TWI568634B - 電動腳踏車的後踏聯動器及將一電動腳踏車的出力手段與馬達受控制地耦合的方法 - Google Patents

Description

電動腳踏車的後踏聯動器及將一電動腳踏車的出力手段與馬達受控制地耦合的方法

本發明關於電動腳踏車的後踩聯動器，以及將一電動腳踏車的出力手段和馬達受控制地耦合的方法。

本發明關於電動腳踏車領域，其中在此領域，習知技術有將具有踏板驅動器的腳踏車設以一附加的電驅動器。對於電驅動器有不同的設置構想，其中在中馬達(Mittelmotor，英：middle motor)電動腳踏車的場合，電驅動器的馬達直接設在踩踏軸承上方。依先前技術，這種中馬達電動腳踏車全都設有鏈條換檔手段，因為後踩剎車(正如轂換檔手段所設者)依業界既成的意思，並不能與一中馬達組合，後踩剎車與中馬達驅動器互相不能組合的原因在於：馬達直接與出力手段連接，因此當後踩剎車動作時，馬達立刻被阻擋住，即使它仍在運動亦然。這種阻擋作用對馬達驅動器會造成永久性損壞。

DE 44 31 804 A1關於一種具後踩剎車的腳踏車，它設有一附加的馬達。後踩動作利用鏈條張力檢出，且對應地轉換驅動模式，但馬達係直接位在後輪上。

這種動作時間點用電子方式檢出，由於資料處理及感測器之故，故會有延遲，其中利用電子方式檢出及對應的馬達控制，不能防止由於馬達軸一下子阻擋住而使馬達受損。

然而中馬達電動腳踏車有一些優點，包括重心低，因此本發明的目的在指示一種結構，利用它可使中馬達電動腳踏車能設以後踩剎車。

這種目的係利用申請專利範圍獨立項的方法與裝置達成。

本發明的構想，係在中馬達腳踏車的場合，在後踩剎車動作時，藉著機械性解耦(亦即隔開)保護馬達驅動器，其中用一可機械方式控制的離合器作解耦，它係被一螺紋驅動器用機械方式控制。本發明的螺紋驅動器與踩踏曲柄及出力手段連接，且當踩踏曲柄逆著一般之驅動方向動作時(亦即踩踏曲柄的驅動方向反過來)，因此踩踏曲柄與出力手段之間的力矩傳送係作相反的旋轉方向時，則產生一運動或一力量。利用這種運動或力量控制該離合器(耦合手段)，它依旋轉方向而定，將馬達與出力手段解耦。因為在後踩剎車的情形係將出力手段剎止，以防止馬達對抗後踩剎車工作，但踩踏曲柄則不受旋轉方向影響，經常與出力手段連接。在此，舉例而言，後輪小齒輪稱為出力手段，因為在空轉時，習知方式中，踩踏曲柄不跟隨後輪的運動。

螺紋驅動器的軸向運動係利用旋轉產生，且宜不佔體積地，只在小小角度範圍旋轉。此角度範圍小於踩踏曲柄的(角度)間隙，該間隙係一直到後踩剎車實際動作為止必須克服者，俾確保後踩剎車嵌合時，首先電馬達先解耦。螺 紋驅動器被一與出力手段連接的出側元件(例如一輪子、齒輪、或一軸)相對於踩踏曲柄耦轉動，或被另一與踩踏曲柄連接的元件轉動，其中這種轉動也可由踩踏曲柄開始，且軸向連桿可相對於出力元件轉動。螺桿驅動器用一導引件(例如一軸承)保持住成可轉動的方式，其中該導引件(或軸承)呈螺絲線形延伸、螺紋驅動器。因此螺紋驅動器，特別是其導引件將導引件的旋轉作用轉成一軸向移動，因此該導引件也可稱為轉換器或機械式旋轉/移動轉換器。這種導引件係習知技術，並非本發明要點，因此其細節不予贅述或作圖示詳述。

導引件的螺絲線形狀或「螺紋」的名稱，在本發明的範疇中，不一定要具有恆定的螺線高度(節距)(Ganghöhe，英：pitch或lead)，只要能轉動即可，因此依本發明，「螺絲線」一詞(也可與其他定義偏離地)表示一種地點曲線，它距一軸大致有恆定的距離，且沿旋轉軸隨著旋轉角度增加，高度也增加。在此，旋轉角度與高度之間的關係，不只是線性關係(對應於螺絲形狀之恆定螺線高度)，而且也可為一種一般單調上升的關係，且宜為一種片段式連續增加的關係，或特別是片段式或完全連續的單調上升關係，連續單調上升的關係可造成連續無驟變的導引。此螺旋線形狀或螺紋也是習知技術，故其細節不贅述或作圖示詳述。

利用此螺絲線形狀(或螺旋形狀，它包含恆定及不恆定的螺線高度)產生出力手段與踩踏曲柄之間的一相對轉動，利用螺絲線形狀造成軸向移動。「軸向」係指沿旋轉運動 的旋轉軸的方向。此軸向移動被用於藉著使離合器開離/閉合而使電馬達解耦/耦合。此偏移使一離合器的元件互相分開或相連結，其中這些元件與電馬達或出力手段連接，且該離合器可為一種可切換的形狀接合式離合器或可切換的摩擦接合離合器。

因此離合器將電馬達及出力手段之間(或電馬達及踩踏曲柄之間)的力矩連接中斷，且受到曲柄驅動器與出力手段之間的差別力矩(即相對力矩)的旋轉方向或曲柄驅動器的旋轉方向以機械方式控制。導引件可視為旋轉方向的動作器或感測器，且視為由旋轉產生移動的轉換單元。這種移動將離合器切換，因此該動作器驅動該可切換之離合器的切換作用或檔位。離合器以可切換的方式將電馬達與出力手段(或與踩踏曲柄)連接。

因此本發明利用電動腳踏車的後踩聯動器實施，其中該後踩聯動器包含：一馬達連接軸，其適合接到一電馬達；一踩踏曲柄連接軸，其適合接到一踩踏曲柄；以及一出力連接元件，其適合接到該電動腳踏車的後輪；此出力連接元件特別適合接到後輪的一齒輪，它經由一空轉機構與後輪連接。

本發明的後踩驅動器包含一螺紋驅動器，它圍住踩踏曲柄連接軸，其中螺紋驅動器在踩踏曲柄連接軸與出力連接元件之間作功能切換或設在其間。螺紋驅動器有一導引件，呈一螺絲線部段形式，具有恆定或可變的螺線高度。 螺紋驅動器設計成當踩踏連接軸與出力連接元件之間有反向之力矩時，由於導引件的螺絲線形狀造成不同的軸向位置。軸向位置係相對於螺紋驅動器或踩踏曲柄連接軸的旋轉軸設在不同的高度。不同的高度直接由旋轉角度(螺紋驅動器的導引件轉了此角度)及導引件的走勢(亦即螺線高度，它沿軸向延伸，相對於導引件的旋轉角度)造成。換言之，螺紋驅動器依一種螺桿聯動器方式工作，其進送作用造成不同的軸向位置。

此外該後踩聯動器另有一耦合元件，該耦合元件將該馬達連接軸以可切換的方式與出力連接元件連接，其中該耦合元件與螺紋驅動器連接成可將軸向力量傳送，且利用該軸向力量切換，且設計成當踩踏曲柄連接軸與出力連接元件之間有一負的力矩時〔該力矩係在踩踏曲柄軸沿著與踩踏驅動方向相反的方向旋轉時發生者〕就將該馬達連接軸與該出力連接元件分開。

此外該耦合元件設計成在正力矩時，將馬達連接軸與出力連接元件連接。為此，耦合元件的一部分支承成可軸向移動的方式，特別是與導引件連接且在導引件轉動時被它移動的部分。

本發明可利用既有的聯動器藉小小變更而造成，它保護電馬達不受損(這種損壞係在後踩剎車動作時可能發生者)，且係以可靠的方式，且只需很少的機械零件。

本發明一第一實施例提供一種後踩聯動器，其中該螺紋驅動器的導引件至少有一呈螺絲線部段形式的槽及一嵌 入該槽中的帶動器。如果帶動器沒有一些側面〔它們延伸過沿槽的主要長度(換言之，如果帶動器與槽之間的接觸為點狀而非線狀)〕則槽可呈一種螺絲線形，它不具恆定的螺線高度，其高度一般隨角度變大而增加。舉例而言，當帶動器具圓形橫截面時，即使螺絲高度不恆定，也不會夾死。一般，繞捲方向可正可負，其中繞捲方向決定移定的方向，且用耦合元件決定，俾用所想要的方式將開離及閉合的耦合狀態，將開離及閉合的耦合狀態與軸向位置相關聯。依第一實施例，出力連接元件為一放在踩踏軸承上的鏈齒輪，電動腳踏車的鏈條可嚙合到該鏈齒輪中。在踩踏曲柄連接軸上設有一與它連接的踩踏曲柄放置部，換言之，用形狀嵌合的方式固定在其上。

第一實施例的導引件設在二個對立的圓柱面上，第一圓柱面朝向踩踏曲柄，它在鏈齒輪的一圓柱形內側形成。第一圓柱面設成對鏈齒輪的一固定面沿軸向偏離，其中固定而與一出力軸的一端用形狀嵌合的方式嵌合。第二圓柱面(它沿徑向從踩踏曲柄離開)在踩踏曲柄放置部的一圓柱形外側上形成。此外，踩踏曲柄放置部有一圓柱形內面，踩踏曲柄放置部利用它與踩踏曲柄軸連接。踩踏曲柄放置部可與踩踏曲柄做成一體，且可為踩踏曲柄的(變粗)端，它倚在踩踏曲柄軸上。

第一實施例的耦合元件有一第一形狀嵌合元件裝置及一個和它互補的第二形狀嵌合元件裝置，二個形狀嵌合元件裝置可互相嵌合及互相鬆開，依二形狀嵌合元件裝置之 間的距離而定，該二元件至少一個支承成可軸向移動，俾藉移動改變二元件間的距離。第一形狀嵌合元件裝置設在鏈齒輪上或在一與它牢接的出力側輪元件上。第一形狀嵌合元件裝置支承成可軸向移動。第二形狀嵌合元件裝置設在一馬達側輪元件上，該輪元件與馬達連接軸牢接。第二形狀嵌合元件裝置不能對馬達側的輪元件沿軸向移動。馬達側的輪元件可為一聯動器齒輪(它經由馬達連接軸的一聯動器齒輪被馬達連接軸驅動)或可為電馬達的一轉子元件。

導引件的螺絲線形狀設計成當踩踏曲柄軸的旋轉方向反過來時，產生一段軸向行程，它是軸向之間的差，此值足夠使耦合元件鬆開及閉合。為了將導引件產生的軸向運動從導引件差送到該形狀嵌合元件裝置(它支承成可軸向移動的方式)，故在導引件的一部分(當由於旋轉方向反過來使導引件轉動時，該部分可軸向移動)和該支承成可軸向移動的方式的形狀嵌合元件裝置之間連接成可傳送軸向力量。第一實施例的離合器是一種可切換的形狀嵌合耦合手段，但也可用另類方式為一種可切換之摩換耦合手段(它藉軸向移動切換)。如此在形狀嵌合元件裝置的位置就採用摩擦接合元件裝置。

第一實施例可特別設計成使該導引件有數條槽，分佈在周圍；該槽各有一端及一對立端，該端利用一大致軸向延伸的側壁封閉，該對立端沿軸向開放。該導引件對每個槽各有一帶動器，可在槽中運動。該帶動器從踩踏曲柄放置部起沿徑向離開且延伸到槽進去；此外該後踩聯動器有 一「軸向限制止擋部」，它在一側將鏈齒輪的軸向運動作限制，該槽的開放端朝向此側開放。這些槽均勻分部設在鏈齒輪之圓柱形內側，且該後踩聯動器另包含一彈簧，它沿軸向壓到鏈齒輪一側，該槽的開放端位在此側。彈簧為圓形，且可包含一元件，它將彈簧的軸向彈簧力均勻分佈在周圍並分配到該支承成可軸向運動的鏈齒輪上。

在此第一實施例的一特別變更例，該後踩聯動器另外包含該踩踏曲柄，其中該踩踏曲柄與該踩踏曲柄放置部設計成一體且在踩踏曲柄軸的一端利用一種形狀嵌合的連接方式與踩踏曲柄軸連接。此外導引件的一部分可與鏈齒輪設計成一體，該鏈齒輪同時由於它係支承成可軸向移動的方式，故係耦合元件的一部分。

本發明一第二實施例關於一種本發明的後踩聯動器，其中該螺紋驅動器有一環元件，利用該導引件設在該踩踏曲柄連接軸上，該環元件至少有一徑向延伸的軸向帶動器，該軸向帶動器沿徑向從環元件延伸離開，該出力連接元件設計成出力空心軸形式，踩踏曲柄連接軸在該出力空心軸中呈共軸延伸；在該出力空心軸中設有一窗孔，它沿軸向及周圍受限制，該軸向帶動器延伸穿過該窗孔過去，其中該窗孔的尺寸比軸向帶動器的軸向延伸尺寸大了一段距離，此段距離等為軸向位置之間的一預定差值，其中該耦合元件有一耦合盤，該耦合盤以可軸向移動的方式支承在該出力空心軸上且與該出力空心軸連接成不能相對轉動的方式，且軸向帶動器嵌入該耦合盤中；此外該耦合元件 有一第一及一第二形狀嵌合元件裝置，第二形狀嵌合元件裝置與第一形狀嵌合元件裝置互補，其中第一形狀嵌合元件裝置設在耦合盤上或與耦合盤連接，第二形狀嵌合元件裝置設在一馬達側的輪元件上，該輪元件與馬達連接軸牢接，且其中該導引件的螺絲線形的螺線高度及窗孔的軸向尺寸設計成使得踩踏曲柄連接軸的旋轉方向反向時，產生一段軸向行程，呈軸向位置之間的差值形式，此軸向行程足夠使形狀嵌合元件裝置互相嵌合及互鬆開。此角度大小相當於二個外部阻擋位置之間的外阻擋位置，後踩聯動器具有止擋部，它們在二側沿軸向限制環元件，其中該止擋部由窗孔之沿軸向對立的兩側窗口兩側形成。這種軸向限制止擋部係習知技術，用於限制可移動部件的移動範圍，其細節不贅述。但也可採另類方式的限制手段，它限制環元件的旋轉角度或限制環元件的軸向旋轉角度或環元件的旋轉角度或環元件的軸向偏離(或軸向帶動器的軸向偏離)，由於導引件在任何時間，其兩側受限(不同於第一實施例的槽，它有一開放末端)，故環元件(亦即螺紋驅動器)不受到沿軸向的彈簧力。

第二實施例的一特別的變更例關於一種後踩踏聯動器，其中該環元件設計成短空心軸形式，其內側直接鄰界到踩踏曲柄連接軸，且有一槽，它是導引件的一部分，其形狀為螺絲線部段的形狀，該踩踏曲柄連接軸的點狀或螺絲線形之徑向隆起部嵌入該槽中，其中該隆起部與該槽可使它們互相作相對轉動，空心軸的外側設有軸向帶動器， 帶動器的軸向長度至少等於出力空心軸的厚度與軸向帶動器嵌入耦合盤中的嵌入深度的總和，其中耦合盤的兩軸向側限制該軸向帶動器，且該耦合盤在各軸向位置利用沿軸向延伸的棒與出力空心軸本身或與出力連接元件的一鏈齒輪連接成不能相對轉動而可軸向移動的方式；其中該棒在耦合盤的一側延伸，而該耦合盤之與該側對立的另一側上有第一形狀嵌合裝置元件，呈球形部段形的隆起部的形狀，且設有第二形狀嵌合元件裝置，呈與該隆起部互補的凹陷部，如果達到一軸向位置(此軸向位置係當踩踏曲柄連接軸逆著驅動方向轉動時發生者)則該隆起部與凹陷部互相呈形狀嵌合方式嵌合，且在一軸向位置(例如當踩踏曲柄連接沿驅動方向轉動時發生者)則該隆起部與凹陷部就互相分開，且該耦合元件開離。當螺紋聯動器或導引件反向轉動時，亦即踩踏曲柄反射動作或踩踏曲柄軸的旋轉方向相反時，則發生此軸向位置。

依第二實施例的另一特點，該出力空心軸的長度延伸範圍在窗孔的高度範圍中分成二個出力空心軸件，其中該二出力空心軸件的至少一端具有縱槽孔，沿周圍及軸向定出界限，它形成窗孔。如果兩端有一縱凹隙，則窗孔由該二端形成。窗孔宜由二個對立側形成(該對立側沿軸向延伸)及由二個對立側形成(於對立側沿切向延伸)。窗孔沿軸向有一恆定高度，俾使軸向帶動器能沿軸方向滑動。

此外本發明關於一種用於將一電動腳踏車的出力手段與馬達受控制的耦合的方法，其中當電動腳踏車的一踩踏 曲柄逆著驅動方向被動作時，則該馬達與出力手段呈機械式解耦，該方法包含以下步驟：設一螺紋驅動器與該出力手段及踩踏曲柄連接成可傳動力矩的方式，並將該螺紋驅動器施以一力矩，此力矩等於出力手段與踩踏曲柄之間的力矩差；當藉著將螺紋驅動器用一種螺絲線部段形導引件(其軸相當於該差別力矩的旋轉軸)作導引而使旋轉方向不同時，則將該差別力矩的旋轉方向變到不同的軸向位置；對著傳送該軸向位置而控制一耦合元件，該軸向位置係由該差別力矩的旋轉方向造成者，將該軸向位置從螺紋驅動器傳送到耦合元件，其中該耦合元件將出力手段與馬達以可控制的方式連接，且當差別力矩的旋轉方向相當於踩踏曲柄逆著驅動方向動作時的方向時，則耦合元件由於該軸向位置而將馬達與出力手段分離，此軸向位置係由螺紋驅動器產生並傳送到耦合元件者。

本發明的方法的一第一實施例利用第一實施例的上述後踩聯動器的作用方式說明。本發明的方法的第一實施例中：該差別力矩的旋轉方向利用該導引件改變，其中至少一帶動器嵌入一個至少一端封閉的槽中並在該槽中受導引；其中該踩踏曲柄的動作傳送到與它呈材料接合或形狀嵌合方式連接的踩踏曲柄放置部上；將該動作由踩踏曲柄放置部經由該導引件傳送到一個支承成可軸向移動的方式的鏈齒輪，該鏈齒輪與該出力手段連接，且由於該螺旋線部段形的至少一槽的導引〔各有一帶動器嵌入該槽中〕當曲柄沿驅動方向動作時，該鏈齒輪由於該螺絲線部段形的 槽而具有一種不同的軸向位置；此不同之軸向位置和另一軸向位置不同；該另一軸向位置係在曲柄逆著驅動方向動作時的軸向位置；且當軸向位置係為踩踏曲柄沿驅動方向動作被鏈齒輪佔住的軸向位置時，一個受馬達驅動的輪元件與鏈齒輪連接成可傳送力矩的方式；且當轉變到另一軸向位置時(此軸向位置係在踩踏曲柄反向動作時發生者)則將鏈齒輪從輪元件移離，因而使馬達與出力手段分離。(或者──如果踩踏曲柄再沿一般方向被驅動，則使馬達與出力手段連接)。

依本發明的方法的第二實施例利用依第二實施例之上述後踩聯動器的作用方式說明。此第二實施例中，利用該導引件將差別力矩的旋轉方向反轉，其方法係將一環元件〔它設在一個與該踩踏曲柄連接的踩踏曲柄連接軸上〕經由該螺絲線部段形的導引件與該踩踏曲柄連接軸連接，且如果具不同旋轉方向的力矩從踩踏曲柄傳送到該出力空心軸，則一個與出力手段連接的出力空心軸〔它圍住該環元件及該踩踏曲柄連接軸〕藉著施一切向力量到軸向帶動上而將該與環元件連接的軸向動器上而將環元件相對於踩踏曲柄連接軸轉動；其中由於該螺絲線部段形的導引件，該旋轉作用將環元件及軸向帶動器在不同的軸向位置之間沿軸向移動；且有一耦合盤將一受馬達驅動的輪元件以可控制的方式與出力手段連接，且它被軸向帶動器利用該軸向移動控制；且如果該軸向帶動器佔住一軸向位置〔此軸向位置係在踩踏曲柄逆著驅動方向動作時產生著〕則該耦合 壁將該受馬達驅動的輪元件與出力手段分離。因此旋轉方向被環元件轉換成一軸向運動，該軸向運動被軸向帶動器傳送到一離合器(到一耦合盤)。

最後，本發明利用一驅動串列轉換，它包含後踩聯動器、接在其後的踩踏曲柄及出力元件(或另一鏈輪片)、以及一電馬達(舉例而言，它利用一馬達聯動器與後踩聯動器連接)。

如不採純機械方式將軸向移動傳送到離合器，也可用電機械方式傳送，其中該離合器用電控制，且踩踏曲柄沿一方向的動作(此方向與驅動方向相反)用電機械方式檢出(例如利用本發明的螺紋驅動器)，且用電方式傳送到離合器以用電控制離合器。

雖然對於具有只有正螺線高度或只有負螺線高度的螺絲線宜用具有零螺線高度的部段中斷，但螺絲線形狀也可有任意之螺線高度走勢(只要該二個軸向位置設有不同的高度)。導引件或螺線高度的走勢呈連續，使導引件轉動不會造成導引件側傾(Verkantung)的情事。

本發明的實施例在圖式中顯示並在以下說明中詳細敘述。

圖1中顯示本發明後踩踏聯動器的一示意方塊圖，它顯示本發明的後踩聯動器及本發明的方法的相同之主要元件。圖1中顯示一踩踏曲柄連接軸(10)，它被一踩踏曲柄(圖 未示)沿箭頭(12)驅動。在此，箭頭(12)顯示功率(動力)流的方向。此外設有一出力連接軸(20)，它沿箭頭(22)〔表示動力流方向〕提供動力給出力手段(例如圖未示之後輪小齒輪)。

在出力連接軸(20)與踩踏連接軸(10)之間顯示一旋轉/移動，呈一螺紋驅動器(30)形式，它將出力連接軸(20)與踩踏曲柄連接軸(10)間力矩傳送的方向檢出，並各依方向而定設不同的軸向位置。因此，出力連接軸(20)與踩踏曲柄連接軸(10)之間的轉動被轉換成軸向移動。螺紋驅動器(30)只在出力連接軸(20)與踩踏曲柄連接軸(10)之間設一小小旋轉間隙，且其旋轉或移動利用兩側的限制手段限制。旋轉間隙典型值小於30°或小於15°，宜最大10°，且依螺紋驅動器(30)的限制手段及螺絲線方向而定。螺紋驅動器(30)將踩踏曲柄〔亦即踩踏曲柄軸(30)〕的力矩傳到出力手段〔亦即出力連接軸(20)〕，且宜係完全傳送或只部分傳送。螺桿驅動器可接到出力手段、出力連接軸(20)、踩踏曲柄驅動器、及踩踏曲柄連接軸(10)的任何位置。

螺紋驅動器(30)的傾斜位置對應於導引件的走勢(它由螺絲線形狀決定)。利用此傾斜位置，當螺紋驅動器(30)轉動時，產生軸向位移，它控制一耦合件(離合器)(40)。耦合件(40)的一(機械式)控制輸入端利用一連接手段(32)(用一箭頭表示)與一螺紋驅動手段(30)連接。

耦合件(40)將一電馬達(50)與出力手段(20)或(22)連接。耦合件(40)利用一連接手段(52)(用示意圖示)與馬達(80) 連接，連接手段可包含一聯動器。耦合件(40)另外經一聯動器(54a)(54b)與出力手段(22)〔與出力軸(20)〕連接，其中此聯動器(54a)(54b)同樣可利用任何其他能傳送力矩的連接方式設置。

螺紋驅動器(30)將力矩的旋轉方向轉換成一縱向移動，此力矩係由踩踏曲柄驅動器(12)〔此處為踩踏曲柄連接軸(10)〕傳送到出力手段〔此處為出力連接軸(20)〕利用此縱向移動經由連接手段(32)控制離合器。依此控制而定，耦合件將馬達(50)與出力手段(22)〔亦即出力連接軸(20)〕連接，或將馬達與出力手段(22)隔開。

圖2中顯示本發明後踩聯動器的一實施例，它與上述第一實施例相當。一曲柄(112)有一踩踏曲柄放置部(Tretkurbelaufsatz)(114)，它有一圓柱形外側(16)，沿軸向和一鏈齒輪(120)錯開。在外側(116)上設有一帶動器(Mitnehmer)(130)，它沿徑向從外側(116)延伸離開，帶動器(130)橫截面呈圓形。

鏈齒輪(120)有一個對立的圓柱形內側，在其中設有斜斜延伸的槽(134)，帶動器(130)嵌入槽中。斜斜延伸的槽(134)具有部段狀螺絲線形的走勢，此走勢在內側(132)的圓柱形上朝向。槽(134)進入到內側(132)，槽一端封閉，另一個對立端沿軸向開放，俾能在聯動器安裝時，帶動器能放入槽中。

鏈齒輪(120)在內側(132)上另有一第一形狀嵌合元件裝置，對槽(134)沿軸向錯開。第一形狀嵌合元件裝置(140)包 含形狀嵌合元件，它們當作形狀嵌合耦合元件的作用。一馬達側的輪元件(150)具有一第二形狀嵌合元件裝置(142)，它設計和第一形狀嵌合元件裝置(140)呈互補。第一及第二形狀嵌合元件裝置(140)(142)形成一可控制的形狀嵌合離合器，控制主要利用鏈齒輪(120)的一可軸向移動的支承件(圖未示)及利用鏈齒輪(120)的斜斜延伸的槽(134)，其中鏈齒輪(120)相對於軸向固定之馬達側的輪元件(150)運動，利用槽(134)或利用一導引件的軸向移而控制，該導引件藉槽(132)及嵌入件(130)設置，一圓形之壓縮彈簧(170)〔它與旋轉軸(160)呈同心〕施一壓力到踩踏曲柄(114)及鏈齒輪(120)，以將可軸向移動的鏈齒輪(120)從踩踏曲柄放置部(114)壓離。

一踩踏曲柄軸(為了一目了然未圖示)沿旋轉軸(160)〔它構成踩踏曲柄軸的旋轉軸〕延伸。

如果踩踏曲柄(112)〔它以形狀嵌合的方式與踩踏曲柄軸(圖未示)嵌合〕逆著驅動方向動作，則嵌入件(130)沿槽(134)移動，其中利用槽(134)的傾斜位置使鏈齒輪向踩踏曲柄(112)移，特別是被馬達側的輪元件(150)拉動。如此，形狀嵌合元件裝置(140)及(142)互相分開，如此，馬達側的輪元件(150)與鏈齒輪(120)解耦。螺紋驅動器〔由槽(134)與嵌入件(130)形成〕與耦合件〔由形狀嵌合元件裝置(140)及(142)形成〕之間的連接用以下方式達成：槽(134)與形狀嵌合元件裝置(142)互相牢接，因為它們係在鏈齒輪(120)上過同形成。鏈齒輪(120)〔特別是其圓柱形內側(132)〕多少形成這種連接〔它在圖1中利用控制連接部(132)表示〕。

圖3中顯示本發明後踩踏聯動器的一實施例，它相當於上述第二實施例。圖3中所示的後踩聯動器有一(內)踩踏曲柄連接軸(260)，其縱軸相當於旋轉軸(為了一目了然不圖示)。踩踏曲柄連接軸(260)兩端有形狀嵌合式的連接元件(262a)(262b)，它們設計成用於固定踩踏曲柄(212a)(212b)。踩踏曲柄連接軸(160)形成一內軸。它被一外出力軸(222)(設計成空心軸形式)圍住。一鏈齒輪(220)經由一鏈齒輪榫(220’)(Kettenradspinne)固定在一鏈齒輪攜帶器(241)上，鏈齒輪攜帶器利用「旋轉軸承」(242a)(242b)固定在空心的出力軸(22)上。出力軸(222)分成二部分：一縱部段(222)及一縱部段(222”)，它們互相連接且同樣與該形狀嵌合的連接元件(262a)(262b)連接。縱部段(222’)及(222”)亦稱為出力空心軸件。

在踩踏曲柄連接軸(260)上設有螺紋驅動器，它有一環元件(230)及一導引元件(232)〔它沿徑向從踩踏曲柄連接軸(260)隆起〕。環元件(230)有一內側的螺絲線形槽，踩踏曲柄連接軸(260)之設計成與該槽互補的導引元件(232)嵌入該槽中。環元件(230)的槽與導引元件(232)構成一螺紋驅動器。當環元件(230)相對於踩踏曲柄連接軸(260)轉動時，由於該螺絲線形的導引件造成軸向偏移，環元件(230)有一軸向帶動器(234)，沿徑向延伸，它延伸穿過驅動軸(設計成空心軸形式)中一窗孔(224)過去。環元件的移動作用被軸向帶動器從環元件沿徑向朝外(亦即在出力空心軸外)傳送。在設窗孔(224)的位置該縱部段(222’)(222”)相碰且在周圍及沿 軸向受限制。窗孔由縱部段(222’)末端的凹隙形成。窗孔沿軸向比軸向帶動器(234)寬出一所要之行程長度，俾能依此行程將一旋轉變成移動。沿切向，該軸向帶動器被窗孔之軸向延伸的側面導引，大致上，其間沒有間隙或有小小間隙，該間隙相當於不多於10°或15°的旋轉。

徑向突出的軸向帶動器嵌入一耦合盤(240)中，耦合盤在兩側沿軸向限制軸向帶動器，耦合盤有棒(244)，分佈在周圍，它們首先沿軸向延伸穿過一周圍的環突(Wulst)(248)(它沿徑向延伸)中的貫通孔(246)過去。貫穿孔(246)的內橫截面大致相當於棒(244)的外橫截面，其中各棒在一貫通孔中導進，以將耦合件(240)經由棒與縱部段(222’)的環突(248)連接成可傳送力矩。此外，利用此導引件(它由棒及環突的貫通孔形成)造成一軸向滑動軸承，俾使耦合盤(240)可依移動而沿軸向朝出力空心軸(222)移動〔它係由環元件及其導引件提供〕。

此外，棒在鏈齒輪載體(241)的孔中延伸。該載體沿軸向對驅動空心軸(222)的旋轉軸呈徑向錯開。因此棒將驅動空心軸(222)〔亦即其環突(248)〕與鏈齒輪(220)連接。鏈齒輪載體(241)的孔有一深度，且棒有一徑向長度，它在出力空心軸(222)的環突(248)與鏈齒輪之間的機械式旋轉連接不受耦合件(240)的軸向移動〔以及棒(244)的軸向移動〕影響。

在耦合盤(240)的一側(它與棒對立)上，耦合盤有一第一形狀嵌合元件裝置(249)，呈球部段形的隆起部形式，它們由球形成，這些球進入耦合盤中。一馬達側的輪(252)〔它 與電馬達(圖未示)〕連接被一軸向軸承(254)及一徑向軸承(256)支承，且具有凹隙部，當作與第一形狀嵌合元件裝置互補的第二形狀嵌合元件裝置，隆起部(249)可嵌入其中。馬達側的輪(252)的一側〔它朝向耦合件(240)〕圖未示，因此朝向耦合件(240)開口的凹陷部也未圖示。第一形狀嵌合元件裝置(249)與第二形狀嵌合元件裝置形成一可切換的耦合件，其中耦合件的軸向偏移〔由於螺紋驅動器──由環元件(230)及其導引件形成──轉動引起者〕決定切換狀態。

一殼體(260)蓋住鏈齒輪攜帶器(241)、及其支承件、及大部分之出力空心軸(222)(它設有出力連接元件)、及環元件(230)、及耦合盤(240)、及馬達側輪(252)的至少一內側。

在第一實施例(圖2)中螺紋驅動器與耦合元件的一部分係經鏈齒輪用剛性方式互相連接，如此在後踩時，鏈齒輪軸向運動(少於3mm或2mm)以將耦合元件切換。而在第二實施例中，環元件及相關之軸向帶動器的附加元件(亦即耦合盤本身)可從鏈齒輪(亦即出力手段)沿軸向移開。如此，第二實施例中，當後踩時，一耦合元件軸向移動，而不須使鏈齒輪運動。利用棒，耦合件支承成可對鏈齒輪軸向移動，因此耦合件可藉軸向移動控制，但鏈齒輪(它代表出力手段)不須軸向移動。因此第二實施例不同於第一實施例。螺紋驅動器(以及耦合元件一部分)可在一邊以及鏈齒輪可在另一邊互相沿軸向移動。因此第一實施例的構造簡單，而第二實施例可避免鏈齒輪軸向移動，第二實施例可視為本發明實施之最佳方式。

(10)‧‧‧踩踏曲柄連接軸

(12)‧‧‧箭頭

(20)‧‧‧出力連接軸

(22)‧‧‧箭頭

(30)‧‧‧螺紋驅動器

(32)‧‧‧連接手段

(40)‧‧‧耦合件

(50)‧‧‧電馬達

(52)‧‧‧連接手段

(54a)‧‧‧聯動器

(54b)‧‧‧聯動器

(80)‧‧‧馬達

(112)‧‧‧曲柄

(114)‧‧‧踩踏曲柄放置部

(116)‧‧‧外側

(120)‧‧‧鏈齒輪

(130)‧‧‧帶動器

(132)‧‧‧內側

(134)‧‧‧槽

(140)‧‧‧第一形狀嵌合元件裝置

(142)‧‧‧第二形狀嵌合元件裝置

(150)‧‧‧輪元件

(160)‧‧‧旋轉軸

(170)‧‧‧壓縮彈簧

(212a)‧‧‧踩踏曲柄

(212b)‧‧‧踩踏曲柄

(220)‧‧‧鏈齒輪

(220’)‧‧‧鏈齒輪榫

(222)‧‧‧外出力軸(空心軸)

(222’)‧‧‧縱部段

(222”)‧‧‧縱部段

(224)‧‧‧窗孔

(230)‧‧‧環元件

(232)‧‧‧導引元件

(234)‧‧‧軸向帶動器

(240)‧‧‧耦合盤

(241)‧‧‧鏈齒輪攜帶器

(244)‧‧‧棒

(246)‧‧‧貫穿孔

(248)‧‧‧環突

(249)‧‧‧第一形狀嵌合裝置

(252)‧‧‧輪(馬達側輪)

(254)‧‧‧軸向軸承

(256)‧‧‧徑向軸承

(260)‧‧‧踩踏曲柄連接軸

(262a)‧‧‧連接元件

(262b)‧‧‧連接元件

圖1係說明本發明原理作用方式的示意方塊圖；圖2係本發明之後踩聯動器的一第一實施例；圖3係本發明之後踩聯動器的一第二實施例。

(10)‧‧‧踩踏曲柄連接軸

(12)‧‧‧箭頭

(20)‧‧‧出力連接軸

(22)‧‧‧箭頭

(30)‧‧‧螺紋驅動器

(32)‧‧‧連接手段

(40)‧‧‧耦合件

(50)‧‧‧電馬達

(52)‧‧‧連接手段

(54a)‧‧‧聯動器

(54b)‧‧‧聯動器

Claims (10)

1. 一種電動腳踏車的後踩聯動器，其中該後踩聯動器包含：一馬達連接軸(52)，其適合接到一電馬達；一踩踏曲柄連接軸(10)，其適合接到一踩踏曲柄；以及一出力連接元件(20)，其適合接到該電動腳踏車的後輪；其特徵在：該後踩聯動器更包含一螺紋驅動器(30)，接在該踩踏曲柄連接軸(10)與出力連接元件(20)之間，其中該螺紋驅動器(30)有一導引件，呈具有恆定或可變之螺線高度的螺絲直線部段的形式，且設計成在踩踏連接軸(10)與出力連接元件(20)之間由於螺絲線形狀而有反向的力矩時設有不同的軸向位置；其中該後踩聯動器另有一耦合元件(40)，該耦合元件將該馬達連接軸(52)以可切換的方式與出力連接元件(20)連接，其中該耦合元件(40)與螺紋驅動器連接成可將軸向力量傳送，且利用該軸向力量切換，且設計成當踩踏曲柄連接軸(10)與出力連接軸(20)之間有一負的力矩時〔該力矩係在踩踏曲柄軸沿著與踩踏驅動方向相反的方向旋轉時發生者〕就將該馬達連接軸(52)與該出力連接元件(20)分開。
2. 如申請專利範圍第1項之後踩聯動器，其中：該螺紋驅動器的導引件至少有一條槽(134)，呈一螺絲線部段形式，並有一嵌入該槽中的帶動器(130)，並設有一 鏈齒輪(120)的出力聯接元件，且在該踩踏曲柄連接軸上設有一踩踏曲柄放置部(114)與之連接；其中該導引件設在二個對立的圓柱面上；其中在鏈齒輪的一圓柱形內側(132)上形成該二圓柱面的一第一圓柱面，朝向該踩踏曲柄；在踩踏曲柄的圓柱形外側(116)上形成該二圓柱面的一第二圓柱面，其朝向係從踩踏曲柄(112)離開；其中該耦合元件有一第一(140)及一第二形狀嵌合元件裝置(142)，第二形狀嵌合元件裝置(142)與第一形狀嵌合元件裝置互補，二形狀嵌合元件裝置可互相嵌合及互相鬆開，其中第一形狀嵌合元件裝置(140)設在該鏈齒輪(120)上或在一個與之牢接的出力側的輪元件上；第二形狀嵌合元件裝置(142)設在一馬達側的輪元件(150)上，它與馬達連接軸連接；其中導引件的螺絲線形狀設計成使得在踩踏曲柄連接軸的旋轉方向反轉時，產生一軸向行程，呈該軸向位置之間的差的形式，這一段軸向行程足夠將耦合元件鬆開以及接合。
3. 如申請專利範圍第2項之後踩聯動器，其中：該導引件有數條槽(134)，分佈在周圍；該槽各有一端及一對立端，該端利用一大致軸向延伸的側壁封閉，該對立端沿軸向開放；該導引件此外對每個槽(134)各有一帶動器(130)，可在 槽中運動，該帶動器(130)從踩踏曲柄放置部起沿徑向離開且延伸到槽進去；此外該後踩聯動器有一「軸向限制止擋部」，它在一側限制鏈齒輪的軸向運動，該槽的開放端朝向此側開放，這些槽均勻分部設在鏈齒輪之圓柱形內側，且該後踩聯動器另包含一彈簧(170)，其沿軸向壓到鏈齒輪一側，該開放端位在此側。
4. 如申請專利範圍第2或第3項之後踩聯動器，其中：該後踩聯動器另外包含該踩踏曲柄(112)；其中該踩踏曲柄與該踩踏曲柄放置部設計成一體且在踩踏曲柄軸的一端利用一種形狀嵌合的連接方式與踩踏曲柄軸連接。
5. 如申請專利範圍第1項之後踩聯動器，其中：該螺紋驅動器有一環元件(230)，利用該導引件設在該踩踏曲柄連接軸上，該環元件(230)至少有一徑向延伸的軸向帶動器(234)，該軸向帶動器沿徑向從環元件(230)延伸離開，該出力連接元件設計成出力空心軸(222)形式，踩踏曲柄連接軸(260)在該出力空心軸中呈共軸延伸；在該出力空心軸(222)中設有一窗孔(224)，它沿軸向及周圍受限制，該軸向帶動器延伸穿過該窗孔過去；其中該窗孔的尺寸比軸向帶動器(234)的軸向延伸尺寸大了一段距離，此段距離等為軸向位置之間的一預定差值；其中該耦合元件有一耦合盤(240)，該耦合盤以可軸向移動的方式支承在該出力空心軸上且與該出力空心軸連接 成不能相對轉動的方式，且軸向帶動器(234)嵌入該耦合盤中；此外該耦合元件有一第一(247)及一第二形狀嵌合元件裝置，第二形狀嵌合元件裝置與第一形狀嵌合元件裝置互補，其中第一形狀嵌合元件裝置(249)設在耦合盤(240)上或與耦合盤連接，第二形狀嵌合元件裝置設在一馬達側的輪元件(252)上，該輪元件與馬達連接軸牢接；且其中該導引件的螺絲線形的螺線高度及窗孔(224)的軸向尺寸設計成使得踩踏曲柄連接軸的旋轉方向反向時，產生一段軸向行程，呈軸向位置之間的差值形式，此軸向行程足夠使形狀嵌合元件裝置互相嵌合及互鬆開。
6. 如申請專利範圍第5項之後踩聯動器，其中：該環元件(230)設計成短空心軸形式，其內側直接鄰界到踩踏曲柄連接軸，且有一槽，它是導引件的一部分，其形狀為螺絲線部段的形狀，該踩踏曲柄連接軸的點狀或螺絲線形之徑向隆起部(232)嵌入該槽中，其中該隆起部與該槽可使它們互相作相對轉動，空心軸的外側設有軸向帶動器(234)，該軸向帶動器的軸向長度至少等於出力空心軸(222)的厚度與軸向帶動器嵌入耦合盤(240)中的嵌入深度的總和，其中耦合盤的兩軸向側限制該軸向帶動器，且該耦合盤在各軸向位置利用沿軸向延伸的棒(244)與出力空心軸(248)本身或與出力連接元件的一鏈齒輪(220)(220’)(241)連接成不能相對轉動而可軸向移動的方式；其中該棒(244)在耦合盤的一側延伸，而該耦合盤之與該側對立的另一側上有第一形狀嵌合裝置元件，呈球形部 段形的隆起部(249)的形狀，且設有第二形狀嵌合元件裝置，呈與該隆起部互補的凹陷部，如果達到一軸向位置(此軸向位置係當踩踏曲柄連接軸逆著驅動方向轉動時發生者)則該隆起部與凹陷部互相呈形狀嵌合方式嵌合，且在一軸向位置(例如當踩踏曲柄連接沿驅動方向轉動時發生者)則該隆起部與凹陷部就互相分開。
7. 如申請專利範圍第5或第6項之後踩聯動器，其中：該出力空心軸的長度延伸範圍在窗孔的高度範圍中分成二個出力空心軸件(222’)(222”)，其中該二出力空心軸件的至少一端具有縱槽孔，沿周圍及軸向定出界限，它形成窗子(224)。
8. 一種用於將一電動腳踏車的出力手段與馬達受控制的耦合的方法，其中當電動腳踏車的一踩踏曲柄(12)逆著驅動方向被動作時，則該馬達(50)與出力手段(20)(22)呈機械式解耦，該方法包含以下步驟：設一螺紋驅動器(30)與該出力手段及踩踏曲柄連接成可傳動力矩的方式，並將該螺紋驅動器施以一力矩，此力矩等於出力手段(22)與踩踏曲柄之間的力矩差；當藉著將螺紋驅動器用一種螺絲線部段形導引件(其軸相當於該差別力矩的旋轉軸)作導引而使旋轉方向不同時，則將該差別力矩的旋轉方向變到不同的軸向位置；對著傳送該軸向位置而控制一耦合元件(40)，該軸向位置係由該差別力矩的旋轉方向造成者，將該軸向位置從螺紋驅動器(30)傳送到耦合元件(40)，其中該耦合元件將出力 手段與馬達以可控制的方式連接，且當差別力矩的旋轉方向相當於踩踏曲柄逆著驅動方向動作時的方向時，則耦合元件由於該軸向位置而將馬達與出力手段分離，此軸向位置係由螺紋驅動器產生並傳送到耦合元件者。
9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中：該差別力矩的旋轉方向利用該導引件改變，其中至少一帶動器(130)嵌入一個至少一端封閉的槽(134)中並在該槽中受導引；其中該踩踏曲柄的動作傳送到與它呈材料接合或形狀嵌合方式連接的踩踏曲柄放置部上；將該動作由踩踏曲柄放置部經由該導引件傳送到一個支承成可軸向移動的方式的鏈齒輪(120)，該鏈齒輪與該出力手段連接，且由於該螺旋線部段形的至少一槽(134)的導引〔各有一帶動器(130)嵌入該槽中〕當曲柄沿驅動方向動作時，該鏈齒輪由於該螺絲線部段形的槽而具有一種不同的軸向位置；此不同之軸向位置和另一軸向位置不同；該另一軸向位置係在曲柄逆著驅動方向動作時的軸向位置；且當軸向位置係為踩踏曲柄沿驅動方向動作被鏈齒輪佔住的軸向位置時，一個受馬達驅動的輪元件(150)與鏈齒輪連接成可傳送力矩的方式；且當轉變到另一軸向位置時(此軸向位置係在踩踏曲柄反向動作時發生者)則將鏈齒輪從輪元件移離，因而使馬達 與出力手段分離。
10. 如申請專利範圍第8項之方法，其中：其中利用該導引件將差別力矩的旋轉方向反轉，其方法係將一環元件(234)〔其設在一個與該踩踏曲柄連接的踩踏曲柄連接軸上〕經由該螺絲線部段形的導引件與該踩踏曲柄連接軸連接，且如果具不同旋轉方向的力矩從踩踏曲柄(212a)(212b)傳送到該出力空心軸(222)，則一個與出力手段連接的出力空心軸(222)〔它圍住該環元件及該踩踏曲柄連接軸〕藉著施一切向力量到軸向帶動上而將該與環元件(230)連接的軸向動器上而將環元件相對於踩踏曲柄連接軸轉動；其中由於該螺絲線部段形的導引件，該旋轉作用將環元件(230)及軸向帶動器(234)在不同的軸向位置之間沿軸向移動；且有一耦合盤(240)將一受馬達驅動的輪元件(252)以可控制的方式與出力手段連接，且它被軸向帶動器利用該軸向移動控制；且如果該軸向帶動器佔住一軸向位置〔此軸向位置係在踩踏曲柄(212a)(212b)逆著驅動方向動作時產生著〕則該耦合壁(240)將該受馬達驅動的輪元件與出力手段分離。