TWI745731B - 無段變速往復式原動機及含此無段變速往復式原動機的自行車 - Google Patents

Abstract

本發明乃揭示一種無段變速往復式原動機，包括一第一轉輪、一第二轉輪、一纏繞於該第一、第二轉輪之間的繩索以及一設置於該繩索的直線運動部位的施力裝置，其中該第一轉輪包括一相對於一驅動軸彼此對稱互繞但不交疊的第一、第二螺旋捲線軸，且該第一、第二螺旋捲線軸的機械角相位相差180度，其中，當該施力裝置以平行於該繩索直線運動部位的方向前、後運動時，該繩索部分被拉出、收入該第一螺旋捲線軸，且該繩索部分被收入、拉出該第二螺旋捲線軸，藉此使該施力裝置在運行往復式直線運動衝程內對於該驅動軸所施加之力矩被改變，達到無段變速之目的。

Description

無段變速往復式原動機及含此無段變速往復式原動機的自行車

本發明乃關於一種往復式原動機及含此往復式原動機的自行車，且特別是關於一種無段變速往復式原動機及含此無段變速往復式原動機的自行車。

自從1867~1885年期間，在西歐的自行車發逐漸定型，進而成為今日在全球所廣為熟悉的模樣。在過往的130年間雖持續發明了飛輪、鏈條、充氣輪胎、變速機構等提升騎乘效能或舒適之功能，然而自行車的基本架構卻未發生根本性的改變，這其中最根深蒂固的組成要素便是圓轉式踩踏原動機。

如圖7A~7C所示，其繪示的是一種習知圓轉踩踏原動機在不同踩踏角度時的示意圖，其中R為轉盤踏柄力臂，F為單腿踩踏下壓力，A為自上死點起向前旋轉之角度，B為踏柄與水平面之夾角，即B+A=90度，則引重力向下踩踏產生力矩τ=F×R×sin(A)，或者τ=F×R×cos(B)，一般而言在踏柄上有效施加力矩僅約在2點鐘至4點鐘的90度角的範圍內，且在踏柄到達3點鐘方向時，引重力向下踩踏產生力矩τ可達最達值，即τ=F×R。然而，當一腿對轉盤踏柄力臂R踩踏施力時，另一腿抬起並不能對轉盤施加力矩，，除非踏板加裝鞋套或鞋卡， 且即便腿力大過體重，只要人體還坐在椅墊上，騎乘者能下踩的最大施力亦僅為體重，除非人體離座前傾，並以手臂向上拉手把引體向下增加對於踏柄的下壓力，即俗稱「抽車」的動作，才有機會施加超乎體重之下壓力；若為斜躺式或臥式自行車，雖然腳往前踩或後拉(有鞋套或鞋卡時)，但每一圓轉循環由下死點至上死點間須額外施加抬腿之無效功耗。

有鑑於上述圓轉式踩踏原動機之缺點，一種可提供最有效作功的原動機乃業界殷切期待。因此，本發明乃提出一種往復式直線踩踏原動機，包括一第一轉輪、一第二轉輪、一纏繞於該第一、第二轉輪之間的繩索以及一設置於該繩索的直線運動部位的施力裝置，其中該第一轉輪包括一相對於一驅動軸彼此對稱互繞但不交疊的第一、第二螺旋捲線軸，其中，當該施力裝置以平行於該繩索直線運動部位的方向前、後運動時，該繩索部分被拉出、收入該第一螺旋捲線軸，且該繩索部分被收入、拉出該第二螺旋捲線軸，藉此使該施力裝置在運行往復式直線運動衝程內對於該驅動軸所施加之力矩被改變，達到無段變速之目的。

本發明之一目的是提供一種無段變速往復式原動機，包括：一第一轉輪，耦合設置於一驅動軸上，且該第一轉輪包含一第一螺旋捲線軸及一第二螺旋捲線軸，該第一、第二螺旋捲線軸相對於該驅動軸彼此對稱互繞但不交疊，其中該第一螺旋捲線軸具有一第一末端)與一第二末端，分別位於該第一螺旋捲線軸的最內徑處與最外徑處，且相對於該驅動軸逐漸變徑向外圍繞形成該第一螺旋捲線軸，而該第二螺旋捲線軸則具有一第三末端與一第四末端，分別位於該第二螺旋捲線軸的最內徑處與最外徑處，且相對於該驅動軸逐漸變徑 向外圍繞形成該第二螺旋捲線軸，且該第一末端與該第三末端相對於該驅動軸位在相反對稱的兩側，該第二末端與該第四末端相對於該驅動軸位在相反對稱的兩側；一第二轉輪，設置於一固定軸上；一繩索，其一端固定於該第一螺旋捲線軸之該第一末端，使鄰近該第一末端的部分該繩索自該第一末端沿該第一螺旋捲線軸之內徑逐漸向外徑繞行，並自一位在該第一螺旋捲線軸上的第一接觸點被引出，經導引繞過第二轉輪之後回行進入該第二螺旋捲線軸，使該繩索的另一端固定於該第二螺旋捲線軸的該第四末端，並使鄰近該第四末端的部分該繩索可沿該第二螺旋捲線軸之外徑逐漸向內徑繞行，並自位一在該第二螺旋捲線軸上的第二接觸點被引出，形成一封閉迴路，且該第一、第二接觸點相對於該驅動軸位在相反對稱的兩側，該第一接觸點與該第一末端之距離等於該第二接觸點與該第三末端之距離，且該繩索在該第一轉輪與該第二轉輪之間至少形成一緊繃的繩索直線運動部位，當該繩索自該第一螺旋捲線軸被引出之該第一接觸點係位於該第一螺旋捲線軸的該第二末端之處時，該繩索自該第二螺旋捲線軸被引出之該第二接觸點係位於該第二螺旋捲線軸的該第四末端之處；以及一施力裝置，且該施力裝置可在平行於該繩索直線運動部位的方向上向前或向後往復運動；其中，當該繩索自該第一螺旋捲線軸被引出之該第一接觸點係位於該第一螺旋捲線軸的該第二末端之處時，該繩索自該第二螺旋捲線軸被引出之該第二接觸點係位於該第二螺旋捲線軸的該第四末端之處；其中，當該施力裝置以平行於該繩索直線運動部位的方向向前運動時，該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，被拉出該第一螺旋捲線軸之繩索長度等於被收入該第二螺旋捲線軸之繩索長度，該第一、第二接觸點分別逐漸遠離該第二、第四末端，且該第一、第二接觸點之間的距離逐漸縮小，而 當該施力裝置以平行於該繩索直線運動部位的方向向後運動時，該繩索部分被收入該第一螺旋捲線軸且部分被拉出該第二螺旋捲線軸，被收入該第一螺旋捲線軸之繩索長度等於被拉出該第二螺旋捲線軸之繩索長度，該第一、第二接觸點分別逐漸接近該第二、第四末端，且該第一、第二接觸點之間的距離逐漸變大，藉此使該施力裝置在運行往復式直線運動衝程內對於該驅動軸所施加之力矩隨該第一、第二接觸點之間的距離變化而被改變，達到無段變速之目的。

本發明之另一目的是提供一種如上所述的無段變速往復式原動機，且該繩索可由單一材質構成或者由一種以上材質串接而成。

本發明之另一目的是提供一種如上所述的無段變速往復式原動機，且更包括一變速機構，設置於位於該第一轉輪與該第二轉輪之間的該繩索上，其中當該變速機構作動以切換成高速檔時，該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，且該第一、第二接觸點分別遠離該第二、第四末端，該第一、第二接觸點之間的距離縮小，而當該變速機構作動以切換成低速檔時，該繩索部分被拉出該第二螺旋捲線軸且部分被收入該第一螺旋捲線軸，且該第一、第二接觸點分別接近該第二、第四末端，該第一、第二接觸點之間的距離變大；藉由該變速機構在高速檔、低速檔之間的切換，使該施力裝置在運行往復式直線運動衝程內，對應該繩索與該第一、第二螺旋捲線軸接觸之第一、第二接觸點之間的距離隨之縮小或變大，即可無段改變該衝程範圍內之平均力矩，達到無段變速功效。

本發明之另一目的是提供一種如上所述的無段變速往復式原動機，且該變速機構包括一固索點與一延伸機構，該固索點可在該延伸機構上移動，當該變速機構作動切換成高速檔時，該固索點乃在該延伸機構上移動使該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，並使該第一、 第二接觸點之間的距離縮小，當該變速機構作動切換成低速檔時，該固索點乃在該延伸機構上移動使該繩索部分被拉出該第二螺旋捲線軸且部分被收入該第一螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離變大。

本發明之另一目的是提供一種如上所述的無段變速往復式原動機，且該變速機構包括一活動導輪組，當該變速機構作動切換成高速檔時，該活動導輪組乃使該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離縮小，當該變速機構作動切換成低速檔時，該活動導輪組乃使該繩索部分被拉出該第二螺旋捲線軸且部分被收入該第一螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離變大。

本發明之另一目的是提供一種如上所述的無段變速往復式原動機，更可包括一滑輪，設置於該第一、第二轉輪之間，藉以使該繩索在該第一轉輪與該第二轉輪之間至少形成一緊繃的繩索直線運動部位。

本發明之再一目的是提供一種自行車，包括一無段變速往復式原動機，且該無段變速往復式原動機包括：一第一轉輪，耦合設置於一驅動軸上，且該第一轉輪包含一第一螺旋捲線軸及一第二螺旋捲線軸，該第一、第二螺旋捲線軸相對於該驅動軸彼此對稱互繞但不交疊，其中該第一螺旋捲線軸具有一第一末端與一第二末端，分別位於該第一螺旋捲線軸的最內徑處與最外徑處，且相對於該驅動軸逐漸變徑向外圍繞形成該第一螺旋捲線軸，而該第二螺旋捲線軸則具有一第三末端與一第四末端，分別位於該第二螺旋捲線軸的最內徑處與最外徑處，且相對於該驅動軸逐漸變徑向外圍繞形成該第二螺旋捲線軸，且該第一末端與該第三末端相對於該驅動軸位在相反對稱的兩側，該第二末端與該第四末端相對於該驅動軸位在相反對稱的兩側；一第二轉輪，設置於一固定軸上；一繩索，其一端固定於該第一螺旋捲線軸之該第一末端，使鄰近該第一末端的部分該繩索自該第一末端沿該第一螺旋捲線軸之內徑逐漸向外徑繞行，並自一位在 該第一螺旋捲線軸上的第一接觸點被引出，經導引繞過第二轉輪之後回行進入該第二螺旋捲線軸，使該繩索的另一端固定於該第二螺旋捲線軸的該第四末端，並使鄰近該第四末端的部分該繩索可沿該第二螺旋捲線軸之外徑逐漸向內徑繞行，並自位一在該第二螺旋捲線軸上的第二接觸點被引出，形成一封閉迴路，且該第一、第二接觸點相對於該驅動軸位在相反對稱的兩側該第一接觸點與該第一末端之距離等於該第二接觸點與該第三末端之距離，且該繩索在該第一轉輪與該第二轉輪之間至少形成一緊繃的繩索直線運動部位，當該繩索自該第一螺旋捲線軸被引出之該第一接觸點係位於該第一螺旋捲線軸的該第二末端之處時，該繩索自該第二螺旋捲線軸被引出之該第二接觸點係位於該第二螺旋捲線軸的該第四末端之處；以及一施力裝置，且該施力裝置可在平行於該繩索直線運動部位的方向上向前或向後往復運動；其中，當該施力裝置靜止時，該繩索自該第一螺旋捲線軸被引出之該第一接觸點係位於鄰近該第一螺旋捲線軸的該第二末端之處，且該繩索自該第二螺旋捲線軸被引出之該第二接觸點係位於鄰近該第二螺旋捲線軸的該第四末端處；其中，當該施力裝置以平行於該繩索直線運動部位的方向向前運動時，該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，被拉出該第一螺旋捲線軸之繩索長度等於被收入該第二螺旋捲線軸之繩索長度，該第一、第二接觸點分別逐漸遠離該第二、第四末端，且該第一、第二接觸點間的距離逐漸縮小，而當該施力裝置以平行於該繩索直線運動部位的方向向後運動時，該繩索部分被收入該第一螺旋捲線軸且部分被拉出該第二螺旋捲線軸，被收入該第一螺旋捲線軸之繩索長度等於被拉出該第二螺旋捲線軸之繩索長度，該第一、第二接觸點分別逐漸接近該第二、第四末端，且該第一、第二接觸點之間的距離逐漸變大，藉此使該施力裝置在運行往復式直線運動衝程內對於該驅動軸所施加之力矩隨該第一、第二接觸點之間的距離變化而被改變，達到無段變速之目的。

本發明之再一目的是提供一種如上所述的自行車，且該無段變速往復式原動機中的該繩索可由單一材質構成或者由一種以上材質串接而成。

本發明之再一目的是提供一種如上所述的自行車，且該無段變速往復式原動機更包括一變速機構，設置於位於該第一轉輪與該第二轉輪之間的該繩索上，其中，當該變速機構作動以切換成高速檔時，該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，且該第一、第二接觸點分別遠離該第二、第四末端，該第一、第二接觸點之間的距離縮小，而當該變速機構作動以切換成低速檔時，該繩索部分被拉出該第二螺旋捲線軸且部分被收入該第一螺旋捲線軸，且該第一、第二接觸點分別接近該第二、第四末端，該第一、第二接觸點之間的距離變大；藉由該變速機構在高速檔、低速檔之間的切換，使該施力裝置在運行往復式直線運動衝程內，對應該繩索與該第一、第二螺旋捲線軸接觸之第一、第二接觸點之間的距離隨之縮小或變大，即可無段改變該衝程範圍內之平均力矩，達到無段變速功效。

本發明之再一目的是提供一種如上所述的自行車，且該無段變速往復式原動機中的該變速機構包括一固索點與一延伸機構，該固索點可在該延伸機構上移動，且當該變速機構作動切換成高速檔時，該固索點乃在該延伸機構上移動使該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離縮小，當該變速機構作動切換成低速檔時，該固索點乃在該延伸機構上移動使該繩索部分被拉出該第二螺旋捲線軸且部分被收入該第一螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離變大。

本發明之再一目的是提供一種如上所述的自行車，且該無段變速往復式原動機中的該變速機構包括一活動導輪組，當該變速機構作動切換成高速檔時，該活動導輪組乃使該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收 入該第二螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離縮小，當該變速機構作動切換成低速檔時，該活動導輪組乃使該繩索部分被拉出該第二螺旋捲線軸且部分被收入該第一螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離變大。

本發明之再一目的是提供如上所述的任一種自行車，且該無段變速往復式原動機更包括一滑輪，設置於該第一、第二轉輪之間，藉以使該繩索在該第一轉輪與該第二轉輪之間至少形成一緊繃的繩索直線運動部位。

本發明之再一目的是提供一種如上所述的自行車，且包括二套上述的無段變速往復式原動機，且該等無段變速往復式原動機之各該驅動軸可為共軸或非共軸。

100、100’:第一轉輪

110、110’:驅動軸

120、120’:第一螺旋捲線軸

125A、125A’:第一末端

125B、125B’:第二末端

130、130’:第二螺旋捲線軸

135A、135A’:第三末端

135B、135B’:第四末端

200、200’:第二轉輪

210、210’:固定軸

300、300’:繩索

310、310’:第一接觸點

320、320’:第二接觸點

350、350’:繩索直線運動部位

400、400’:施力裝置

450、450’:滑輪

500、600:變速機構

510:固索點

530:延伸機構

650:活動導輪組

1000、1000’、2000、3000:無段變速往復式原動機

4000:後輪驅動雙輪自行車

4100:坐墊

4300:把手

4500:車架

4700A:自由輪

4700B:驅動輪

5000:後輪驅動三輪自行車

5700A:右自由輪

5700A’:左自由輪

5700B:驅動輪

6000:前輪驅動三輪自行車

6100:坐墊

6300:把手

6500:車架

6700A:自由輪

6700B:右驅動輪

6700B’:左驅動輪

R:第一接觸點310與第二接觸點320之間的距離

R’:第一接觸點310’與第二接觸點320’之間的距離

圖1A~1C是根據本發明實施一例所繪示的無段變速往復式原動機1000之各階段作動側視示意圖。

圖1D所繪示的是圖1A的局部區域放大圖。

圖1E所繪示的是對應於圖1D的另一角度側視圖。

圖1F所繪示的是圖1B的局部區域放大圖。

圖1G所繪示的是對應於圖1F的另一角度側視圖。

圖1H所繪示的是圖1C的局部區域放大圖。

圖1I所繪示的是對應於圖1H的另一角度側視圖。

圖2A~2C是根據本發明實施例二所繪示的無段變速往復式原動機2000之各階段作動側視示意圖。

圖3A~3D是根據本發明實施例三所繪示的無段變速往復式原動機3000之各階段作動側視示意圖。

圖4是根據本發明實施例四所繪示的後輪驅動雙輪自行車4000之側視示意圖。

圖5是根據本發明實施例五所繪示的後輪驅動三輪自行車5000之側視示意圖。

圖6A~6B是根據本發明實施例六所繪示的前輪驅動三輪自行車6000之側視示意圖。

圖7A~7C所繪示的是一種習知圓轉踩踏原動機在不同踩踏角度時的示意圖。

實施例一

本實施例一乃配合圖1A~1C所繪示的無段變速往復式原動機1000之各階段作動側視示意圖、分別對應圖1A~1C所繪示的局部區域放大圖圖1D、1F、1H，以及分別對應於圖1D、1F、1H之另一角度所繪示的圖1E、1G、1I詳細說明如下。

如圖1A~1C所示，根據本發明實施例一所揭示的無段變速往復式原動機1000包括：一第一轉輪100、一第二轉輪200、一繩索300以及一施力裝置400。其中，該第一轉輪100是耦合設置於一驅動軸110上，且該第一轉輪100包含一第一螺旋捲線軸120及一第二螺旋捲線軸130，該第一、第二螺旋捲線軸120、130相對於該驅動軸110彼此對稱互繞但不交疊，其中該第一螺旋捲線軸120具有一第一末端125A與一第二末端125B，分別位於該第一螺旋捲線軸120的最內徑處 與最外徑處，該第一末端125A是固定於該驅動軸110上，且相對於該驅動軸110逐漸變徑向外圍繞形成該第一螺旋捲線軸120，而該第二螺旋捲線軸130則具有一第三末端135A與一第四末端135B，分別位於該第二螺旋捲線軸130的最內徑處與最外徑處，該第三末端135A是固定於該驅動軸110上，且相對於該驅動軸110逐漸變徑向外圍繞形成該第二螺旋捲線軸130，且該第一末端125A與該第三末端135A相對於該驅動軸110位在相反對稱的兩側，該第二末端125B與該第四末端135B相對於該驅動軸110位在相反對稱的兩側。其中，該第二轉輪200是設置於一固定軸210上，而該繩索300，其一端固定於該第一螺旋捲線軸120之該第一末端125A，使鄰近該第一末端125A的部分該繩索300自該第一末端125A沿該第一螺旋捲線軸120之內徑逐漸向外徑繞行，並自一位在該第一螺旋捲線軸120上的第一接觸點310被引出，經導引繞過第二轉輪200之後回行進入該第二螺旋捲線軸130，使該繩索300的另一端固定於該第二螺旋捲線軸130的該第四末端135B，並使鄰近該第四末端135B的部分該繩索300可沿該第二螺旋捲線軸130之外徑逐漸向內徑繞行，並自位一在該第二螺旋捲線軸130上的第二接觸點320被引出，形成一封閉迴路，且該第一、第二接觸點310、320相對於該驅動軸110位在相反對稱的兩側該第一接觸點310與該第一末端125A之距離等於該第二接觸點320與該第三末端135A之距離，且該繩索在該第一轉輪100與該第二轉輪200之間至少形成一緊繃的繩索直線運動部位350。另外，該施力裝置400則可在平行於該繩索直線運動部位350的方向上向前或向後往復運動。

如圖1D所繪示之圖1A的局部區域放大圖及圖1E所繪示對應於圖1D之另一角度側視圖所示，當該施力裝置400靜止時，該繩索300自該第一螺旋捲線軸130被引出之該第一接觸點310係位於鄰近該第一螺旋捲線軸120的該第 二末端125B之處，且該繩索300自該第二螺旋捲線軸130被引出之該第二接觸點320係位於鄰近該第二螺旋捲線軸130的該第四末端135B之處。

如圖1F所繪示之圖1B的局部區域放大圖及圖1G所繪示對應於圖1F之另一角度側視圖所示，以及如圖1H所繪示之圖1C的局部區域放大圖及圖1I所繪示對應於圖1G之另一角度側視圖所示，當該施力裝置400以平行於該繩索直線運動部位350的方向向前運動時，該繩索300部分被拉出該第一螺旋捲線軸120且部分被收入該第二螺旋捲線軸130，被拉出該第一螺旋捲線軸120之繩索300的長度等於被收入該第二螺旋捲線軸130之繩索300的長度，該第一、第二接觸點310、320分別逐漸遠離該第二、第四末端125B、135B，且該第一、第二接觸點310、320之間的距離R逐漸縮小。

同理，當該施力裝置400以平行於該繩索直線運動部位350的方向向後運動時，該繩索300部分被收入該第一螺旋捲線軸120且部分被拉出該第二螺旋捲線軸130，被收入該第一螺旋捲線軸120之繩索300的長度等於被拉出該第二螺旋捲線軸130之繩索300的長度，該第一、第二接觸點310、320分別逐漸接近該第二、第四末端125B、135B，且該第一、第二接觸點310、320之間的距離R逐漸變大。

本實施例一所揭示的無段變速往復式原動機1000，藉由使該施力裝置400在繩索直線運動部位350運行往復式直線運動衝程內對於該驅動軸110所施加之力矩隨該第一、第二接觸點310、320之間的距離R變化而被改變，達到無段變速之目的。

上述無段變速往復式原動機1000之繩索300可由單一材質構成或者由一種以上材質串接而成。

在根據本發明的其他實施例中，上述無段變速往復式原動機1000，更可視需要導入如圖1A~1C所示的滑輪450，設置於該第一、第二轉輪100、200之間，藉以使該繩索300在該第一轉輪100與該第二轉輪200之間至少形成一緊繃的繩索直線運動部位350。

實施例二

本實施例二乃配合圖2A~2C所繪示的無段變速往復式原動機2000之各階段作動側視示意圖詳細說明如下。

如圖2A~2C所示，根據本發明實施例二所揭示的無段變速往復式原動機2000，其結構大抵與前述實施例一所揭示的無段變速往復式原動機1000相似，惟無段變速往復式原動機2000更包括一變速機構500，該變速機構500包括一固索點510與一延伸機構530，且該固索點510可在該延伸機構530上移動，當該變速機構500作動切換成高速檔時，該固索點510乃如第2B圖所示般在該延伸機構530上移動使該繩索300部分拉出該第一螺旋捲線軸120且部分收入該第二螺旋捲線軸130，並使該第一、第二接觸點310、320之間的距離R縮小，且在該施力裝置400以平行於該繩直線運動部問350向前運動時，使該第一、第二接觸點310、320之間的距離R更進一步縮小；另外，當該變速機構500作動切換成低速檔時，該固索點510乃在該延伸機構530上移動使該繩索300部分被拉出該第二螺旋捲線軸130且部分被收入該第一螺旋捲線軸120，並使該第一、第二接觸點310、320之間的距離R變大，且在該施力裝置400以平行於該繩直線運動部問350向後運動時，使該第一、第二接觸點310、320之間的距離R更進一步變大。

本實施例二所揭示的無段變速往復式原動機2000，藉由該變速機構500在高速檔、低速檔之間的切換，在該施力裝置400靜止時先使該第一、第二螺旋捲線軸120、130接觸之第一、第二接觸點310、320之間的距離R先縮小或變 大，並且在該施力裝置400以平行於該繩索直線運動部位350方向上向前或向後運動時進一步使該繩索300與該第一、第二螺旋捲線軸120、130接觸之第一、第二接觸點310、320之間的距離R進一步縮小或變大，即可無段改變該衝程範圍內之平均力矩，達到無段變速功效。

上述無段變速往復式原動機2000之繩索300可由單一材質構成或者由一種以上材質串接而成。

在根據本發明的其他實施例中，上述無段變速往復式原動機2000，更可視需要導入如圖2A~2C所示的滑輪450，設置於該第一、第二轉輪100、200之間，藉以使該繩索300在該第一轉輪100與該第二轉輪200之間至少形成一緊繃的繩索直線運動部位350。

實施例三

本實施例三乃配合圖3A~3D所繪示的無段變速往復式原動機3000之各階段作動側視示意圖詳細說明如下。

如圖3A~3D所示，根據本發明實施例三所揭示的無段變速往復式原動機3000，其結構大抵與前述實施例一所揭示的無段變速往復式原動機1000相似，惟無段變速往復式原動機3000更包括一變速機構600，該變速機構600包括一活動導輪組650，其中，當該變速機構600作動切換成高速檔時，在該施力裝置400靜止時先使該活動導輪組650乃如第3A圖所示般以相對於該繩索300的大致垂直方向向上移動，使該繩索300部分被拉出該第一螺旋捲線軸120且部分被收入該第二螺旋捲線軸130，並使該第一、第二接觸點310、320之間的距離R縮小，且在該施力裝置400以平行於該繩索直線運動部位350方向上向前運動時，如第3B圖所示般使該第一、第二接觸點310、320之間的距離R進一步縮小；另外，當該變速機構600作動切換成低速檔時，該活動導輪組650乃如第3C圖所示般相對 於該繩索的大致垂直方向向下移動，在該施力裝置400靜止時先使該繩索300部分被拉出該第二螺旋捲線軸130且部分被收入該第一螺旋捲線軸120，並使該第一、第二接觸點310、320之間的距離R變大，且在該施力裝置400以平行於該繩索直線運動部位350方向向後運動時，如第3D圖所示般使該第一、第二接觸點310、320之間的距離R進一步變大。

本實施例三所揭示的無段變速往復式原動機3000，藉由該變速機構600在高速檔、低速檔之間的切換，在該施力裝置400靜止時先使該第一、第二螺旋捲線軸120、130接觸之第一、第二接觸點310、320之間的距離R先縮小或變大，並且在該施力裝置400以平行於該繩索直線運動部位350方向上向前或向後運動時乃如第3D圖所示般進一步使該繩索300與該第一、第二螺旋捲線軸120、130接觸之第一、第二接觸點310、320之間的距離R進一步縮小或變大，即可無段改變該衝程範圍內之平均力矩，達到無段變速功效。上述無段變速往復式原動機3000之繩索300可由單一材質構成或者由一種以上材質串接而成。

在根據本發明的其他實施例中，上述無段變速往復式原動機3000，更可視需要導入如圖3A~3D所示之滑輪450，設置於該第一、第二轉輪100、200之間，藉以使該繩索300在該第一轉輪100與該第二轉輪200之間至少形成一緊繃的繩索直線運動部位350。

實施例四

如圖4所示，根據本發明實施例四所揭示的是一種後輪驅動雙輪自行車4000，包括一如實施例一所揭示的無段變速往復式原動機1000、一坐墊4100、一把手4300、一車架4500以及一自由輪4700A和一驅動輪4700B，且該無段變速往復式原動機1000是設置於該驅動輪4700B。

如圖4所示，當該施力裝置400以平行於該繩索直線運動部位350的方向向前運動時，該繩索300部分被拉出該第一螺旋捲線軸120且部分被收入該第二螺旋捲線軸130，被拉出該第一螺旋捲線軸120之繩索300的長度等於被收入該第二螺旋捲線軸130之繩索300的長度，該第一、第二接觸點310、320分別逐漸遠離該第二、第四末端125B、135B，且該第一、第二接觸點310、320之間的距離R逐漸縮小；同理，當該施力裝置400以平行於該繩索直線運動部位350的方向向後運動時，該繩索300部分被收入該第一螺旋捲線軸120且部分被拉出該第二螺旋捲線軸130，被收入該第一螺旋捲線軸120之繩索300的長度等於被拉出該第二螺旋捲線軸130之繩索300的長度，該第一、第二接觸點310、320分別逐漸接近該第二、第四末端125B、135B，且該第一、第二接觸點310、320之間的距離R逐漸變大，藉由使該施力裝置400在繩索直線運動部位350運行往復式直線運動衝程內對於該驅動軸110所施加之力矩隨該第一、第二接觸點310、320之間的距離R變化而被改變，使該驅動輪4700B被該驅動軸110帶動並且達到無段變速之目的。

此外，在根據本發明的其他實施例中，實施例二所揭示之含有變速器500的無段變速往復式原動機2000或實施例三所揭示之含有變速器600的無段變速往復式原動機3000也可適用於如圖4所揭示的後輪驅動雙輪自行車4000中，其運作原理如上所述，在此不再贅述。

實施例五

如圖5所示，根據本發明實施例五所揭示的是一種後輪驅動三輪自行車5000，包括一如實施例一所揭示的無段變速往復式原動機1000、一坐墊 4100、一把手4300、一車架4500以及一右自由輪4700C、一左自由輪4700C’和一驅動輪4700B，且該無段變速往復式原動機1000是設置於該驅動輪4700B。

如上所述，當該施力裝置400在繩索直線運動部位350運行往復式直線運動衝程內對於該驅動軸110所施加之力矩隨該第一、第二接觸點310、320之間的距離R變化而被改變，使該驅動輪4700B被該驅動軸110帶動並且達到無段變速之目的，且在根據本發明的其他實施例中，如實施例一所揭示的另一種無段變速往復式原動機1500、實施例二所揭示之含有變速器500的無段變速往復式原動機2000、2500或實施例三所揭示之含有變速器600的無段變速往復式原動機3000、3500也可適用於如圖5所揭示的後輪驅動三輪自行車5000中，其運作原理如上所述，在此不再贅述。

另外，在根據本發明的其他實施例中，更可包括二套如實施例一至三中所揭示的任一種無段變速往復式原動機1000、2000或3000，且該等無段變速往復式原動機之各該驅動軸110可為共軸或非共軸。

實施例六

圖6A~6B所繪示者是根據本發明實施例六所揭示的一種前輪驅動三輪自行車6000之各階段作動部分側視示意圖。如第6A圖所示，根據本發明實施例六所揭示的前輪驅動三輪自行車6000，包括一坐墊6100、一把手6300、一車架6500以及一右驅動輪6700C、一左驅動輪6700C’左驅動輪6700C’和一自由輪6700A，且更包括一如實施例一所揭示的無段變速往復式原動機1000、1000’，分別設置於該右驅動輪6700C以及該左驅動輪6700C’上。

本實施例所使用的無段變速往復式原動機1000之構造如實施例一所述，在此不再贅述。本實施例所使用的無段變速往復式原動機1000’之構造 則與無段變速往復式原動機1000相同，其中，該第一轉輪100’是耦合設置於一驅動軸110’上，且該第一轉輪100’包含一第一螺旋捲線軸120’及一第二螺旋捲線軸130’，該第一、第二螺旋捲線軸120’、130’相對於該驅動軸110’彼此對稱互繞但不交疊，其中該第一螺旋捲線軸120’具有一第一末端125A’與一第二末端125B’，分別位於該第一螺旋捲線軸120’的最內徑處與最外徑處，該第一末端125A’是固定於該驅動軸110’上，且相對於該驅動軸110’逐漸變徑向外圍繞形成該第一螺旋捲線軸120’，而該第二螺旋捲線軸130’則具有一第三末端135A’與一第四末端135B’，分別位於該第二螺旋捲線軸130’的最內徑處與最外徑處，該第三末端135A’是固定於該驅動軸110’上，且相對於該驅動軸110’逐漸變徑向外圍繞形成該第二螺旋捲線軸130’，且該第一末端125A’與該第三末端135A’相對於該驅動軸110’位在相反對稱的兩側，該第二末端125B’與該第四末端135B’相對於該驅動軸110’位在相反對稱的兩側。其中，該無段變速往復式原動機1000’之該第二轉輪200’是設置於一固定軸210’上，而該繩索300’，其一端固定於該第一螺旋捲線軸120’之該第一末端125A’，使鄰近該第一末端125A’的部分該繩索300’自該第一末端125A’沿該第一螺旋捲線軸120’之內徑逐漸向外徑繞行，並自一位在該第一螺旋捲線軸120’上的第一接觸點310’被引出，經導引繞過第二轉輪200’之後回行進入該第二螺旋捲線軸130’，使該繩索300’的另一端固定於該第二螺旋捲線軸130’的該第四末端135B’，並使鄰近該第四末端135B’的部分該繩索300’可沿該第二螺旋捲線軸130’之外徑逐漸向內徑繞行，並自位一在該第二螺旋捲線軸130’上的第二接觸點320’被引出，形成一封閉迴路，且該第一、第二接觸點310’、320’相對於該驅動軸110’位在相反對稱的兩側該第一接觸點310’與該第一末端125A’之距離等於該第二接觸點320’與該第三末端135A’之距離，且該繩索在該第一轉 輪100’與該第二轉輪200’之間至少形成一緊繃的繩索直線運動部位350’。另外，該施力裝置400’則可在平行於該繩索直線運動部位350’的方向上向前或向後往復運動。

如第6B圖所示，當該施力裝置400、400’以平行於該繩索直線運動部位350、350’的方向分別向前運動時，該繩索300、300’分別被部分拉出該第一螺旋捲線軸120、120’，且分別被部分收入該第二螺旋捲線軸130、130’；其中，分別被拉出該第一螺旋捲線軸120、120’之繩索300、300’的長度，等於分別被收入該第二螺旋捲線軸130、130’之繩索300、300’的長度，且該第一、第二接觸點310/310’、320/320’分別逐漸遠離該第二、第四末端125B/125B’、135B/135B’，且該第一、第二接觸點310/310’、320/320’之間的距離R、R’逐漸縮小。同理，當該施力裝置400、400’以平行於該繩索直線運動部位350、350’的方向分別向後運動時，該繩索300、300’分別部分被收入該第一螺旋捲線軸120、120’且部分被拉出該第二螺旋捲線軸130、130’；其中，分別被收入該第一螺旋捲線軸120、120’之繩索300、300’的長度等於分別被拉出該第二螺旋捲線軸130、130’之繩索300、300’的長度，該第一、第二接觸點310/310’、320/320’分別逐漸接近該第二、第四末端125B/125B’、135B/135B’，且該第一、第二接觸點310/310’、320/320’之間的距離R、R’逐漸變大。藉由，使該施力裝置400、400’分別在繩索直線運動部位350、350’運行往復式直線運動衝程內對於該驅動軸110、110’所施加之力矩隨該第一、第二接觸點310/310’、320/320’之間的距離R、R’變化而被改變，使該右驅動輪6700B、左驅動輪6700B’分別被該驅動軸110、110’帶動並且達到無段變速之目的。

此外，上述驅動軸110、110’可為共軸或非共軸，當驅動軸110、110’為共軸時，該等驅動軸110、110’可同步變速；當驅動軸110、110’為非共軸時，該等驅動軸110、110’可各自獨立變速，且可藉由控制該右驅動輪6700B與該左驅動輪6700B’之行進速度相等或不相等，驅使該前輪驅動三輪自行車6000前進或轉向。其中，當該驅動軸110’之轉速大於該驅動軸110之轉速時，即該左驅動輪6700B’之轉速大於該右驅動輪6700B，該自行車向右轉；當該驅動軸110之轉速大於該驅動軸110’之轉速時，即該右驅動輪6700B之轉速大於該左驅動輪6700B’，該自行車向左轉。

此外，在根據本發明的其他實施例中，如圖6A~6B所揭示的前輪驅動三輪自行車6000中的無段變速往復式原動機1000、1000’也可分別利用如實施例一所揭示之另一種無段變速往復式原動機1500、實施例二所揭示之含有變速器500的無段變速往復式原動機2000或實施例三所揭示之含有變速器600的無段變速往復式原動機3000取代，其運作原理如上所述，在此不再贅述。

綜上所述，本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可更動與組合上述各種實施例。

100:第一轉輪

110:驅動軸

120:第一螺旋捲線軸

125A:第一末端

125B:第二末端

130:第二螺旋捲線軸

135A:第三末端

135B:第四末端

200:第二轉輪

210:固定軸

300:繩索

310:第一接觸點

320:第二接觸點

350:繩索直線運動部位

400:施力裝置

450:滑輪

1000:無段變速往復式原動機

R:第一接觸點310與第二接觸點320之間的距離

Claims (13)

1. 一種無段變速往復式原動機，包括：一第一轉輪耦合設置於一驅動軸上，且該第一轉輪包含一第一螺旋捲線軸及一第二螺旋捲線軸，該第一、第二螺旋捲線軸相對於該驅動軸彼此對稱互繞但不交疊，其中該第一螺旋捲線軸具有一第一末端與一第二末端，分別位於該第一螺旋捲線軸的最內徑處與最外徑處，且相對於該驅動軸逐漸變徑向外圍繞形成該第一螺旋捲線軸，而該第二螺旋捲線軸則具有一第三末端與一第四末端，分別位於該第二螺旋捲線軸的最內徑處與最外徑處，且相對於該驅動軸逐漸變徑向外圍繞形成該第二螺旋捲線軸，且該第一末端與該第三末端相對於該驅動軸位在相反對稱的兩側，該第二末端與該第四末端相對於該驅動軸位在相反對稱的兩側；一第二轉輪，設置於一固定軸上；一繩索，其一端固定於該第一螺旋捲線軸之該第一末端，使鄰近該第一末端的部分該繩索自該第一末端沿該第一螺旋捲線軸之內徑逐漸向外徑繞行，並自一位在該第一螺旋捲線軸上的第一接觸點被引出，經導引繞過第二轉輪之後回行進入該第二螺旋捲線軸，使該繩索的另一端固定於該第二螺旋捲線軸的該第四末端，並使鄰近該第四末端的部分該繩索可沿該第二螺旋捲線軸之外徑逐漸向內徑繞行，並自位一在該第二螺旋捲線軸上的第二接觸點被引出，形成一封閉迴路，且該第一、第二接觸點相對於該驅動軸位在相反對稱的兩側該第一接觸點與該第一末端之距離等於該第二接觸點與該第三末端之距離，且該繩索在該第一轉輪與該第二轉輪之間至少形成一緊繃的繩索直線運動部位，當該繩索自該第一螺旋捲線軸被引出之該第一接觸 點係位於該第一螺旋捲線軸的該第二末端之處時，該繩索自該第二螺旋捲線軸被引出之該第二接觸點係位於該第二螺旋捲線軸的該第四末端之處；以及一施力裝置，且該施力裝置可在平行於該繩索直線運動部位的方向上向前或向後往復運動；其中，當該施力裝置以平行於該繩索直線運動部位的方向向前運動時，該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，被拉出該第一螺旋捲線軸之繩索長度等於被收入該第二螺旋捲線軸之繩索長度，該第一、第二接觸點分別逐漸遠離該第二、第四末端，且該第一、第二接觸點之間的距離逐漸縮小，而當該施力裝置以平行於該繩索直線運動部位的方向向後運動時，該繩索部分被收入該第一螺旋捲線軸且部分被拉出該第二螺旋捲線軸，被收入該第一螺旋捲線軸之繩索長度等於被拉出該第二螺旋捲線軸之繩索長度，該第一、第二接觸點分別逐漸接近該第二、第四末端，且該第一、第二接觸點之間的距離逐漸變大，藉此使該施力裝置在運行往復式直線運動衝程內對於該驅動軸所施加之力矩隨該第一、第二接觸點之間的距離變化而被改變，達到無段變速之目的。
2. 如請求項1所述的無段變速往復式原動機，該繩索可由單一材質構成或者由一種以上材質串接而成。
3. 如請求項1所述的無段變速往復式原動機，更包括一變速機構，設置於位於該第一轉輪與該第二轉輪之間的該繩索上；其中，當該變速機構作動以切換成高速檔時，該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，且該第一第二接觸點分別遠離該第二、第四末端，該第一、第二接觸點之間的距離縮小； 其中，當該變速機構作動以切換成低速檔時，該繩索部分被拉出該第二螺旋捲線軸且部分被收入該第一螺旋捲線軸，且該第一、第二接觸點分別接近該第二、第四末端，該第一、第二接觸點之間的距離變大；藉由該變速機構在高速檔、低速檔之間的切換，使該施力裝置在運行往復式直線運動衝程內，對應該繩索與該第一、第二螺旋捲線軸接觸之第一、第二接觸點之間的距離隨之縮小或變大，即可無段改變該衝程範圍內之平均力矩，達到無段變速功效。
4. 如請求項3所述的無段變速往復式原動機，該變速機構包括一固索點與一延伸機構，該固索點可在該延伸機構上移動，當該變速機構作動切換成高速檔時，該固索點乃在該延伸機構上移動使該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離縮小，當該變速機構作動切換成低速檔時，該固索點乃在該延伸機構上移動使該繩索部分被拉出該第二螺旋捲線軸且部分被收入該第一螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離變大。
5. 如請求項3所述的無段變速往復式原動機，該變速機構包括一活動導輪組，當該變速機構作動切換成高速檔時，該活動導輪組乃使該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離縮小，當該變速機構作動切換成低速檔時，該活動導輪組乃使該繩索部分被拉出該第二螺旋捲線軸且部分被收入該第一螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離變大。
6. 如請求項1所述的無段變速往復式原動機，更包括一滑輪，設置於該第一、第二轉輪之間，藉以使該繩索在該第一轉輪與該第二轉輪之間至少形成一緊繃的繩索直線運動部位。
7. 一種自行車，包括一無段變速往復式原動機，且該無段變速往復式原動機包括：一第一轉輪，耦合設置於一驅動軸上，且該第一轉輪包含一第一螺旋捲線軸及一第二螺旋捲線軸，該第一、第二螺旋捲線軸相對於該驅動軸彼此對稱互繞但不交疊，其中該第一螺旋捲線軸具有一第一末端與一第二末端，分別位於該第一螺旋捲線軸的最內徑處與最外徑處，且相對於該驅動軸逐漸變徑向外圍繞形成該第一螺旋捲線軸，而該第二螺旋捲線軸則具有一第三末端與一第四末端，分別位於該第二螺旋捲線軸的最內徑處與最外徑處，且相對於該驅動軸逐漸變徑向外圍繞形成該第二螺旋捲線軸，且該第一末端與該第三末端相對於該驅動軸位在相反對稱的兩側，該第二末端與該第四末端相對於該驅動軸位在相反對稱的兩側；一第二轉輪，設置於一固定軸上；一繩索，其一端固定於該第一螺旋捲線軸之該第一末端，使鄰近該第一末端的部分該繩索自該第一末端沿該第一螺旋捲線軸之內徑逐漸向外徑繞行，並自一位在該第一螺旋捲線軸上的第一接觸點被引出，經導引繞過第二轉輪之後回行進入該第二螺旋捲線軸，使該繩索的另一端固定於該第二螺旋捲線軸的該第四末端，並使鄰近該第四末端的部分該繩索可沿該第二螺旋捲線軸之外徑逐漸向內徑繞行，並自位一在該第二螺旋捲線軸上的第二接觸點被引出，形成一封閉迴路，且該第一、第二接觸點相對於該驅動軸位在相反對稱的兩側該第 一接觸點與該第一末端之距離等於該第二接觸點與該第三末端之距離，且該繩索在該第一轉輪與該第二轉輪之間至少形成一緊繃的繩索直線運動部位，當該繩索自該第一螺旋捲線軸被引出之該第一接觸點係位於該第一螺旋捲線軸的該第二末端之處時，該繩索自該第二螺旋捲線軸被引出之該第二接觸點係位於該第二螺旋捲線軸的該第四末端之處；以及一施力裝置，且該施力裝置可在平行於該繩索直線運動部位的方向上向前或向後往復運動；其中，當該施力裝置以平行於該繩索直線運動部位的方向向前運動時，該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，被拉出該第一螺旋捲線軸之繩索長度等於被收入該第二螺旋捲線軸之繩索長度，該第一、第二接觸點分別逐漸遠離該第二、第四末端，且該第一、第二接觸點之間的距離逐漸縮小，而當該施力裝置以平行於該繩索直線運動部位的方向向後運動時，該繩索部分被收入該第一螺旋捲線軸且部分被拉出該第二螺旋捲線軸，被收入該第一螺旋捲線軸之繩索長度等於被拉出該第二螺旋捲線軸之繩索長度，該第一、第二接觸點分別逐漸接近該第二、第四末端，且該第一、第二接觸點之間的距離逐漸變大，藉此使該施力裝置在運行往復式直線運動衝程內對於該驅動軸所施加之力矩隨該第一、第二接觸點之間的距離變化而被改變，達到無段變速之目的。
8. 如請求項7所述的自行車，該無段變速往復式原動機中的該繩索可由單一材質構成或者由一種以上材質串接而成。
9. 如請求項7所述的自行車，該無段變速往復式原動機更包括一變速機構，設置於位於該第一轉輪與該第二轉輪之間的該繩索上； 其中，當該變速機構作動以切換成高速檔時，該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，且該第一、第二接觸點分別遠離該第二、第四末端，該第一、第二接觸點之間的距離縮小；其中，當該變速機構作動以切換成低速檔時，該繩索部分被拉出該第二螺旋捲線軸且部分被收入該第一螺旋捲線軸，且該第一、第二接觸點分別接近該第二、第四末端，該第一、第二接觸點之間的距離變大；藉由該變速機構在高速檔、低速檔之間的切換，使該施力裝置在運行往復式直線運動衝程內，對應該繩索與該第一、第二螺旋捲線軸接觸之第一、第二接觸點之間的距離隨之縮小或變大，即可無段改變該衝程範圍內之平均力矩，達到無段變速功效。
10. 如請求項8所述的自行車，該無段變速往復式原動機中的該變速機構包括一固索點與一延伸機構，且該固索點可在該延伸機構上移動，當該變速機構作動切換成高速檔時，該固索點乃在該延伸機構上移動使該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離縮小，當該變速機構作動切換成低速檔時，該固索點乃在該延伸機構上移動使該繩索部分被拉出該第二螺旋捲線軸且部分被收入該第一螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離變大。
11. 如請求項8所述的自行車，該無段變速往復式原動機中的該變速機構包括一活動導輪組，當該變速機構作動切換成高速檔時，該活動導輪組乃使該繩索部分被拉出該第一螺旋捲線軸且部分被收入該第二螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離縮小，當該變速機構作動切換成低速檔時，該活 動導輪組乃使該繩索部分被拉出該第二螺旋捲線軸且部分被收入該第一螺旋捲線軸，並使該第一、第二接觸點之間的距離變大。
12. 如請求項7所述的自行車，該無段變速往復式原動機更包括一滑輪，設置於該第一、第二轉輪之間，藉以使該繩索在該第一轉輪與該第二轉輪之間至少形成一緊繃的繩索直線運動部位。
13. 如請求項7至12中任一項所述的自行車，包括二套該無段變速往復式原動機，且該等無段變速往復式原動機之各該驅動軸為共軸或非共軸。

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