TWM599772U - 自行車的助力裝置 - Google Patents

Abstract

本新型提出一種自行車的助力裝置，包括：外殼以及組裝在外殼之中的可充電電池、電子控制器、直流馬達和傳動單元；電子控制器電性連接可充電電池和直流馬達，電子控制器用以控制直流馬達的運作，電子控制器可連接外部電源對可充電電池充電以及控制可充電電池放電和提供保護功能，傳動單元基本上包含由第一行星齒輪機構和第二行星齒輪機構組成的減速器，以及傘齒輪組，直流馬達輸出的旋轉動力經由減速器減速之後帶動傘齒輪組，再通過傘齒輪組帶動自行車的五通主軸，電子控制器配置有偵測器用以偵測自行車的運動狀態，在必要時控制直流馬達的運作；本新型助力裝置藉由外殼裝配在自行車車架的下管，構造輕巧，可以在自行車行駛期間提供需要的助力。

Description

自行車的助力裝置

本新型涉及一種自行車的動力裝置，特別是一種自行車的助力裝置。

因為高度工業化導致的污染問題及其他許多不利的因素，已經對地球環境及生態造成了不可忽視的危害和威脅；為了減輕對環境的污染，各國政府無不鼓勵民眾多利用大眾運輸工具或是使用低污染的交通工具，為響應環保以及健康的概念，自行車成為廣受歡迎的代步及運動健身的交通工具。

不使用任何燃料或電能的自行車雖然極為符合環保及節能的要求，但是對於大部分居住在現代化都市的一般民眾而言，長時間或是長途騎乘自行車仍然難以被體能不佳的廣大民眾接受；由於因應民眾尋找輕鬆休閒、踏青旅遊、環保節能的交通代步工具需求刻不容緩，因此，無汙染、省力又便利的電動自行車、電動輔助自行車順勢脫穎而出，另一方面，人口逐步邁向高齡化的現代社會，對於的電動自行車、電動輔助自行車需求也日益增加，也是造成電動自行車、電動輔助自行車市場蓬勃發展因素之一。

電動輔助自行車在全球市場正在火熱的流行中，在歐美有部分國家，甚至是每戶人家至少會有一輛電動輔助自行車，真的非常受到歡 迎。對於體能略差的現代人而言，電動輔助自行車最為吸引人的地方，就在於電動輔助自行車的助力器或稱助力裝置，可以動態地隨著自行車騎士付出的力量，以及自動偵測自行車的動作狀態，適當地提供輔助的動力，藉此幫助自行車騎士爬得更高、騎得更遠，充分享受騎車賞景與朋友們一起遊玩的樂趣，進而讓平時因體能跟不上而導致不愛騎車的民眾，可以更容易地騎乘自行車車。因此，在盡可能地不改變或最小改變現有自行車結構的原則之下，如何提供更進步更優異的自行車助力器或助力裝置，是相關業者努力研發的目標之一。

本新型所要解決的技術問題在於提供一種自行車的助力裝置。

基於解決上述的技術問題，本新型自行車的助力裝置的一種實施例構造，包括：外殼以及組裝在外殼之中的可充電電池、電子控制器、直流馬達和傳動單元；其中外殼裝配在自行車車架的下管，外殼是中空的管狀結構，外殼配置有一控制面板，控制面板至少具有啟動開關和充電插座，啟動開關和充電插座電性連接電子控制器，啟動開關用於開啟或關閉助力裝置，電子控制器可以通過充電插座電性連接外部電源進而對可充電電池進行充電；電子控制器電性連接可充電電池和直流馬達，電子控制器配置有偵測器用以偵測自行車的運動狀態，並且依據偵測獲得的運動狀態控制直流馬達的運作，電子控制器可連接外部電源對該可充電電池充電以及控制可充電電池放電和提供保護功能；傳動單元包含由第一行星齒輪機構和第二行星齒輪機構組成的減速器，以及傘齒輪組，傘齒輪組包含互相 嚙合的第一傘齒輪和第二傘齒輪，第二傘齒輪裝配在自行車的五通主軸，直流馬達連結減速器的輸入端，減速器的輸出端連結第一傘齒輪，直流馬達輸出的旋轉動力經由減速器減速之後帶動第一傘齒輪，第一傘齒輪帶動第二傘齒輪及五通主軸轉動，用以在自行車行駛期間提供需要的助力。

其中可充電電池是由多個鋰離子電池組成的鋰離子電池組。

所述的電子控制器包含電池控制及保護電路以及直流馬達控制電路，電池控制及保護電路內含鋰離子電池控制晶片和保護晶片，用以管理和控制鋰離子電子組，所述的保護功能包括過充保護、過放保護及過電流保護其中的任一種或其組合。

所述的直流馬達控制電路依據偵測獲得的運動狀態控制直流馬達的運作，所述的直流馬達的運作包括：直流馬達的啟動、停止和輸出扭力。

其中第一行星齒輪機構包含：第一太陽齒輪、第一內齒輪、第一行星齒輪架以及可轉動地裝配在第一行星齒輪架的第一行星齒輪組，第一太陽齒輪固定於第一行星齒輪架的旋轉中心，第一行星齒輪組作為減速器的輸入端；所述的第二行星齒輪機構包含：第二太陽齒輪、第二行星齒輪架以及可轉動地裝配在第二行星齒輪架的第二行星齒輪組，第二太陽齒輪固定於第二行星齒輪架的旋轉中心，第二太陽齒輪作為減速器的輸出端；其中第一行星齒輪機構和第二行星齒輪機構共用第一內齒輪，第一行星齒輪組介於第一太陽齒輪以及第一內齒輪之間，而且第一行星齒輪組和第一太陽齒輪以及第一內齒輪嚙合；第二行星齒輪組介於第二太陽齒輪以及第一內齒輪之間，而且第二行星齒輪組和第二太陽齒輪以及第一內齒輪 嚙合；第一內齒輪通過馬達法蘭界面連結直流馬達，第一內齒輪通過前蓋支架固定裝配在外殼之中位於外殼前端的位置；直流馬達的輸出軸裝配有一主動齒輪，主動齒輪和第一行星齒輪組嚙合用以帶動第一行星齒輪機構轉動。

本新型自行車的助力裝置的傳動單元的一方面還包括單向軸承，所述的第二傘齒輪通過單向軸承裝配在五通主軸，在五通主軸向後轉動時將不會帶動第二傘齒輪轉動。

作為本新型自行車的助力裝置的優選結構，其中外殼具有可開啟和關閉的外蓋，所述的外蓋利用鉸鍊裝配於外殼，開啟外蓋可以更換可充電電池或進行維修。

本新型自行車的助力裝置的有益效果在於，本新型助力裝置藉由外殼裝配在自行車車架的下管，構造輕巧，可以在自行車行駛期間提供需要的助力。

關於本新型的具體實施方式及其他的優點與功效，將配合圖式說明如下。

10:外殼

11:控制面板

111:啟動開關

112:充電插座

113:顯示器

12:外蓋

121:鉸鍊

20:可充電電池

30:電子控制器

40:直流馬達

41:主動齒輪

50:傳動單元

51:減速器

52:第一行星齒輪機構

521:第一太陽齒輪

522:第一內齒輪

523:第一行星齒輪架

524:第一行星齒輪組

53:第二行星齒輪機構

531:第二太陽齒輪

532:第二行星齒輪架

533:第二行星齒輪組

54:傘齒輪組

541:第一傘齒輪

542:第二傘齒輪

55:馬達法蘭界面

56:前蓋支架

57:單向軸承

90:車架

91:下管

92:五通主軸

第1圖是本新型自行車的助力裝置的實施例的構造外觀圖，繪示助力裝置裝配在自行車車架的下管。

第2圖是本新型自行車的助力裝置的實施例的構造外觀圖。

第3圖是本新型自行車的助力裝置的實施例的構造分解圖。

第4圖是本新型自行車的助力裝置的侷部構造示意圖。

第5圖是第2圖在A-A位置的構造斷面圖。

第6圖是第5圖在B位置的侷部構造圖。

第7圖是本新型自行車的助力裝置的外殼的外蓋的動作示意圖。

在下文的實施方式中所述的位置關係，包括：上，下，左和右，若無特別指明，皆是以圖式中組件繪示的方向為基準。

首先請參閱第1圖至第3圖，是本新型自行車的助力裝置的實施例的構造外觀圖和構造分解圖。

本新型自行車的助力裝置的一種實施例構造，包括：外殼10以及組裝在外殼10之中的可充電電池20、電子控制器30、直流馬達40和傳動單元50。其中可充電電池20的優選實施方式是由多個鋰離子電池組成的鋰離子電池組。直流馬達40的輸出軸裝配有主動齒輪41。

外殼10是中空的管狀結構用以容納可充電電池20、電子控制器30、直流馬達40以及傳動單元50，外殼10裝配在自行車的車架90的下管91(down tube)，在外殼10配置有控制面板11(見第7圖)，控制面板11至少具有一啟動開關111(power On/Off switch)和一充電插座112，啟動開關111和充電插座112電性連接電子控制器30，使用者可以操作啟動開關111進而開啟或關閉助力裝置，電子控制器30可以通過充電插座112電性連接外部電源進而對可充電電池20進行充電。控制面板11的優選實施例構造還可以包括一顯示器113(例如序列式LED燈)，顯示器113電性連接電子控制器30用以顯示可充電電池20的電量。

電子控制器30電性連接可充電電池20和直流馬達40，電子控 制器30至少包含電池控制及保護電路以及直流馬達控制電路，其中電池控制及保護電路具備對可充電電池20提供充電、放電以及保護功能；其中電池控制及保護電路基本上可以選用市面上內含鋰離子電池控制晶片和保護晶片，用以管理和控制鋰離子電子組的鋰離子電池控制及保護電路，即可實現對鋰離子電池組進行充電、放電及保護功能，所述的保護功能包括但不限於過充保護、過放保護及過電流保護其中的任一種或其組合；電子控制器30具有偵測器(例如陀螺儀或重力感測器)用以偵測自行車的運動狀態，在必要時控制直流馬達40的運作，用以在自行車行駛期間提供需要的助力，所述直流馬達40的運作包括：直流馬達的啟動、停止和輸出扭力。

請參閱第3圖，傳動單元50基本上包含：減速器51、傘齒輪組54和馬達法蘭界面55；其中減速器51包含第一行星齒輪機構52和第二行星齒輪機構53，傘齒輪組54包含互相嚙合的第一傘齒輪541和第二傘齒輪542，第二傘齒輪542裝配在自行車的五通主軸92(見第4圖)，直流馬達40連結減速器51的輸入端，減速器51的輸出端連結第一傘齒輪541，直流馬達40輸出的旋轉動力經由減速器51減速之後帶動第一傘齒輪541，進而藉由第一傘齒輪541帶動第二傘齒輪542及五通主軸92轉動，用以在自行車行駛期間提供需要的助力。

請參閱第5圖和第6圖，其中第一行星齒輪機構52的一種實施例構造包含：第一太陽齒輪521、第一內齒輪522、第一行星齒輪架523以及可轉動地裝配在第一行星齒輪架523的第一行星齒輪組524，第一太陽齒輪521固定於第一行星齒輪架523的旋轉中心，第一行星齒輪組524作為減速器51的輸入端；第二行星齒輪機構53包含：第二太陽齒輪531、第二行星齒輪 架532以及可轉動地裝配在第二行星齒輪架532的第二行星齒輪組533，第二太陽齒輪531固定於第二行星齒輪架532的旋轉中心，第二太陽齒輪531作為減速器51的輸出端；其中第一行星齒輪機構52和第二行星齒輪機構53共用第一內齒輪522，第一行星齒輪組524介於第一太陽齒輪521以及第一內齒輪522之間，而且第一行星齒輪組524和第一太陽齒輪521以及第一內齒輪522嚙合；第二行星齒輪組533介於第二太陽齒輪531以及第一內齒輪522之間，而且第二行星齒輪組533和第二太陽齒輪531以及第一內齒輪522嚙合；第一內齒輪522通過馬達法蘭界面55連結直流馬達40，第一內齒輪522通過前蓋支架56固定裝配在外殼10之中位於外殼10前端的位置。

直流馬達40的主動齒輪41和第一行星齒輪機構52的第一行星齒輪組524嚙合用以帶動第一行星齒輪機構52轉動；第一行星齒輪機構52可以對直流馬達40輸出的旋轉運動提供減速作用，將直流馬達40輸出的旋轉運動減速後由第一太陽齒輪521輸出；第一行星齒輪機構52的第一太陽齒輪521和第二行星齒輪機構53的第二行星齒輪組533嚙合用以帶動第二行星齒輪機構53轉動，第二行星齒輪機構53可以對第一太陽齒輪521的旋轉運動提供減速作用，將第一太陽齒輪521的旋轉運動減速後由第二太陽齒輪531輸出。

傘齒輪組54包含第一傘齒輪541和第二傘齒輪542，第一傘齒輪541連結第二行星齒輪機構53的第二太陽齒輪531，優選地，第一傘齒輪541採用滑鍵方式和第二太陽齒輪531連結，例如第一傘齒輪541的輪軸可滑動地套在第二太陽齒輪531，並且可以沿著第二太陽齒輪531的軸向方向滑動，第二傘齒輪542裝配在自行車的五通主軸92，五通主軸92就是用於帶動 大齒盤組(chainwheels set)轉動的主軸，第一傘齒輪541和第二傘齒輪542互相嚙合；直流馬達40輸出的旋轉動力經過減速器51的減速之後，可以直接通過第一傘齒輪541和第二傘齒輪542帶動五通主軸92轉動，進而在自行車行駛期間提供需要的助力。

在本新型的優選實施例構造，助力裝置的傳動單元50其中包含一單向離合器，單向離合器的實施方式例如單向軸承57(見第4圖)，第二傘齒輪542通過單向軸承57裝配在五通主軸92，因此在五通主軸92向後轉動時將不會帶動第二傘齒輪542轉動(意即是五通主軸92只能單向帶動大齒盤朝向自行車前進的方向轉動，若是五通主軸92的轉動方向和自行車輪向後轉動的方向相同時將不會帶動第二傘齒輪542轉動，五通主軸92向後轉動時第二傘齒輪542將會在五通主軸92上空轉)，用以保護直流馬達40和傳動單元50。

外殼10的優選實施例構造進一步具有可開啟和關閉的一外蓋12，例如外蓋12可以利用鉸鍊121裝配於外殼10，必要時使用者可以及開啟外蓋12更換可充電電池20或進行維修(見第7圖)。在其他方面，整個助力裝置也可以是模組化結構，換言之，所述的可充電電池20、電子控制器30、直流馬達40以及傳動單元50全部集合配置於外殼10，必要時可以將外殼10從自行車的車架90拆下進行整個更換或維修的操作。

雖然本新型已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型，任何熟習相像技藝者，在不脫離本新型之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本新型之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

10:外殼

12:外蓋

90:車架

91:下管

92:五通主軸

Claims (7)

1. 一種自行車的助力裝置，包括：一外殼以及組裝在該外殼之中的一可充電電池、一電子控制器、一直流馬達和一傳動單元；該外殼裝配在自行車車架的下管，該外殼是中空的管狀結構，該外殼配置有一控制面板，控制面板至少具有一啟動開關和一充電插座，該啟動開關和該充電插座電性連接該電子控制器，該啟動開關用於開啟或關閉該助力裝置，該電子控制器可以通過該充電插座電性連接外部電源進而對該可充電電池進行充電；該電子控制器電性連接該可充電電池和該直流馬達，該電子控制器配置有偵測器用以偵測自行車的運動狀態，並且依據偵測獲得的運動狀態控制該直流馬達的運作，該電子控制器可連接外部電源對該可充電電池充電以及控制該可充電電池放電和提供保護功能；該傳動單元包含由第一行星齒輪機構和第二行星齒輪機構組成的一減速器，以及一傘齒輪組，該傘齒輪組包含互相嚙台的一第一傘齒輪和一第二傘齒輪，該第二傘齒輪裝配在自行車的五通主軸，該直流馬達連結該減速器的輸入端，該減速器的輸出端連結該第一傘齒輪，該直流馬達輸出的旋轉動力經由該減速器減速之後帶動該第一傘齒輪，該第一傘齒輪帶動該第二傘齒輪及該五通主軸轉動。
2. 如請求項1所述的自行車的助力裝置，該可充電電池是由多個鋰離子電池組成的鋰離子電池組。
3. 如請求項2所述的自行車的助力裝置，該電子控制器包含一電池控制及保護電路以及一直流馬達控制電路，該電池控制及保護電路內含鋰離子電池控制晶片和保護晶片，用以管理和控制該鋰離子電子組，該 保護功能包括過充保護、過放保護及過電流保護其中的任一種或其組合。
4. 如請求項3所述的自行車的助力裝置，該直流馬達控制電路依據偵測獲得的該運動狀態控制該直流馬達的運作，該直流馬達的運作包括：該直流馬達的啟動、停止和輸出扭力。
5. 如請求項1所述的自行車的助力裝置，該第一行星齒輪機構包含：一第一太陽齒輪、一第一內齒輪、一第一行星齒輪架以及可轉動地裝配在該第一行星齒輪架的一第一行星齒輪組，該第一太陽齒輪固定於該第一行星齒輪架的旋轉中心，該第一行星齒輪組作為該減速器的輸入端；該第二行星齒輪機構包含：一第二太陽齒輪、一第二行星齒輪架以及可轉動地裝配在該第二行星齒輪架的一第二行星齒輪組，該第二太陽齒輪固定於該第二行星齒輪架的旋轉中心，該第二太陽齒輪作為該減速器的輸出端；其中該第一行星齒輪機構和該第二行星齒輪機構共用該第一內齒輪，該第一行星齒輪組介於該第一太陽齒輪以及該第一內齒輪之間，而且該第一行星齒輪組和該第一太陽齒輪以及該第一內齒輪嚙合；該第二行星齒輪組介於該第二太陽齒輪以及該第一內齒輪之間，而且該第二行星齒輪組和該第二太陽齒輪以及該第一內齒輪嚙合；該第一內齒輪通過一馬達法蘭界面連結該直流馬達，該第一內齒輪通過一前蓋支架固定裝配在該外殼之中位於該外殼前端的位置；該直流馬達的一輸出軸裝配有一主動齒輪，該主動齒輪和該第一行星齒輪組嚙合用以帶動該第一行星齒輪機構轉動。
6. 如請求項1所述的自行車的助力裝置，該傳動單元包含一單向軸承， 該第二傘齒輪通過該單向軸承裝配在該五通主軸，在該五通主軸向後轉動時將不會帶動該第二傘齒輪轉動。
7. 如請求項1所述的自行車的助力裝置，該外殼具有可開啟和關閉的一外蓋，該外蓋利用一鉸鍊裝配於該外殼，開啟該外蓋可以更換該可充電電池或進行維修。

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