TWI568626B - 電動自行車動力模組 - Google Patents

Description

電動自行車動力模組

本發明係關於電動自行車的技術領域，特別是一種利用一高轉速與一低扭力電機配合一減速器而輸出一低轉速與一高扭力的一動力源，以及利用一驅動單元決定以該動力源或一人力動力源作為輸出動力源的電動自行車動力模組。

傳統中，一電動自行車(下稱車體)採用一前輪輪鼓式馬達或一後輪輪鼓式馬達；但該等馬達的配置存在許多缺失，其一，該車體的重心集中在該車體的前部或者該車體的後部，該重心的位置將會降低該車體的平衡度，進而影響騎乘穩定性；其二，由於該前輪輪鼓式馬達設置在一前輪，以及該後輪輪鼓式馬達設置於一後輪，如此的配置將在該前輪或該後輪維修的過程中，增加維修的困難度；以及，其三，由於該前輪輪鼓式馬達直接地輸出於一前輪或該後輪輪鼓式馬達直接地輸出於一後輪。因此，該前輪輪鼓式馬達或該後輪輪鼓式馬達無法配合一自行車變速齒輪提供變速的功能。

為解決上述的缺失，先前技術將該馬達移動至該車體的中間部，使得該重心可以自該車體前部或該車體後部轉移至該車體中間部，該馬達一般可稱為中置電機。該中置電機必須具有一低轉速與一高扭力的輸出，以滿足車體的騎乘需求。因此，該中置電機為了獲得該低轉速與該高扭力的動力源輸出， 該中置電機需要另外加裝具有一低減速比的一行星減速器，以達成該低轉速與該高扭力的一動力源輸出。

然而，受限於該行星減速器的減速比較低，而無法大幅降低該中置電機的轉速及大幅提升該中置電機的扭力。因此，若要能夠達到該低轉速與該高扭力的該動力源輸出，則需要採用一中低轉速及一中高扭力的電機，才能滿足騎乘所需該低轉速與該高扭力的輸出需求。但是，該中低轉速及中高扭力的電機相較於一高轉速與一低扭力的電機，其存在有體積大、重量重與成本高等缺失。

有鑑於此，本發明提出一種電動自行車動力模組，以解決習知技術的缺失。

本發明之第一目的提供一種電動自行車動力模組，藉由具有一高減速比的一減速器，該減速器可將一高轉速與一低扭力的一電機轉換成一低轉速與一高扭力的一電機動力源，讓該電動自行車動力模組具有低轉速、高扭力、體積小、重量輕與成本低等優勢。

本發明之第二目的根據上述電動自行車動力模組，可製做一體積小與高扭力的一中置電機，該中置電機除可以讓一電動自行車的車體重心穩定之外，也方便維修該電動自行車的一前輪或一後輪，以及配合一自行車變速齒輪達到變速等目的。

本發明之第三目的根據上述電動自行車動力模組，藉由一偏心軸、一軸承、一圓形外齒齒輪、一環狀內齒齒輪與一限位盤組成一減速器，而 藉由調整該圓形外齒齒輪的輪齒數量與該環狀內齒齒輪的輪齒數量，讓該減速器具有該高減速比。

本發明之第四目的根據上述電動自行車動力模組，藉由複數環狀體與一共用法蘭盤形成複數單向軸承，該等單向軸承可接收來自於該減速器輸出的該電機動力源以及來自於人力的一人力動力源。

為達到上述的目的與其它目的，本發明提供一種電動自行車動力模組包含一第一動力單元、一減速單元、一第二動力單元與一驅動單元。該第一動力單元具有一第一轉速以及一第一扭力。基於該第一轉速與該第一扭力的乘積，該第一動力單元輸出一第一馬力。該減速單元耦接該第一動力單元。該減速單元將該第一轉速降低至一第二轉速，讓該第一扭力提升成一第二扭力。基於該第二轉速與該第二扭力的乘積，該減速單元輸出一第二馬力。該第二動力單元輸出一第三轉速以及一第三扭力的一第三馬力。該驅動單元耦接該減速單元與該第二動力單元，以輸出該第二馬力或該第三馬力。

與習知技術相較，本發明的一電動自行車動力模組，可藉由一高減速比的一減速單元，將一高轉速與一低扭力電機(價格低與體積小的優勢)，轉換成具有一低轉速與一高扭力的輸出動力源。該體積小的優勢，將有助於設置在一電動自行車的中間部，以同時地解決習知技術的缺失。

此外，該電動自行車動力模組可以接收複數動力源(例如一電機動力源與一人力動力源)，尤其是該模組可不借助任何的切換器，而能夠選擇該等動力源之其中一者以驅動該電動自行車。

10‧‧‧電動自行車動力模組

12‧‧‧第一動力單元

14‧‧‧減速單元

142‧‧‧偏心軸

144‧‧‧軸承

146‧‧‧圓形外齒齒輪

1462‧‧‧第一輪齒

1464‧‧‧限位柱

148‧‧‧環狀內齒齒輪

1482‧‧‧第二輪齒

1410‧‧‧限位盤

14102‧‧‧圓孔

16‧‧‧第二動力單元

18‧‧‧驅動單元

182‧‧‧第一環狀體

184‧‧‧第二環狀體

186‧‧‧共用法蘭盤

HP₁‧‧‧第一馬力

HP₂‧‧‧第二馬力

HP₃‧‧‧第三馬力

HPS‧‧‧人力動力源

第1圖係本發明實施例之電動自行車動力模組的爆炸示意圖。

第2圖係說明第1圖中一實施例中減速單元的詳細示意圖。

第3圖係說明第1圖中一實施例中驅動單元的詳細示意圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：請參考第1圖，係本發明實施例之電動自行車動力模組的爆炸示意圖。在第1圖中，該電動自行車動力模組10包含一第一動力單元12、一減速單元14、一第二動力單元16與一驅動單元18。

該第一動力單元12具有一第一轉速以及一第一扭力，例如該第一動力單元12為一電機(即馬達)。於本實施例中，該電機以一高轉速與一低扭力輸出為例說明。該第一動力單元12輸出一第一馬力HP₁(horsepower)。馬力的定義為該第一轉速與該第一扭力的乘積。

該減速單元14耦接該第一動力單元12，以接收來自於該第一動力單元12所輸出的該第一馬力HP₁。該減速單元14的功能係將該第一轉速降低至一第二轉速，以及讓該第一扭力提升至一第二扭力。該減速單元14輸出一第二馬力HP₂。值得注意的是，該第二扭力大於該第一扭力。於本實施例中，該減速單元14的組成可以參考第2圖的詳細結構圖。

在第2圖中，該減速單元14包含一偏心軸142、一軸承144、一圓形外齒齒輪146、一環狀內齒齒輪148與一限位盤1410。該偏心軸142與該軸承144 組裝後，一同貫穿該圓形外齒齒輪146。該圓形外齒齒輪146結合該限位盤1410。該圓形外齒齒輪146局部地齧合該環狀內齒齒輪148。

該偏心軸142的中心孔軸與該減速單元14的中心同軸，其中該偏心軸142的管壁厚度不均。

該圓形外齒齒輪146在外緣具有複數第一輪齒1462，該等第一輪齒1462的數量為一第一齒數T1。該圓形外齒齒輪146局部地齧合該環狀內齒齒輪148。該圓形外齒齒輪146設置有複數限位柱1464，供與該限位盤1410結合。

該環狀內齒齒輪148在內緣具有複數第二輪齒1482。該等第二輪齒1482的數量為一第二齒數T2。

該限位盤1410包含有複數圓孔14102。該等圓孔14102的直徑大於該等限位柱1464的直徑。

該減速單元14的動作原理：當該偏心軸142轉動時，該偏心軸142經由該軸承144推動該圓形外齒齒輪146。由於該偏心軸142的管壁厚度不均勻，因此該圓形外齒齒輪146作動時，該圓形外齒齒輪146的軸心並非固定的。再者，該圓形外齒齒輪146本身不會隨著該偏心軸142旋轉(即該圓形外齒齒輪146不以自己的軸心作旋轉動作)。該圓形外齒齒輪146僅是藉由該等限位柱1464而被限制在該等圓孔14102作微小的移動。在移動的過程中，該圓形外齒齒輪146部份的該等第一輪齒1462會不斷地齧合該環狀內齒齒輪148之部份的該等第二輪齒1482。由於該等第一輪齒1462與該等第二輪齒1482之間齒數數目不相同，因此造成該環狀內齒齒輪148緩慢地旋轉。

該減速單元14之一減速比RR(reduction ratio)的定義為該第二齒數T2與一齒數差D的比值。該齒數差D為該第一齒數T1與該第二齒數T2之間的齒差。因此，該減速比RR的數學運算式如下所示： RR=T2/D

值得注意的是，本發明的該減速單元14之該減速比RR遠大於傳統一行星減速器的減速比。

該第二動力單元16輸出一第三轉速以及一第三扭力的一第三馬力HP3。於本實施例中，該第二動力單元16係以一踏板驅動器為例說明，一使用者可藉由該踏板驅動器輸出一人力動力源HPS(human power source)。

該驅動單元18耦接該減速單元14與該第二動力單元16，以輸出該第二馬力HP₂或該第三馬力HP₃。一併參考第3圖所示，第3圖係說明第1圖中該驅動單元的詳細結構圖。該驅動單元18具有一第一環狀體182、一第二環狀體184與一共用法蘭盤186。

該第一環狀體182與該第二環狀體184分別地耦合該共用法蘭盤186。該第一環狀體182與該共用法蘭盤186結合成一第一單向軸承，以及該第二環狀體184與該共用法蘭盤186結合成一第二單向軸承。該第一單向軸承輸出該第二馬力HP₂或該第二單向軸承輸出該第三馬力HP₃。值得注意的是，該第一環狀體182以該第二轉速轉動，以及該第二環狀體184以該第三轉速轉動。該共用法蘭盤186根據該第二轉速與該第三轉速之中大者，耦合該第一環狀體182或耦合該第二環狀體184，即該轉速大者的該第一環狀體182或該第二環狀體184，將可以牽動該共用法蘭盤186輸出該第二馬力HP₂或該第三馬力HP₃。

舉例而言，一第一動力單元12輸出轉速3000每分鐘轉速(Revolution Per Minute，rpm)以及扭力1牛頓米(Newton-meter)的一電機動力源，以及該減速單元14的該減速比RR為30。當該第一動力單元12連接該減速單元14之後，該減速單元14輸出一轉速100rpm以及扭力30牛頓米的一動力源。相較於該第一動力 單元12原有的該電機動力源輸出，該電機動力源的轉速由3000rpm(高轉速)降至100rpm(低轉速)，以及該扭力由1Nm(低扭力)提升至30Nm(高扭力)。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧電動自行車動力模組

12‧‧‧第一動力單元

14‧‧‧減速單元

16‧‧‧第二動力單元

18‧‧‧驅動單元

HP₁‧‧‧第一馬力

HP₂‧‧‧第二馬力

HP₃‧‧‧第三馬力

HPS‧‧‧人力動力源

Claims (3)

1. 一種電動自行車動力模組，係包含：一第一動力單元，係具有一第一轉速以及一第一扭力，基於該第一轉速與該第一扭力的乘積，該第一動力單元輸出一第一馬力；一減速單元，係耦接該第一動力單元，該減速單元將該第一轉速降低至一第二轉速，以及將該第一扭力提升至一第二扭力，基於該第二轉速與該第二扭力的乘積，該減速單元輸出一第二馬力；一第二動力單元，係輸出一第三轉速以及一第三扭力的一第三馬力；以及一驅動單元，係耦接該減速單元與該第二動力單元，該驅動單元輸出該第二馬力或該第三馬力，其中該驅動單元包含一第一環狀體、一第二環狀體以及一共用法蘭盤，該第一環狀體與該第二環狀體分別地耦合該共用法蘭盤以形成一第一單向軸承與一第二單向軸承，該第一環狀體連接該減速單元，以及該第二環狀體連接該第二動力單元，該第一環狀體以該第二轉速轉動，以及該第二環狀體以該第三轉速轉動，根據該第二轉速與該第三轉速之中轉速大者，讓該共用法蘭盤受到該第一環狀體或該第二環狀體的牽引，以在該共同法蘭盤輸出該第二馬力或該第三馬力。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電動自行車動力模組，其中該減速單元包含一偏心軸、一軸承、一圓形外齒齒輪、一環狀內齒齒輪與一限位盤，該偏心軸與該軸承組裝之後，一同貫穿該圓形外齒齒輪，該圓形外齒齒輪結合該限位盤，以及該圓形外齒齒輪局部地齧合該環狀內齒齒輪。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電動自行車動力模組，其中該圓形外齒齒輪具有一第一齒數，以及該環狀內齒齒輪具有一第二齒數，該第一齒數與該第二齒數之間具有一齒數差，該第二齒數與該齒數差的比值為一減速比。