TWI717390B - 用來使自行車能夠向前或向後滑行的自由滑行輪轂裝置 - Google Patents

用來使自行車能夠向前或向後滑行的自由滑行輪轂裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI717390B
TWI717390B TW105130595A TW105130595A TWI717390B TW I717390 B TWI717390 B TW I717390B TW 105130595 A TW105130595 A TW 105130595A TW 105130595 A TW105130595 A TW 105130595A TW I717390 B TWI717390 B TW I717390B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
pawl
bicycle
ratchet
sprocket
sliding
Prior art date
Application number
TW105130595A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201718331A (zh
Inventor
艾隆 科恩
塔爾 瑪澤
Original Assignee
艾隆 科恩
塔爾 瑪澤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 艾隆 科恩, 塔爾 瑪澤 filed Critical 艾隆 科恩
Publication of TW201718331A publication Critical patent/TW201718331A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI717390B publication Critical patent/TWI717390B/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/02—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of unchangeable ratio
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M3/00—Construction of cranks operated by hand or foot
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K19/00—Cycle frames
    • B62K19/30—Frame parts shaped to receive other cycle parts or accessories
    • B62K19/34—Bottom brackets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M1/00—Rider propulsion of wheeled vehicles
    • B62M1/36—Rider propulsion of wheeled vehicles with rotary cranks, e.g. with pedal cranks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M3/00—Construction of cranks operated by hand or foot
    • B62M3/003—Combination of crank axles and bearings housed in the bottom bracket
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/12—Freewheels or freewheel clutches with hinged pawl co-operating with teeth, cogs, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/24—Freewheels or freewheel clutches specially adapted for cycles
    • F16D41/30—Freewheels or freewheel clutches specially adapted for cycles with hinged pawl co-operating with teeth, cogs, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Structure Of Transmissions (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

一種用來使自行車能夠向前或向後滑行的驅動機構包括棘輪環，該棘輪環直接耦接至該自行車之鏈輪。棘爪殼體直接耦接至該自行車之曲柄輪軸。該殼體包括多個棘爪，該等多個棘爪圍繞該殼體之周邊分佈。該等棘爪可自該殼體之該周邊向外延伸以嚙合該棘輪環，以在該曲柄輪軸藉由向前踩踏旋轉時使該鏈輪旋轉。離合器圓盤包括多個徑向突出部，該等多個徑向突出部各自經組配來在使該等多個棘爪中之棘爪藉由該曲柄輪軸之向前旋轉旋轉至該徑向突出部時，使該棘爪向外延伸。該離合器圓盤耦接至摩擦元件，該摩擦元件抵抗該離合器圓盤相對於該自行車之底架之旋轉。

Description

用來使自行車能夠向前或向後滑行的自由滑行輪轂裝置
發明領域
本發明係關於自行車。更特定而言，本發明係關於使自行車能夠滑行的驅動機構。
發明背景
自行車越野賽(BMX)自行車對於各種戲法或特技之表演已變得流行。此類特技可涉及向前或向後滑行。
例如，特技可包括自地面、斜坡或平臺跳進空氣中。在跳躍期間，自行車可空翻或旋轉。在跳躍結束時，自行車可著陸同時反向行進。其他特技可涉及在坡面上向上踩踏及隨後沿坡面向後或反方向滑行，而不使後輪上升離開地面。
在典型自行車中，可藉由踩踏在向前方向上推進自行車之後輪。踏板之運動藉由鏈條傳遞至後輪，該鏈條將藉由踏板旋轉的鏈條輪或鏈輪連結至後輪之輪轂中之鑲齒或驅動器。滑行通常涉及在自行車之輪繼續轉動時踩踏中止。例如，簡單棘輪機構可致能自行車之向前踩踏及在向前方向上之滑行。在一些狀況下(例如，在一些兒童自行車中)，滑行制動器可致能向前或向後滑行，但向後踩踏會制動後輪。
發明概要
因此，根據本發明之一實施例，提供一種用於增添至自行車之自由滑行輪轂(freecoaster hub)之附加裝置，該裝置包括行星齒輪總成，該行星齒輪總成包括：載體圓盤，其具有摩擦元件以抵抗該載體圓盤相對於該自行車之底架之旋轉；離合器圓盤，其直接耦接至該總成之太陽齒輪，該離合器圓盤包括多個徑向突出部，每一徑向突出部經組配來使棘爪殼體之棘爪延伸，該棘爪殼體直接耦接至該自行車之輪之驅動器鑲齒，該殼體包括多個棘爪，該等多個棘爪圍繞該殼體之周邊分佈，該等棘爪可自該殼體之該周邊延伸以嚙合棘輪環，該棘輪環直接耦接至該輪之輪轂主體，以在該驅動器鑲齒向前旋轉時使該輪轂主體旋轉；以及環形齒輪，其直接耦接至該輪轂主體。
此外，根據本發明之一實施例，摩擦元件係選自由彈簧、磁鐵、柱塞及O形環組成的摩擦元件之群組。
此外，根據本發明之一實施例，摩擦元件經組配來接觸該自由滑行輪轂之內間隔件或輪轂輪軸。
此外，根據本發明之一實施例，該裝置包括附加間隔件，該附加間隔件用於安置在該自由滑行輪轂之內間隔件與內軸承之間。
此外，根據本發明之一實施例，該裝置包括配接器以將該環形齒輪耦接至該輪轂主體。
根據本發明之一實施例，進一步提供一種驅動機構，該驅動機構用來使自行車能夠向前或向後滑行，該裝置包括：棘輪環，其直接耦接至該自行車之鏈輪；棘爪殼體，其直接耦接至該自行車之曲柄輪軸，該殼體包括多個棘爪，該等多個棘爪圍繞該殼體之周邊分佈，該等棘爪可自該殼體之該周邊向外延伸以嚙合該棘輪環，以在該曲柄輪軸藉由向前踩踏旋轉時使該鏈輪旋轉；以及離合器圓盤，其包括多個徑向突出部，每一徑向突出部經組配來在該等多個棘爪中之一棘爪藉由該曲柄輪軸之向前旋轉旋轉至該徑向突出部時使該棘爪向外延伸，該離合器圓盤耦接至摩擦元件，該摩擦元件抵抗該離合器圓盤 相對於該自行車之底架之旋轉。
此外，根據本發明之一實施例，該棘爪殼體包括回縮機構，該回縮機構用以使該等多個棘爪中之一棘爪在未藉由該等多個徑向突出部中之一徑向突出部向外延伸時回縮。
此外，根據本發明之一實施例，該回縮機構包括選自由彈性環、磁鐵及彈簧組成之機構之群組的機構。
此外，根據本發明之一實施例，該機構經組配，使得該回縮機構使該棘爪在無向前轉矩施加至該曲柄輪軸時回縮。
此外，根據本發明之一實施例，該離合器圓盤直接耦接至該摩擦元件。
此外，根據本發明之一實施例，該離合器圓盤經由行星齒輪機構耦接至該摩擦元件。
此外，根據本發明之一實施例，該離合器圓盤直接耦接至該行星齒輪機構之太陽齒輪，該摩擦元件直接耦接至該行星齒輪機構之載體圓盤，且該行星齒輪機構之環形齒輪直接耦接至該鏈輪。
此外，根據本發明之一實施例，該摩擦元件包括徑向柱塞、磁鐵或O形環。
此外，根據本發明之一實施例，該摩擦元件包括軸向彈簧、磁鐵或柱塞。
此外，根據本發明之一實施例，該等多個棘爪中之一棘爪可藉由圍繞軸之旋轉延伸。
此外，根據本發明之一實施例，棘爪相對於棘爪殼體之旋轉方向係可選擇的。
此外，根據本發明之一實施例，棘輪環之齒之面與該棘輪環之局部切線形成銳角。
根據本發明之一實施例，進一步提供一種自由滑行輪轂裝置，該自由滑行輪轂裝置用來使自行車能夠向前或向後滑行，該裝置包括：棘輪環，其直接耦接該自行車之輪之輪轂主體；棘爪殼體， 其直接耦接至該自行車之輪之驅動器鑲齒，該殼體包括多個棘爪，該等多個棘爪圍繞該殼體之周邊分佈，該等棘爪可自該殼體之該周邊向外延伸以嚙合該棘輪環，以在該驅動器鑲齒向前旋轉時使該輪轂主體旋轉；以及離合器圓盤，其包括多個徑向突出部，每一徑向突出部經組配來在該等多個棘爪中之一棘爪藉由該驅動器鑲齒之向前旋轉旋轉至該徑向突出部時使該棘爪延伸，該離合器圓盤藉由行星齒輪耦接至摩擦元件，該摩擦元件抵抗該離合器圓盤相對於該自行車之底架之旋轉。
此外，根據本發明之一實施例，該離合器圓盤直接耦接至該行星齒輪機構之太陽齒輪，該摩擦元件直接耦接至該行星齒輪機構之載體圓盤，且該行星齒輪機構之環形齒輪直接耦接至該輪轂主體。
此外，根據本發明之一實施例，該摩擦元件包括柱塞、彈簧、O形環或磁鐵。
根據本發明之一實施例，進一步提供一種驅動機構，該驅動機構用來使自行車能夠向前或向後滑行，該機構包括：第一圓錐及第二圓錐，該等圓錐中之一個為凹形圓錐且該等圓錐中之另一個為凸形圓錐，其中該第一圓錐直接耦接至該自行車之鏈輪，且該第二圓錐具有內部螺紋，該第二圓錐經組配來沿該自行車之曲柄輪軸上之對應的外部螺紋行進，且包括摩擦元件，該摩擦元件抵抗該圓錐相對於該自行車之底架之旋轉，該螺紋經定向，使得當向前轉矩藉由向前踩踏施加至該曲柄輪軸時，使該第二圓錐朝向該第一圓錐行進，以便使該等圓錐嚙合以便將向前轉矩施加至該鏈輪。
此外，根據本發明之一實施例，當該鏈輪經由鏈條連接至驅動器鑲齒時，該第二圓錐經組配來在向前滑行期間自該第一圓錐脫離，該驅動器鑲齒固定至該自行車之輪。
此外，根據本發明之一實施例，該第一圓錐包括該凹形圓錐，且該第二圓錐包括該凸形圓錐。
10:自行車
11:向前自行車方向
13:自行車底架
14:鏈條
16:驅動器鑲齒
17:前輪
18:後輪
20:鏈輪
21:向前旋轉方向
22:踏板
26:曲柄臂
27:插座
28:踏板心軸
30:自行車滑行驅動機構
31、33、70:棘輪式滑行驅動機構
32:曲柄輪軸
34、35:軸承
36:底部托架
37:套筒插入件
38:杯形結構
39:指狀物延伸部
40、40a、40b、40c:棘輪環
41:棘輪式結構
41a、41b:切向對稱的棘輪式結構
41c:切向非對稱的棘輪式結構
42:棘爪殼體
43:回縮結構
43a:回縮磁鐵
43b:回縮彈簧
44:棘爪
44':完全回縮棘爪
44a:前緣
44b:棘爪軸/齒軸
44b':棘爪軸
45:棘爪凸片
47:軸插座
49a、49b:齒面
49c:後齒面
50、54、98、110:行星齒輪
51a、51b:對稱棘輪齒
51c:非對稱棘輪齒
52、100:環形齒輪
53:指狀物狹槽
55:齒輪臂
56、102:載體圓盤
57:柱塞插座
58、114:太陽齒輪
58a:凸片狹槽
59、96:摩擦元件
59a、59b:軸向彈簧摩擦元件
60:離合器圓盤
61:最大鬆弛角度
62、63、112:徑向突出部
62a:斜坡側面
62b:後側面/後末端
64:機械組件
65:O形環徑向摩擦元件
66:末端結構
72:摩擦圓盤
80:圓錐驅動機構
82:可移動凸形圓錐
82a:外表面
82b:內部螺紋
84:凹形圓錐
84a:內表面
88:外部螺紋
90:自由滑行輪轂
92:輪轂輪軸
93:輪轂主體
93a:凸緣
94:內軸承
97:靜止自行車部分
99:外軸承
103:載體圓盤蓋子
104:太陽齒輪總成
112a:斜坡
116:配接器
120:軸向回彈摩擦彈簧
122:軸向磁鐵
124:徑向柱塞
126:O形環溝槽
128:徑向O形環摩擦元件
130:附加間隔件
132:內間隔件
134:孔
140:行星齒輪附加總成
為使本發明經較好地理解且為使本發明之實際應用經瞭解，以下諸圖經提供且在下文經參考。應注意，諸圖經給出來僅作為實例且決不限制本發明之範疇。相同組件藉由相同參考數字表示。
圖1A示意性地例示根據本發明之一實施例之併入自行車滑行驅動機構的自行車。
圖1B示意性地例示根據本發明之一實施例之併入自行車滑行驅動機構的曲柄組。
圖2A為根據本發明之一實施例之具有棘輪機構及行星齒輪機構之自行車滑行驅動機構的示意性橫截面。
圖2B示意性地例示圖2A中所示之自行車滑行驅動機構之組件的分解視圖。
圖3A示意性地例示圖2B中所示之自行車滑行驅動機構之具有延伸的棘爪之曲柄輪軸。
圖3B示意性地例示圖3A中所示之曲柄輪軸之磁性棘爪回縮機構。
圖3C意性地例示彈簧棘爪回縮機構。
圖3D意性地例示具有切向對稱(tangentially symmetric)的棘輪式結構之棘輪環。
圖3E意性地例示具有切向對稱的棘輪式結構之棘輪環，該切向對稱的棘輪式結構具有與局部切線形成銳角的齒面。
圖3F意性地例示具有切向非對稱的棘輪式結構之棘輪環，該切向非對稱的棘輪式結構具有與局部切線形成銳角的齒面。
圖4A意性地例示用於延伸圖3A中所示之棘爪之行星齒輪總成的截面圖。
圖4B意性地例示圖4A中所示之總成之離合器圓盤。
圖4C意性地例示圖4A中所示之行星齒輪總成之軸向彈簧摩擦元件。
圖4D意性地例示圖4A中所示之行星齒輪總成之軸向磁 性摩擦元件。
圖4E意性地例示圖4A中所示之行星齒輪總成之O形環徑向摩擦元件。
圖5A為圖2A中所示之自行車滑行驅動機構之變體的示意性剖視圖，該變體併入圖4E中所示之O形環摩擦元件。
圖5B意性地例示圖5A中所示之自行車滑行驅動機構之棘爪在向前滑行期間的組態。
圖5C意性地例示圖5A中所示之自行車滑行驅動機構之棘爪在向後滑行期間的組態。
圖6A為根據本發明之一實施例之具有棘輪機構之自行車滑行驅動機構的示意性橫截面。
圖6B為圖6A中所示之自行車滑行驅動機構的示意性剖視圖。
圖7A為根據本發明之一實施例之具有圓錐機構之自行車滑行驅動機構的示意性橫截面。
圖7B為圖7A中所示之自行車滑行驅動機構的示意性剖視圖。
圖8意性地例示根據本發明之一實施例之具有行星齒輪之自由滑行輪轂的部分剖視圖。
圖9A意性地例示圖8中所示之自由滑行輪轂之行星齒輪總成之組件。
圖9B示意性地例示圖9A中所示之行星齒輪總成之具有軸向彈簧摩擦元件之載體圓盤。
圖9C意性地例示圖9A中所示之行星齒輪總成之具有軸向磁性摩擦元件之載體圓盤。
圖9D意性地例示圖9A中所示之行星齒輪總成之具有徑向柱塞摩擦元件之載體圓盤。
圖9E意性地例示圖9A中所示之行星齒輪總成之具有用 於保持徑向O形環摩擦元件之溝槽的載體圓盤。
圖9F意性地例示圖9E之插入溝槽中的徑向O形環摩擦元件之載體圓盤。
圖10A為具有行星齒輪附加總成及徑向O形環摩擦元件之自由滑行輪轂的示意性剖視圖。
圖10B意性地例示圖10A中所示之自由滑行輪轂之組件。
較佳實施例之詳細說明
在以下詳細描述中，闡述許多特定細節以提供對本發明之徹底理解。然而，此項技術中之一般技術者將理解，可在無此等特定細節的情況下實踐本發明。在其他情況下，未詳細描述熟知的方法、程序、組件、模組、單元及/或電路以便不模糊本發明。
儘管本發明之實施例在此方面不受限制，但如本文所使用之「眾多」及「多個」等詞可包括例如「多個」或「二或更多個」。「眾多」或「多個」等詞可遍及說明書用來描述二或更多個組件、裝置、元件、單元、參數等。除非明確陳述，否則本文所描述之方法實施例不限於特定次序或序列。另外，所描述方法實施例或其元件中之一些可同時地、在相同時間點或並行地發生或執行。除非另有指示，否則如本文所使用之連接詞「或」之使用將被理解為包括的(包括所陳述選項中之任一者或全部)。
根據本發明之一實施例，自行車傳動之自行車滑行驅動機構(本文中被稱為滑行驅動機構)可經組配來使自行車或其他腳踏式車輛能夠在向前或向後方向上滑行。自行車滑行驅動機構可併入自行車之曲柄組內，該曲柄組包括與踏板一起旋轉的曲柄輪軸。自行車滑行驅動機構可使曲柄輪軸能夠在藉由向前踩踏在向前方向上旋轉時嚙合自行車之鏈輪，且在滑行期間脫離自鏈輪脫離。通常，滑行驅動機構之曲柄輪軸、鏈輪及主要組件(與次組件相對比)經同軸地配置。例 如，當在向前方向上踩踏曲柄輪軸時，曲柄輪軸之旋轉與自行車之靜止底部托架之間的相互作用機構可將鏈輪嚙合至曲柄輪軸。因此，鏈輪可經由自行車鏈條將轉矩施加至自行車之後輪以推進自行車。當自行車正滑行時，自行車之後輪繼續旋轉，而踏板及因此曲柄輪軸保持近似靜止。在此狀況下，相互作用機構可使鏈輪自曲柄輪軸脫離，使得當後輪在向前方向或向後方向上旋轉時，踏板可保持靜止。
通常，自行車滑行驅動機構可經組配，使得少量的向前踩踏(例如，直至最大旋轉角度)不嚙合鏈輪。此最大量的踩踏在本文中被稱為鬆弛。鬆弛可以鬆弛角度為特徵，該鬆弛角度指示在嚙合鏈輪之前的踏板之旋轉角度。提供鬆弛的自行車滑行驅動機構可使騎手能夠在滑行時使踏板非自願地或自願地旋轉少量。超過鬆弛的踩踏可引起鏈輪之突然嚙合。鏈輪之突然嚙合可加應力於驅動機構，且可引起自行車之突然或意外加速。根據本發明之一些實施例，自行車滑行驅動機構可包括行星齒輪以在朝前滑行時確保最小鬆弛角度，且在向後滑行時保證最大鬆弛角度。
在一些狀況下，後輪上之驅動器可固定至後輪。在此狀況下，當滑行時，後輪之旋轉可經由鏈條傳遞至鏈輪。因此，當自行車正滑行時鏈輪可繼續旋轉。在此狀況下，自行車滑行驅動機構可操作來在滑行期間使踏板及曲柄輪軸自鏈輪脫離。在一些狀況下，後輪上之驅動器可經由在向前滑行期間使驅動器自後輪脫離的匣或其他機構(例如，經由棘輪機構)連接至後輪。
例如，自行車滑行驅動機構之相互作用機構可包括具有多個徑向突出部之圓盤及棘輪狀機構(下文中被稱為「棘輪機構」)。圓盤(本文中被稱為離合器圓盤)可直接地或經由行星齒輪機構間接地耦接至施加力來抵抗相對於自行車框架或底架之靜止(例如，不可旋轉)組件之旋轉的組件。在本文中，該組件被稱為摩擦元件，且運動抵抗力被稱為摩擦力，無論力是藉由機械摩擦或是以其他方式(例如，藉由磁性力或電磁力)產生。例如，靜止組件可包括底部托架，自行車之曲 柄機構安裝在該底部托架內側。如本文所使用，兩個組件之間的直接耦接指代限制所耦接組件以一起旋轉的耦接。間接耦合指代致能所耦接組件之間的至少有限相對旋轉的耦接。由摩擦元件施加的(靜態)摩擦力可經組配來足以使曲柄輪軸能夠在向前踩踏期間最初嚙合鏈輪。(動力)摩擦力可為充分小的，以便使摩擦元件能夠在曲柄輪軸嚙合鏈輪之後相對於滑行驅動機構之其他組件旋轉。
棘輪機構之棘爪殼體(該棘爪殼體具有圍繞其周邊分佈的多個可延伸棘爪)直接耦接至曲柄輪軸(該曲柄輪軸直接耦接至踏板)。(如本文所使用，直接耦接指代經限制來以單個旋轉速度一起旋轉的元件。)回縮機構(例如，包括回彈組件或磁鐵)將棘爪維持在回縮狀態中。當棘爪殼體藉由向前踩踏在向前方向上旋轉時，棘爪中之每一個朝向離合器圓盤之徑向突出部中之一個旋轉(該離合器圓盤藉由摩擦元件，以及藉由鏈輪及所耦接結構之惰性保持近似靜止)。與徑向突出部之接觸可使每一棘爪自棘爪殼體之周邊向外延伸。
延伸的棘爪可嚙合直接耦接至鏈輪的環上之內部對應棘輪溝槽。因此，當曲柄輪軸藉由向前踩踏旋轉時，延伸的棘爪使鏈輪及因此後輪旋轉。在滑行期間，可回縮(例如，藉由彈簧、彈性環或帶、磁鐵或其他回縮機構)棘爪。在一些狀況下，離合器圓盤可經由行星齒輪機構耦接至摩擦元件。因此，行星齒輪可操作來藉由在與所耦接鏈輪及棘輪環之旋轉方向(相當於滑行方向)相反的方向上將轉矩施加至離合器圓盤來在朝前滑行時確保最小鬆弛角度，且在向後滑行時確保最大鬆弛角度。
作為另一實例，自行車滑行驅動機構之相互作用機構可延伸具有內部螺紋之凸形圓錐，該內部螺紋與曲柄輪軸上之外部螺紋合作。凸形插入件包括抵抗相對於自行車底架之旋轉的摩擦元件。當曲柄輪軸藉由向前踩踏旋轉時，凸形圓錐可由於摩擦而沿螺紋行進且進入連接至鏈輪的對應成形之凹形圓錐。凸形圓錐之外表面與凹形圓錐之內表面之間的摩擦隨後可使鏈輪與曲柄輪軸一起旋轉。在滑行期 間，凸形圓錐可例如藉由驅動器鑲齒至後輪之固定耦接之動作自凹形圓錐抽出，該動作使鏈輪以使凸形插入件沿螺紋遠離凹形圓錐而行進的方式旋轉。
在一些狀況下，行星齒輪總成可作為附加組件增添至後輪自由滑行輪轂，以在朝前滑行時確保最小鬆弛角度，且在向後滑行時確保最大鬆弛角度。
根據本發明之一實施例之自行車滑行驅動機構在本文中描述為併入後輪經由鏈條藉由踏板驅動的自行車中。然而，自行車滑行驅動機構可併入踏板軸自從動輪之軸位移的其他類型之腳踏式車輛中。例如，自行車滑行驅動機構可併入單輪腳踏車、腳踏式搬運車或具有多於兩個輪之其他車輛中。除後輪之外或代替後輪，藉由踏板驅動的輪可包括前輪或另一輪。例如，踏板機構可驅動輪軸，兩個輪固定至該輪軸。用於使踏板運動能夠驅動車輛之輪的傳動可包括能夠將旋轉運動自踏板傳遞至側向位移之驅動輪的鏈條或其他組件(例如，傳動軸桿)。除非另有指示，否則本文中對自行車、後輪或鏈條之任何涉及應被理解為分別包括其他類型之車輛、驅動輪或傳動。
圖1A示意性地例示根據本發明之一實施例之併入自行車滑行驅動機構的自行車。圖1B示意性地例示根據本發明之一實施例之併入自行車滑行驅動機構的曲柄組。
自行車10可表示BMX自行車或另一類型之自行車或腳踏式車輛。可藉由在踏板22上沿向前旋轉方向21踩踏來在向前自行車方向11上推進自行車10。每一踏板22經由踏板心軸28連接至曲柄臂26。
踏板22上之踩踏將轉矩施加至曲柄臂26。踏板22上沿向前旋轉方向21之踩踏操作自行車滑行驅動機構30來嚙合鏈輪20。嚙合鏈輪20可使鏈輪20同樣地在向前旋轉方向21上旋轉。施加至踏板22的轉矩藉由自行車滑行驅動機構30傳遞至鏈輪20。自行車滑行驅動機構30可安裝在自行車底架13之底部托架內。
當鏈輪20在向前旋轉方向21上旋轉時，鏈條14經牽拉以 在向前旋轉方向21上行進。因此，將經理解為表示任何適合傳動機構的鏈條14可將施加至踏板22的轉矩傳遞至後輪18之驅動器鑲齒16。後輪18可經理解為表示腳踏式車輛之任何驅動輪。
驅動器鑲齒16可固定至後輪18，使得驅動器鑲齒16及後輪18經直接耦接以便一起旋轉。在此狀況下，後輪18之任何旋轉可藉由鏈條14傳遞至鏈輪20。在此狀況下，後輪18在任何方向上之旋轉使鏈輪20在相同方向上旋轉。
替代地，驅動器鑲齒16可經由匣或其他棘輪機構連接至後輪18。棘輪機構可經組配來在至少一些情況下致能驅動器鑲齒16及後輪18之非耦接單獨旋轉。例如，在向前旋轉方向21上施加至驅動器鑲齒16的轉矩可嚙合棘輪機構，且將向前轉矩施加至後輪18且使後輪18有角度地加速。在滑行期間，另一方面，當無轉矩施加至驅動器鑲齒16(例如，由於踩踏之中止)時，棘輪機構可致能後輪18在向前旋轉方向21上相對於靜止旋轉，或較緩慢地旋轉驅動器鑲齒16。
在滑行期間，無轉矩施加至踏板22。然而，後輪18可在向前旋轉方向21上或在相反的向後旋轉方向上旋轉。後輪18之旋轉方向可取決於在滑行之前(例如在跳躍過程期間)如何操縱自行車10、自行車10之當前定向(例如，當在向上踩踏之後向下滑行時)，或其他因素。取決於驅動器鑲齒16如何耦接至後輪18，驅動器鑲齒16及鏈輪20在滑行期間可旋轉或可不旋轉。自行車滑行驅動機構30可經組配，使得在滑行期間，踏板22之運動自鏈輪20之運動脫離。因此，鏈輪20可獨立於踏板22(及曲柄臂26)之旋轉而旋轉。
在滑行期間，騎手可使踏板22旋轉少量。例如，踩踏可起因於特技表演期間用來提高騎手舒適性的非有意之腿移動，或起因於其他原因。自行車滑行驅動機構30可經組配，使得踏板22在向前旋轉方向21上之小旋轉(例如，穿過小於臨限值旋轉角度)不嚙合鏈輪20。用來向前踩踏而不嚙合鏈輪20的此自由在本文中被稱為自行車滑行驅動機構30之鬆弛，或由自行車滑行驅動機構30提供或致能。
自行車滑行驅動機構30可進一步經組配，使得在踏板22在向後旋轉方向(與向前旋轉方向21相反)上之旋轉期間，踏板22自鏈輪20脫離。
腳踏式車輛可包括一或多個額外輪，諸如自行車10之前輪17。額外輪可經組配來在不藉由踏板22之旋轉驅動的情況下自由地旋轉。額外輪可提供腳踏式車輛之增加的穩定性、轉向或制動能力，或其他功能。
根據本發明之一實施例，自行車滑行驅動機構可包括棘爪，當在向前旋轉方向21上踩踏踏板22時，該等棘爪可延伸以嚙合鏈輪20。在向前或向後滑行期間，棘爪可回縮以使踏板22自鏈輪20脫離。自行車滑行驅動機構30可包括行星齒輪，該行星齒輪經組配來在朝前滑行時確保最小鬆弛角度，且在向後滑行時保證最大鬆弛角度。
圖2A為根據本發明之一實施例之具有棘輪機構及行星齒輪機構之自行車滑行驅動機構的示意性橫截面。圖2B示意性地例示圖2A中所示之自行車滑行驅動機構之組件的分解視圖。
棘輪式滑行驅動機構31安裝在底部托架36內，該底部托架固定至自行車底架13(圖1A)或併入該自行車底架中。曲柄臂26直接耦接至曲柄輪軸32。曲柄輪軸32之末端可經組配為具有結構(例如，具有溝槽及脊部)來嚙合每一曲柄臂26之插座27(圖3中所示)內之對應結構。該結構可防止曲柄臂26與曲柄輪軸32之間的相對旋轉。
軸承34可使曲柄輪軸32能夠相對於底部托架36旋轉。機械組件64可致能將棘輪式滑行驅動機構31之組件裝配至單個單元中且將棘輪式滑行驅動機構31維持為單個單元。例如，機械組件64可包括一或多個帽、間隔件、保持環、螺帽、軸承、螺釘、銷子或其他結構以致能維持棘輪式滑行驅動機構31之總成及適當操作。
棘爪殼體42直接耦接至曲柄輪軸32，使得棘爪殼體42與曲柄輪軸32一起且因此與曲柄臂26及踏板22一起旋轉。棘爪殼體42包括一或多個棘爪44，該一或多個棘爪可藉由棘爪44之結構與離合器 圓盤60上之徑向突出部62之相互作用延伸。棘爪44圍繞棘爪殼體42之周邊分佈。通常，棘爪44可圍繞棘爪殼體42之周邊以均勻方式分佈。因此，圍繞棘爪殼體42之中心軸的棘爪44之位置可藉由相等角度分離。
回縮結構43經組配來將棘爪44維持在正常回縮狀態中，除非藉由與徑向突出部62之相互作用向外延伸。例如，回縮結構43可包括包圍棘爪44的彈性或回彈環或帶，如圖2B中所示。替代地或另外，回縮結構43可包括用於將棘爪44維持在回縮狀態中之一或多個其他機構。例如，每一棘爪44可連接至施加張力、壓力或扭力來將每一棘爪44維持在回縮狀態中的彈簧或其他回彈元件。作為另一實例，每一棘爪44可包括介於棘爪44上之結構(例如，磁鐵、磁性材料、介電材料或其他結構)與棘爪殼體42上之對應結構(例如，磁性材料、磁鐵、靜電發電機或其他結構)之間的磁性或靜電機構，以在回縮狀態中向內牽拉每一棘爪44。可使用其他回縮機構。
鏈輪20直接耦接至杯形結構38，使得杯形結構38與鏈輪20一起旋轉。例如，杯形結構38可包括末端結構66，該末端結構經組配來嚙合鏈輪20之對應結構。軸承35可使杯形結構38能夠相對於底部托架36旋轉。包括棘輪式結構41的棘輪環40插入杯形結構38中且直接耦接至該杯形結構，使得棘輪環40與杯形結構38一起(且與鏈輪20一起)旋轉。替代地，棘輪環40可與杯形結構38成整體(例如，與該杯形結構生產為單個件)。可移除棘輪環40可致能使棘輪環40之方向相對於杯形結構38反向。例如，棘輪環40可經反向以便重新組配棘輪式滑行驅動機構31以用於鏈輪20之右安置或左安置。替代地或另外，可逆性可藉由將棘輪式結構41組配為具有切向對稱的棘輪齒來達成。
圖3A意性地例示圖2B中所示之自行車滑行驅動機構之具有延伸的棘爪之曲柄輪軸。
每一棘爪44可向外延伸。例如，每一棘爪44可圍繞棘爪軸44b旋轉以使前緣44a向外延伸。棘爪軸44b可為圓形以在棘爪殼體42之軸插座47內旋轉。在所示實例中，每一棘爪軸44b可經插入兩個軸插 座47中之一個中。兩個軸插座47之供應可致能相對於棘爪殼體42的每一棘爪之定向(例如，圍繞棘爪軸44b之旋轉方向)之選擇，例如，當調適棘輪式滑行驅動機構31以用於自行車10之安置有鏈輪20(及鏈條14)之側的左右反向時。棘爪44可包括一或多個突出部，該一或多個突出部經組配來與棘輪環之對應壓痕嚙合。在此狀況下，棘爪44可經組配來徑向向外延伸(例如，在無圍繞軸之旋轉的情況下)，且徑向向內回縮。
棘輪環40在其內表面上包括棘輪式結構41。當棘爪44相對於棘爪殼體42在向前旋轉方向21上旋轉時，棘輪式結構41經組配來藉由每一延伸的棘爪44之前緣44a嚙合。因此，棘爪44可向外延伸以關於棘輪環40之棘輪式結構41充當棘爪。棘輪式結構41包括多個棘輪齒。棘輪齒之數目或等效地鄰接棘輪齒之間的角距離可經組配來提供所要的或預定鬆弛角度。
當前緣44a向外延伸時，棘爪44向外且朝向向前旋轉方向21傾斜。因此，當棘爪44向外延伸時，每一棘爪44之前緣44a可在曲柄輪軸32在向前旋轉方向21上旋轉時嚙合棘輪環40之棘輪式結構41。當在向前踩踏期間將向前轉矩施加至曲柄輪軸32時，將法向力施加至每一前緣44a及棘輪式結構41之會合處。所得摩擦可足以克服由回縮結構43施加的回縮力。然而，在滑行期間，不再施加轉矩及法向力，從而使回縮結構43能夠回縮棘爪44。在驅動器鑲齒16固定至後輪18的狀況下，鏈輪20及棘輪式結構41繼續在向前旋轉方向21上旋轉。棘輪式結構41之棘輪齒可抑制棘爪44且使徑向突出部62(以下所描述)遠離棘爪44而旋轉。
因為棘爪殼體42直接耦接至曲柄軸32且耦接至踏板22，所以使棘爪44向外延伸及在向前旋轉方向21上旋轉可將踏板22嚙合至杯形結構38，且因此嚙合至鏈輪20。因此，當棘爪44延伸時，踏板22上用來在向前旋轉方向21上轉動曲柄輪軸32的踩踏可驅動鏈輪20及後輪18。另一方面，若當後輪18繼續在向前旋轉方向21上滾動時，踩踏中止或反向(在向後方向上踩踏)，則棘爪44可跨於棘輪環40之棘輪 式結構41滑動而不嚙合棘輪式結構41。
如所示，回縮結構43包括彈性環或帶(例如，由彈性塑膠、橡膠、金屬、布或另一材料製成)。替代地或另外，回縮結構43可以其他方式組配。例如，回縮結構43可磁性地或藉由作用於每一棘爪44的單獨彈簧操作。
圖3B示意性地例示圖3A中所示之曲柄輪軸之磁性棘爪回縮機構。
在所示實例中，回縮磁鐵43a安置在棘爪殼體42上。回縮磁鐵43a可吸引併入棘爪44中的鐵磁性材料以使棘爪44回縮。替代地或另外，棘爪44可包括磁鐵，該磁鐵經組配來吸引棘爪殼體42之鐵磁性組件。
圖3C意性地例示彈簧棘爪回縮機構。
棘爪44之延伸使回縮彈簧43b撓屈(例如，伸展或扭轉)。回縮彈簧43b可表示傾向於朝棘爪殼體42向後牽拉或旋轉棘爪44的任何回彈機械結構。例如，回縮彈簧43b可表示在齒軸44b上操作來使棘爪44圍繞棘爪軸44b朝向棘爪殼體42向後旋轉的扭力彈簧。
棘輪環40及棘輪式結構41可為非對稱的，如在典型棘輪中，或可為切向對稱的。例如，無論鏈輪20安置於自行車之左側或右側，切向對稱的棘輪式結構可致能單個棘輪環40之使用。例如，當棘輪環40併入杯形結構38中(例如，與杯形結構38生產為單個件)時，切向對稱的棘輪式結構可致能棘輪式滑行驅動機構31之併入左右可逆性。
圖3D意性地例示具有切向對稱的棘輪式結構之棘輪環。
棘輪環40a包括切向對稱的棘輪式結構41a。切向對稱的棘輪式結構41a包括多個對稱棘輪齒51a。每一對稱棘輪齒51a包括兩個齒面49a。齒面49a經組配來在前緣44a向外延伸時由棘爪44之前緣44a嚙合。在所示實例中，每一齒面49a為大體上徑向的，或等效地，與棘輪環40之周邊之局部切線成實質直角(90°)。在此狀況下，當將前緣44a 保持至齒面49a的法向力鬆馳(例如，藉由踩踏之中止)時，可使每一棘爪44直接回縮。
圖3E意性地例示具有切向對稱的棘輪式結構之棘輪環，該切向對稱的棘輪式結構具有與局部切線形成銳角的齒面。
棘輪環40b包括切向對稱的棘輪式結構41b。切向對稱的棘輪式結構41b包括多個對稱棘輪齒51b。每一對稱棘輪齒51b包括兩個齒面49b。齒面49b經組配來在前緣44a向外延伸時由棘爪44之前緣44a嚙合。在所示實例中，每一齒面49b與棘輪環40之周邊之局部切線形成銳角(<90°，例如，70°或另一銳角)。因此，每一齒面49b可形成溝槽，前緣44a在嚙合棘輪式結構41b時可插入該溝槽中。
圖3F意性地例示具有切向非對稱的棘輪式結構之棘輪環，該切向非對稱的棘輪式結構具有與局部切線形成銳角的齒面。
棘輪環40c包括切向非對稱的棘輪式結構41c。切向非對稱的棘輪式結構41c包括多個非對稱棘輪齒51c。每一非對稱棘輪齒51b包括齒面49b，該齒面經組配來在前緣44a向外延伸時由棘爪44之前緣44a嚙合。在所示實例中，每一齒面49b與棘輪環40之周邊之局部切線形成銳角(<90°，例如，70°或另一銳角)。因此，每一齒面49b可形成溝槽，前緣44a在嚙合棘輪式結構41b時可插入該溝槽中。後齒面49c可與可不由棘爪44嚙合的局部切線形成大鈍角。
作為另一實例，對稱或非對稱棘輪式結構可包括與局部切線形成緩和鈍角(例如，
Figure 105130595-A0305-02-0018-2
110°，或類似角度)的齒面。
用於使棘爪44自棘爪殼體42延伸之機構經由行星齒輪50操作。
圖4A意性地例示用於延伸圖3A中所示之棘爪之行星齒輪總成的截面圖。圖4B意性地例示圖4A中所示之總成之離合器盤。
離合器圓盤60之徑向突出部62可經旋轉以使棘爪44自棘爪殼體42延伸。例如，當每一徑向突出部62經旋轉至棘爪44之棘爪凸片45之位置時，可沿每一徑向突出部62之斜坡側面62a向外推動棘爪 凸片45。棘爪凸片45之向外推動可向外推動每一棘爪44之前緣44a。當徑向突出部62經遠離棘爪凸片45旋轉時，回縮結構43可使前緣44a朝向棘爪殼體42向內回縮。替代地或另外，徑向突出部62可經組配來推抵棘爪44之其他結構。例如，棘爪44可經組配為無凸片。當棘爪44不包括凸片時，每一徑向突出部62可為切向對稱的(例如，其中兩個側面類似於斜坡側面62a而成形，例如，類似於圖9A中所示之徑向突出部112)。
在一些狀況下，離合器圓盤60上之徑向突出部可為對稱的(例如，每一突出部具有兩個斜坡側面，使得後側面62b亦為斜坡式的)。通常，徑向突出部62以大體上相等的分離角圍繞離合器圓盤60之中心軸分佈，該等大體上相等的分離角亦大體上等於棘爪殼體42周圍之棘爪44之間的分離角。分離角與其他因素(例如，棘輪式結構41之棘輪齒之間的角分離、離合器圓盤60之兩個相鄰徑向突出部62之間的角分離、棘爪44之大小，或其他因素)一起可決定最大鬆弛角度。
在向前滑行期間，具有載體圓盤56上之摩擦元件59的行星齒輪50可將離合器圓盤60之徑向突出部62維持在與棘爪44接觸中。因此，當騎手向前踩踏時，可消除或減少鬆弛(例如，與典型棘輪機構中之鬆弛相比)。
在向後滑行期間，具有載體圓盤56上之摩擦元件59之行星齒輪50維持離合器圓盤60之徑向突出部62遠離(棘爪44之棘爪凸片45)棘爪44。因此，連續地維持最大鬆弛角度。因此，騎手可向後滑行，而不考慮棘爪44將嚙合棘輪環40。
離合器圓盤60可包括離合器圓盤60之後側面上之額外徑向突出部63。例如，離合器圓盤60可具有鏡像對稱結構以致能反向(例如，以適應較喜歡鏈輪20在自行車10之特定側上之安置的騎手)。
離合器圓盤60直接耦接至行星齒輪50之太陽齒輪58。例如，離合器圓盤60之額外徑向突出部63可各自插入太陽齒輪58之凸片狹槽58a中，以使太陽齒輪58及離合器圓盤60一起旋轉以便根據需要增加或減少最大鬆弛角度。可使用其他耦接結構。替代地或另外，離合 器圓盤60至太陽齒輪58之直接耦接可藉由將離合器圓盤60及太陽齒輪58生產(例如，模製、印刷、機器加工或以其他方式生產)為單個不可分離單元來達成。
杯形結構38直接耦接至行星齒輪50之環形齒輪52。例如，杯形結構38可包括指狀物延伸部39，該等指狀物延伸部經組配來插入環形齒輪52上之對應指狀物狹槽53中。可使用其他耦接結構。因此，環形齒輪52與杯形結構38一起且與鏈輪20一起旋轉。
行星齒輪50之每一行星齒輪54安裝在載體圓盤56之齒輪臂55上。載體圓盤56包括經由摩擦與底部托架36相互作用的結構，或相對於自行車底架13靜止的其他結構。例如，載體圓盤56可包括一或多個摩擦元件59，該一或多個摩擦元件在底部托架36或自行車底架13之表面上施加法向力或其他抵抗力。摩擦元件59可包括一或多個彈簧負載柱塞，如所示，該一或多個彈簧負載柱塞藉由回彈結構向外推動以接觸靜止表面且在靜止表面上施加法向力。替代地或另外，摩擦元件59可包括磁鐵、墊片或可施加抵抗載體圓盤56之旋轉之力的其他元件。
在所示實例中，呈徑向柱塞形式之摩擦元件59可插入載體圓盤56之柱塞插座57中。摩擦元件59可延伸以抵觸底部托架36之內表面。在一些狀況下，套筒插入件37可插入底部托架36中。套筒插入件37可包括用以保持套筒插入件37相對於底部托架36靜止的結構(例如，突出部、壓痕，或與底部托架36之對應結構合作的其他機械結構、摩擦產生的結構諸如O形環或栓槽，或其他結構)。套筒插入件37可有效地調整底部托架36之內徑以致能調適載體圓盤56及摩擦元件59來接觸內表面。因此，具有一系列內徑之底部托架36可適於與載體圓盤56及棘輪式滑行驅動機構31一起操作。
替代地或另外，摩擦元件59可另外在載體圓盤56與底部托架36之間施加摩擦。例如，載體圓盤56之柱塞或其他元件(例如，彈簧或其他元件)可將摩擦軸向地施加至相對於底部托架36靜止的結構 (例如，平坦環形環)。摩擦元件59可包括徑向或軸向磁鐵，該等徑向或軸向磁鐵可與底部托架36或套筒插入件37(或其他靜止結構)中之鐵磁性材料相互作用以抵抗旋轉。摩擦元件59可包括適當材料之環或圓盤(例如，在載體圓盤56之外周邊上，或在載體圓盤56之外徑近似等於底部托架36之內徑或套筒插入件37之內徑所在的位置處)，該環或圓盤經組配來沿底部托架36或套筒插入件37之內表面滑動，且因此將摩擦施加至底部托架36之內表面或套筒插入件37之內表面。
圖4C意性地例示圖4A中所示之行星齒輪總成之軸向彈簧摩擦元件。
軸向彈簧摩擦元件59a可經組配來擠壓在組件之相對於底部托架36靜止且垂直於曲柄輪軸32之縱向軸的表面上。例如，該表面可包括軸承34之相對於底部托架36靜止的表面。
圖4D意性地例示圖4A中所示之行星齒輪總成之軸向磁摩擦元件。
軸向磁性摩擦元件59b可經組配來吸引組件之相對於底部托架36靜止且垂直於曲柄輪軸32之縱向軸的表面(例如，具有鐵磁性組件)。例如，該表面可包括軸承34之相對於底部托架36靜止的表面。
圖4E意性地例示圖4A中所示之行星齒輪總成之O形環徑向摩擦元件。
O形環徑向摩擦元件65可位於載體圓盤56之外輪緣上(例如，在載體圓盤56之周邊處之溝槽中)。O形環徑向摩擦元件65可接觸底部托架36之內表面以在載體圓盤56與底部托架36之間產生摩擦。
替代地或另外，摩擦元件可併入底部托架36中以與載體圓盤56上之合作結構產生摩擦。因此，摩擦元件可經組配來相對於底部托架36或載體圓盤56中之一個保持靜態而可相對於另一個滑動，或可經組配來可相對於底部托架36及載體圓盤56兩者滑動。
圖5A為圖2A中所示之自行車滑行驅動機構之變體的示意性剖視圖，該變體併入圖4E中所示之O形環摩擦元件。
在棘輪式滑行驅動機構33中，行星齒輪50包括具有O形環徑向摩擦元件65之載體圓盤56。O形環徑向摩擦元件65底部托架36之內表面以在載體圓盤56與底部托架36之間(或安裝有套筒插入件37之處)產生摩擦。在其他方面，棘輪式滑行驅動機構33以類似於棘輪式滑行驅動機構31之該操作方式的方式操作。
當曲柄輪軸32不嚙合鏈輪20時，載體圓盤56與底部托架36、杯形結構38之間的摩擦，以及行星齒輪50之組件之間的摩擦及鏈輪20及所耦接結構上之惰性及其他力可保持離合器圓盤60靜止。
例如，在向前踩踏開始時，曲柄輪軸32在向前旋轉方向21上旋轉穿過鬆弛距離。因為離合器圓盤60由摩擦及鏈輪20及所耦接結構上之惰性及其他力保持靜止，所以曲柄輪軸32之旋轉使棘爪殼體42相對於離合器圓盤60類似地旋轉，直至徑向突出部62使棘爪44向外延伸為止。旋轉隨後使延伸的棘爪44嚙合棘輪環40之棘輪式結構41。在此刻，鏈輪20及後輪18在向前旋轉方向21上旋轉。因此，在向前旋轉方向21上之踩踏向前推進自行車。在向前踩踏期間，行星齒輪50之環形齒輪52亦在向前旋轉方向21上旋轉。在旋轉期間，載體圓盤56上之摩擦將轉矩在向後方向上將轉矩施加於太陽齒輪58及離合器圓盤60上。施加至離合器圓盤60的在向後方向上之轉矩在棘爪44上維持徑向突出部62之壓力以維持棘爪44之延伸及鏈輪20之嚙合。
圖5B意性地例示圖5A中所示之自行車滑行驅動機構之棘爪在向前滑行期間的組態。
在向前滑行期間，在向前踩踏之中止之後，後輪18及因此棘輪環40及環形齒輪52繼續在向前旋轉方向21上旋轉，而曲柄輪軸32及棘爪殼體42不再旋轉。環形齒輪52之向前旋轉與施加至載體圓盤56上之摩擦元件59(例如，O形環徑向摩擦元件65或另一類型之摩擦元件)的摩擦力一起可導致太陽齒輪58及離合器圓盤62之向後旋轉。因此，徑向突出部62保持抵靠棘爪44，從而將棘爪44維持在延伸的組態中且保持抵靠棘輪環40之棘輪式結構41，如圖5B中所示。
因此，在向前滑行期間，最小鬆弛可存在(例如，不超過棘輪式結構41之鄰接棘輪之間的角間隔)。因此，若騎手開始向前踩踏，則棘爪44可在最小時間延遲的情況下嚙合棘輪式結構41及因此嚙合鏈輪20。在不存在行星齒輪50的情況下，回縮結構43可使棘爪44完全回縮，例如，至完全回縮棘爪44'之組態。在此狀況下，在向前滑行期間的鬆弛可為顯著較大的最小量，例如，如最大鬆弛角度61一般大。因此，包括行星齒輪50的棘輪式滑行驅動機構31可相較於缺乏行星齒輪的機構致能在向前滑行期間對自行車10之更精確控制。
如所示，最大鬆弛角度61等於完全回縮棘爪44'之角位置與棘爪44在完全延伸以嚙合棘輪式結構41時之角位置之間的角分離。例如，角分離可等於(如所示)離合器圓盤60之與完全回縮棘爪44'之棘爪軸44b'相切的半徑及與相同棘爪44在完全延伸時的棘爪軸44b相切的半徑之間的角分離(相對於離合器圓盤60量測的角度)。最大鬆弛角度61之大小可藉由諸如以下各項之因素決定或受該等因素影響：鄰接徑向突出部62之間的角分離、每一棘爪44之長度(例如，自棘爪軸44b至前緣44a)及棘輪式結構41之鄰接棘爪之間的角分離。
當後輪18之驅動器鑲齒16包括匣時，後輪18可在向前滑行期間自鏈輪20脫離，使得鏈輪20可不再旋轉。摩擦力以及鏈輪20及所耦接結構上之惰性及其他力可使行星齒輪50停止旋轉。
當後輪18之驅動器鑲齒16固定至後輪18時，鏈輪20可在向前滑行期間繼續在向前方向上旋轉。因此，環形齒輪52繼續在向前旋轉方向21上旋轉。然而，行星齒輪50上之摩擦力與鏈輪20及因此棘輪環40之繼續向前旋轉一起使曲柄輪軸32自鏈輪20脫離。
圖5C意性地例示圖5A中所示之自行車滑行驅動機構之棘爪在向後滑行期間的組態。
在向後滑行期間，後輪18向後滾動，而曲柄輪軸32(及因此棘爪殼體42)不旋轉。驅動器鑲齒16(無論包括匣或固定)之向後旋轉使鏈輪20以及棘輪環40及環形齒輪52向後旋轉。環形齒輪52之向後 旋轉與施加至載體圓盤56上之摩擦元件59(例如，O形環徑向摩擦元件65或另一類型之摩擦元件)的摩擦力一起可導致太陽齒輪58及離合器圓盤62之向前旋轉。因此，徑向突出部62遠離棘爪殼體42上之棘爪44而向前旋轉。棘爪44隨後可完全由回縮結構43回縮(如圖5C中所示)。例如，離合器圓盤60可繼續使徑向突出部62遠離棘爪44而旋轉，直至藉由與棘爪殼體42之接觸停止為止。例如，進一步向後旋轉可藉由徑向突出部62之後末端62b與棘爪44中之一個之棘爪凸片45或棘爪軸44b之接觸停止。
離合器圓盤60之使得徑向突出部62遠離棘爪44而旋轉的旋轉可產生例如等於最大鬆弛角度61的鬆弛。鬆弛可使騎手能夠向前踩踏穿過鬆弛角度，而不嚙合鏈輪20及後輪18。在向後滑行期間的最大鬆弛可防止鏈輪20藉由(例如，曲柄輪軸32之非自願踩踏)曲柄輪軸32的偶然或意外嚙合，該偶然或意外嚙合可中斷向後滑行。因此，在棘輪式滑行驅動機構31中包括行星齒輪50可致能相較於缺乏行星齒輪的驅動機構的更受控制或安全的向後滑行。
棘輪式滑行驅動機構31之組件可自右至左以反向順序裝配。因此，鏈輪20可安置在曲柄輪軸32之右末端或左末端附近(例如，以適應偏愛鏈輪20一個右側或左側之安置的騎手)。在以反向順序重新裝配中，一些單獨組件可需要反向。例如，棘輪環40可在杯形結構38內反向以使棘輪式結構41之方向反向。替代地，棘輪環40可與杯形結構38成整體(例如，與杯形結構38生產為單個件)，其中棘輪式結構41中之棘輪齒可為切向對稱的，以便在兩個方向上操作。可使棘爪殼體42上之每一棘爪44之方向反向。可使離合器圓盤60反向以使徑向突出部62之功能與額外徑向突出部63之該功能互換。
根據本發明之一實施例，棘輪式滑行驅動機構可在無行星齒輪的情況下操作。行星齒輪總成之功能中之一些可藉由直接耦接至離合器圓盤的單個摩擦圓盤提供。
圖6A為根據本發明之一實施例之具有棘輪機構之自行 車滑行驅動機構的示意性橫截面。圖6B為圖6A中所示之自行車滑行驅動機構的示意性剖視圖。
棘輪式滑行驅動機構70包括摩擦圓盤72。離合器圓盤60直接耦接至摩擦圓盤72，使得離合器圓盤60與摩擦圓盤72一起旋轉。
摩擦圓盤72包括經由摩擦與底部托架36相互作用的摩擦元件59，或相對於自行車底架13靜止的其他結構。例如，摩擦元件59可包括一或多個摩擦元件，該一或多個摩擦元件可向外延伸以在底部托架36或自行車底架13之表面上施加法向力。突出部可包括一或多個彈簧負載柱塞，該一或多個彈簧負載柱塞藉由回彈結構向外推動以接觸靜止表面且在該靜止表面上施加法向力。例如，摩擦元件59可延伸以接觸底部托架36之內表面或套筒插入件37之內表面。
替代地或另外，摩擦元件59可經組配來另外在摩擦圓盤72與底部托架36之間施加摩擦力。例如，摩擦圓盤72之柱塞或其他元件(例如，彈簧或其他元件)可將摩擦軸向地施加至相對於底部托架36靜止的結構(例如，平坦環形環)。摩擦元件59可包括磁鐵，該等磁鐵可與底部托架36或套筒插入件37(或其他靜止結構)中之鐵磁性材料相互作用以抵抗旋轉。摩擦元件59可包括鐵磁性材料以與底部托架36或套筒插入件37中(或在底部托架36及套筒插入件37兩者中或在其他靜止結構中)之磁鐵相互作用以抵抗旋轉。摩擦元件59可包括適當材料之環或圓盤以沿底部托架36或套筒插入件37之內表面滑動，且因此將摩擦施加至該內表面。
當曲柄輪軸32不嚙合鏈輪20時，摩擦圓盤72與底部托架36及杯形結構38之間的摩擦可保持離合器圓盤60靜止。
例如，在向前踩踏開始時，曲柄輪軸32在向前旋轉方向21上旋轉穿過鬆弛角度。因為離合器圓盤60最初藉由摩擦圓盤72上之摩擦保持靜止，所以曲柄輪軸32之旋轉使棘爪殼體42相對於離合器圓盤60類似地旋轉，直至徑向突出部62使棘爪44向外延伸為止。旋轉隨後使延伸的棘爪44嚙合棘輪環40。在此刻，鏈輪20及後輪18以向前旋 轉方向21旋轉。因此，在向前旋轉方向21上之踩踏向前推進自行車。在旋轉期間，摩擦圓盤72上之摩擦在向後方向上將轉矩施加至離合器圓盤60。向後方向上之轉矩維持徑向突出部62在棘爪44上之壓力，以及棘爪44在棘輪式結構41上之法向力，以維持棘爪44之延伸及鏈輪20之嚙合。
在向前滑行期間，在向前踩踏中止之後，後輪18繼續在向前旋轉方向21上旋轉，而曲柄輪軸32及棘爪殼體42不再旋轉。作為棘爪44在棘輪式結構41上之法向力之所得移除之結果，棘爪44不再經保持至徑向突出部62，且回縮結構43使棘爪44向內回縮。因此，曲柄輪軸32自鏈輪20及後輪18脫離。
當後輪18之驅動器鑲齒16包括匣時，後輪18可在向前滑行期間自鏈輪20脫離，使得鏈輪20可不再旋轉。棘爪44在棘輪式結構41上之法向力之所得移除可使回縮結構43能夠使棘爪44回縮。因此，鏈輪20自曲柄輪軸32脫離。
當後輪18之驅動器鑲齒16固定至後輪18時，鏈輪20可在向前滑行期間繼續在向前方向上旋轉。因此，杯形結構38及棘輪環40繼續在向前旋轉方向21上旋轉，從而使回縮結構43能夠使棘爪44回縮以使曲柄輪軸32自鏈輪20脫離。
在向後滑行期間，後輪18向後滾動，而曲柄輪軸32不旋轉。驅動器鑲齒16(無論包括匣或固定)之向後旋轉使鏈輪20向後旋轉。棘爪44隨後可由回縮結構43回縮。因此，曲柄輪軸32自鏈輪20脫離。
根據本發明之一實施例，自行車滑行驅動機構可藉由包括直接耦接至鏈輪20之第一圓錐及經組配來沿曲柄輪軸32行進之第二圓錐的機構之操作來使曲柄輪軸32與鏈輪20嚙合。例如，用於使第二圓錐朝向第一圓錐移動的機構可包括與第二圓錐與自行車底架之間的摩擦力一起操作的螺釘機構。當由向前踩踏引起的向前轉矩施加至曲柄輪軸32時，第二圓錐經組配來朝向第一圓錐行進。圓錐中之一個為凹形圓錐，且另一圓錐為凸形圓錐。凸形圓錐之外表面經成形以便在 第二圓錐已移動至接觸第一圓錐時緊靠凹形圓錐之對應成形之內表面。緊靠的表面之間的摩擦隨後可使施加至第二圓錐的轉矩將施加至第一圓錐，且因此亦施加至鏈輪20。
圖7A為根據本發明之一實施例之具有圓錐機構之自行車滑行驅動機構的示意性橫截面。圖7B為圖7A中所示之自行車滑行驅動機構的示意性剖視圖。
儘管圖7A及圖7B中所例示之實例展示直接耦接至鏈輪20的凹形圓錐84及可移動凸形圓錐82，但凸形圓錐可耦接至鏈輪20，且凹形圓錐可為可沿曲柄輪軸32移動(例如，具有對驅動機構之其他組件之形狀的對應變化)。
當驅動器鑲齒16固定至後輪18以便與後輪18一起旋轉時，圓錐驅動機構80可操作來致能向前滑行及向後滑行。
在圓錐驅動機構80中，凹形圓錐84直接耦接至鏈輪20以便一起旋轉。凸形圓錐82經組配來沿曲柄輪軸32朝向或遠離凹形圓錐84而移動。當迫使凸形圓錐82之外表面82a抵靠凹形圓錐84之內表面84a時，鏈輪20直接耦接至曲柄輪軸32。在其他時間處，鏈輪20大體上獨立於曲柄輪軸32而旋轉。
替代地，凹形圓錐可經組配來朝向或遠離直接耦接至鏈輪20的凸形圓錐而移動。
用於使一圓錐朝向或遠離另一圓錐移動之機構可包括螺釘機構。例如，曲柄輪軸32之長度之一部分可具有外部螺紋88。凸形圓錐82之內表面具有對應內部螺紋82b。凸形圓錐82具有摩擦元件59以抵抗凸形圓錐82相對於底部托架36或相對於套筒插入件37之旋轉。摩擦元件59可包括徑向柱塞，如所示，或可包括如以上所描述之其他運動抵抗結構。
在一些狀況下，外部螺紋88可以可移除套筒之形式來提供，該可移除套筒可耦接至曲柄輪軸32。當螺紋經移除、反射且替換時，圓錐驅動機構80可經重新組配以用於鏈輪20之右安置或左安置。
當踩踏使曲柄輪軸32在向前旋轉方向21上旋轉時，由摩擦元件59施加的摩擦力及內部螺紋82b與外部螺紋88之相互作用可使凸形圓錐82朝向凹形圓錐84移動。當凸形圓錐82之外表面82a接觸凹形圓錐84之內表面84a時，所施加力可使凹形圓錐84及因此鏈輪20與凸形圓錐82及曲柄輪軸32一起旋轉。因此，在凸形圓錐82嚙合凹形圓錐84的情況下，踩踏之轉矩可施加至鏈輪20。鏈輪20隨後可經由鏈條14及驅動器鑲齒16使後輪18在向前旋轉方向21上旋轉，因此向前推進自行車10。
可注意到，最大鬆弛可藉由外部螺紋88之長度，或藉由限制凸形圓錐82遠離凹形圓錐84之行進的其他元件決定。任何時間處的實際鬆弛可藉由凸形圓錐82距凹形圓錐84之當前距離決定。
當向前滑行時，後輪18繼續在向前旋轉方向21上滾動，而保持曲柄輪軸32靜止。因為驅動器鑲齒16固定至後輪18，所以鏈輪20及凹形圓錐84繼續在向前旋轉方向21上旋轉。凹形圓錐84之繼續向前旋轉最初可相對於靜止曲柄輪軸32在向前旋轉方向21上向前牽拉凸形圓錐82。因此，凸形圓錐82可在外部螺紋88上遠離凹形圓錐84而行進，因此使鏈輪20自曲柄輪軸32脫離。
可注意到，在跳躍期間，當後輪18在向前踩踏之後升離地面時，後輪18可由於其角動量而繼續在向前旋轉方向21上旋轉。此繼續旋轉可以類似或等效於向前滑行之方式影響圓錐驅動機構80。因此，在此跳躍期間，鏈輪20可變得自曲柄輪軸32脫離。
在凸形圓錐82遠離凹形圓錐84之行進期間，不需要凸形圓錐82與底部托架36或套筒插入件37之間的摩擦來用於操作。在一些狀況下，在滑行期間或當曲柄輪軸32未經在向前旋轉方向21上踩踏時可禁用摩擦元件59。例如，曲柄輪軸32可經結構化或以其他方式組配來觸發制動機構，當在向前旋轉方向21上旋轉時，該制動機構與摩擦元件59相互作用。此制動機構可包括例如閘瓦、電磁鐵或可經啟動以與摩擦元件59相互作用的其他制動機構。在滑行期間減少摩擦可使凸 形圓錐82能夠在脫離之後繼續遠離凹形圓錐84而移動，因此增加鬆弛角度。
一旦鏈輪20自曲柄輪軸32脫離，鏈輪20之旋轉與曲柄輪軸32之旋轉無關。因此，後輪18可在不與曲柄輪軸32及踏板22相互作用的情況下繼續向前滑行，或在向前滑行或跳躍之後向後滑行。脫離可繼續，直至曲柄輪軸32在向前旋轉方向21上旋轉穿過鬆弛角度為止。
可注意到，一旦鏈輪20自曲柄輪軸32脫離，曲柄輪軸32可向後(與向前旋轉方向21相反)旋轉而不嚙合鏈輪20。此向後踩踏可使凸形圓錐82沿外部螺紋88進一步遠離凹形圓錐84而行進，因此增加鬆弛。因此，騎手可在希望增加鬆弛角度的情況下在滑行或跳躍期間向後踩踏(例如，以防止鏈輪20至曲柄輪軸32之意外嚙合)。
在一些狀況下，騎手可希望在向前踩踏之後立即向後滑行(例如，無向前滑行或跳躍之介入間隔)。例如，騎手可希望在後輪18之向前旋轉之速度及鏈輪20之向前旋轉之速度減慢至零時沿斜面向上踩踏，且隨後沿斜面向下向後滑行。在此狀況下，當鏈輪20靜止時，騎手可以暫時向後踩踏。此暫時向後踩踏可為騎手在此等情況下的自然或本能反應。曲柄輪軸32之所得向後旋轉與由摩擦元件59施加的摩擦力及內部螺紋82b與外部螺紋88之相互作用一起可使凸形圓錐82遠離凹形圓錐84而移動。因此，後輪18可在向後方向或向前方向上自由地滑行。
根據本發明之一實施例，自由滑行輪轂可包括行星齒輪機構。
圖8意性地例示根據本發明之一實施例之具有行星齒輪之自由滑行輪轂的部分剖視圖。圖9A意性地例示圖8中所示之自由滑行輪轂之行星齒輪總成之組件。
自由滑行輪轂90之輪轂主體93(例如，輪轂主體93之凸緣93a)可經組配來連接至後輪18之輪輻。輪轂輪軸92固定至自行車底架13。輪轂主體93可經致能(例如藉由內軸承94)以圍繞輪轂輪軸92旋轉。 在踩踏期間，驅動器鑲齒16可經由鏈條14藉由鏈輪20之旋轉在向前旋轉方向21上驅動。驅動器鑲齒16直接耦接至棘爪殼體42。棘爪殼體42可經致能(例如，藉由外軸承99)以圍繞輪轂輪軸92旋轉。在滑行期間，後輪18及輪轂主體93可向前或向後旋轉，而驅動器鑲齒16保持大體上靜止。
自由滑行輪轂90可經組配來在踩踏期間將驅動器鑲齒16嚙合至輪轂主體93且在滑行期間使驅動器鑲齒16自輪轂主體93脫離。例如，在踩踏期間，可使棘爪44自棘爪殼體42向外延伸。當棘爪44向外延伸時，棘爪44可嚙合直接耦接至輪轂主體93的棘輪環40。因此，當棘爪44向外延伸時，施加至驅動器鑲齒16(經由鏈條14)的轉矩可施加至輪轂主體93且因此施加至後輪18。回縮機構(例如，類似於回縮結構43)可將棘爪44維持在回縮組態中，除非例如藉由抵靠徑向突出部112之旋轉或藉由法向力而被迫或維持向外。
用於使棘爪44延伸之機構包括行星齒輪110。在行星齒輪110中，環形齒輪100直接耦接至輪轂主體93以便與輪轂主體93一起旋轉。例如，環形齒輪100可併入輪轂主體93中(例如，功能上等效於環形齒輪100的結構可併入修改型輪轂主體93中)。在一些狀況下，自由滑行輪轂90可包括經組配來將環形齒輪100耦接至輪轂主體93的額外結構，諸如配接器116。
行星齒輪98安裝在載體圓盤102上。載體圓盤蓋子103可附接至載體圓盤102以將行星齒輪98保持至載體圓盤102上。載體圓盤102包括摩擦元件96。摩擦元件96可包括經組配來將軸向法向力施加於靜止自行車部分97(例如，內軸承94之靜止部分、增添的圓盤或環，或相對於輪轂輪軸92保持靜止的另一組件)上，或直接施加於輪轂輪軸92上的軸向柱塞(如圖9A中所示)。替代地或另外，摩擦元件96可以其他方式經組配來將摩擦力施加於靜止自行車部分97上或施加於輪轂輪軸92上。例如，耦接可包括磁鐵(例如，類似於圖4D中之軸向磁性摩擦元件59b)、經組配來與靜止自行車部分97上之磁鐵相互作用的鐵磁性材 料、O形環、另一機械組件(例如，彈簧、臂、圓盤或施加軸向法向力或徑向法向力的其他機械組件形式，例如，類似於圖4C中之軸向彈簧摩擦元件59)，或用於抵抗載體圓盤102相對於靜止自行車部分97之旋轉的另一組件。摩擦元件96可經組配來相對於輪轂輪軸92(或靜止自行車部分97)或載體圓盤102中之一個保持靜態，而可相對於另一個滑動，或可經組配來可相對於輪轂輪軸92(或靜止自行車部分97)及載體圓盤102兩者滑動。
行星齒輪110之太陽齒輪總成104包括太陽齒輪114及徑向突出部112。替代地或另外，太陽齒輪114可直接耦接至單獨離合器圓盤，該單獨離合器圓盤包括徑向突出部112。每一徑向突出部112可為對稱的(例如，其中兩個側面以斜坡形式成形)。替代地，每一徑向突出部112可具有非對稱輪廓，例如，在僅一側面上具有斜坡(例如，類似於圖4B中之徑向突出部62)。
當騎手開始向前踩踏時，使驅動器鑲齒16及棘爪殼體42在向前旋轉方向21上旋轉。棘爪殼體42之向前旋轉使棘爪44(例如，棘爪44之凸片)在太陽齒輪總成104上之徑向突出部112之斜坡112a上旋轉穿過鬆弛角度，該等斜坡藉由載體圓盤102上之摩擦元件96與輪轂輪軸92之間的摩擦，以及藉由輪轂主體93及直接耦接的環形齒輪100之惰性保持在適當位置(因此使整個行星齒輪110暫時固定不動)。棘爪44在斜坡112a上之旋轉可使棘爪44向外延伸以嚙合棘輪環40及輪轂主體93。
繼續向前踩踏繼續使棘爪殼體42在向前旋轉方向21上旋轉。棘爪殼體42之向前旋轉可使所嚙合輪轂主體93及因此後輪18在向前旋轉方向21上旋轉，從而在向前自行車方向11上推進自行車10。環形齒輪100與輪轂主體93之向前旋轉與施加至摩擦元件96的摩擦力一起在與環形齒輪100之旋轉方向相反的方向上將轉矩施加至太陽齒輪114且施加至徑向突出部112。所施加轉矩可迫使徑向突出部112抵靠棘爪44，因此維持驅動器鑲齒16至輪轂主體93之嚙合。
在向前滑行期間，後輪18、輪轂主體93及環形齒輪100 繼續在向前旋轉方向21上旋轉，而驅動器鑲齒16之旋轉中止。環形齒輪100之向前旋轉與施加至載體圓盤102上之摩擦元件96的摩擦力一起可使向後方向上的轉矩經施加至太陽齒輪114，且因此施加至徑向突出部112。所施加轉矩可迫使徑向突出部112抵靠棘爪44，因此將棘爪44維持在延伸的位置中以嚙合棘輪環40。因此，最小鬆弛經維持(例如，類似於圖5B中所示之情形)。在向前滑行期間維持最小鬆弛可致能相較於缺乏行星齒輪的自由滑行輪轂的對自行車10之更精確控制。
作為棘爪44及棘輪環40之方向性形狀的結果，棘輪環40可繼續相對於棘爪44向前旋轉。法向力之所得減少可使回縮機構能夠使棘爪44回縮。在一些狀況下，騎手可暫時向後踩踏以便使棘爪44遠離徑向突出部112而旋轉，從而使棘爪44能夠回縮。
在向後滑行期間，後輪18、輪轂主體93及環形齒輪100向後(與向前旋轉方向21相反)旋轉，而驅動器鑲齒16之旋轉中止。環形齒輪100之向後旋轉與施加至摩擦元件96的摩擦力一起可使太陽齒輪114遠離棘爪44而旋轉徑向突出部112。因此，回縮機構可使棘爪44回縮，因此使驅動器鑲齒自輪轂主體93脫離。太陽齒輪114之旋轉可繼續，直至達到最大鬆弛為止。繼續向後滑行可維持最大鬆弛(例如，類似於圖5C中所例示之組態)。
自行車中包括行星齒輪總成的自由滑行輪轂90之使用可比其他類型之自由滑行輪轂之使用有利。在典型自由滑行輪轂中，包括徑向突出部的離合器圓盤藉由摩擦耦接至自行車底架(例如，軸向地，經由彈簧)。最大鬆弛角度61由鄰接徑向突出部112之間的角距離(通常等於棘爪之間的角距離)、每一棘爪44之長度，及棘輪環40上之鄰接棘輪之間的角分離決定。在自由滑行輪轂90中，行星齒輪110藉由使具有徑向突出部112之太陽齒輪總成在與輪轂主體93及環形齒輪100之旋轉相反的方向旋轉，可在向前滑行時確保最小鬆弛角度，且可在向後滑行時確保最大鬆弛角度。
最大鬆弛可由徑向突出部112之間的角分離及棘輪環40 中之棘輪齒之間的角分離中之一或多個，及每一棘爪44之長度決定。
圖9B意性地例示圖9A中所示之行星齒輪總成之具有軸向彈簧摩擦元件之載體圓盤。
如所示，載體圓盤102具有軸向回彈摩擦彈簧120。例如，軸向回彈摩擦彈簧120可經組配來在載體圓盤102與諸如靜止自行車部分97之靜止軸向表面之間產生摩擦。
圖9C意性地例示圖9A中所示之行星齒輪總成之具有軸向磁性摩擦元件之載體圓盤。
如所示，載體圓盤102具有軸向磁鐵122。例如，軸向磁鐵122可經組配來在載體圓盤102與諸如靜止自行車部分97之靜止磁性(例如，鐵磁性)表面之間產生摩擦。
圖9D意性地例示圖9A中所示之行星齒輪總成之具有徑向柱塞摩擦元件之載體圓盤。
如所示，載體圓盤102具有徑向柱塞124。例如，徑向柱塞124可經組配來在載體圓盤102及諸如輪轂輪軸92之靜止包圍表面之間產生摩擦。
圖9E意性地例示圖9A中所示之行星齒輪總成之具有用於保持徑向O形環摩擦元件之溝槽的載體圓盤。圖9F意性地例示圖9E之插入溝槽中的徑向O形環摩擦元件之載體盤。
如所示，載體圓盤102具有O形環溝槽126，徑向O形環摩擦元件128可安置在該O形環溝槽中。例如，徑向O形環摩擦元件128可經組配來在載體圓盤102與諸如輪轂輪軸92之靜止包圍表面之間產生摩擦。
在一些狀況下，可藉由將行星齒輪總成改裝成現有自由滑行輪轂來裝配自由滑行輪轂90。例如，行星齒輪總成可包括環形齒輪100、載體圓盤102(具有所附接行星齒輪98及摩擦元件96)，及太陽齒輪總成104(具有太陽齒輪114及徑向突出部112)。在一些狀況下，行星齒輪總成亦可包括靜止自行車部分97或意欲用於耦接以便相對於自 行車底架(例如相對於軸承之不旋轉部分)或相對於輪轂輪軸92保持靜止的另一組件。在行星齒輪總成之安裝之前，可移除現有離合器圓盤及相關組件(例如，摩擦彈簧)。行星齒輪總成可以致能現有部分在無輪轂之進一步修改的情況下的替換的尺寸來組配。因此，行星齒輪總成可具有致能先前組件之直接替換的適合間隔件。特定行星齒輪總成可經設計來以自由滑行輪轂之特定類型或模型改造。
圖10A為具有行星齒輪附加總成及徑向O形環摩擦元件之自由滑行輪轂的示意性剖視圖。圖10B意性地例示圖10A中所示之自由滑行輪轂之組件。
行星齒輪附加總成140可經增添至現有自由滑行輪轂90。例如，行星齒輪附加總成140之安裝可始於驅動器鑲齒16、棘爪殼體42、外軸承99及內間隔件132(若存在)中之一或多個自輪轂主體93中之移除。行星齒輪附加總成140(例如，包括一或多個太陽齒輪總成104、環形齒輪100、例如具有徑向O形環摩擦元件128之載體圓盤102，或一或多個額外組件)隨後可沿輪轂輪軸92插入輪轂主體93中。例如，行星齒輪附加總成140可鄰接於內軸承94而經插入。移除組件隨後可經替換，例如，使得內間隔件132經插入載體圓盤102之中心開口內。
環形齒輪100在安裝時可直接耦接至輪轂主體93。在一些狀況下，行星齒輪附加組件140可包括配接器116以致能環形齒輪100至輪轂主體93之直接耦接。例如，不同大小及形式之配接器116可經組配來致能環形齒輪100至不同大小或形式之輪轂主體93之直接耦接。配接器116可藉由摩擦或以其他方式(例如，螺釘、銷子或以其他方式)保持至輪轂主體93之內表面。配接器116可包括致能至環形齒輪100之直接耦接的結構(例如，經組配來嚙合環形齒輪100上之對應凸片的溝槽)。
當安裝時，行星齒輪附加組件140之載體圓盤102之徑向O形環摩擦元件128可經組配來接觸內間隔件132(該內間隔件經組配來相對於輪轂輪軸92保持靜止)。該接觸可在內間隔件132(及因此輪轂輪軸92)與載體圓盤102之間產生相對摩擦，如以上所描述。替代地或另 外，O形環摩擦元件128可直接接觸輪轂輪軸92或相對於自行車底架13靜止的另一元件，以便在輪轂輪軸92與載體圓盤102之間產生摩擦。
在一些狀況下，額外的附加組件、附加間隔件130可插入內軸承94與內間隔件132之間。附加間隔件130可經組配來相對於輪轂輪軸92保持靜止。例如，附加間隔件130之孔134之內徑可經組配來貼切地配合在輪轂輪軸92上。附加間隔件130之增添可增加可利用於O形環摩擦元件128與自由滑行輪轂90之靜止組件之間的接觸的區域，因此致能增加所產生摩擦(例如，藉由致能增加O形環摩擦元件128之大小)。
本文揭示不同實施例。某些實施例之特徵可與其他實施例之特徵組合；因此某些實施例可為多個實施例之特徵之組合。已呈現本發明之實施例之先前描述以用於例示及描述之目的。前述描述並非意欲為詳盡的，或將本發明限於所揭示之精確形式。熟習此項技術者應瞭解，許多修改、變化、置換、改變及等效物根據以上教示為可能的。因此，將理解，所附申請專利範圍意欲涵蓋如屬於本發明之真實精神內的所有此類修改及改變。
雖然本文已例示且描述本發明之某些特徵，但本領域中之一般技術者現將想到許多修改、置換、改變及等效物。因此，將理解，所附申請專利範圍意欲涵蓋如屬於本發明之真實精神內的所有此類修改及改變。
20:鏈輪
26:曲柄臂
31:棘輪式滑行驅動機構
32:曲柄輪軸
34、35:軸承
36:底部托架
37:套筒插入件
38:杯形結構
40:棘輪環
42:棘爪殼體
43:回縮結構
44:棘爪
50、54:行星齒輪
52:環形齒輪
56:載體圓盤
57:柱塞插座
58:太陽齒輪
59:摩擦元件
60:離合器圓盤

Claims (2)

  1. 一種自由滑行輪轂裝置，其用來使一自行車能夠向前或向後滑行，該裝置包含：一棘輪環，其直接耦接該自行車之一後輪之一輪轂主體；一棘爪殼體，其直接耦接至該自行車之該後輪之一驅動器鑲齒，該棘爪殼體包含多個棘爪，該等多個棘爪圍繞該棘爪殼體之一周邊分佈，該等棘爪可自該棘爪殼體之該周邊向外延伸以嚙合該棘輪環，以在該驅動器鑲齒向前旋轉時使該輪轂主體旋轉，且一回縮機構經組配以將該等棘爪維持在一回縮組態中，除非該等棘爪被迫向外；一離合器圓盤，其包括多個徑向突出部，每一徑向突出部經組配來在該等多個棘爪中之一棘爪係藉由該驅動器鑲齒之向前旋轉而旋轉至該徑向突出部時使該棘爪延伸，該離合器圓盤係直接耦接至一行星齒輪之一太陽齒輪，該行星齒輪之一環形齒輪係直接耦接至該輪轂主體；以及一摩擦元件，其直接耦接至該行星齒輪之一載體圓盤，使得該摩擦元件抵抗該離合器圓盤相對於該自行車之一底架之旋轉，其中該行星齒輪經組配以在向前滑行期間迫使該等徑向突出部抵靠該等棘爪，且在向後滑行期間使該回縮機構能夠將該等棘爪回縮。
  2. 如請求項1之裝置，其中該摩擦元件包含一柱塞、一彈簧、一O形環或一磁鐵。
TW105130595A 2015-10-08 2016-09-22 用來使自行車能夠向前或向後滑行的自由滑行輪轂裝置 TWI717390B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/878,119 2015-10-08
US14/878,119 US20170101161A1 (en) 2015-10-08 2015-10-08 Bicycle drive mechanism to enable coasting

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201718331A TW201718331A (zh) 2017-06-01
TWI717390B true TWI717390B (zh) 2021-02-01

Family

ID=58488128

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105130595A TWI717390B (zh) 2015-10-08 2016-09-22 用來使自行車能夠向前或向後滑行的自由滑行輪轂裝置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20170101161A1 (zh)
TW (1) TWI717390B (zh)
WO (1) WO2017060895A1 (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10093389B2 (en) * 2016-11-16 2018-10-09 Shimano Inc. Bicycle front sprocket, bicycle crank assembly, and bicycle drive train
US10526041B2 (en) * 2017-06-13 2020-01-07 Shimano Inc. Bicycle crank assembly
CN107697221A (zh) * 2017-08-31 2018-02-16 浙江栋马童车股份有限公司 一种传动装置及具有该传动装置的卡丁车
US11187285B2 (en) * 2017-12-09 2021-11-30 Icon Health & Fitness, Inc. Systems and methods for selectively rotationally fixing a pedaled drivetrain
CN108791633B (zh) * 2018-06-26 2020-04-03 上海大学 一种手驱动手控制差动齿轮传动式代步器
IT201800006956A1 (it) * 2018-07-05 2020-01-05 Assieme di ruota libera a innesti frontali per bicicletta
CN108974242B (zh) * 2018-09-12 2024-02-13 昆山唐泽新能源科技有限公司 变速花鼓离心离合组件和自动内三速花鼓
US10569836B2 (en) * 2019-03-25 2020-02-25 Hazem Nihad Hamed Automatic bicycle shifter and chain driver
CN110645287B (zh) * 2019-10-09 2020-11-03 西南交通大学 一种用于控制轮系结构单向传动的辅助装置
CN212861769U (zh) * 2019-12-19 2021-04-02 深圳信隆健康产业发展股份有限公司 小轮径休闲车之传动机构
US11794518B2 (en) * 2020-03-10 2023-10-24 II Daniel Patrick Keeley Freecoaster hub system for a bicycle
US20220205494A1 (en) * 2020-08-03 2022-06-30 JEN-CHIH Lyang LIU Interior clutch-used control mechanism
US20220221012A1 (en) * 2020-08-03 2022-07-14 Jen-chih Liu Interior clutch-used control mechanism
US20220213938A1 (en) * 2020-08-03 2022-07-07 Jen-chih Liu Interior clutch-used control mechanism
WO2022035651A1 (en) * 2020-08-10 2022-02-17 World Bicycle Relief, NFP Multi-speed rear drive for a bicycle
TWI803120B (zh) * 2021-12-29 2023-05-21 久鼎金屬實業股份有限公司 自行車中軸
US11906023B2 (en) * 2022-03-02 2024-02-20 Herbert Thomas Baumgartner System and methods for a gear reducer
EP4246012A1 (en) * 2022-03-16 2023-09-20 ChargeON Corp. Flexible clutch transmission mechanism
WO2024086083A1 (en) * 2022-10-17 2024-04-25 The Regents Of The University Of Michigan Gear set

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1144168A (en) * 1965-06-15 1969-03-05 Fichtel & Sachs Ag Improvements in or relating to rider powered vehicle drives
US20020079182A1 (en) * 2000-01-20 2002-06-27 Heinz Kettler Gmbh And Co., Freewheel clutch and a method of transmitting power using a freewheel clutch
US9103392B2 (en) * 2010-09-30 2015-08-11 Sram Deutschland Gmbh Hub with mechanism to permit backwards movement without pedal movement

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US719118A (en) * 1901-11-18 1903-01-27 John Hurck Coaster bicycle-brake.
US2181665A (en) * 1938-11-05 1939-11-28 Arthur C Messamore Pedal drive for velocipedes
GB804533A (en) * 1955-11-24 1958-11-19 Fichtel & Sachs Ag Improved bicycle hub
DE10019989A1 (de) * 2000-04-22 2001-10-25 Sram De Gmbh Freilaufkupplung mit zwangsgesteuerter Sperrklinke
US8312976B2 (en) * 2008-04-03 2012-11-20 Bear Corporation High efficiency bicycle hub

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1144168A (en) * 1965-06-15 1969-03-05 Fichtel & Sachs Ag Improvements in or relating to rider powered vehicle drives
US20020079182A1 (en) * 2000-01-20 2002-06-27 Heinz Kettler Gmbh And Co., Freewheel clutch and a method of transmitting power using a freewheel clutch
US9103392B2 (en) * 2010-09-30 2015-08-11 Sram Deutschland Gmbh Hub with mechanism to permit backwards movement without pedal movement

Also Published As

Publication number Publication date
US20170101161A1 (en) 2017-04-13
WO2017060895A1 (en) 2017-04-13
TW201718331A (zh) 2017-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI717390B (zh) 用來使自行車能夠向前或向後滑行的自由滑行輪轂裝置
US8312976B2 (en) High efficiency bicycle hub
EP0795460B1 (en) Hub bicycle transmission
US6557877B2 (en) Regenerative braking and driving apparatus
JP2000302081A (ja) 自転車内装変速ハブ用シール及び自転車用内装変速ハブ
JP6779427B2 (ja) 遠心力ブレーキ装置及びこれを備えた手動推進車両
US4134481A (en) Back-pedal brake operator and braking system for multi-speed bicycles
CZ303289B6 (cs) Zarízení pro interní razení prevodu jízdního kola a zpusob prenášení síly na tomto zarízení
US20100075572A1 (en) Remote-control toy motorcycle
TWI668152B (zh) 用於具有再生制動和反向踏板能量儲存的齒輪傳動之腳踏車的系統及用於此系統之改良後輪圈
US5829563A (en) Internal bicycle transmission with a coaster brake
KR20160108995A (ko) 자전거용 증속 동력변환장치
CN211892719U (zh) 一种回能和自变速花鼓
CN209700870U (zh) 一种正反双向踩踏自行车驱动装置
TWI777747B (zh) 自行車輪轂離合機構
CN206125330U (zh) 一种双向飞轮
KR20100033112A (ko) 구동축용 허브, 이를 구비한 자전거 및 바퀴의 구동방법
TWM638429U (zh) 自行車輪轂之棘爪式自由滑行離合機構
CN212004028U (zh) 一种离心离合器结构
CN110712473B (zh) 一种回能和自变速花鼓
CN114033836B (zh) 一种人工智能行走装置
CN211995141U (zh) 一种电动车轮毂电机
CN205819404U (zh) 脚踏式滑板车
KR860002943Y1 (ko) 슬라이드 보오드
TW201515927A (zh) 自行車變速傳動系統