[发明专利]一种飞轮机构

说明书

飞轮机构是以卡爪啮合一浮动齿环，其包含二承载件，同轴且相隔固定距离，两者沿一相对旋转方向共同转动，而于相反方向可分开旋转。二承载件设有一齿环，用以啮合容纳于第一承载件对应纵向收容槽中的纵向卡爪，以固定纵向卡爪纵向轴位置，同时允许其于各纵向收容槽的互锁方向进行轴向滑动，其中互锁方向具有完全相同的轴向、径向及切向分量数值。此机构允许组件的部分解除啮合及随后恢复啮合，由于齿环具有轴向滑动或浮动性，因此能够减少单向转动时的摩擦及噪音，且因构造简单，无需使用工具即可拆卸。

技术领域

本发明是关于旋转驱动机构，其中两枚同轴元件共同向一方向旋转，但分别朝相反方向旋转，可应用于自行车轮毂及其他领域。尤其，本发明是关于包含卡爪的飞轮机构，其卡爪与一滑动的齿环啮合，允许部分机构脱开离合，减少单向转动时的摩擦及噪音。此外，其结构简单，无需工具即可拆卸维护。

背景技术

如自行车活动轮毂等具有卡爪的飞轮机构广泛用于机械领域。

此类应用中包含多种习知机构：US656549A的机构以卡爪圆周啮合一齿环；US6588564B1之机构包括两枚同轴齿环，皆轴向面对斜齿；以及US2843238A中具有滚珠或滚轴的单向轴承，其轴承滚道通常包含楔形突起，借此缩小宽度，从而朝一方向旋转时能够将滚珠或滚轴锁固于所述楔子中，因此轴承得以一体作动，直到反向旋转为止。

后者使用轴承的飞轮因非基于卡齿，故而最为安静，且通常冲程死区最小，所述冲程死区于此情况下对应于当从单向转动移动至扭力传输之时受牵引件锁移动的角度。然而，这种机构必须具备结实的结构，方能支撑为达成特定的切线力量而由楔子效应造成的巨大径向力量。这一结实结构对于如自行车等在重量及/或体积方面具有极大技术限制的领域往往成为无法克服的难题。

具有同轴齿环的飞轮则不受此限，因而广泛用于自行车，其啮合力主要为切线方向，因此有助于实现精巧轻量之设计。此种用于轴向传输之同轴齿环通常于一面(滑动面)设有斜坡状的卡齿，卡齿的角度是小至足以允许两枚齿环间的滑脱。至少一所述齿环必须可滑动且受弹簧、磁铁或其他手段朝向另一齿环推压。齿环的滑动手段可进行自由轴向运动。齿面形状为机构运作之关键，各卡齿推动面的斜度必须促进啮合，构成一反向斜面(推动面)，此斜面可迫使两枚齿盘相吸，于传输扭力时完全接触且保持锁固。是以，卡齿是以整体齿面而非仅以其端部进行扭力传输，容易导致卡齿尖端破裂。

此种同轴齿环于制造上难以达成所需品质，使其失之于价格高昂。此外，此类系统的冲程死区最大，因为每片皆分为与碟齿数量相同的部分。在实际使用过程中，许多卡齿在达成例如自行车的高扭力转移上对于适当的啮合及所需的可靠性并无助益；齿环通常具有18枚卡齿，即前后啮合位置之间跨越20°。

最后，标准卡爪飞轮是以卡爪为啮合或锁固元件，并设有齿环，齿环的齿部沿其由一滑动面与一推动面所形成之周边排列。滑动面为斜坡状表面，其角度较小因此能够允许卡爪滑动；推动面违反向斜坡状表面，其能够在扭力传输开始之时，迫使卡爪完全锁固于卡齿中，确保扭力传输是以整个齿面进行，避免力量集中于端部而导致齿尖破损。这种机构同样具有上述类型的优缺点，但因其製造成本低廉，因此可见于各种应用。于此处所述的用途中，其所产生的切线负载会附带造成内部径向啮台力，容易导致是统组件的破损。

在此标准飞轮中，当卡爪是间隔排列而形成两个或更多的啮合群组时，接续啮合位置间的角度跳跃会减少，且死角也随之减少：例如，使用两对卡爪(4枚)交替作用24环齿时，接续卡齿间的分离可从15°减半为7.5°。这一技术解决方案的主要缺点则在于扭力传输所造成的径向力量使得机构的直径与重量无法缩减，再者则是用于将卡爪向齿环方向推压的弹簧暴露在外。只要弹簧因使用而断裂，碎片便会四散在机构内部，导致整个系统损坏。为求简洁，以下将参照于自行车的使用对本发明进行详细说明，应当理解，这些说明不应构成对于本案申请的限制。

发明内容