TWM606074U - 輪轂電機傳動系統及助力自行車 - Google Patents

Abstract

本創作提供一種輪轂電機傳動系統，其包含內部設有電機組件和傳動組件的輪轂、及穿設於輪轂的主軸，該主軸的兩端分別伸出輪轂之外。主軸的一端設有踩踏輸入組件，且主軸為用於電機組件的電機軸。傳動組件包括諧波傳動減速器。電機組件與諧波傳動減速器的波發生器連接並驅動波發生器。波發生器係以可相對主軸轉動的方式連接於主軸上。踩踏輸入組件與諧波傳動減速器的柔性齒輪連接並驅動柔性齒輪。諧波傳動減速器的剛性齒輪係安裝固定於輪轂之殼體內壁。本創作之輪轂電機傳動系統內設諧波傳動減速器，其透過程式控制電機組件轉速與踩踏輸入組件轉速的比例，而達到無級變速的目的。與使用外設變速器的結構相比更為精簡，減少了體積且重量更輕，提高騎行體驗，使騎行過程更舒適更智慧。

Description

輪轂電機傳動系統及助力自行車

本創作係關於助力自行車，尤其涉及一種輪轂電機傳動系統及助力自行車。

在生活中，自行車運動成為人們出行、健身的熱門選擇，但隨著時代的發展和科技的進步，助力自行車也得到了蓬勃的發展。助力自行車是藉由在自行車中加裝助力系統，以方便使用者的騎行。助力自行車具有省力、負載能力高、車速快等優勢，因此很快就已成為了人們途短出行和運輸的主要工具。

現有助力自行車的輪轂電機雖能夠提供動力輸出，減輕騎行者的負擔，但不具備智慧變速功能。助力自行車的變速方式主要透過外設變速器進行多級變速。該種變速方式在換擋變速過程中因鏈條切換齒盤會產生頓挫感，並且對於不熟悉換擋的使用者而言，其操作不當會造成鏈條脫鏈等問題，影響騎行體驗。

為克服現有技術的缺點，本創作之目的在於提供一種可智慧無級變速、便於操控的輪轂電機傳動系統及助力自行車。

本創作提供一種輪轂電機傳動系統，其包含內部設有電機組件和傳動組件的輪轂、及穿設於輪轂的主軸，該主軸的兩端分別伸出輪轂之外。主軸的一端設有踩踏輸入組件，且主軸為用於電機組件的電機軸。傳動組件包括諧波傳動減速器，該諧波傳動減速器包含波發生器、柔性齒輪、及剛性齒輪。電機組件與諧波傳動減速器的波發生器連接並驅動波發生器。波發生器係以可相對主軸轉動的方式連接於主軸上。踩踏輸入組件與諧波傳動減速器的柔性齒輪連接並驅動柔性齒輪。諧波傳動減速器的剛性齒輪係安裝固定於輪轂之殼體內壁。

在一實施例中，電機組件包括電機和外置的控制器，該控制器用於控制電機的啟停和轉速。

在一實施例中，控制器用於控制電機，以使電機的轉速與踩踏輸入組件輸入之轉速的比值保持在預設值。

在一實施例中，踩踏輸入組件包括以相對主軸可轉動的方式連接於主軸上的齒盤塔基、以及與齒盤塔基連接且受其驅動的扭力套筒。扭力套筒的上部與齒盤塔基轉動連接，扭力套筒的中部以相對主軸可轉動的方式與主軸連接，且柔性齒輪安裝連接於扭力套筒的底部。

在一實施例中，扭力套筒與輪轂之間設有第一軸承，扭力套筒與主軸之間設有第二軸承，齒盤塔基與主軸之間設有第三軸承。

在一實施例中，齒盤塔基上設有棘爪，扭力套筒的內壁設有與棘爪相適配的棘輪。

在一實施例中，輪轂電機傳動系統更包括設於輪轂上的離合器，該離合器與扭力套筒相適配。

在一實施例中，電機包括第一端蓋和第二端蓋，該第一端蓋和該第二端蓋係以主軸相對第一端蓋和第二端蓋可轉動的方式與主軸連接。第一端蓋包括蓋體，波發生器係設於該蓋體上。

在一實施例中，主軸與第一端蓋和第二端蓋之間分別設有第四軸承。

本創作提供的輪轂電機傳動系統，具有踩踏驅動模式以及混合驅動模式。在輪轂電機傳動系統之混合驅動模式的工作過程中，(1)電機組件啟動驅動諧波傳動減速器的波發生器而使波發生器轉動，並經柔性軸承驅使柔性齒輪與剛性齒輪相對轉動；同時(2)以人力踩踏，使踩踏輸入組件帶動柔性齒輪轉動。前述(1)、(2)二者的輸入速度相加並混合，驅動剛性齒輪轉動而帶動輪轂轉動。控制器根據騎行者的踩踏輸入數值調整電機轉速，藉由預設程式設定與不同踩踏速度對應的電機轉速，控制電機轉速而經由柔性軸承與柔性齒輪的轉動減速達到預設比值，即控制車速(輪轂轉速)與踩踏輸入值的動態變速比，從而達到智慧無級變速的目的。使用者可於騎行過程中經由預設程式選擇需求的變速比模式，無需進行換擋操作，使操作簡化。此外，本創作的輪轂電機傳動系統內設有諧波傳動減速器，與使用外設變速器的結構相比更為精簡，減少了體積且重量更輕。其透過程式控制變速比達到智慧無級變速的目的，提高騎行體驗，使騎行過程更舒適更智慧。

在本創作的一實施例中，提供一種助力自行車，其包括車體以及裝設至該車體之上述的輪轂電機傳動系統。該助力自行車的輪轂電機傳動系統內設有諧波傳動減速器，與使用外設變速器的結構相比更為精簡，減少了體積且重量更輕。此外本創作的助力自行車可透過程式控制變速比，達到智慧無級變速的目的，提高騎行體驗，使騎行過程更舒適更智慧。

1:主軸

2:輪轂

2a:輪轂端蓋

2b:輪轂殼體

3:第一端蓋

3a:波發生器

3b:蓋體

4:柔性軸承

5:柔性齒輪

6:剛性齒輪

7:傳動組件

8:電機組件

9:扭力套筒

10:離合器

11:第二軸承

12:棘爪

12a:棘輪

13:齒盤塔基

14:第四軸承

15:馬達定子

16:馬達磁瓦

17:轉子鋼圈

18:第二端蓋

19:第一軸承

20:定子定位鍵

21:第三軸承

22:車體

23:變速齒盤

24:柔性齒輪延伸套筒

25:輪轂電機傳動系統

圖1為本創作實施例的輪轂電機傳動系統剖視圖；圖2為本創作實施例的助力自行車結構示意圖；圖3為不同變速方式之踏速與車速的比值曲線圖；圖4為本創作實施例的輪轂轉速與踏速比值變化。

下面結合實施例並對照附圖對本創作作進一步詳細說明。

以下參考圖1至圖4說明一種輪轂電機傳動系統及助力自行車。如圖2所示，助力自行車包括車體22和裝設至車體22的輪轂電機傳動系統25。參照圖1，輪轂電機傳動系統25包括輪轂2和穿設於輪轂2的主軸1，主軸1的兩端延伸出輪轂2之外，主軸1的一端(圖1中右側的主軸1的一端)設有踩踏輸入組件，以將人力踩踏產生的驅動力傳遞至輪轂2。輪轂2內設有電機組件8和傳動組件7。主軸1用作為電機組件8的電機軸。傳動組件7包括諧波傳動減速器。諧波傳動減速器包括波發生器3a、柔性軸承4、柔性齒輪5、及剛性齒輪6。電機組件8與諧波傳動減速器的波發生器3a連接並驅動波發生器3a，且波發生器3a以可轉動的方式連接於主軸1上。踩踏輸入組件與諧波傳動減速器的柔性齒輪5的柔性齒輪延伸套筒24驅動連接。諧波傳動減速器的剛性齒輪6安裝固定於輪轂2之輪轂殼體2b的內壁。

具體而言，主軸1亦用以將輪轂2架設於車體22。輪轂2包括輪轂殼體2b和輪轂端蓋2a，輪轂端蓋2a與主軸1之間設有軸承，以使主軸1以可轉動的方式連接至輪轂端蓋2a。柔性齒輪5與波發生器3a之間設有柔性軸承4。該諧波傳動減速器的柔性齒輪5、柔性軸承4以及剛性齒輪6與現有諧波減速器的基本結構及工作原理相同。電機組件8包括電機，該電機含馬達定子 15及轉子鋼圈17。馬達定子15具有繞線，並透過定子定位鍵20固定於主軸1上。轉子鋼圈17上貼合有馬達磁瓦16且可轉動。電機組件8與現有電機的基本結構及工作原理相同。此外，電機組件8還包括外置的控制器，該控制器具有預設程式用於控制電機的啟停以及轉速。

本案實施例中的輪轂電機傳動系統具有兩驅動模式：踩踏驅動模式、以及混合驅動模式(即電機輸出與人力踩踏混合驅動)。在輪轂電機傳動系統之混合驅動模式的工作過程中，(1)電機組件8啟動驅動諧波傳動減速器的波發生器3a而使波發生器3a轉動，並經柔性軸承4驅使柔性齒輪5與剛性齒輪6相對轉動；同時(2)以人力踩踏，使踩踏輸入組件帶動柔性齒輪5轉動。前述(1)、(2)二者的輸入速度相加並混合，驅動剛性齒輪6轉動而帶動輪轂2轉動。控制器根據騎行者的踩踏輸入數值調整電機轉速，依預設程式中所設定與不同踩踏速度對應的電機轉速，控制電機轉速經由柔性軸承4與柔性齒輪5的轉動減速而達到變速的預設比值，即控制車速(輪轂轉速)與踩踏輸入值的動態變速比，從而達到智慧無級變速的目的。使用者可於騎行過程中經由預設程式選擇需求的變速比模式，無需進行換擋操作，使操作簡化。此外，本創作的輪轂電機傳動系統內設有諧波傳動減速器，與使用外設變速器的結構相比更為精簡，減少了體積且重量更輕。其透過程式控制變速比達到智慧無級變速的目的，提高騎行體驗，使騎行過程更舒適更智慧。

圖3為不同變速方式之踏速與車速的比值曲線圖。在圖3中，X軸為踩踏輸入組件的轉速，Y軸為車速。在圖3中，a曲線為本創作之輪轂電機傳動系統的智慧變速比曲線，b曲線為無變速(即單速)的變速比曲線，且c曲線為傳統機械變速的變速比曲線。如圖3所示，a曲線中的變速比值成平滑遞增無跳動。因此，本傳動系統變速過程皆平滑地過渡，因此騎行過程無頓挫感，使騎行過程更為舒適。

其中，諧波傳動減速器的傳動比為1/50。在先前所述的混合驅動模式下，輪轂轉速等於電機轉速乘以傳動比再加上踩踏輸入組件轉速。圖4顯示本創作實施例的輪轂轉速與踩踏輸入轉速的比值變化。參考圖4，騎行者可在踩踏輸入轉速與輪轂輸出轉速比值在大約1至大約3的範圍調整變速比。然而在其他實施例中，也可根據生產需求，設計諧波傳動減速器調整傳動比以及變速比的可調範圍。

參照圖1，在本實施例中，踩踏輸入組件包括以可轉動方式連接於主軸1上的齒盤塔基13、以及與齒盤塔基13連接並受其驅動的扭力套筒9。齒盤塔基13與現有齒盤塔基的結構和基本原理相同，其用於外接單一齒盤或多齒盤。扭力套筒9的上部與齒盤塔基13以可轉動方式連接，扭力套筒9的中部與主軸1以可轉動方式連接，且柔性齒輪5安裝成連接於扭力套筒9的底部。柔性齒輪5呈薄壁管狀，其中柔性齒輪5的一端外部設有外齒以與剛性齒輪6嚙合，而柔性齒輪5之另一端的設有柔性齒輪延伸套筒24，該柔性齒輪延伸套筒24安裝成與扭力套筒9的底部連接。扭力套筒9與輪轂2之間設有第一軸承19，扭力套筒9與主軸1之間設有第二軸承11，且齒盤塔基13與主軸1之間設有第三軸承21。

具體而言，輪轂2內設有離合器10，該離合器10與扭力套筒9相適配。當選擇踩踏驅動模式時，踩踏力經齒盤塔基13帶動扭力套筒9轉動，然後扭力套筒9經離合器10驅動輪轂2轉動。

在本實施例中，參考圖1和圖2，齒盤塔基13上設有棘爪12，且扭力套筒9的內壁設有與棘爪12相適配的棘輪12a，使助力自行車在滑行時不拖動自行車的踏板轉動。

此外，參考圖1及圖2，齒盤塔基13上設有3至11個變速齒盤，便於使用者可在更大範圍內選擇踩踏速與車速。

在本實施例中，參考圖1，電機組件8包括第一端蓋3和第二端蓋18。第一端蓋3及第二端蓋18分別經由軸承連接於主軸1，並使主軸1可相對第一端蓋3及第二端蓋18轉動。第一端蓋3包括內層的蓋體3b、且波發生器3a位於蓋體3b外部並設於蓋體3b上。蓋體3b呈圓盤狀，而波發生器3a呈橢圓形盤狀。蓋體3b與轉子鋼圈17固定連接。主軸1與波發生器3a和第二端蓋18之間分別設有第四軸承14。

在一實施例中，蓋體3b以及第二端蓋18上開設有通風孔，便於馬達定子15散熱。

以上是對本創作之輪轂電機傳動系統及助力自行車的闡述。本揭示內容所述實施例係用於幫助理解本創作，但本創作的實施方式並不受上述實施例的限制，且任何未背離本創作原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應視為等效的置換方式，並包含在本創作的保護範圍之內。

1:主軸

2:輪轂

2a:輪轂端蓋

2b:輪轂殼體

3:第一端蓋

3a:波發生器

3b:蓋體

4:柔性軸承

5:柔性齒輪

6:剛性齒輪

7:傳動組件

8:電機組件

9:扭力套筒

10:離合器

11:第二軸承

12:棘爪

12a:棘輪

13:齒盤塔基

14:第四軸承

15:馬達定子

16:馬達磁瓦

17:轉子鋼圈

18:第二端蓋

19:第一軸承

20:定子定位鍵

21:第三軸承

24:柔性齒輪延伸套筒

Claims (10)

1. 一種輪轂電機傳動系統，包含：一輪轂，該輪轂內設有電機組件和傳動組件；及一主軸，穿設於該輪轂，該主軸的兩端分別伸出該輪轂之外，其中該主軸的一端設有踩踏輸入組件，且該主軸為用於該電機組件的電機軸，其中該傳動組件包括諧波傳動減速器，該諧波傳動減速器包含波發生器、柔性齒輪、及剛性齒輪，該電機組件與該諧波傳動減速器的該波發生器連接並驅動該波發生器，該波發生器係以可相對該主軸轉動的方式連接於該主軸上，且其中該踩踏輸入組件與該諧波傳動減速器的該柔性齒輪連接並驅動該柔性齒輪，且該諧波傳動減速器的該剛性齒輪係安裝固定於該輪轂之殼體內壁。
2. 如請求項1之輪轂電機傳動系統，其中該電機組件包括電機和外置的控制器，該控制器用於控制該電機的啟停和轉速。
3. 如請求項2之輪轂電機傳動系統，其中該控制器用於控制該電機，以使該電機的轉速與該踩踏輸入組件輸入之轉速的比值保持在預設值。
4. 如請求項1之輪轂電機傳動系統，其中該踩踏輸入組件包括以相對該主軸可轉動的方式連接於該主軸上的齒盤塔基、以及與該齒盤塔基連接且受其驅動的扭力套筒，其中該扭力套筒的上部與該齒盤塔基轉動連接，該扭力套筒的中部以相對該主軸可轉動的方式與該主軸連接，且該柔性齒輪安裝連接於該扭力套筒的底部。
5. 如請求項4之輪轂電機傳動系統，其中該扭力套筒與該輪轂之間設有第一軸承，該扭力套筒與該主軸之間設有第二軸承，該齒盤塔基與該主軸之間設有第三軸承。
6. 如請求項4之輪轂電機傳動系統，其中該齒盤塔基上設有棘爪，該扭力套筒的內壁設有與該棘爪相適配的棘輪。
7. 如請求項4之輪轂電機傳動系統，更包括設於該輪轂上的離合器，該離合器與該扭力套筒相適配。
8. 如請求項1之輪轂電機傳動系統，其中該電機包括第一端蓋和第二端蓋，該第一端蓋和該第二端蓋係以該主軸相對該第一端蓋和該第二端蓋可轉動的方式與該主軸連接，且其中該第一端蓋包括蓋體，該波發生器係設於該蓋體上。
9. 如請求項8之輪轂電機傳動系統，其中該主軸與該第一端蓋和該第二端蓋之間分別設有第四軸承。
10. 一種助力自行車，包含：一車體；以及請求項1至9任一項所述的輪轂電機傳動系統，其係裝設至該車體。

Images