TWI723850B - 中置電機裝置及電動自行車傳動系統 - Google Patents

Abstract

一種具有後踏煞車功能的中置電機裝置，適用於安裝於一包括一腳踏牙盤、一鏈條及一後踏煞車模組的電動自行車，該包含一中軸、一電機驅動單元，及一移動單元。該中軸能以一軸線為軸以一前行方向或一後退方向旋轉，並具有一中軸導引部。該電機驅動系統包括一芯輪齒、一驅動該芯輪齒的中置電機。該移動單元可沿該軸線的延伸方向於一前行位置及一腳煞位置移動，並包括一對應該中軸導引部的移動導引部。於該腳煞位置，該移動單元對接該芯輪齒，使該中軸以該後退方向旋轉之動力能經該芯輪齒、該腳踏牙盤、該鏈條傳遞至該後踏煞車模組而進行煞車。

Description

中置電機裝置及電動自行車傳動系統

本發明是有關於一種電動自行車，特別是指一種具有後踏煞車功能的中置電機裝置及電動自行車傳動系統。

習知的一種中置電機，適用於安裝在一電動腳踏車的中軸，透過該中置電機驅動內部的齒輪機構旋轉，並輸出動力經一芯輪齒、一牙盤至一鏈條，進而帶動後輪旋轉，使其達到以電力驅動車輪旋轉的目的。此外，前述的電動腳踏車亦能透過使用者踩踏腳踏板前行，使用者踩踏該等踏板的動力經對應的曲柄、該中軸、該芯輪齒至該鏈條，進而帶動後輪旋轉。

惟，前述的中置電機，由於其芯輪齒與該中軸間設有一單向逆止機構(如單向棘齒、單向離合器)，因此，在使用者向後踩踏該等踏板時，該中軸會因為前述的單向逆止機構，無法傳遞動力至該芯輪齒，因此，無法透過鏈條帶動習知的後踏煞車模組(coaster brake)進行煞車，無法使用後踏煞車的方式煞車。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有後踏煞車功能的中置電機裝置。

於是，本發明中置電機裝置適用於安裝於一包括一後踏煞車模組的電動自行車。該電動自行車還包括二踏板、二分別以一端連接該等踏板的曲柄、一腳踏牙盤，及一鏈合於該腳踏牙盤與該後踏煞車模組的鏈條。該腳踏牙盤可環繞一軸線沿一前行方向或一後退方向旋轉。該中置電機裝置包含一中軸、一電機驅動單元，及一移動單元。

該中軸的兩端分別適用於穿設該等曲柄遠離該等踏板之一端，且能以該軸線為軸以該前行方向或該後退方向旋轉，該中軸具有一中軸導引部。

該電機驅動單元包括一適用於環繞該腳踏牙盤設置且受該腳踏牙盤連動而旋轉的芯輪齒、一用於輸出動力使該芯輪齒以該前行方向旋轉的中置電機，及一設置在該中軸與該芯輪齒間的第一逆止件。該第一逆止件用以可中斷地傳遞該中軸之旋轉動力至該芯輪齒。

該移動單元環繞設置於該中軸且可沿該軸線的延伸方向於一前行位置及一腳煞位置移動，並包括一對應該中軸導引部的移動導引部。藉該移動導引部與該中軸導引部相配合，使該中軸於沿該前行方向轉動時，帶動該移動單元沿該軸線的延伸方向往遠離該芯輪齒的該前行位置移動，並使中軸於沿該後退方向轉動時，帶動該移動單元沿該軸線的延伸方向往靠近該芯輪齒的該腳煞位置移動，於該腳煞位置，該移動單元對接該芯輪齒，使該中軸以該後退方向旋轉之動力能經該芯輪齒、該腳踏牙盤、該鏈條傳遞至該後踏煞車模組而進行煞車。

因此，本發明之另一目的，即在提供一種具後踏煞車功能的電動自行車傳動系統。

於是，本發明電動自行車傳動系統包含一後踏煞車模組、二踏板、二曲柄、一腳踏牙盤、一鏈條，及一如前述的中置電機裝置。

該等曲柄分別以一端連接該等踏板。

該腳踏牙盤可環繞一軸線沿一前行方向或一後退方向旋轉。

該鏈條鏈合於該腳踏牙盤與該後踏煞車模組。

本發明之功效在於：透過設置和中軸相配合的移動單元，在該等踏板後踏時，可以透過該芯輪齒使該中軸動力連接於該腳踏牙盤，藉此能將沿該後退方向的踩踏動能傳到後踏煞車模組，進行煞車。

參閱圖1與圖2，本發明電動自行車傳動系統的一實施例，適用於安裝於一電動自行車100，並包含一腳踏單元10，及一設置在該腳踏單元10的中置電機裝置20。

該腳踏單元10包括一後踏煞車模組101、二適用於踩踏的踏板102、二分別連接該等踏板102的曲柄103、一連接該等曲柄103且可環繞一軸線X沿一前行方向A或一後退方向B旋轉的腳踏牙盤104、一適用於設置在一後輪107且動力連接該後踏煞車模組101的後輪牙盤105，及一鏈接該腳踏牙盤104與該後踏煞車模組101的鏈條106。

該後踏煞車模組101的功用在於，當使用者踩踏該等踏板102，連動該等曲柄103使該腳踏牙盤104沿該後退方向B旋轉時，動力可以輸出至該後踏煞車模組101，而可以使該後輪107停止旋轉，藉此達到煞車的功能。可以參考台灣專利公開第TW201806791A號專利案等其他相關於腳踏煞車(Coaster brake) 的文件或影音，由於本領域中具有通常知識者根據以上說明可以推知擴充細節，因此在此不多加說明。

參閱圖2與圖3，該中置電機裝置20包含一中軸2、一電機驅動單元3，及一移動單元4。

該中軸2的兩端分別適用於穿設該等曲柄103遠離該等踏板102之一端，且能以該軸線X為軸以該前行方向A或該後退方向B旋轉，該中軸2具有一中軸導引部21。

該電機驅動單元3包括一適用於環繞該腳踏牙盤104設置且受該腳踏牙盤104連動而旋轉的芯輪齒32、一用於輸出動力使該芯輪齒32以該前行方向A旋轉的中置電機20、一設置在該中軸2與該芯輪齒32間的第一逆止件33，及一電連接該中置電機20的電路組34。

參閱圖3、4與圖5，該芯輪齒32具有一朝向後述之該移動單元4的第一端面321，及三形成在該第一端面321的第一對接部322。在本實施例中，每一第一對接部322是凹部，並具有一擋止面323、一連接該擋止面323的水平面324，及一連接該水平面324的傾斜面325。

參閱圖2與圖3，該第一逆止件33用以可中斷地傳遞該中軸2之旋轉動力至該芯輪齒32，該第一逆止件33可被該中軸2帶動而運作於一閉合狀態、一開放狀態與一功能停止狀態間轉換，於該閉合狀態時，該第一逆止件33用以傳遞該中軸2之旋轉動力至該芯輪齒32，於該開放狀態及該功能停止狀態時，該第一逆止件33中斷傳遞該中軸2之旋轉動力至該芯輪齒32。

值得注意的是，該第一逆止件33為單向棘輪或單向離合器，在本實施例中，該第一逆止件33是單向離合器。

進一步說明的是，根據該中軸2與該芯輪齒32的運行方向及轉速，該第一逆止件33於前述的閉合狀態、開放狀態與功能停止狀態的詳細情形如下表所示：

該中軸2與該芯輪齒32皆沿前行方向A旋轉 (以下的ω代表角速度)
狀況1： ω中軸2≧ω芯輪齒32	第一逆止件33:於閉合狀態
狀況2： ω中軸2>ω芯輪齒32	第一逆止件33:於開放狀態
該中軸2沿該後退方向B旋轉，使該移動單元4鎖住該芯輪齒32
狀況3：第一逆止件33於該功能停止狀態，該等踏板102藉由該移動單元4與該腳踏牙盤104動力連接為一體。

上表中，狀況1與狀況2皆是使用者在踩踏該等踏板102，使該等踏板102帶動該中軸2沿該前行方向A旋轉時的情況，狀況3則是使用者向後踩踏該等踏板102，使該等踏板102帶動該中軸2沿該後退方向B旋轉時的情形。

參閱圖1~圖3，狀況1是該中軸2 (透過該等踏板102驅動)的旋轉角速度大於或等於該芯輪齒32 (透過該中置電機20驅動)的轉動角速度，也就是使用者腳踏驅動的角速度大於或等於電力驅動的角速度，此時，該第一逆止件33位於該閉合狀態，也就是說，該等踏板102輸出的動力可以經該等曲柄103、該中軸2、該芯輪齒32、該腳踏牙盤104、該鏈條106至該後輪牙盤105，且該中置電機20輸出的動力亦可以經該芯輪齒32、該腳踏牙盤104、該鏈條106至該後輪牙盤105，換句話說，此時，該電動自行車100是同時被腳踏驅動與該中置電機20驅動。

狀況2是該中軸2的旋轉角速度小於該芯輪齒32的轉動角速度，也就是使用者腳踏驅動的角速度小於電力驅動的角速度，此時，該第一逆止件33位於該開放狀態，也就是說，該中置電機20輸出的動力可以輸出至該後輪牙盤105，但是由於該第一逆止件33的作用，該等踏板102輸出的動力不可以傳送至該芯輪齒32，且該鏈條106旋轉的動力也無法經該芯輪齒32、該中軸2、該曲柄103帶動該等踏板102旋轉，換句話說，此時，該電動自行車100僅透過該中置電機20驅動，藉此，可以避免該等踏板102被動旋轉所導致的腳踏打腳現象，進而能讓使用者獲得平滑順暢的騎行效果。

狀況3是使用者欲煞車時，向後踩踏該等踏板102時的情形，此時，該移動單元4向芯輪齒32端移動直至鎖住該芯輪齒32，使該等踏板102及該中軸2藉由該移動單元4與該芯輪齒32及該腳踏牙盤104動力連結為一體，該第一逆止件33位於該功能停止狀態，較佳的，在本實施例中為結構連接而固定為一體。藉此，使用者可以透過向後踩踏該等踏板102達到煞車的目的。值得說明的是，此煞車動作完全由機械結構實現，其詳細說明請參後述段落之說明。

該電路組34包括一用於感測該中軸2是沿該前行方向A或該後退方向B旋轉的感測件342、一電連接於該感測件342及該中置電機20的控制件343，於該中軸2沿該後退方向B旋轉時，該控制件343控制該中置電機20停止運轉。

值得說明的是，該控制件343亦可以透過減少電磁阻尼的方式減少或立即停止該中置電機20的慣性移動。

此外，值得注意的是，在本實施例中，是透過機構與控制該中置電機的方式煞車。

參閱圖2、圖3與圖4，該移動單元4環繞設置於該中軸2且可沿該軸線X的延伸方向於一前行位置(如圖2)及一腳煞位置(如圖3)移動，並包括一移動件42，及一第二逆止件41。

該移動件42具有一面向該第一端面321的對接面421、三形成在該對接面421且位置與該等第一對接部322的第二對接部422，及一環繞該軸線X且位於外側的彈性部423。

參閱圖5，在本實施例中，每一第二對接部422是凸塊。於該移動單元4自該前行位置(如圖3)位移至該腳煞位置(如圖2)時，每一該第二對接部422依序自對應之第一對接部322的該傾斜面325、該水平面324移動並抵頂於該擋止面323，使該移動單元4與該芯輪齒32對接而能傳遞動力。

值得說明的是，在本實施例中，每一第一對接部322是凹部，每一第二對接部422是凸塊，在本實施例的其他變化態樣中，每一第一對接部322也可以是凸塊，且每一第二對接部422是與對應的該第一對接部322對合的凹部。此外，在本實施例中，該等第一對接部322與該等第二對接部422環繞該軸線X等角度地排列且數量皆為三，在本實施例的其他變化態樣中，前述第一對接部322與前述第二對接部422的數量也可以是一或三以上，且可以不需還讓該軸線X等角度地排列，只要前述第一對接部322與前述第二對接部422可以在該移動單元4自該前行位置位移至該腳煞位置時，可以互相對接，就可以達成本實施例的目的。

參閱圖2與圖3，該第二逆止件41具有一形成在內側且對應該中軸導引部21的移動導引部411。在本實施例中，該第二逆止件41是單向離合器。

在本實施例中，該中軸2之該中軸導引部21為環繞該軸線X設置於該中軸2外表面的外斜齒，該移動單元4之該移動導引部411為環繞該軸線X設置於該移動單元4內表面且對應中軸導引部21的內斜齒。在本實施例的其他變化態樣中，也可以透過互相對應的螺紋結構達到相同的功能。

藉該移動導引部411與該中軸導引部21相配合，使該中軸2於沿該前行方向A轉動時，帶動該移動單元4沿該軸線X的延伸方向往遠離該芯輪齒32的該前行位置(如圖3)移動，並使中軸2於沿該後退方向B轉動時，帶動該移動單元4沿該軸線X的延伸方向往靠近該芯輪齒32的該腳煞位置移動，於該腳煞位置(如圖2)時，該移動單元4對接該芯輪齒32，使該中軸2以該後退方向B旋轉之動力能經該芯輪齒32、該腳踏牙盤104、該鏈條106傳遞至該後踏煞車模組101而進行煞車。

參閱圖1、圖2與圖3，當使用者欲使用腳踏煞車，只要踩踏該等踏板102使該等曲柄103沿該後退方向B旋轉，就能帶動該中軸2於沿該後退方向B轉動時連動該移動單元4沿往該腳煞位置移動，至該腳煞位置(如圖2)時，該移動單元4的該等第二對接部422對接該芯輪齒32的第一對接部322，使該中軸2以該後退方向B旋轉之動力能經該芯輪齒32、該腳踏牙盤104、該鏈條106傳遞至該後踏煞車模組101而進行煞車。

如此，本發明只需透使用者踩踏該等踏板102向後，透過移動單元4向該煞車位置移動並卡合於該芯輪齒32，使該等踏板102、該等曲柄103、該移動單元4、該芯輪齒32與該腳踏牙盤104動力連接並向該後退方向旋轉，進而帶動該後踏煞車模組101進行煞車。亦即，本案在該中置電機20無電力驅動時(如：電池沒電、不使用電池)，仍可以保證煞車的功能。

此外，該電路組34的該感測件342在偵測到該中軸2沿該後退方向B時，該控制件343亦控制該中置電機20停止運轉、減少該中置電機20的慣性迴轉及阻尼，藉此，能達到輔助煞車的效果。

當結束煞車而欲回復前進的狀態時，使用者只要踩踏該等踏板102使該等曲柄103沿該前行方向A旋轉，就能帶動該中軸2於沿該後退方向B轉動時連動該移動單元4沿往該前行位置移動，至該前行位置(如圖3)時，該移動單元4的該等第二對接部422脫離對接該芯輪齒32的第一對接部322，而維持原來的騎行狀態。

經由以上的說明，可將前述實施例的優點歸納如下：

1. 透過設置和中軸2相配合的移動單元4，在該等踏板102後踏時，可以透過該芯輪齒32使該中軸2動力連接於該腳踏牙盤104，藉此能將沿該後退方向B的踩踏動能傳到後踏煞車模組101，進行煞車。

2.由於該中軸導引部21與該移動導引部411皆是斜齒的構造，藉此，能維持在該移動組件移動時的平滑性與一致性。

3. 透過每一第一對接部322具有該傾斜面325、該水平面324與該擋止面323的設計，且該移動件42的彈性部423之設計，可以使該等第二對接部422分別對合於該等第一對接部322時，能有較為平滑順暢的對合過程，以校正或保障該移動單元4在移動過程中的平滑性與一致性。

4.綜上所述，本案在該中置電機20未被電力驅動時，仍可以保證使用者透過踩踏的方式達到煞車功能。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100:腳踏車 10:腳踏單元 101:後踏煞車模組 102:踏板 103:曲柄 104:腳踏牙盤 105:後輪牙盤 106:鏈條 107:後輪 20:中置電機裝置 2:中軸 21:中軸導引部 3:電機驅動單元 31:中置電機 32:芯輪齒 321:第一端面 322:第一對接部 323:擋止面 324:水平面 325:傾斜面 33:第一逆止件 34:電路組 341:電路基板 342:感測件 343:控制件 4:移動單元 41:第二逆止件 411:移動導引部 42:移動件 421:對接面 422:第二對接部 423:彈性部 A:前行方向 B:後退方向 X:軸線

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是側視示意圖，說明本發明電動自行車傳動系統的一實施例安裝於一電動自行車； 圖2與圖3皆是不完整的剖視示意圖，且該實施例的移動單元分別位於一腳煞位置及一前行位置； 圖4是沿著圖2中之線IV-IV所截取的剖視圖；及 圖5是圖4的一張不完整的剖視示意圖；

101:後踏煞車模組

102:踏板

103:曲柄

104:腳踏牙盤

106:鏈條

20:中置電機裝置

2:中軸

21:中軸導引部

3:電機驅動單元

31:中置電機

32:芯輪齒

322:第一對接部

33:第一逆止件

34:電路組

341:電路基板

342:感測件

343:控制件

4:移動單元

41:第二逆止件

411:移動導引部

42:移動件

422:第二對接部

423:彈性部

A:前行方向

B:後退方向

X:軸線

Claims (8)

1. 一種中置電機裝置，適用於安裝於一包括一後踏煞車模組的電動自行車，該電動自行車還包括二踏板、二分別以一端連接該等踏板的曲柄、一腳踏牙盤，及一鏈合於該腳踏牙盤與該後踏煞車模組的鏈條，該腳踏牙盤可環繞一軸線沿一前行方向或一後退方向旋轉，該中置電機裝置包含： 一中軸，兩端分別適用於穿設該等曲柄遠離該等踏板之一端，且能以該軸線為軸以該前行方向或該後退方向旋轉，該中軸具有一中軸導引部； 一電機驅動單元，包括一適用於環繞該腳踏牙盤設置且受該腳踏牙盤連動而旋轉的芯輪齒、一用於輸出動力使該芯輪齒以該前行方向旋轉的中置電機，及一設置在該中軸與該芯輪齒間的第一逆止件，該第一逆止件用以可中斷地傳遞該中軸之旋轉動力至該芯輪齒；及 一移動單元，環繞設置於該中軸且可沿該軸線的延伸方向於一前行位置及一腳煞位置移動，並包括一對應該中軸導引部的移動導引部，藉該移動導引部與該中軸導引部相配合，使該中軸於沿該前行方向轉動時，帶動該移動單元沿該軸線的延伸方向往遠離該芯輪齒的該前行位置移動，並使中軸於沿該後退方向轉動時，帶動該移動單元沿該軸線的延伸方向往靠近該芯輪齒的該腳煞位置移動，於該腳煞位置，該移動單元對接該芯輪齒，使該中軸以該後退方向旋轉之動力能經該芯輪齒、該腳踏牙盤、該鏈條傳遞至該後踏煞車模組而進行煞車。
2. 如請求項1所述的中置電機裝置，其中，該中軸之該中軸導引部為環繞該軸線設置於該中軸外表面的外斜齒，該移動單元之該移動導引部為環繞該軸線設置於該移動單元內表面的內斜齒。
3. 如請求項1所述的中置電機裝置，其中，該芯輪齒具有一朝向該移動單元的第一端面，及至少一形成在該第一端面的第一對接部，該移動單元具有至少一與該至少一對接部互相對合且數量相同的第二對接部，該至少一第一對接部是凹部與凸塊的其中一者，該至少一第二對接部是凹部與凸塊的另外一者。
4. 如請求項3所述的中置電機裝置，其中，該至少一第一對接部是凹部，並具有一擋止面、一連接該擋止面的水平面，及一連接該水平面的傾斜面，該至少一第二對接部是凸塊，於該移動單元自該前行位置位移至該腳煞位置時，該至少一第二對接部依序自對應之第一對接部的該傾斜面、該水平面移動並抵頂於該擋止面，使該移動單元與該芯輪齒對接而能傳遞動力。
5. 如請求項1所述的中置電機裝置，其中，該第一逆止件可被該運作於一閉合狀態與一開放狀態間轉換，於該閉合狀態時，該第一逆止件用以傳遞該中軸之旋轉動力至該芯輪齒，於該開放狀態時，該第一逆止件中斷傳遞該中軸之旋轉動力至該芯輪齒，於該中軸與該芯輪齒沿該前行方向旋轉，且該中軸相對該芯輪齒為以該後退方向旋轉時，該第一逆止件於該閉合狀態。
6. 如請求項5所述的中置電機裝置，其中， 該第一逆止件為單向棘輪或單向離合器。
7. 如請求項1所述的中置電機裝置，其中，該電機驅動單元還包括一電連接該中置電機的電路組，該電路組包括一用於感測該中軸是沿該前行方向或該後退方向旋轉的感測件、一電連接於該感測件及該中置電機的控制件，於該中軸沿該後退方向旋轉時，該控制件控制該中置電機停止運轉。
8. 一種電動自行車傳動系統，包含： 一後踏煞車模組； 二踏板； 二曲柄，分別以一端連接該等踏板； 一腳踏牙盤，可環繞一軸線沿一前行方向或一後退方向旋轉； 一鏈條，鏈合於該腳踏牙盤與該後踏煞車模組；及 如請求項1~7任一項所述的中置電機裝置。

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