TWI574881B - 變速器總成 - Google Patents

Description

變速器總成

本發明係關於一種變速器總成，特別是一種自行車的變速器總成。

近年來，自行車的市場蓬勃發展，無論是競賽型的高階自行車，或是作為休閒娛樂的大眾型自行車，都受到消費者的喜愛。一般而言，自行車上常配置變速器，以使自行車可根據地形以及使用者需求而將鏈條移動至不同的齒盤。變速器包括前變速器與後變速器，其中後變速器設置在自行車的車架，以控制鏈條在齒盤(chain ring)上的位置。隨著車架結構或變速線的不同，自行車可搭配使用不同的後變速器。此外，除了機械式變速器之外，許多自行車也逐漸採用電子式變速器。

電子式變速器是以馬達作為動力源。由於自行車上的零件皆有重量輕與體積小的需求，故電子式變速器所使用的馬達皆屬小型馬達。然而，小型馬達的扭力較小，難以帶動外部機構運作。因此，需透過減速機構(如齒輪系)來放大輸出扭力。然而，傳統之減速機構往往無法兼顧高減速比、重量輕及體積小等特點，是以電子式變速器雖然採用體積小且重量輕的小型馬達，但因為無法縮小減速機構之體積與重量，使得傳統之電子式變速器仍無法小型化。

因此，如何進一步讓電子式變速器小型化，則為研發人員應著手的問題之一。

本發明在於提供一種變速器總成，藉以進一步讓電子式變速器小型化。

本發明所揭露的變速器總成，包含一固定構件、一活動構件、一連桿構件、一減速構件及一驅動構件。固定構件用以固定於一車架。活動構件用以供一鏈條導引構件結合。連桿構件包含一第一連桿及一第二連桿。第一連桿與第二連桿之相對兩端分別樞設並可動力傳輸地連接於固定構件與活動構件。減速構件包含一剛性內齒環、一撓性外齒杯及一波形產生器。撓性外齒杯設置於剛性內齒環內，用以帶動第一連桿或第二連桿相對固定構件旋轉。波形產生器設置於撓性外齒杯內。驅動構件連接於波形產生器，以帶動波形產生器旋轉。

根據上述實施例所揭露的變速器總成，透過剛性內齒環、撓性外齒杯與波形產生器的搭配，使得減速構件能同時兼顧高減速比、體積小及重量輕的特性，進而讓變速器總成小型化，以符合自行車零件的需求。

以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。

請參閱圖1至圖3B。圖1為根據本發明第一實施例所述之變速器總成結合於車架的局部平面示意圖。圖2為圖1之變速器總成的立體示意圖。圖3A為圖2之分解示意圖。圖3B為圖3A之減速構件與驅動構件的立體示意圖。

如圖1所示，本實施例之變速器總成10可運用於自行車的後變速器。變速器總成10固定於一車架20，並供一鏈條導引構件30結合。

詳細來說，如圖1至圖3A所示，變速器總成10包含一固定構件100、一活動構件200、一連桿構件300、多個樞軸400a、400b、400c、400d、一減速構件500及一驅動構件600。固定構件100用以固定於車架20。活動構件200可相對固定構件100活動，並供一鏈條導引構件30結合。連桿構件300包含一第一連桿310及一第二連桿320。第一連桿310與第二連桿320之相對兩端透過這些樞軸400a、400b、400c、400d樞設於固定構件100與活動構件200。並且，在本實施例中，當樞軸400a轉動時，樞軸400a可一併帶動第一連桿310、第二連桿320與活動構件200相對固定構件100擺動。

如圖3A與圖3B所示，減速構件500的結構類似於諧波減速機(Harmonic Drive)，其包含一剛性內齒環510(Circular Spline)、一撓性外齒杯520(Flexspline)及一波形產生器530(Wave Generator)。其中，剛性內齒環510固定於固定構件100。剛性內齒環510係為一環形體，且其內側壁面上具有複數個環狀排列的內齒。撓性外齒杯520設置於剛性內齒環510內。撓性外齒杯520係為一杯形體，且撓性外齒杯520之外側壁面具有複數個環狀排列的外齒。撓性外齒杯520之這些外齒係對應於剛性內齒環510的內齒，且撓性外齒杯520之外齒的齒數係少於剛性內齒環510之內齒的齒數。波形產生器530可轉動地設置於撓性外齒杯520內。

減速構件500的運作原理為波形產生器530轉動時，會迫使撓性外齒杯520變形而部分嚙合於剛性內齒環510，並透過外齒與內齒之齒數差驅使撓性外齒杯520以一減速比關係相對波形產生器530轉動。

此外，撓性外齒杯520具有一第一扭力輸出軸521。第一扭力輸出軸521透過一傳動構件700連接於樞軸400a，以透過此樞軸400a帶動第一連桿310與第二連桿320擺動。詳細來說，本實施例傳動構件700包含相嚙合的一蝸桿710及一蝸輪720。蝸桿710同軸地固定於第一扭力輸出軸521。蝸輪720同軸地固定於銜接固定構件100與第一連桿310的樞軸400a。如此一來，第一扭力輸出軸521轉動時，則能透過傳動構件700與樞軸400a帶動第一連桿310相對固定構件100擺動。

在本實施例中，傳動構件700是以蝸桿蝸輪組為例，由於蝸桿蝸輪組一般具有自鎖的作用，即蝸桿蝸輪組具有單方向動力傳遞的限制，意即蝸桿710能帶動蝸輪720旋轉，但蝸輪720無法帶動蝸桿710旋轉。是以，當活動構件200或連桿構件300受到外力撞擊時，蝸桿蝸輪組可有效阻擋外力傳回減速構件500而避免導致減速構件500毀損。

驅動構件600例如為馬達，其具有一第二扭力輸出軸610。第二扭力輸出軸610連接於波形產生器530，以帶動波形產生器530旋轉。

上述減速構件500與傳動構件700皆能夠提供減速效果。減速構件500所能夠提供之減速比例如約30至100，而傳動構件700所能夠提供之減速比例如約10至40。因此，在本實施例中，減速構件500與傳動構件700的組合可搭配出高減速比的效果(例如減速比為1000)，使得當驅動構件600之第二扭力輸出軸610之扭力輸出為0.01N-m時，銜接固定構件100與第一連桿310的樞軸400a的扭力輸出提升至10N-m。

此外，相較於傳統齒輪減速箱來說，若要讓減速箱達到高減速比的效果，勢必無法兼顧縮小減速箱的體積。然而，本實施例之減速構件500透過剛性內齒環510、撓性外齒杯520與波形產生器530的搭配能夠同時兼顧高減速比、體積小及重量輕的特性，故在相同減速比的前提下，可讓本實施例之變速器總成10小型化而符合單車之零件需求。

請參閱圖4與圖5。圖4與圖5為圖2之變速器總成的作動示意圖。

如圖4所示，變速器總成10之活動構件200位於一第一使用位置。接著，如圖5所示，當撓性外齒杯520之第一扭力輸出軸521沿箭頭a所指示的方向轉動時，固定於第一扭力輸出軸521之蝸桿710會驅使固定於樞軸400a之蝸輪720沿箭頭b所指示的方向轉動。接著，蝸輪720會連動樞軸400a與第一連桿310沿箭頭b所指示的方向轉動。接著，透過連桿構件300的帶動，可驅使活動構件200沿一曲線路徑位移(如箭頭c所指示的方向)而位於一第二使用位置。如此一來，活動構件200能夠驅使鏈條導引構件30(如圖1所示)相對靠近或遠離車架20(如圖1所示)而達到變速的目的。

請參閱圖6。圖6為根據本發明第二實施例所述之變速器總成的側視示意圖。

在本實施例中，變速器總成10更包含一彈性件750。彈性件750例如為拉伸彈簧。彈性件750之相對兩端分別連接於第一連桿310遠離固定構件100之一端與第二連桿320靠近固定構件100之一端。

彈性件750的彈性預力可輔助鏈條導引構件30(如圖1所示)朝靠近車架20(如圖1所示)的方向位移而協助鏈條自小齒切換至大齒，故可讓變速器總成10之換檔作動更為順暢。

再者，彈性件750的彈性預力可定位變速器總成10，以降低騎乘振動對變速器總成10的影響程度。

此外，彈性件750的彈性預力可消除變速器總成10之各齒輪間的背隙，進而提升變速器總成10的精準度與穩定度。

上述圖1之實施例中，撓性外齒杯520之第一扭力輸出軸521是透過蝸桿710與蝸輪720而帶動銜接固定構件100與第一連桿310之樞軸400a轉動，但並不以此為限。請參閱圖7。圖7為根據本發明第三實施例所述之變速器總成的側視示意圖。

如在圖7之實施例中，撓性外齒杯520之第一扭力輸出軸521也可以透過蝸桿710與蝸輪720帶動銜接固定構件100與第二連桿320之樞軸400b轉動。如此一來，第一扭力輸出軸521轉動時，則能透過傳動構件700與樞軸400b帶動第二連桿320相對固定構件100擺動，以一併帶動活動構件200相對固定構件100位移。

上述圖1之實施例中，減速構件500是固定於固定構件100上，但並不以此為限。請參閱圖8。圖8為根據本發明第四實施例所述之變速器總成的側視示意圖。

如圖8之實施例中，減速構件500與驅動構件600固定於活動構件200上，並且透過蝸桿710與蝸輪720帶動銜接活動構件200與第一連桿310之樞軸400c轉動。如此一來，第一扭力輸出軸521轉動時，則能透過傳動構件700與樞軸400c帶動第一連桿310相對固定構件100擺動，以一併帶動活動構件200相對固定構件100位移。

減速構件500與驅動構件600的設置位置並不限於如上述圖8之實施例設置於活動構件200。請參閱圖9。圖9為根據本發明第五實施例所述之變速器總成的側視示意圖。

如圖9所示，減速構件500與驅動構件600亦可固定於第一連桿310上。或者，在其他實施例(未繪示)中，減速構件500與驅動構件600也可以改為設置於第二連桿320上。

請參閱圖10A與圖10B。圖10A為根據本發明第六實施例所述之變速器總成的立體示意圖。圖10B為圖10A之側視示意圖。

本實施例與第一實施例相似，差異在於，變速器總成10並不包含傳動構件700，而第一扭力輸出軸521則是直接同軸地固接於樞軸400a。也就是說，在本實施例中，第一扭力輸出軸521與樞軸400a為一體成型之結構。如此一來，第一扭力輸出軸521轉動時，能夠直接帶動第一連桿310相對固定構件100擺動，以一併帶動活動構件200相對固定構件100位移。

在本實施例中，由於第一扭力輸出軸521是直接同軸地固接於樞軸400a，也就是說，第一扭力輸出軸521與樞軸400a間無額外透過齒輪箱銜接而可避免背隙產生，故本實施例之變速器總成10可在省去彈性件750(如圖6所示)的前提下，依舊保有精準度與穩定度。

請參閱圖11。圖11為根據本發明第七實施例所述之變速器總成的側視示意圖。

本實施例與圖10A之實施例相似，差異在於，本實施例之第一扭力輸出軸521是直接同軸地固接於樞軸400c。

請參閱圖12。圖12為根據本發明第八實施例所述之變速器總成的側視示意圖。

本實施例與圖10A之實施例相似，差異在於，本實施例之減速構件500與驅動構件600係改為固定於活動構件200上，並且撓性外齒杯520之第一扭力輸出軸521是直接同軸地固定於樞軸400b。

請參閱圖13。圖13為根據本發明第九實施例所述之變速器總成的側視示意圖。

本實施例與圖10A之實施例相似，差異在於，本實施例之減速構件500與驅動構件600係改為固定於第一連桿310上。或者，在其他實施例(未繪示)中，減速構件500與驅動構件600也可改為固定於第二連桿320上，並且撓性外齒杯520之第一扭力輸出軸521是直接同軸地固接於樞軸400c或樞軸400d。

上述圖1之實施例中的傳動構件700是以蝸輪720與蝸桿710為例，但並不以此為限，請參閱圖14A與圖14B。圖14A為根據本發明第十實施例所述之變速器總成的立體示意圖。圖14B為圖14A之側視示意圖。

在本實施例中，減速構件500與驅動構件600固定於固定構件100上，且減速構件500中之撓性外齒杯520的第一扭力輸出軸521透過傳動構件800與樞軸400a而帶動連桿構件300擺動。詳細來說，連桿構件300之第一連桿310與第二連桿320透過多個樞軸400a、400b、400c、400d樞設於固定構件100與活動構件200。傳動構件800包含相嚙合之一第一齒輪810及一第二齒輪820。第一齒輪810之齒數少於第二齒輪820之齒數，且第一齒輪810固定於第一扭力輸出軸521，以及第二齒輪820固定於銜接固定構件100與第一連桿310之樞軸400a。如此一來，第一扭力輸出軸521轉動時，則能透過傳動構件800與樞軸400a帶動第一連桿310相對固定構件100擺動。

此外，由於第一齒輪810之齒數少於第二齒輪820之齒數，故傳動構件800亦能提供額外的減速效果。

請參閱圖15。圖15為根據本發明第十一實施例所述之變速器總成的側視示意圖。

本實施例與圖14A之實施例相似，差異在於，本實施例之撓性外齒杯520之第一扭力輸出軸521是透過第一齒輪810與第二齒輪820而帶動銜接固定構件100與第二連桿320之樞軸400c轉動。

請參閱圖16。圖16為根據本發明第十二實施例所述之變速器總成的側視示意圖。

本實施例與圖14A之實施例相似，差異在於，本實施例之減速構件500與驅動構件600是固定於活動構件200上，並且透過第一齒輪810與第二齒輪820帶動銜接活動構件200與第一連桿310之樞軸400b。

請參閱圖17。圖17為根據本發明第十三實施例所述之變速器總成的側視示意圖。

本實施例與圖14A之實施例相似，差異在於，本實施例之減速構件500與驅動構件600亦可固定於第一連桿310上。或者，在其他實施例(未繪示)中，減速構件500與驅動構件600也可以改為固定於第二連桿320上。

根據上述實施例所揭露的變速器總成，透過剛性內齒環、撓性外齒杯與波形產生器的搭配，使得減速構件能同時兼顧高減速比、體積小及重量輕的特性，進而讓變速器總成小型化，以符合自行車零件的需求。

雖然本發明的實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述的形狀、構造、特徵及數量當可做些許的變更，因此本發明的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧變速器總成
20‧‧‧車架
30‧‧‧鏈條導引構件
100‧‧‧固定構件
200‧‧‧活動構件
300‧‧‧連桿構件
310‧‧‧第一連桿
320‧‧‧第二連桿
400a、400b、400c、400d‧‧‧樞軸
500‧‧‧減速構件
510‧‧‧剛性內齒環
520‧‧‧撓性外齒杯
521‧‧‧第一扭力輸出軸
530‧‧‧波形產生器
600‧‧‧驅動構件
610‧‧‧第二扭力輸出軸
700‧‧‧傳動構件
710‧‧‧蝸桿
720‧‧‧蝸輪
750‧‧‧彈性件
800‧‧‧傳動構件
810‧‧‧第一齒輪
820‧‧‧第二齒輪

圖1為根據本發明第一實施例所述之變速器總成結合於車架的局部平面示意圖。 圖2為圖1之變速器總成的立體示意圖。 圖3A為圖2之分解示意圖。 圖3B為圖3A之減速構件與驅動構件的立體示意圖。 圖4與圖5為圖2之變速器總成的作動示意圖。 圖6為根據本發明第二實施例所述之變速器總成的側視示意圖。 圖7為根據本發明第三實施例所述之變速器總成的側視示意圖。 圖8為根據本發明第四實施例所述之變速器總成的側視示意圖。 圖9為根據本發明第五實施例所述之變速器總成的側視示意圖。 圖10A為根據本發明第六實施例所述之變速器總成的立體示意圖。 圖10B為圖10A之側視示意圖。 圖11為根據本發明第七實施例所述之變速器總成的側視示意圖。 圖12為根據本發明第八實施例所述之變速器總成的側視示意圖。 圖13為根據本發明第九實施例所述之變速器總成的側視示意圖。 圖14A為根據本發明第十實施例所述之變速器總成的立體示意圖。 圖14B為圖14A之側視示意圖。 圖15為根據本發明第十一實施例所述之變速器總成的側視示意圖。 圖16為根據本發明第十二實施例所述之變速器總成的側視示意圖。 圖17為根據本發明第十三實施例所述之變速器總成的側視示意圖。

10‧‧‧變速器總成

100‧‧‧固定構件

200‧‧‧活動構件

300‧‧‧連桿構件

310‧‧‧第一連桿

320‧‧‧第二連桿

400a、400b、400d‧‧‧樞軸

500‧‧‧減速構件

600‧‧‧驅動構件

710‧‧‧蝸桿

720‧‧‧蝸輪

Claims (15)

1. 一種變速器總成，包含：一固定構件，用以固定於一車架；一活動構件，用以供一鏈條導引構件結合；一連桿構件，包含一第一連桿及一第二連桿，該第一連桿與該第二連桿之相對兩端分別樞設並可動力地連接於該固定構件與該活動構件；一減速構件，包含：一剛性內齒環；一撓性外齒杯，設置於該剛性內齒環內，用以帶動該第一連桿及該第二連桿相對該固定構件旋轉；以及一波形產生器，設置於該撓性外齒杯內；以及一驅動構件，連接於該波形產生器，以帶動該波形產生器旋轉。
2. 如請求項1所述之變速器總成，更包含多個樞軸，該撓性外齒杯更具有一第一扭力輸出軸，該第一連桿與該第二連桿透過該些樞軸樞設於該固定構件與該活動構件，該第一扭力輸出軸固接於其中一該樞軸。
3. 如請求項2所述之變速器總成，其中該減速構件之該剛性內齒環固定於該固定構件。
4. 如請求項2所述之變速器總成，其中該減速構件之該剛性內齒環固定於該活動構件。
5. 如請求項2所述之變速器總成，其中該減速構件之該剛性內齒環固定於該第一連桿。
6. 如請求項2所述之變速器總成，其中該減速構件之該剛性內齒環固定於該第二連桿。
7. 如請求項1所述之變速器總成，更包含多個樞軸及一傳動構件，該第一連桿與該第二連桿透過該些樞軸而樞設於該固定構件與該活動構件，該撓性外齒杯更具有一第一扭力輸出軸，該傳動構件可動力傳輸地銜接該第一扭力輸出軸與該些樞軸之一。
8. 如請求項7所述之變速器總成，其中該減速構件之該剛性內齒環固定於該固定構件。
9. 如請求項7所述之變速器總成，其中該減速構件之該剛性內齒環固定於該活動構件。
10. 如請求項7所述之變速器總成，其中該減速構件之該剛性內齒環固定於該第一連桿。
11. 如請求項7所述之變速器總成，其中該減速構件之該剛性內齒環固定於該第二連桿。
12. 如請求項7所述之變速器總成，其中該傳動構件包含一蝸桿及一蝸輪，該蝸桿同軸地固定於該第一扭力輸出軸，該蝸輪同軸地固定於該些樞軸之一，並嚙合於該蝸桿。
13. 如請求項7所述之變速器總成，其中該傳動構件包含一第一齒輪及一第二齒輪，該第一齒輪同軸地固定於該第一扭力輸出軸，該第二齒輪同軸地固定於該些樞軸之一，並嚙合於該第一齒輪。
14. 如請求項1所述之變速器總成，更包含一彈性件，該彈性件之相對兩端分別連接於該第一連桿遠離該固定構件之一端與該第二連桿靠近該固定構件之一端。
15. 如請求項14所述之變速器總成，其中該彈性件為拉伸彈簧。