專利名稱：電動輔助轉輪機構的制作方法
技術領域：
本案涉及一種電動輔助轉輪機構，尤其是涉及一種軸向磁通式的電動輔助轉輪機構。
背景技術：
一般常見的電動自行車，多是將輔助馬達裝設于前輪或后輪的輪轂軸，另外也有將輔助馬達裝設于車架中間，也就是裝設于踏板的曲柄軸。將輔助馬達裝設車架中間者即通稱為中置馬達電動自行車，由于中置馬達的電動自行車可將輔助馬達的輸出動力傳遞到位在曲柄軸上的鏈輪，所以相較于將輔助馬達設置于前輪或后論的電動自行車而言，更能直接、貼切地配合使用者的出力狀況。現有的中置馬達電動自行車，如美國第6296072號專利、中國臺灣第1308892號專利、中國臺灣第1265896·號專利、中國臺灣第1264399號專利、中國臺灣第1296596號專利所示，皆是使用徑向磁通式的電機設計來制作輔助馬達，而徑向磁通式的電機設計即指輔助馬達產生的電磁場垂直于轉軸的軸心。前揭相關專利案的缺點在于體積與扭力無法同時兼顧，具體來說，當所需的扭力輸出較大時，以徑向磁通式的電機設計制作的輔助馬達會具有較寬的尺寸，而較寬的尺寸即意味著自行車設計者需要預留較大的空間來安裝輔助馬達，進而不但對自行車的外型設計造成妨礙，也間接地影響到自行車的產品開發；但若為了配合外型設計而將以徑向磁通式的電機設計制作的輔助馬達的寬度縮小時，輔助馬達的扭力輸出也會相應地變小，進而讓自行車設計者必須要再配備相關的減速齒輪組來放大其扭力輸出，而配備額外的減速齒輪組也就意味著自行車整體的成本會提高，且具有較復雜的裝配難度。
發明內容
有鑒于現有技術的種種缺失，本案主要的目的之一在于提供一種能同時兼顧外型設計與扭力需求的中置馬達設計。為了達到上述目的及其它目的，本案提供一種電動輔助轉輪機構，其包括架體；轉輪，其以轉動自如的方式軸接至該架體；轉軸，其軸設于架體，且分別設置具有受力件的兩個曲柄于兩端，以借由該受力件接收的動力提供旋轉動力驅動該轉輪旋轉；以及輔助馬達，其設置于該轉軸兩端的該兩個曲柄間，且具有與該轉軸的軸心同軸的電磁場，而該輔助馬達的輸出動力與該轉軸提供的旋轉動力結合以同步驅動該轉輪旋轉。其次，本案還提供一種電動輔助轉輪機構，其包括架體；轉輪，其以轉動自如的方式軸接至該架體；轉軸，其軸設于架體，且分別設置具有受力件的兩個曲柄于兩端，以借由該受力件接收的動力提供旋轉動力驅動該轉輪旋轉；以及輔助馬達，其設置于該轉軸兩端的該兩個曲柄間，且具有與該轉軸的軸心平行的電磁場，而該輔助馬達的輸出動力與該轉軸提供的旋轉動力結合以同步驅動該轉輪旋轉。相較于現有技術，由于本案設計的輔助馬達能提供與轉軸的軸心同軸或是與轉軸的軸心平行的電磁場，也就是以徑向磁通式的電機設計來制作輔助馬達，所以不但能以較薄的寬度裝配于曲柄軸而不會影響整體的外型設計，還能提供足夠的扭力輸出來配合使用者的出力狀況，借此同時顧及了中置馬達設計的體積與扭力。
圖I為本案提供的電動輔助轉輪機構的應用情境圖；圖2為沿著圖I的切線AA所視的剖面示意圖；圖3為本案提供的輔助馬達形成為內轉子單一磁通作用面型態的一剖面示意圖；圖4為沿著圖3的切線BB所視的單向棘輪結構示意圖；
圖5為本案提供的輔助馬達形成為內轉子單一磁通作用面型態的另一剖面示意圖；圖6為本案提供的輔助馬達形成為內轉子雙磁通作用面型態的剖面示意圖；圖7為本案提供的輔助馬達形成為外轉子單一磁通作用面型態的剖面示意圖；圖8為本案提供的輔助馬達形成為外轉子雙磁通作用面型態的剖面示意圖；以及圖9為本案提供的輔助馬達形成為具有平行轉軸的軸心的電磁場的結構示意圖。主要組件符號說明I電動自行車10 架體IOa 轉輪11 轉軸IlLUlR 曲柄12LU2R 受力件13轉軸承座14傳動裝置承座15、19 鏈輪15a、19a 鏈條16 擋板17固定裝置18單向棘輪2、2a、2b、2c、2d、2e、2f 輔助馬達20、20L、20R 硅鋼片21、21L、21R 繞線組22轉子座23L、23R 永久磁鐵24 殼體25位置感應器26轉子軸27 軸承3電池及控制器
AA、BB 切線。
具體實施例方式以下借由特定的具體實施例說明本案的實施方式，熟悉此技術的人士，可借由本說明書所揭示的內容輕易地了解本案的其它優點與功效。而本案也可借由其它不同的具體實施例加以施行或應用。請先一并參照圖I及圖2，其中，圖I為本案提供的電動輔助轉輪機構的應用情境圖，圖2為本案提供的電動輔助轉輪機構的結構剖面圖，而圖2也為沿著圖I的切線AA所視者。如圖所示，本案提供的電動輔助轉輪機構包括轉輪10a、轉軸11、及輔助馬達2，其中，轉輪IOa例示為電動自行車I的后輪，但于本案的其它實施例中，轉輪IOa也可為電動自行車I的前輪，或是與轉軸11 一體成型者。 轉軸11可通過轉軸承座13旋轉設置于架體10，且分別設置具有受力件12R、12L的兩個曲柄I IR、IIL于兩端，以借由受力件12R、12L接收的動力提供旋轉動力驅動轉輪IOa旋轉。于本實施例中，轉軸11及曲柄IlRUlL構成曲柄軸，而受力件12R、12L即例示為可供踩踏的踏板，且轉軸11可通過第一傳動裝置以及傳動裝置承座14來提供旋轉動力來驅動轉輪IOa旋轉，而第一傳動裝置可例示為互相搭配的鏈輪15及鏈條15a，且借由傳動裝置承座14旋轉設置于轉軸11上，當然第一傳動裝置也可使用互相搭配的皮帶及皮帶輪。其次，第一傳動裝置的外側可設置有擋板16，以防止使用者誤觸第一傳動裝置。輔助馬達2設置于轉軸11兩端的兩個曲柄IlRUlL間，且能產生與轉軸11的軸心同軸的電磁場，而輔助馬達2的輸出動力與轉軸11提供的旋轉動力結合以同步驅動轉輪IOa旋轉。在本實施例中，輔助馬達2可通過固定裝置17設置于架體10的側邊，且電連接電池及控制器3以受其驅動，而電池及控制器3可設置于架體10上或是整合于架體10內。一并參照圖3以了解輔助馬達2的細部結構，如圖3所示，輔助馬達2a具備旋轉配置于輔助馬達2a內部中央區域的轉子，即轉子座22與嵌設其中的永久磁鐵23L，且具備位于輔助馬達2a內部外側的定子，即硅鋼片20L及纏繞于硅鋼片20L外的繞線組21L，而繞線組21L可連結至外部的電池及控制器3。具體來說，轉子座22可通過栓槽軸或其它的連結方式連接至傳動裝置承座14，當然，還可通過鍵連接或扣環榫(筍)接等方式讓轉子座22與傳動裝置承座14的作動力連結。另外，轉子座22也可通過軸承27連接殼體24。此外，由圖3教示的實施例可知，輔助馬達2a為內轉子型態，且殼體24是作為定子座，而由于輔助馬達2a僅設置有固定于內部左側的硅鋼片20L及繞線組21L，所以可形成單一個磁通作用面。實際實施時，殼體24可為如碳鋼的導磁材料所制成，轉子(轉子座22及永久磁鐵23L)與定子(硅鋼片20L及繞線組21L)的間隙還可小于O. 5mm以避免過高的磁阻抗。定子及轉子上可設置有彼此對應的位置感應器25，而于本實施例中，位置感應器25可為靠近定子側的霍爾效應傳感器及裝設于轉子座22上的磁鐵片。在降低成本的考量下，也可不設置位置感應器25，而利用轉子間接被人力帶動后繞線組21L所產生的電動勢或電壓變化信號作為控制。連同圖3來參照圖4，其中，圖4為沿著圖3的切線BB所視的剖面示意圖。在本實施例中，轉軸11可通過單向棘輪18來連結鏈輪15，當然也可通過單向棘輪18來連結皮帶輪。而由于單向棘輪18會與多個滾珠相搭配，所以能讓傳動裝置承座14與該轉軸11間只能正方向帶動旋轉。內轉子型態也可用其它方式來予以構成，如圖5所示，轉子可為輔助馬達2b內部中央區域的轉子座22及嵌設于轉子座22右側的永久磁鐵23R，而定子可為固定設置于輔助馬達2b內部靠右側的硅鋼片20R及纏繞于硅鋼片20R上的繞線組21R。又如圖6所示，轉子可為輔助馬達2c內部中央區域的轉子座22及設置于轉子座22右側及左側的永久磁鐵23R、23L，而定子可為輔助馬達2c內部靠右側的硅鋼片20R及纏繞于硅鋼片20R上的繞線組21R，以及輔助馬達2c內部靠右側的硅鋼片20L及纏繞于硅鋼片20L上的繞線組21L。需說明的是，圖5、圖6的設計方式雖同為內轉子型態，但圖5的設計具有單一個磁通作用面，而圖6的設計卻具有兩個磁通作用面，而前述位置感應器等設計型態也可于此實際應用。另外，當本案的輔助馬達具有兩個磁通作用面時，由于軸向的電磁場可為左向 或右向，因此兩側邊相對照的繞線組21L、21R其產生的電磁場以同向為最佳。當然，假設繞線組21L、21R的電磁場為不同方向，則轉子座22上兩側邊相對面的永久磁鐵23L、23R的磁極則需為同磁極相對，此種磁極的布置方式是考慮高磁通密度的永久磁鐵裝配于轉子座22上時，避免磁性吸力過大而造成脫落、失誤、相互沖擊等損壞而采用的配置方式。本案的輔助馬達除了可依照前述的內轉子型態來予以設計外，也可設成外轉子型態。首先，如圖7所示，轉子可為輔助馬達2d內部中央區域且呈現為圓盤盒狀的轉子座22，及設置于輔助馬達2d內部靠右側并嵌設于轉子座22的永久磁鐵23R，而定子可為輔助馬達2d內部中央區域的硅鋼片20及纏繞于硅鋼片20上的繞線組21。在圖7的教示中，輔助馬達2d具有單一個磁通作用面，而轉子座22與供硅鋼片20及繞線組21設置的承載座間可通過單向棘輪來予以連接，當然，也可設置有相關的位置感應器。再如圖8所示，轉子可為輔助馬達2e內部呈現為圓盤盒狀的轉子座22，及設置于輔助馬達2e內部兩側并嵌設于轉子座22的永久磁鐵23R、23L，而定子可為輔助馬達2e內部中央區域的硅鋼片20及纏繞于硅鋼片20上的繞線組21。圖8與圖7的差別在于，圖8的輔助馬達2e具有兩個磁通作用面。前述的輔助馬達無論是單一個或兩個磁通作用面，以及無論是內轉子型態或是內定子型態，皆可設計成繞線組產生的電磁場會與轉軸11的軸心同軸，但為了因應不同的實施需求，輔助馬達也可設計成具有與轉軸11的軸心平行的電磁場的型態。當然，本案的輔助馬達也可按照前述的實施概念設計成具有多個磁通作用面的型態。再連同前述實施例來參照圖9，如圖9所示，輔助馬達2f同樣是設置于轉軸11兩端的兩個曲柄IlRUlL間，且具有與轉軸11的軸心平行的電磁場，而輔助馬達2f的輸出動力同樣是與轉軸11提供的旋轉動力結合以同步驅動轉輪IOa旋轉。不同于前述實施例的是，輔助馬達2f可選擇性地設置于架體10的內部，而輔助馬達2f可通過外露的轉子軸26及第二傳動裝置來提供輸出動力，且第一傳動裝置(即鏈輪15及鏈條15a)及第二傳動裝置借由傳動裝置承座14旋轉設置于轉軸11。在此實施例中，第二傳動裝置可為互相搭配的鏈條19a及鏈輪19，或是互相搭配的皮帶及皮帶輪。需注意的是，輔助馬達2f也可設計成類似前述實施例的內轉子型態、外轉子型態、具有單一個磁通作用面、具有多個磁通作用面、具有位置感應器、或搭配單向棘輪的實施型態，但因實施細節相似于前述內容，故不再于此贅述。
相比較于現有技術，由于本案設計的輔助馬達能提供與轉軸的軸心同軸，或是提供與轉軸的軸心平行的電磁場，換言之，本案能以多種的實施方式來構成徑向磁通式的電機設計以制作輔助馬達，所以不但能以較薄的寬度裝配于電動自行車的曲柄軸而不會限制整體的設計，也能提供足夠的扭力輸出以配合使用者的出力狀況而不需額外裝設減速馬達，借此同時兼顧了體積與扭力的要求，避免現有徑向磁通式的中置馬達設計的種種缺點。 上述實施例僅例示性說明本案的原理及其功效，而非用于限制本案。任何熟悉此項技術的人士均可在不違背本案的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本案的權利保護范圍應如權利要求書所列。
權利要求
1.一種電動輔助轉輪機構,其包括 架體； 轉輪，其軸接至該架體； 轉軸，其軸設于該架體，其兩端分別連接具有受力件的兩個曲柄，以借由該受力件受力而提供旋轉動力驅動該轉輪旋轉；以及 輔助馬達，其設置于該轉軸兩端的該兩個曲柄間，且具有與該轉軸的軸心同軸的電磁場，其中，該輔助馬達的輸出動力與該轉軸提供的旋轉動力結合以同步驅動該轉輪旋轉。
2.根據權利要求I所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該轉軸是通過第一傳動裝置及傳動裝置承座提供旋轉動力驅動該轉輪旋轉，而該第一傳動裝置是借由傳動裝置承座旋轉設置于該轉軸。
3.根據權利要求I所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該轉軸通過單向棘輪連結鏈輪或皮帶輪。
4.根據權利要求I所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該輔助馬達具備轉子及定子，而該轉子位于該輔助馬達的內部中央區域，且該定子位于該輔助馬達的內部外側，以形成一個或多個磁通作用面。
5.根據權利要求I所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該輔助馬達具備轉子及定子，而該定子位于該輔助馬達的內部中央區域，且該轉子位于該輔助馬達的內部外側，以形成一個或多個磁通作用面。
6.根據權利要求4所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該轉子具備永久磁鐵及承載該永久磁鐵的轉子座，而該轉子座通過軸承連接該輔助馬達的殼體。
7.根據權利要求4或5所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該轉子具備永久磁鐵及承載該永久磁鐵的轉子座，而該定子具備硅鋼片及纏繞于該硅鋼片的繞線組。
8.根據權利要求4或5所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該輔助馬達具備設置于該定子及轉子的位置感應器。
9.根據權利要求7所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該轉軸通過第一傳動裝置及傳動裝置承座提供旋轉動力驅動該轉輪旋轉，而該轉子座通過栓槽軸、鍵連接、或扣環榫接連結至該傳動裝置承座。
10.根據權利要求I所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該輔助馬達通過固定裝置設置于該架體側邊。
11.根據權利要求I所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該轉軸通過轉軸承座旋轉設置于該架體。
12.—種電動輔助轉輪機構，包括 架體； 轉輪，其軸接至該架體； 轉軸，其軸設于該架體，其兩端分別連接具有受力件的兩個曲柄，以借由該受力件受力而提供旋轉動力驅動該轉輪旋轉；以及 輔助馬達，其設置于該轉軸兩端的該兩個曲柄間，且具有與該轉軸的軸心平行的電磁場，其中，該輔助馬達的輸出動力與該轉軸提供的旋轉動力結合以同步驅動該轉輪旋轉。
13.根據權利要求12所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該轉軸通過第一傳動裝置及傳動裝置承座提供旋轉動力驅動該轉輪旋轉，而該輔助馬達通過外露的轉子軸及第二傳動裝置提供該輸出動力，且該第一及第二傳動裝置借由傳動裝置承座旋轉設置于該轉軸。
14.根據權利要求12所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該轉軸通過單向棘輪連結鏈輪或皮帶輪。
15.根據權利要求12所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該輔助馬達具備轉子及定子，而該轉子位于該輔助馬達內部的中央區域，且該定子位于該輔助馬達的內部外側，以形成一個或多個磁通作用面。
16.根據權利要求12所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該輔助馬達具備轉子及定子，而該定子位于該輔助馬達的內部中央區域，且該轉子位于該輔助馬達的內部外側，以形成一個或多個磁通作用面。
17.根據權利要求15所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該轉子具備永久磁鐵及 承載該永久磁鐵的轉子座，而該轉子座通過軸承連接該輔助馬達的殼體。
18.根據權利要求15或16所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該轉子具備永久磁鐵及承載該永久磁鐵的轉子座，而該定子具備硅鋼片及纏繞于該硅鋼片的繞線組。
19.根據權利要求15或16所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該輔助馬達具備設置于該定子及轉子的位置感應器。
20.根據權利要求18所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該轉軸通過第一傳動裝置及傳動裝置承座提供旋轉動力驅動該轉輪旋轉，而該轉子座通過栓槽軸、鍵連接、或扣環榫接連結至該傳動裝置承座。
21.根據權利要求12所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該輔助馬達設置于該架體內部。
22.根據權利要求12所述的電動輔助轉輪機構，其特征在于，該轉軸通過轉軸承座旋轉設置于該架體。
全文摘要
本發明公開一種電動輔助轉輪機構，其包括轉輪、轉軸、及輔助馬達，其中，轉軸旋轉設置于架體，且分別設置具有受力件的兩個曲柄于兩端，以借由受力件所接收的動力提供旋轉動力而驅動該轉輪旋轉，而輔助馬達設置于該轉軸兩端的該兩個曲柄間，且具有與轉軸的軸心同軸或與轉軸的軸心平行的電磁場，以令輔助馬達的輸出動力與轉軸提供的旋轉動力結合而同步驅動轉輪旋轉。
文檔編號B62M6/55GK102951247SQ201210146728
公開日2013年3月6日 申請日期2012年5月11日 優先權日2011年8月23日
發明者古煥隆, 陽毅平 申請人:財團法人工業技術研究院