自行车储能助力系统的制作方法

本发明是有关一种自行车，特别是一种自行车储能助力系统。

背景技术：

一般自行车以人力踩踏，当骑行时间较长或地势变化大或载重较重或对年纪较长的使用者会很费力加深脚部的踩重感，产生不易骑行。当然为了减轻踩重感可以利用变速脚踏车的变速系统减轻脚部踩重感，变速系统的原理，是利用双脚踩踏踏板，连接踏板的曲柄，带动前面的齿盘转动，并通过链条将力量传递到飞轮（也就是后轮的齿轮），飞轮连接后轮花鼓驱动后轮让自行车前进。传动系统包括飞轮、大盘、前后变速器、链条、左右一体式剎变把。变速器的出现带动链条到达不同的齿盘，而改变踩踏的齿比，面对不同的地形可以选择最适合的齿比，节省体力。

变速系统通过改变齿轮比，同样踩踏一圈，齿轮比越大表示前进距离比较多，但相对也比较费力；齿轮比越小表示前进距离较少，但是相对省力。所以齿轮比的大小切换，就要看骑士当时的情况，想要速度快但是比较费力，或速度慢但是比较省力。

然而，变速系统没有办法增加额外的力量辅助骑行，且为了省力反而使前进的距离变短，对此加装非电力驱动的动力辅助系统的自行车也被广泛的发展，例如中国台湾专利号m447358及i378881，都是公开一种具有非电力驱动的动力辅助系统的自行车。

中国台湾专利号m447358的自行车，公开了一种通过双手分别控制不同功能的握把，分别进行辅助动力的储能及释放，当车辆行进时，按压控制握把进行辅助动力的储能，当放开控制握把时则不储能；按压释放装置进行辅助动力的释放，当放开释放装置时则不释放，然而两个操作握把(控制握把及释放装置)都设置在龙头靠近剎车握把处，大幅度的增加了手部的操作比重，进而影响了车辆控制上的安全性。

因为骑乘自行车，是一种需要充分运用四肢的活动，但出于安全性的考量上，手部决定了方向及剎车，因此中国台湾专利号m447358的自行车这种过度加重手部操作负担的设计方式，会很大程度上影响骑乘者在安全性的操作。

中国台湾专利号i378881的自行车，公开了一种传动装置应用在自行车上，通过调整曲柄来对压板调整压力，通过压力大小来决定对发条弹簧的储能方式，当压力较小时反转不储存，反之压力较大时正转不储存，借此实现脚踏正反向都可以达到储能效果。

进一步的，中国台湾专利号i378881还提到一种如中国台湾专利号i357389的一种辅助动力应用在脚踏车，通过钢索拉动控制件释放能量储存器，借此达到辅助动力的储能，将专利号i378881的传动结构应用在专利号i357389的辅助动力装置上，达成一种新型的脚踏车。

不论是上述的哪一种自行车，都有下述问题：

1、在控制辅助动力上的操作都十分的不合理，忽略了控制性及安全性方面的考量；

2、动力辅助系统都设置在车架上，导致整体自行车需要特别设计，结构十分复杂，进而让整体车辆变重；

3、因为动力辅助系统设置在车架上，并非与心轴直接连接，因此需要通过其他的结构进行动力储存(例如炼条或齿条等)，增加了自行车行进时动力的损耗。

要如何解决上述的问题与缺点，即为本发明的发明人与从事此行业的相关厂商所亟欲研究改善的方向所在。

技术实现要素：

为改善上述的问题，本发明的主要目的为提供一种动力储存组件直接设置在心轴组件上的一自行车储能助力系统。

本发明的另一主要目的为提供一种通过脚操作的连动器组件进而控制动力储存组件储存或输出动力。

本发明的另一主要目的为提供一种通过脚控制动力储存组件是否储存动力，以减少手部控制负担的控制机构。

本发明的另一主要目的为提供一种结构简单可靠的控制机构。

为达上述的目的，本发明提供一种自行车储能助力系统，安装在一自行车的一车架上，该储能助力系统包括：一心轴组件，包括：一中空心轴，枢设于该车架上，一驱动齿盘及一第一齿盘与该中空心轴连接且分别位于该车架的两边；一曲柄心轴，位于该中空心轴内，并与该中空心轴同轴地设置；一动力储存组件，包括：一第一壳件，与该第一齿盘连接；一第二壳件，与该曲柄心轴连接且对应该第一壳件；一储能元件，位于该第一壳件及该第二壳件之间，且具有两端分别与该第一壳件及该第二壳件连接；一连动器组件，包括：一受接件，与该曲柄心轴连接且毗邻该驱动齿盘；一轴座，与该驱动齿盘连接，且该轴座设有相对该受接件连接或分离地活动的一连动轴，以使该第一壳件、第二壳件同时转动或该第一壳件单独转动，控制该动力储存组件输出动力或储存动力。

进一步的，该中空心轴具有一第一接合部及一第二接合部分别凸出该车架的两边，且该第一接合部及该第二接合部分别该驱动齿盘及该第一齿盘接合。

进一步的，该曲柄心轴比该中空心轴长，且具有一左端凸出该中空心轴的第一接合部及一右端凸出该中空心轴的第二接合部。

进一步的，该曲柄心轴的右端及左端别与一右侧曲柄及一左侧曲柄连接。

进一步的，该中空心轴及该曲柄心轴之间具有一环形间隙，一第一转动元件及一第二转动元件设置在该环形间隙中，该第一转动元件邻近该左侧曲柄，该第二转动元件邻近该右侧曲柄。

进一步的，该第一转动元件、第二转动元件为一轴承。

进一步的，该自行车包括一后轮心轴枢设于该车架上。

进一步的，该自行车包括一第一传动组，所述第一传动组包括该驱动齿盘、一后轮齿盘及一第一挠性传动条，该后轮齿盘与该后轮心轴连接，该第一挠性传动条连接该驱动齿盘及该后轮齿盘。

进一步的，该自行车包括一第二传动组，所述第二传动组包括该第一齿盘、一第二齿盘及一第二挠性传动条，该第二齿盘与该后轮心轴连接，该第二挠性传动条与该第一齿盘及该第二齿盘连接。

进一步的，该第一齿盘具有一第一单向转动元件套接该后轮心轴，该第二齿盘具有一第二单向转动元件套接该中空心轴。

进一步的，该第一单向转动元件及该第二单向转动元件的转动方向相反。

进一步的，该后轮齿盘为单速齿盘或飞轮齿盘，所述飞轮齿盘包括多个不同齿数的齿盘以同轴心的间隔堆叠设置。

进一步的，该轴座具有一轴孔供该连动轴插设，该受接件具有一凹部供该连动轴插入。

进一步的，该轴座与一单向转动元件连接，该单向转动元件具有一内环连接该驱动齿盘及一外环，该外环与该轴座连接。

进一步的，该第一壳件具有一第一凸杆，该第二壳件具有一第二凸杆，该储能元件具有一第一固定部及一第二固定部分别套设于该第一凸杆及该第二凸杆。

进一步的，该储能元件为一涡卷弹簧。

进一步的，该涡卷弹簧的卷动方向与该自行车的行进方向相同。

进一步的，该第一壳件及该第二壳件界定一收容空间容置该储能元件。

通过上述结构，本发明人认为骑乘者在骑乘自行车时，通过脚对脚踏板踩踏进行转动使自行车行进，因此通过脚操作脚踏板控制受接件及轴座的相对位置，让连动轴活动使受接件及轴座连接或分离，进而控制动力储存系统是否储存动力或者储存后输出动力，通过脚部踩踏得以产生一致性及直觉性的操作以有效减小骑乘者的手部负担控制来大幅度提升安全性。

并且，将动力储存组件直接设置在心轴组件上，让自行车的车架不需要再额外的设置其他结构，整体结构简化及重量减轻，并有效减少传动上的动力损耗，使整体使用上更加顺畅方便，大幅度提供使用性。

附图说明

图1a为本发明自行车的立体示意图(一)；

图1b为本发明自行车的立体示意图(二)；

图1c为本发明自行车的分解示意图(一)；

图1d为本发明自行车的分解示意图(二)；

图2a为本发明自行车储能助力系统的立体示意图；

图2b为本发明自行车储能助力系统的分解示意图；

图2c为本发明自行车储能助力系统的剖面示意图；

图2d为本发明动力储存组件的分解示意图；

图2e为本发明自行车储能助力系统示意图；

图3a为连动器组件连接状态时的平面示意图；

图3b为连动器组件分离状态时的平面示意图；

图4a为连动器组件连接状态使动力储存组件储存动力的动作示意图；

图4b为连动器组件分离状态使动力储存组件输出动力的动作示意图；

图5a为受接件与右侧曲柄不同角度的平面示意图(一)；

图5b为受接件与右侧曲柄不同角度的平面示意图(二)；

图5c为受接件与右侧曲柄不同角度的平面示意图(三)。

附图标记说明

10自行车

11前轮

12后轮

13车架

131五通轴孔

132车架轴承

14左侧曲柄

141左侧脚踏板

15右侧曲柄

151右侧脚踏板

16后轮心轴

20心轴组件

21中空心轴

211第一接合部

212第二接合部

22曲柄心轴

221左端

222右端

23第一转动元件

24第二转动元件

25环形间隙

30第一传动组

31驱动齿盘

32后轮齿盘

33第一挠性传动条

40第二传动组

41第一齿盘

411第一单向转动元件

42第二齿盘

421第二单向转动元件

43第二挠性传动条

50动力储存组件

51第一壳件

511第一凸杆

52第二壳件

521第二凸杆

53储能元件

531第一固定部

532第二固定部

60连动器组件

61轴座

611轴孔

612固定件

62受接件

621凹部

63连动轴

64单向转动元件。

具体实施方式

本发明的上述目的及其结构与功能上的特性，将依据所附附图的较佳实施例予以说明。

请参阅图1a、图1b、图1c、图1d、图2a、图2b、图2c、图2d及图2e，分别为本发明自行车的立体示意图(一)及(二)、自行车的分解示意图(一)及(二)、本发明自行车储能助力系统的立体示意图、分解示意图及剖面示意图、本发明动力储存组件的分解示意图及本发明自行车储能助力系统示意图，本发明公开一种储能助力系统，设置于一自行车10，该储能助力系统主要包括一心轴组件20、一动力储存组件50及一连动器组件60，该自行车10包括一第一传动组30及一第二传动组40。

该自行车10包括一车架13，一前轮11及一后轮12分别连接该车架13的前后两端，该车架13具有一五通轴孔131及一后轮轴孔，该五通轴孔131供该心轴组件20枢设，该后轮轴孔供一后轮心轴16枢设，该五通轴孔131内设置多个车架轴承132连接该心轴组件20。

该心轴组件20包括一中空心轴21及一曲柄心轴22，该中空心轴21枢设于该五通轴孔131内，上述车架轴承132套接该中空心轴21的外表面，该曲柄心轴22位于该中空心轴21内，该中空心轴21及该曲柄心轴22之间具有一环形间隙25，一第一转动元件23及一第二转动元件24设置在该环形间隙25内，使该中空心轴21及该曲柄心轴22同轴地设置。

该中空心轴21具有一第一接合部211及一第二接合部212，分别在该中空心轴21的左右两边，该曲柄心轴22具有一左端221及一右端222，该曲柄心轴22具有一长度比该中空心轴21长，所述左端221凸出该第一接合部211，所述右端222凸出该第二接合部212，上述第一转动元件23靠近该中空心轴21的左侧开口，上述第二转动元件24靠近该中空心轴21的右侧开口，所述第一转动元件23、第二转动元件24为一轴承。

该曲柄心轴22的左端221连接一左侧曲柄14，该曲柄心轴22的右端222连接一右侧曲柄15，该左侧曲柄14远离该左端221的一端处设置一左侧脚踏板141，该右侧曲柄15远离该右端222的一端处设置一右侧脚踏板151。

该第一传动组30包括一驱动齿盘31、一后轮齿盘32及一第一挠性传动条33，该驱动齿盘31连接该中空心轴21的第二接合部212，该后轮齿盘32连接该后轮心轴16的右侧外表面部分，该第一挠性传动条33连接该驱动齿盘31及该后轮齿盘32。

在本实施例中，该后轮齿盘32为一飞轮齿盘，该飞轮齿盘包括多个不同齿数的齿盘以同轴心的间隔堆叠设置，但不以此为限，该后轮齿盘14也可为一单速齿盘。

该第二传动组40包括一第一齿盘41、一第二齿盘42及一第二挠性传动条43，该第一齿盘41连接该中空心轴21的第一接合部211，该第二齿盘42连接该后轮心轴16的左侧外表面部分，该第二挠性传动条43连接该第一齿盘41及该第二齿盘42。

该第一齿盘41具有一第一单向转动元件411，该第一单向转动元件411套接该中空心轴21的第一接合部211，所述第一单向转动元件411为一单向轴承，该第一单向转动元件411具有一转动方向及一止动方向，该止动方向朝向该前轮11，该转动方向朝向该后轮12。

该第二齿盘42具有一第二单向转动元件421，该第二单向转动元件421套接该后轮心轴16的第一接合部，所述第二单向转动元件421为一单向轴承，该第一单向转动元件411具有一转动方向及一止动方向，该止动方向朝向该后轮12，该转动方向朝向该前轮11。

该动力储存组件50包括一第一壳件51、一第二壳件52及一储能元件53，该第一壳件51连接该第一齿盘41（例如利用所螺锁或焊接），该第二壳件52连接该曲柄心轴22邻进该左端221的外表面，该储能元件53的两端分别连接该第一壳件51及该第二壳件52。

在本实施例中，该第一壳件51及该第二壳件52界定一收容空间容置该储能元件53，该第一壳件51具有一第一凸杆511，该第二壳件52具有一第二凸杆521，该储能元件53的两端分别为一第一固定部531及一第二固定部532，该第一固定部531套接该第一凸杆511，该第二固定部532套接该第二凸杆521，但不以此为限，该储能元件53也可以采用其他方式例如锁固或嵌合或卡固或焊接等方式与该第一壳件51及该第二壳件52固定，上述该储能元件53为一涡卷弹簧。

该连动器组件60包括一轴座61、一受接件62、一连动轴63及一单向转动元件64，所述单向转动元件64为一单向飞轮且具有一止动方向及一转动方向，该止动方向朝向该前轮11，该转动方向朝向该后轮12，所述单向转动元件64具有一内环及一外环，该内环连接该驱动齿盘31（例如利用所螺锁或焊接或套接），该外环连接该轴座61，该受接件62连接该曲柄心轴22且毗邻该驱动齿盘31，所述轴座61具有一轴孔611及一固定件612，该连动轴63插设该轴孔611进行直线方向活动，该固定件612连接该右侧曲柄15，该受接件62具有一凹部621及一单向转动元件64，所述凹部621供该连动轴63插入。

另外，在本实施例中，该轴座61的方向与该右侧曲柄15的设置方向相同，但不以此为限，也可以根据骑乘习惯调整该轴座61与该右侧曲柄15的角度关系，后续将会对角度关系进行说明。

请参阅图3a、图3b、图4a及图4b，分别为本发明连动器组件连接状态及分离状态时的平面示意图、连动器组件连接状态使动力储存组件储存动力的动作示意图及连动器组件分离状态使动力储存组件输出动力的动作示意图，并辅以参考图1a至图2e，以便了解本发明的作动原理。

以下先说明本发明自行车10的作动说明：

欲使自行车10前进时，骑乘者通过踩踏左侧脚踏板141及右侧脚踏板151，该右侧脚踏板151带动右侧曲柄15向前旋转，使该中空心轴21及该曲柄心轴22向前轮11方向转动，此时连接该中空心轴21的驱动齿盘31、第一齿盘41及连接该曲柄心轴22的第二壳件52都向前转动。

另一方面，同时间该驱动齿盘31通过该第一挠性传动条33使后轮齿盘32向前转动，通过该后轮心轴16带动后轮12向前转动使自行车10前进，另一方面同样设置在后轮心轴16上的第二齿盘42同步向前转动，该第二齿盘42通过该第二挠性传动条43使该第一齿盘41向前转动，该第一壳件51随着第一齿盘41向前转动，该第二壳件52随着曲柄心轴22向前转动，此时储能元件53随着第一壳件51及该第二壳件52的转动一起转动而没有储存动力运作。

以下说明本发明储能助力系统储存动力的作动说明：

当自行车10处于前进状态下，该后轮心轴16保持向前转动的状态，骑乘者将右侧脚踏板151停止在一上始点并停止踩动脚踏板，该右侧曲柄15朝向上方使轴座61(连动轴63)保持在上方，此时曲柄心轴22会因惯性而持续向前转动并带动该受接件62使该凹部621朝向上方，当该凹部621与该连动轴63对位时该连动轴63受到重力影响自然落下插入该凹部621，如图3a所示。

此时因连动轴63及受接件62连接，该曲柄心轴22受到该右侧曲柄15的锁定同时不转动，该第二壳件52也跟着曲柄心轴22一起停止转动；另一方面因后轮心轴16向前转动，该第二齿盘42、该第二挠性传动条43及该第一齿盘41向前转动，该第一单向转动元件411的转动方向使该第一齿盘41得以保持转动，使连接该第一齿盘41的第一壳件51向前转动，此时储能元件53的第一固定部531不动，该第二固定部532保持转动，此时储能元件53逐渐紧绷并处于储能（储存动力）的状态，如图4a所示。

以下说明本发明储能助力系统输出动力的作动说明：

在该储能元件53储能（储存动力）的状态下，骑乘者通过控制将右侧脚踏板151由上始点移动到一下始点停止，在右侧脚踏板151移动同时该连动轴63带动该受接件62使曲柄心轴22转动，借此使该受接件62的凹部621朝向下方，当右侧脚踏板151在下始点时该连动轴63受到重力影响自然落下而脱离该凹部621，如图3b所示，该曲柄心轴22不再受到该右侧曲柄15的限制可以自由转动，该储能元件53因为恢复力而逐渐从紧到松的恢复其原样，如图4b所示。

在该储能元件53恢复伸展的过程中，因为该后轮心轴16依然保持向前转动的状态，所以该第一壳件51依然保持向前转动，搭配上该第二单向转动元件421的止动作用，迫使该储能元件53恢复伸展的力量作用在第二壳件52，使曲柄心轴22向前转动。

此时中空心轴21向前转动的动力包括两股力量，一种为骑乘者脚踏通过该左、右侧脚踏板141、151通过该左侧曲柄14、右侧曲柄15转动中空心轴21的脚踏出力，另一种是储能元件53恢复过程中曲柄心轴22通过右侧曲柄15转动作用到该中空心轴21的弹簧恢复力。

通过上述的说明，本发明的储能元件53可以通过该后轮12转动（脚踏转动或惯性转动，例如下坡）时卷紧储存动力，而该储能元件53放松恢复时的恢复力会对该曲柄心轴22产生额外力量辅助，使骑乘者踩踏该左侧脚踏板141、右侧脚踏板151感觉变轻。

另外，当骑乘者连续踩踏该左侧脚踏板141、右侧脚踏板151使该自行车10行进，该连动轴63会因为该驱动齿盘31持续旋转时的离心力不插入该凹部621，该第一壳件51及该第二壳件52保持在转动的状态，以使该储能元件53放松而不储存动力。

另外，该单向转动元件64可以让骑乘者通过反向转动该右侧脚踏板151的方式快速便利的调整该轴座61的位置，让连动轴63可以更有效率的插入该凹部621内。

虽然上述实施例中该动力储存组件50内的该储能元件53仅以一条涡卷弹簧表示说明，但不以此为限，可以根据使用需求使用多个储能元件53来增加储存的能量，借此来延长辅助动力输出的时间及力量。

请参阅图5a、图5b及图5c，分别为受接件与右侧曲柄不同角度的平面示意图(一)、(二)及(三)，上述实施例中可以看到该凹部621与右侧曲柄15同方向，因此要进行储存动力时将右侧脚踏板151放在上始点即可，其他位置则是不储存动力，在使用上骑乘者只需要在自行车10滑行时将右侧脚踏板151放在最高处即开始储存动力，但并非所有骑乘者在自行车10滑行时都习惯将右侧脚踏板151放置在最高处，故根据自身骑乘习惯调整该凹部621与右侧曲柄15的角度关系即可改变储能作动开始的位置，例如图5a是右侧脚踏板151放在最前处即开始储存动力，图5b是右侧脚踏板151放在下始点即开始储存动力，图5c是右侧脚踏板151放在自定位置即开始储存动力。

因此，本发明的自行车10在骑乘使用时，手部的操作负担并没有增加，如同一般的自行车仅需控制剎车握把跟变速握把即可，再根据骑乘者自身在自行车10滑行或惯性前进时右脚习惯停放位置来决定右侧曲柄15与凹部621的角度关系，故骑乘者不需要重新适应操作即可轻易快速的进行使用。

综上所述，本发明具有下述优点：

1、骑乘者不需重新适应操作及使用方式；

2、手部操作负担没有增加，操作安全性高；

3、通过脚来控制动力储存系统储存动力与否或储存动力输出，使用上直觉度高；

4、动力储存组件设置在心轴组件上，心轴组件设置在车架原有的五通轴孔处，不需要重新设计车架；

5、连动器组件结构单纯，可靠度高。

以上已将本发明做一详细说明，但是以上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，当不能限定本发明实施的范围。即凡依本发明权利范围所作的均等变化与修饰等，都应仍属本发明的专利涵盖范围。