66〜75，2006年5月.
[8] 黃傳動機構與元件專輯前言，”機械月刊筮 卷第4期，ρρ· 6-7, 2005年4月· Ή，第幻 [9] 戴宜傑，凸輪式傳送沖床之加工技術，”機械月刊 1378058 17卷第1期，ρρ·173—188，丨㈣年】月. 【發明内容】 速傳之主要目的’在於提供—種電動機車輪敎馬達變 速傳動機構，猎⑽善傳絲紅達㈣不足 要:由感測及監控輪敎馬達的轉速狀態以自動調變輪轂： =傳動轉連，使難騎具備低速及高賴位之間變速又的功 月匕，進而使得高扭力低轉速的輪轂馬達可以且備、击 性’不僅可以直接傳動車輪以將動力傳輸之損耗^最低程 •ί足=升馬達的傳動效率以及電動機車的行駛速度:以 滿足讀者對於速度追求上的高度渴望。 為達上述功效，本發明採用技術手段之係包括 測輪較轉速以產生-控制訊號的轉速運算單元、—可二 訊號的觸發而往復位移的位移轉手段、—離 " 口 、一^ "ρτΓ 動的設在輪轂殼體⑽從動軸、—第—變速齒輪、 速齒輪、-魏撥桿及-受該位移驅動手段帶動而驅祕人 =一離合㈣合或分_離合撥桿。#二離合盤接合 可帶動該㈣轴旋轉，魏撥制受該位移驅動手段帶動而 驅動第-變速錄與輸出軸上之第—齒環私連動^使輪= 1達以較低轉速傳動，當控制訊號產生時，則受位移驅^ 段帶動而驅動第二變速齒輪與輸出軸上的第二齒環嚙合、 動俾使輪毅馬達以較尚轉速傳動者β 、 【實施方式】 1378058 壹•本發明應用領域及功效 請參看第一、四圖所示，本發明係應用在電動機車的傳 動領域上，主要將電動機車的輪轂馬達（12)連接本發明之變 速傳動機構（2〇) ’經由變速傳動機構（2G)而使輪轂馬達⑽ 之動力可驅動電動機車的輪胎，以降低動力傳輸上所造成的 損耗，並可藉由轉速運算單元（21)的感測監控下，使其可隨 著轉原/ft爲範圍值來自動調變為低速檔位或是高速檔位。當 ⑩輸出軸（11)上的輪月台處於低轉速時則以低速檔位來行驶；反 之’备輸出轴（11)上的輪胎處於高轉速時則以高速槽位來行 驶從而改善電動機車之轉速不足的缺失，藉以提升電動機 車之輪轂馬達（12)整體的傳動轉速效率者。 貳·本發明基本技術特徵 &請參看第-至四圖所*，為達成上述功效，本發明之輪 叙馬達（12)經動力轴（κι)、主動輪（12())、惰輪(221)、從動 籲齒輪(220)再到本發明之變速傳動機構⑽，並由變速傳動機 構（20)上的-輪出树⑴輸出至同軸固定在該輸出轴⑴）上 的翻台（輪胎圖中未明示）。由於輪較馬達⑽之固定軸⑽) 係固定在車架上，因此’當主動輪⑽）傳遞動力時，便可驅 使輪胎連純^本發明之變速傳動機構⑽，其基本技術 特徵係包LX制聽馬達⑽之輸出軸⑻轉速以產 生一控制錢的轉賴算單元⑵）、—可受控觀號的觸發 而往復位移的位移鶴手段⑽）、—離合器（24)、一可轉動 1378058 的設在輪轂（10)内的從動軸（23)、一第一變速齒輪（25)、一 外徑大於第一變速齒輪（25)的第二變速齒輪（26)、一受位移 驅動手段（30)帶動而可驅動二離合盤（240)(241)接合或是分 離的離合撥桿（27)以及一變速撥桿（28)。上述離合器（24)則 包括二組可相互分離或接合之離合盤（24〇)(241)，其一離合 盤（240)與從動齒輪（220)同軸連接固定，另一離合盤（241) 固定於一移動轴（230)的一端，該移動軸（230)的另一端與從 φ 動轴（23)一端套接而呈可同步轉動及相對伸縮之狀態’當二 離合盤（240)(241)接合時，輪轂馬達（12)之動力可經動力轴 (121)、惰輪（221)、從動齒輪（220)及二離合盤（240)(241) 而帶動從動軸（23)旋轉。從動轴（23)另一端與一定位轴（231) 套接而呈可相對轉動及伸縮之狀態。再者，離合撥桿（27)及 變速撥桿（28)可配合受到位移驅動手段（3〇)之帶動，而驅動 第一變速齒輪(25)與第一齒環（110)周面之第一凸齒（111)嚙 φ合而形成連動，並使二離合盤（240)(241)分離後再接合，使 輸出轴（11)以較低轉速傳動；反之，當控制訊號產生時，離 合撥桿（27)及變速撥桿（28)再配合受到位移驅動手段（3〇)之 ▼動，而驅動第二變速齒輪（26)與該第二齒環（丨丨2)之該第一 凸齒（113)嚙合而形成連動，及二離合盤（24〇)(241)分離後再 接合，俾使輸出軸（11)以較高轉速傳動。其中，第一齒環（11〇) 的外徑大於第二齒環（112)之外徑，恰可分別與相對應的第一 變速齒輪（25)及第二變速齒輪（26)嚙合。 9 1378058 參·本發明之具體實施例 3.1轉速運算單元 凊參看第―、人圖所示，本發明轉速運算單元（21)主要 係用以偵測及監控供輪胎同軸固定的輸出軸（11)之轉速，當 轉速超過―預設基準值時則產生一控制訊號。其中，上述; 设基準值之較為具體且較佳的設定值為35麵，兼顧電動機 車之變速控概安全性。騎，"軸（⑴（同輪胎）之轉速 籲在3·ΡΜ以下維持為第一速（即低速），而在35〇_以上則 維持為第二速（即高速）。 請參看第-、人圖所示，本發明於—難為具體的實施 例中，轉速運算單元⑻包含—轉速計⑽）及—控制器 (211)，轉速計（21〇)用來偵測供輪胎同軸固定的輸出軸 之轉速而可產生-感測訊號’而控彻（211)_來接收並處 理運算感測訊號以產生與轉速相應匹配的轉速訊號，當轉速 φ訊號超過一預設基準值時則產生一控制訊號。 3. 2位移驅動手段 5月參看弟一至二圖所示，本發明位移驅動手段（別）主要 可受控制§凡號的觸發而可往復的左、右位移，藉以驅動一離 合撥桿（27)及一變速撥桿（28)可以沿著從動軸（23)位移，據 此得以控制第一齒環（11〇)之第一凸齒（111)與第一變速齒輪 (25)或是控制第二齒環（112)之第二凸齒（113)與第二變速齒 輪（26)連動响合。 1378058 請參看第-至三圖所示，本發明位移驅動手段⑽的一 種具體實施例中’則包括-彈性元件⑶）、—動力源（32)及 一可受動力源（32)帶動而旋轉的凸輪軸（33)。其彈性元件（31) 介置於離合盤（241)與第二變迷#輪⑽之間，以提供一可被 壓縮的回復力。再者，動力源（32)的—種具體實施例可以是 馬達或是電磁閥’用以驅動凸輪轴⑽旋轉。請參看第四至 七圖所示 並於凸輪軸（33)之周面環設有一弟一槽：
第二槽道（35);其第-槽道(34)供離合撥桿（27)之一凸部 (270)般人’其離合撥桿⑵）-端與離合盤（241)呈可相對轉 動地連接’當凸輪軸⑽旋轉時，藉由第—槽道（34)導引凸 部⑽）’㈣轉合轉（2?)沿著—與該凸純（33)之轴向 同向的一直線方向移動；其第二槽道（35)供變速撥桿（28)之 -凸部⑽）嵌人，錢速轉（28)—端與從動軸（23)呈可相 對轉動地祕胃凸輪軸（33)旋轉時，藉由第二槽道⑶）導
引凸P(28G)❿帶動變速撥桿⑽沿著—與該凸輪轴⑶） 之轴向同向的一直線方向移動。 為使離合撥捏f 97、/η #(27)得以控制離合器（24)之二離合盤 (240)(241)分離或接合 π^± /ΟΟΝ 恢Q的目的，本發明第一槽道（34)係沿著 凸輪軸（33)外周面彎曲 五死伸包括有—第三死點（動、一第 C341Vv^,帛四賴（342)，其第三死點（34G)及第五死 為不呈位於6輪轴（33)上且沿著該凸輪軸（33)的轴向 為不具有間隔距離，* 亚由凸輪軸（33)橫斷面視角觀察而具一 1378058 百八十度圓心夾角’其第四死點（3 4 2 )位於凸輪轴（3 3 )上且沿 著該凸輪軸（33)的軸向分別與第三死點（34〇)及第五死點 • (341)具有間隔距離’並由凸輪軸（33)橫斷面視角觀察而與第 三死點（340)及第五死點（341)分別具九十度圓心夾角；再 者，本發明一種較佳具體實施例，其第一槽道（34)可為循環 封閉而具有-第三死點（34〇)、一第五死點（341)、_第四死 點（342)及一第六死點（343)，其以第三死點（340)及第五死點 _ (341)為基準而分成對制二半段，使二半段可重覆循環地驅 動離合撥桿（27)，亦即凸輪軸（33)可做三百六十度連續循環 轉動，而可驅動離合撥桿（27)於第三死點（340)及第五死點 (341)之間往復移動。 再者，為使變速撥桿（28)控制得以控制第一齒環（11〇) 之第一凸齒（111)與第一變速齒輪（25)或是控制第二齒環 (112)之第二凸齒（1丨3)與第二變速齒輪（2幻嚙合而形成連 •動’以達到變速功效。本發明第二槽道（35)係沿著凸輪軸（33) 外周面彎曲延伸而具有一第一死點（35〇)及一第二死點 (351)，其第一死點（350)與第二死點（351)分別位於凸輪軸 , (33)上且沿著該凸輪軸（33)的軸向而具有間隔距離，並由凸 • 輪軸（33)橫斷面視角觀察而具一百八十度圓心夾角；再者’ 本發明一種較佳具體實施例，其第二槽道（35)可為循環封 閉，其以第一死點（350)與第二死點（351)為基準而分成對稱 的二半段，使二半段可重覆循環地驅動變速撥桿（28)，亦即 12. 1378058 凸輪軸（33)可做三百六十度連續循環轉動，而可驅動變速撥 桿（28)於第一死點（350)及第二死點（351)之間往復移動。 參.本發明具體實施例的運作 清參看第一、五圖及第八圖所示，當轉速計（21〇)測得輸 出軸（11)的傳動轉速低於350RPM時，此時轉速運算單元（21) 之控制器（211)則不作動，以讓離合撥桿（27)被定位於凸輪軸 (33)之第一槽道（34)中之第三死點（34〇)的位置，另變速撥桿 • (28)則位於第二槽道（奶）中之第一死點（350)的位置，且二離 合盤（240)(241)相互接合，同時第一變速齒輪（25)與第一齒 環（110)之第一凸齒（111)嚙合形成連動’此時為低速輸出， 故可控制輪轂馬達⑽傳動至輸出軸⑴）及輪胎的轉速位於 較低的樓位。 請參看第二、六圖所示，#轉速計⑵G)之轉速訊號高 於350RPM ’轉速運算單元⑵）之控制器⑵d則產生一控制 #訊號至位移驅動手段⑽中，由於位移驅動手段（3〇)之㈣ 源（32)因為受到控制訊號的觸發而驅動凸輪軸（33)轉動，藉 由第-槽道（34)及第二槽道（35)導引，分別帶動離合撥桿⑽ 及-變速撥桿⑽往右橫向位移1動力源⑽驅動凸輪轴 (33)由原來低魏時之狀態峨轉至⑽麟，離合撥桿⑼ 則A著第-槽道（34)移動而位於第四死點⑽），使移動桿 ⑽）相對從動轴（23)及定位轴⑽）移動，而使二離合盤 (240)(241)分離，而變速撥桿⑽則沿著第二槽道⑽移動 13 1378058 而位於第一死點（350)及第二死點（351)的中間位置，同時連 動從動輪（23)、第一變速齒輪（25)及第二變速齒輪（26)相對 定位軸（231)、第一齒環（110)及第二齒輪（112)移動。 請參看第三、七圖所示’當動力源（32)繼續驅動凸輪軸 (33)旋轉至180度時，離合撥桿（27)則沿著第一槽道（34)移 動而位於第三死點（341)之位置，藉由彈性元件（31)的彈力頂 推而使移動軸（230)相對從動軸（23)移動，而使二離合盤 • (240)(241)再度接合；而變速撥桿（28)則沿著第二槽道（35) 移動而位於第二死點（351)的位置，使第二變速齒輪（25)與第 一齒環（112)之第二凸齒（113)嚙合連動，此時為高速輸出， 故可控制輪轂馬達（12)傳動至輸出軸（u)的轉速位於較高的 槽位。 依照以上的動作原理，若驅動使凸輪軸（33)反向旋轉 180度或繼續旋轉36〇度，便可配合控制離合撥桿（π)及變 鲁速撥桿⑽）移動’而帶動使第一變速齒輪（25)再度與第一環 齒⑴〇)之第-凸齒（111)喷合，而回復到低轉速輸出狀態。 肆.結論 馬 、藉由上述的機構設置，本發明確實可以改善傳統輪轂 達轉速不足的缺失，而可藉由制及監控触馬達的轉速狀 自動調變輪轂馬達之傳轉速’使触馬達具備低速及 =、檀位之間的變速功能，進而使得高扭力低轉速的輪數馬 可、八備问轉逮特性，不僅可以直接傳動車輪以將動力傳 14 檣貝耗減至最低程度，並可提升馬達的傳動效率以及電動 皁的行料度，叫足㈣者對於速度追求上的高度渴望。 怂^上所述，僅為本發明之一可行實施例並非用以限定. ☆么月之專她圍，凡舉依據下列申請專利範圍所述之内 ★特徵以及其精神而為之其他變化料效實施皆應包含 :本發明之專__ ^本發明之方法及其機構除上述優 夕卜並深具蓋業之_性’可有效改善習用所產生之缺失， 而且所具體界定於申請專利範圍之特徵，未見於同類物品， ,而具實祕與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文 k出申吻，謹睛鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法 之權益。 【圖式簡單說明】 第一圖係本發明凸輪轴位於起點之示意圖。 第二圖係本發明凸輪軸轉動90度之作動示意圖。 第二圖係本發明凸輪軸轉動180度之作動示意圖。 第四圖本發明&輪轴位於起點或終點之俯視示意圖。 第五圖係本發明凸輪軸轉動9〇度之俯視示意圖。 第六圖係本發明凸輪軸轉動18〇度之俯視動示意圖。 第七圖係本發明馬達變速控制流程示意圖。 【主要元件符號說明】 (10)輪轂 （11)輸出軸 （110)第一齒環 (111)第一凸齒 （112)第二齒環 （113)第二凸齒 15 1378058
(12)輪穀馬達 (122)固定軸 (210)轉速計 (220)從動齒輪 (230)移動軸 (240)(241)離合器盤 (27)離合撥桿 (30)位移驅動手段 (33)凸輪軸 (341)第五死點 (35)第二槽道 (120)主動輪 (20)變速傳動機構 (211)控制器 (221)惰輪 (231)定位軸 (25)第一變連齒輪 (270)(280)導弓丨凸部 (31)彈性元件 (34)第一槽道 (342)第四死點 (350)第一死點 (121)動力軸 (21) 轉速運算單元 (22) 轉軸 (23) 從動軸 (24) 離合器 (26)第二變速齒輪 (28)變速撥桿 (32)動力源 (340)第三死點 (343)第六死點 (351)第二死點