TWI718862B

TWI718862B - 動力裝置

Info

Publication number: TWI718862B
Application number: TW109103584A
Authority: TW
Inventors: 翁嘉明; 段琴飛
Original assignee: 翁嘉明; 段琴飛
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2021-02-11
Also published as: TW202130931A

Abstract

本發明中動力裝置主要包含有：動力軸、壓縮彈簧、傳動模組以及出力端，壓縮彈簧係套設於該動力軸外，而該壓縮彈簧具有相對之二端分別位於該動力軸之延伸方向處，其一端係為一固定端，另端則為一活動端，該活動端可受一外力，讓該壓縮彈簧之長度變短且內徑縮小，利用壓縮彈簧受外力壓縮後所產生之作用力，促使動力軸輸出扭力增加，並透過傳動模組傳送至出力端。

Description

動力裝置

本發明係有關一種結構簡單且可增加扭力之動力裝置，其可廣泛應用於現有馬達或機械傳動上。

按，目前市面上存在各式帶動輸出軸以提供動力的動力裝置，例如馬達可將電能轉換成機械能，用於驅動機械之動力輸出來源，且藉由其轉子帶動之方式不同，來達到不同扭力及動力輸出。而動力傳輸模式中，轉速與扭力一向是以“翹翹板方式”反向呈現。而一般動力裝置用於驅動機械必須佐以齒輪變速裝置來做扭力、轉速之轉換與整合；但在轉換與整合過程中，將因轉換而損失之動力太大而不符經濟節能之使用原則。

如中華民國專利公告第M334199號『重力轉換扭力之動能構造』專利前案，其揭示有一主架、複數根擺臂及複數個重力件。所述該主架係由一輪狀基盤輻射狀向外凸設四根支臂所構成，該基盤與一中軸軸接連動，且該各擺臂一端與該各支臂樞接，該各重力件分別與該各擺臂相接，且該支臂軸向凸伸一止擋部與該擺臂相鄰，據以限制該擺臂僅得於該支臂一側的垂直面上往復旋擺作動，藉以變化該各重力件與該主架軸心之水平距離，俾供轉換該重力件之重力為扭力，以制動該主架旋轉作功。

其重力件所儲存的能量和它的質量成正比，也和旋轉的速度成正比，所以只要不斷的提升重力件質量及基盤轉速，其所儲存的能量就能不斷的增加。但實際上，直接提升該重力件的質量是一種最簡便的方法，可是大幅提升該重力件之質量，將會使馬達耗電量大幅增加，且使得承載重力件之中軸、基盤所受到的應力增加，大大的降低其經濟效益，且無法在有限增加馬達耗電量下，而大幅提升扭力輸出效率。

有鑑於此，本發明提供一種結構簡單且可增加扭力之動力裝置，其可廣泛地應用於現有馬達或機械傳動上，為其主要目的者。

為達上揭目的，本發明之動力裝置，至少包含：一動力軸，可受一動力驅動而轉動；一壓縮彈簧，係套設於該動力軸外，而該壓縮彈簧具有相對之二端分別位於該動力軸之延伸方向處，其一端係為一固定端，另端則為一活動端，該活動端可受一旋轉外力，讓該壓縮彈簧之長度變短且內徑縮小；一傳動模組，係與該動力軸連動；以及一出力端，係與該傳動模組連接，可受該傳動模組之帶動而轉動。

在一較佳態樣中，進一步設有一軸套，該軸套係套設於該壓縮彈簧外，另有一固定件設置於該軸套與該壓縮彈簧之該固定端。

在一較佳態樣中，進一步設有一控制件，該控制件係提供該外力於該活動端。

在一較佳態樣中，軸套一端係短於該壓縮彈簧，讓該活動端得以外露。

在一較佳態樣中，軸套與該壓縮彈簧相對應處設有一穿孔可供固定該固定件。

在另一較佳態樣中，傳動模組至少包含有：一傳動齒輪，係配置於該動力軸之周圍；一傳動件，係具有齒部可與該傳動齒輪相嚙合；一傳動軸，係以一單向軸承(可以為滾針軸承)軸設於該動力軸一端，該傳動軸之外側周圍適當處設有第一外齒輪，該傳動軸相對於該動力軸之另端則軸設於該出力端；以及至少一轉動齒輪，係配置於該傳動軸之周圍，並使該轉動齒輪與該第一外齒輪嚙合；其中，於該動力軸之外側周圍適當處設有第二外齒輪，並使該傳動齒輪與該第二外齒輪嚙合；當該動力軸轉動時，該第二外齒輪帶動該傳動齒輪以及該傳動件，該傳動件再帶動該轉動齒輪，而該轉動齒輪再帶動該傳動軸，使該出力端得以轉動。

在另一較佳態樣中，傳動模組至少包含有：一傳動齒輪，為一種雙層齒輪，其第一層齒輪與第二層齒輪直徑不同；以及一環形齒盤，為一皿型盤體，其內側壁有內齒輪，盤中心處設有開口，並從開口處向背面延伸該出力端；其中，於該動力軸之外側周圍適當處設有第二外齒輪，以及於該動力軸周圍配置至少一傳動齒輪，並使該第一層齒輪與該第二外齒輪嚙合；再取該環形齒盤與該動力軸套合，使該動力軸由該開口穿出，且該內齒輪與該第二層齒輪嚙合；當該動力軸轉動時，該第二外齒輪帶動該傳動齒輪，該傳動齒輪再帶動該環形齒盤，使該出力端得以轉動。

在一較佳態樣中，傳動齒輪之該第一層齒輪直徑大於該第二層齒輪。

10:動力軸

101:延伸方向

11:第二外齒輪

20:壓縮彈簧

21:中空部

22:固定端

23:活動端

30:傳動模組

31:傳動齒輪

311:第一層齒輪

312:第二層齒輪

32:傳動件

321:齒部

33:傳動軸

331:第一外齒輪

34:轉動齒輪

35:單向軸承

36:環形齒盤

361:內齒輪

362:開口

40:出力端

50:控制件

51:滑動軸承

61:軸套

62:固定件

63:穿孔

71:圓筒體

72:第一板片

73:第二板片

74:棒體

第1圖係為本發明中動力裝置之第一實施例結構示意圖。

第2圖係為本發明中壓縮彈簧之結構立體圖。

第3圖係為本發明中動力裝置之第二實施例結構分解圖。

第4圖係為本發明中動力裝置之第二實施例結構立體圖。

第5圖係為本發明中測試結構之結構示意圖。

除非另外說明，否則本申請說明書和申請專利範圍中所使用的下列用語具有下文給予的定義。請注意，本申請說明書和申請專利範圍中所使用的單數形用語「一」意欲涵蓋在一個以及一個以上的所載事項，例如至少一個、至少二個或至少三個，而非意味著僅僅具有單一個所載事項。此外，申請專利範圍中使用的「包含」、「具有」等開放式連接詞是表示請求項中所記載的元件或成分的組合中，不排除請求項未載明的其他組件或成分。亦應注意到用語「或」在意義上一般也包括「及/或」，除非內容另有清楚表明。本申請說明書和申請專利範圍中所使用的用語「約(about)」或「實質上(substantially)」，是用以修飾任何可些微變化的誤差，但這種些微變化並不會改變其本質。

請參閱第1圖所示為本發明中動力裝置之第一實施例結構示意圖所示。本發明中動力裝置至少包含有：一動力軸10、一壓縮彈簧20、一傳動模組30以及一出力端40；其中：

動力軸10可受一動力驅動而轉動，該動力可以為馬達或機械驅動等。

壓縮彈簧20係套設於該動力軸10外，請同時參閱第2圖所示，而該壓縮彈簧20係為圓筒狀，係由鋼管車製而成具有一通透的中空部21，可供套設於該動力軸10外，該壓縮彈簧20相對之二端分別位於該動力軸10之延伸方向101處，其一端係為一固定端22，另端則為一活動端23，該活動端23可受一外力(例如可以為旋轉外力)，讓該壓縮彈簧20之長度變短且內徑縮小；如圖所示之實施例中，進一步設有一控制件50，該控制件50係提供該外力於該活動端23，該控制件50可以為一操控桿利用一滑動軸承51軸設於該動力軸10，讓使用者可以手操控該控制件50，藉由該滑動軸承51使該控制件50可沿該延伸方向101移動，藉以提供外力於該推動壓縮該壓縮彈簧20之活動端23，使該壓縮彈簧20之長度變短且內徑縮小。當然，該控制件50亦可以由一自動組件進行控制。

傳動模組30係與該動力軸10連動，如圖所示之實施例中，該傳動模組具有一傳動齒輪31、一傳動件32、一傳動軸33以及至少一轉動齒輪34，該傳動齒輪31係配置於該動力軸10之周圍，該傳動件32係具有齒部321可與該傳動齒輪31相嚙合，該傳動軸33係以一單向軸承35(可以為滾針軸承)軸設於該動力軸10一端，該傳動軸33之外側周圍適當處設有第一外齒輪331，該傳動軸33相對於該動力軸10之另端則軸設於該出力端40；至少一轉動齒輪34係配置於該傳動軸33之周圍，並使該轉動齒輪34與該第一外齒輪331嚙合。

其中，於該動力軸10之外側周圍適當處設有第二外齒輪11，並使該傳動齒輪31與該第二外齒輪11嚙合；當該動力軸10轉動時，該第二外齒輪11帶動該傳動齒輪31以及該傳動件32，該傳動件32再帶動該轉動齒輪34，而該轉動齒輪34再帶動該傳動軸33，使該出力端40得以轉動；若需增加扭力時，使用者可以手操控該控制件50，藉由該滑動軸承51使該控制件50可沿該延伸方向101移動，藉以提供外力於該推動壓縮該壓縮彈簧20之活動端23，使該壓縮彈簧20之長度變短且內徑縮小，當該壓縮彈簧20之內徑縮小時可緊縮固定於該動力軸10，讓該壓縮彈簧20受外力壓縮後所產生之作用力，帶動該動力軸10加速旋轉，促使動力軸10輸出扭力增加，並透過傳動模組30傳送至出力端40。

如第3圖所示係為本發明之第二實施例，該傳動模組具有至少一傳動齒輪31以及一環形齒盤36，該傳動齒輪31為一種雙層齒輪，其第一層齒輪311與第二層齒輪312直徑不同，其中以該第一層齒輪311直徑大於該第二層齒輪312為佳，至少一傳動齒輪31係配置於該動力軸10周圍；該環形齒盤36為一皿型盤體，其內側壁有內齒輪361，盤中心處設有開口362，並從開口362處向背面延伸該出力端40。

當動力軸10轉動，請同時參閱第4圖所示，第二外齒輪11先帶動第一層齒輪311使傳動齒輪31跟著轉動，接著第二層齒輪312再帶動內齒輪361使環形齒盤36轉動，出力端40即具有動力可供使用。由於第一層齒輪311與第二層齒輪312直徑不同齒比相異，再帶動大直徑之內齒輪361，藉以將動力軸10傳遞至出力端40的動力降低轉速並提升扭力。同樣若需再增加扭力時，同樣可操控該控制件50，讓該壓縮彈簧20受外力壓縮後所產生之作用力，帶動該動力軸10加速旋轉，促使動力軸10輸出扭力增加，並透過傳動模組30傳送至出力端40。

上述第二實施例中，由於傳動齒輪31係環繞配置於動力軸10與環形齒盤36間，可抵銷齒輪傳動的偏心力，使動力傳達更直接更安靜，同時可承受更大扭力的動力；其次，動力軸10係穿過環形齒盤36，使動力軸10與出力端40同軸，可減少配置加減速機構所需的空間，另外動力軸10與出力端40相反時可做加速器使用。由於動力軸10及出力端40係為同軸配置，大幅減少其配置於機械裝置中需要的空間。再者，動力軸10末端可延伸至出力端40外結合其他機構，有效利用動力軸10的動力。例如於動力軸10末端再銜接一減速機構，以同一轉速輸入即可獲得兩種不同的轉速及扭力輸出。而本發明可廣泛地應用於現有馬達或機械傳動，例如可裝設於電動腳踏車做為動力傳動，且本發明其體積較小可輕易安裝於電動腳踏車中間位置，其重心置中可增加行車穩定性與操控性。

再者，本發明之動力裝置進一步設有一軸套61，如第1圖所示，該軸套61係套設於該壓縮彈簧20外，另有一固定件62設置於該軸套61與該壓縮彈簧20之該固定端22；其中，該軸套61與該壓縮彈簧20相對應處設有一穿孔63可供固定該固定件62，可將該軸套61與該壓縮彈簧20相互固定於該動力軸10，且該軸套61一端係短於該壓縮彈簧20，讓該活動端23得以外露，便於受該控制件50之推移。當然，該軸套61一端亦可延伸於該動力軸10之外側，且該第二外齒輪11則可一體製成於該軸套61。

為了證實本發明可控制輸出之扭力大小，今使用有效圈數為7圈之壓縮彈簧，其線直徑為4mm、內徑為6mm以及節距為2mm，並應用於如第5圖所示之測試結構中，測試其輸出扭力，該測試結構中具有上述之動力軸10以及壓縮彈簧20，該壓縮彈簧20係套設於該動力軸10外，該動力軸10一端套設於一圓筒體71內，該圓筒體71並焊接固定於第一板片72，而該動力軸10另一端則配置於第二板片73，該第一、第二板片72、73係相對設置，且該動力軸10另一端係穿過該第二板片73並配置有一棒體74，該棒體74長為1公尺，於該棒體74末端可供吊設負載；量測過程中能夠對動力軸施加設定的負載，而扭力的計算方式是負載乘以動力軸的軸心至負載的垂直距離，即棒體的長度，如此，能夠測試得出壓縮彈簧在不同負載下的扭力等性能；由上述測試結構可得知，壓縮彈簧之長度變短4mm時，其扭力為2.4kg，而壓縮彈簧之長度變短8mm時，其扭力為9.6kg；由此測試結構可證實當壓縮彈簧之長度變短時，確實可增加輸出扭力。

綜上所述，本發明提供一種較佳可行之動力裝置，爰依法提呈發明專利之申請；本發明之技術內容及技術特點巳揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之揭示而作各種不背離本案發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。