CN100425961C - 使用于助力型电动车的曲柄扭力感应器 - Google Patents

Abstract

一种使用于助力型电动车的曲柄扭力感应器，包括：一机构外框，用以容设各零组件，并可防污防水；一天心轴，穿置枢设于机构外框上，天心轴两端于穿出机构外框处套设有轴承，可自由转动；一五通轴承，容设在机构外框内，通过该五通轴承与车架枢接，使机构外框可自由摆动，该机构外框摆动侧为防止下垂与车架做吊挂式的固定；其五通轴承轴心线与天心轴轴心线互为平行，且两轴心线所形成的平面与地面垂直；一弹性件，设于机构外框与车架间，用以承受机构外框摆动所产生的作用力；一感应装置，可通过机构外框摆动弧度的大小来感应一电动势，该电动势可作为马达控制器的控制讯号。本发明以助力型电动车原有机构组件及组件间自然存在的力矩条件，建构力矩侦测的机械结构。

Description

使用于助力型电动车的曲柄扭力感应器

技术领域

本发明涉及一种使用于助力型电动车的曲柄扭力感应器，尤其关于一种可检知助力型电动车在骑乘中的踏力所产生扭力大小的装置，藉此可控制电动马达输出适当的辅助动力。

背景技术

助力型电动车的传动系统包含一高转速电动马达，该马达作为辅助动力的来源，可以协助骑乘者行经阻力不易克服的路面。并由减速机构将马达的输出转速降低，藉此可以相对提高输出扭力。减速后的马达动力与骑乘者的踏力会被动力混合机构整合在一起，并传递到链盘而驱动助力型电动车前行，如此可达到节省体力的目的。

为能配合路面的状况使马达调整输出动力，可在踏力传递路径上设一踏力感测机构以感测骑乘者施加于踏板上的力量是否增大，根据感测结果可控制马达的输出动力以减轻骑乘者的施力。

现有具扭力感测功能的助力型电动车主要区分为两种型式。第一种为单纯的开关控制，当踏力所产生的扭力超过或低于某一大小时，即启动或关闭马达的动力输出。另一种型式是以扭力感测机构感测踏力所产生扭力的大小，以扭力的大小来控制电动马达的输出动力。仅以开关控制马达的动力输出，往往无法满足骑乘者需要弹性助力的需求。而目前的扭力感测机构往往需要利用复杂的行星伞齿轮组产生差动的效果，再将差动的相对角位移转换为扭力的感测值。关于上述的扭力感测机构，如新型专利第092205249号[自行车扭力侦测装置]即是利用行星伞齿轮组配合一位移量测组件，在行星齿轮单元的齿环承受较大的扭力时，可挚动一连杆产生微量摆动，且使磁性单元与位移量测组件产生相对位移，且使位移量测组件产生相对位移，且使位移量测组件的感应端部感应一电动势，该电动势可作为感应的控制讯号，且控制讯号可启动电力，以达到电力驱动的目的。但上述的行星伞齿轮组机构的造价不低，且使用很多的传动件而形成相当复杂的机构。

综上所述，如何提供一种构造简单的扭力感测装置，以大幅降低助力型电动车的生产成本，实为目前产业界一项重要的课题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种构造简单的扭力感应装置，利用助力型电动车原有机构组件及组件间自然存在的力矩条件，建构力矩侦测的机械结构。

本发明的第二目的是提供一种扭力读值单纯化的扭力感应装置，其考虑力矩形成的要件，妥善安排五通轴承及曲柄轴承于上下垂直的位置，以取得曲柄扭力的单纯读值，避免双脚踏力所可能造成的干扰。

本发明的第三目的是提供一种扭力读值可靠性高的扭力感应装置，只需读取一非移动且非旋转侦测组件的电压值即可完成扭力计算，省却回转式连续电极所可能产生的不可靠性。

本发明的第四目的是提供一种扭力侦测组件无沾污忧虑的扭力感应装置，将侦测组件及电路封装于扭力感应模块外壳内，以达防污防水的功能。

本发明提供的一种使用于助力型电动车的曲柄扭力感应器，包括：

一机构外框，用以容设各零组件，并可防污防水；

一天心轴，穿置枢设于机构外框上，该天心轴两端于穿出机构外框处套设有轴承，可自由转动；

一五通轴承，容设在机构外框内，通过该五通轴承与车架枢接，使机构外框可自由摆动，该机构外框摆动侧为防止下垂与车架做吊挂式的固定；其五通轴承轴心线与天心轴轴心线互为平行，且两轴心线所形成的平面与地面垂直；

一弹性件，设于机构外框与车架间，用以承受机构外框摆动所产生的作用力；以及

一感应装置，可通过机构外框摆动弧度的大小来感应一电动势，该电动势可作为马达控制器的控制讯号。

较佳地，该弹性件可为弹簧或弹簧片。

较佳地，该感应装置可在车架上弹性件与五通轴承固定处的距离间适当位置处设一向下延伸进入机构外框内的永久磁石，且在机构外框内相对于永久磁石位置处固设一霍尔组件，通过两者的相对位移产生一电动势来侦测力矩大小。

较佳地，该感应装置也可采用压力传感器，在车架上设一向下延伸进入机构外框内的压棒，且在机构外框内相对于压棒位置下方固设一压力传感器，当机构外框摆动时，压棒施加压力于压力传感器的压力口，以产生一感应的控制讯号，此控制讯号对应于曲柄的踩踏扭力大小，并可做为马达控制器的电力输出控制。

较佳地，该五通轴承位于天心轴的正上方。

较佳地，该五通轴承可在天心轴正下方，其五通轴承轴心线与天心轴轴心线互为平行，且两轴心线所形成的平面与地面垂直，使机构外框位于车架上方配置。

较佳地，该感应装置可与马达控制器做完全的系统结合，使马达适时地动作。

由上述可知，本发明的设计具有数项优点：

1.利用助力型电动车原有机构组件及组件间自然存在的力矩条件，建构力矩侦测的机械结构，构造简单化。

2.考虑力矩形成的要件，妥善安排五通轴承及天心轴于上下垂直的位置，以取得曲柄扭力的单纯读值，避免双脚踏力所可能造成的干扰。

3.只需读取一非移动且非旋转侦测组件的电压值即可完成扭力计算，省却回转式连续电极所可能产生的不可靠性。

4.可使用线性霍尔组件，构建非接触式扭力检出系统。

5.构建简单，无沾污的忧虑。

6.侦测组件及电路封装于机构外框内，可达防污防水的要求。

附图说明

图1为本发明的构造示意图。

图2为本发明的另一配置构造示意图。

图3为扭力侦测另一实施例示意图。

图4为本发明装设于助力型电动自行车的示意图。

元件符号说明

1……脚踏曲柄    2……天心轴         3……链条

4……机构外框    5……五通轴承       6……链盘

7……弹性件      8……永久磁石       9……霍尔组件

10……压棒       11……压力传感器    12……车架

具体实施方式

图1为本发明使用于助力型电动车的曲柄扭力感应器的示意图，图4为本发明装设于助力型电动自行车的设置位置示意图，图1为链条3作用力F3位置高于五通轴承5的配置，因避免机构外框4位置过低，脚踏曲柄1碰触地面问题，该配置状态为本发明较理想的配置实施例，当脚踏曲柄1的踏板处受一F1的踏力时，于链条3上与链盘6切线处会产生一拉力F3，机构外框4也会受F1的踏力影响，而以五通轴承5为中心，顺时钟方向摆动，并对一弹性件7产生一作用力，使弹性件7产生一反作用力F2。F1相对于天心轴2会产生一力矩τ1，F2相对于五通轴承5会产生一和τ1反向的力矩τ2，F3相对于五通轴承5处会产生一和τ1反向之力矩τ3，以力平衡原理来分析这些力矩，可得到下列计算式：

τ1＝F1×L1＝F3×(L4+L3)

F3×L4+F2×L2＝F1×L1＝τ1

τ1(L3÷(L4+L3))＝F2×L2

τ1＝F2×L2×(L4+L3)÷L3

图2所示为五通轴承5中心和链条3在同一直线的配置，该配置方式为较特殊的实施例，当脚踏曲柄1的踏板处受一F1的踏力时，机构外框4也会受F1的踏力影响，而以五通轴承5为中心，顺时钟方向摆动，并对一弹性件7产生一作用力，使弹性件7产生一反作用力F2，F1相对于天心轴2会产生一力矩τ1，F2相对于五通轴承5处会产生一和τ1反向的力矩τ2，以力平衡原理来分析这些力矩，可得到下列计算式：

τ1＝τ2＝F2×L2＝F1×L1

如图1的状况，踩踏踏板对天心轴2所产生的力矩τ1会等于弹性件7的作用力F2相对于五通轴承5所产生的力矩τ2加上链条3拉力F3相对于五通轴承5所产生的力矩τ3；图2的状况，踩踏踏板对天心轴2所产生的力矩τ1会等于弹性件7的作用力F2相对于五通轴承5所产生的力矩τ2，即踩踏踏板时产生力矩τ1会使机构外框4以五通轴承5为中心顺时钟方向摆动，而弹性件7作用力F2产生的力矩τ2和链条3拉力所产生的力矩τ3(图1的状况)会使机构外框4的摆动动作回复原位，保持在一力平衡状态，在弹性件7与五通轴承5固定处的距离间适当位置处设一向下延伸进入机构外框4内的永久磁石8，且在机构外框4内相对于永久磁石8位置处固设一霍尔组件9，当机构外框4摆动时会使霍尔组件9与永久磁石8产生相对位移，且使霍尔组件9感应一电动势，该电动势可作为感应的控制讯号，且控制讯号可决定马达控制器的输出电力，以达到电力驱动的目的；在本实施例中机构外框4靠近后轮侧的端部，需与车架12做适当的吊挂式固定(图中未示)，以达到防止机构外框4下垂的目的，又该机构外框4也可置于车架12上方使天心轴2位在五通轴承5上方的配置，该配置方式也可达到本发明的功能及目的。

如图3所示，上述的感应组件，也可采用压力传感器11在车架12的位置处设一向下延伸进入机构外框4内的压棒10，且在机构外框4内相对于压棒10位置下方固设一压力传感器11，当机构外框4摆动，压棒10即施加压力于压力传感器11的压力口，以产生一感应的控制讯号，藉此控制讯号来决定马达控制器的输出电力大小。

藉由上述技术手段，当骑乘踩踏踏板时，天心轴2会连同机构外框4以五通轴承5为中心摆动，使永久磁石8与霍尔组件9产生相对位移，或使压棒10施加压力于压力传感器11的压力口，踩踏力量越大，机构外框4摆动的弧度或对应产生的作用力F2也越大，永久磁石8与霍尔组件9产生相对位移量也越大，或压力传感器11所受压力也越大，可通过读取霍尔组件9或压力传感器11的电气讯号以驱动马达提供辅助动力。

Claims (8)

1. 一种使用于助力型电动车的曲柄扭力感应器，其特征在于，包括：

一机构外框，用以容设各零组件，并可防污防水；

一天心轴，穿置枢设于机构外框上，该天心轴两端于穿出机构外框处套设有轴承，可自由转动；

一五通轴承，容设在机构外框内，通过该五通轴承与车架枢接，使机构外框可自由摆动，该机构外框摆动侧为防止下垂与车架做吊挂式的固定；其五通轴承轴心线与天心轴轴心线互为平行，且两轴心线所形成的平面与地面垂直；

一弹性件，设于机构外框与车架间，用以承受机构外框摆动所产生的作用力；以及

一感应装置，可通过机构外框摆动弧度的大小来感应一电动势，该电动势作为马达控制器的控制讯号。

2. 如权利要求1所述的使用于助力型电动车的曲柄扭力感应器，其特征在于，该弹性件为弹簧。

3. 如权利要求2所述的使用于助力型电动车的曲柄扭力感应器，其特征在于，所述弹簧为弹簧片。

4. 如权利要求1所述的使用于助力型电动车的曲柄扭力感应器，其特征在于，该感应装置在车架上弹性件与五通轴承固定处的距离间适当位置处设一向下延伸进入机构外框内的永久磁石，且在机构外框内相对于永久磁石位置处固设一霍尔组件，通过两者的相对位移产生一电动势来侦测力矩大小。

5. 如权利要求4所述的使用于助力型电动车的曲柄扭力感应器，其特征在于，该感应装置采用压力传感器，在车架上设一向下延伸进入机构外框内的压棒，且在机构外框内相对于压棒位置下方固设一压力传感器，当机构外框摆动时，压棒施加压力于压力传感器的压力口，以产生一感应的控制讯号，此控制讯号对应于曲柄的踩踏扭力大小，并做为马达控制器的电力输出控制。

6. 如权利要求1所述的使用于助力型电动车的曲柄扭力感应器，其特征在于，该五通轴承位于天心轴的正上方。

7. 如权利要求1所述的使用于助力型电动车的曲柄扭力感应器，其特征在于，该五通轴承在天心轴正下方，使机构外框位于车架上方配置。

8. 如权利要求1所述的使用于助力型电动车的曲柄扭力感应器，其特征在于，该感应装置与马达控制器做完全的系统结合，使马达适时地动作。

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