CN102464080B - 自行车中轴的力矩感测系统及其二次式信号传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自行车中轴的力矩感测系统，包含有一设于自行车中轴的力矩传感器、一与中轴相对固定的无线信号发射器，以及一无线信号接收器，该无线信号接收器设于固定的该自行车车体的一邻近中轴的位置，该无线信号发射器用以接收该力矩传感器所发出的感测信号，再以非接触方式发送至该无线信号接收器；通过此，该感测信号不易在传送过程中衰减或遗失，因此可准确地感测骑乘者提供给自行车的力矩。

Description

自行车中轴的力矩感测系统及其二次式信号传输方法

技术领域

本发明涉及自行车所受力矩的感测系统，特别是关于一种自行车中轴的力矩感测系统及其二次式信号传输方法。

背景技术

现有电动助力车，又称为电助力自行车，是以电力辅助人力以提供给自行车行进所需的动能，因此，该自行车会具有一力矩感测系统，利用一应变计感测该自行车所受的力矩，以供一控制器判断骑乘者所提供的动力是否足够。有些电助力自行车将应变计设于车体上，以便将感测信号传送至控制器，但通过车体所受的力矩却无法准确地推算出骑乘者提供给自行车的动力。另外，有些电助力自行车是将应变计设于由踏板及曲柄直接带动旋转的中轴上，再通过一设于车体上的传感器将该应变计所发出的感测信号传送至控制器；如此一来，通过该应变计所发出的感测信号即可准确地推算出骑乘者提供的动力，然而，由于该应变计随中轴转动，且与该传感器具有相当的距离，因此该感测信号在传输过程中会有衰减或遗失的问题发生，造成该控制器仍无法准确地推算出骑乘者提供的动力。

换言之，现有自行车的力矩感测系统仍有其不足之处，而有待改进。

发明内容

有鉴于上述缺失，本发明的主要目的在于提供一种自行车中轴的力矩感测系统及其二次式信号传输方法，可准确地感测骑乘者提供给自行车的力矩。

为达成上述目的，本发明所提供的自行车中轴的力矩感测系统，包含有：一力矩传感器，设于自行车中轴；一无线信号发射器，与中轴相对固定并与该力矩传感器电性连接，用以接收该力矩传感器所发出的感测信号，再以非接触方式发送该感测信号；以及一无线信号接收器，设于固定的该自行车车体的一邻近中轴的位置，用以接收该无线信号发射器所发送的感测信号，再将该感测信号传送出去。通过此，该力矩传感器所发出的感测信号可依序经由该无线信号发射器及无线信号接收器传送至一控制器，且传送过程中该感测信号不易衰减或遗失，因此，该力矩感测系统可准确地感测骑乘者提供给自行车的力矩，以供该控制器进行判断。

本发明更提供自行车中轴的力矩感测系统二次式信号传输方法，其步骤包含有：a)可动的无线信号发射器以非接触传输方式将该力矩传感器的感测信号传送至固定的无线信号接收器；以及b)该无线信号接收器以接触传输方式或非接触传输方式将该感测信号传送至一固定的控制器。

有关本发明所提供的自行车中轴的力矩感测系统的详细构造、特点、组装或使用方式，将于后续的实施方式详细说明中予以描述。然而，在本发明领域中具有通常知识者应能了解，该等详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅系用于说明本发明，并非用以限制本发明的专利申请范围。

附图说明

图1为设有本发明一较佳实施例所提供的自行车中轴的力矩感测系统的自行车的示意图；

图2为本发明该较佳实施例所提供的自行车中轴的力矩感测系统装设于该自行车的中轴及五通管的剖视示意图；以及

图3为一示意图，系显示本发明该较佳实施例所提供的自行车中轴的力矩感测系统的电性连接关系。

【主要元件符号说明】

力矩感测系统10  传输电缆12

自行车20        中轴22

五通管24        曲柄25

踏板26          轴承27

容置空间28

第一支架31      第二支架32

无线信号发射器42    无线信号接收器44

信号调解单元442

稳压放大调制电路50  整流稳压单元52

信号放大单元54      信号调制单元56

旋转变压器60        第一构件61

第二构件62

力矩传感器70

电源装置82          控制器84

助力马达86

转速传感器90        磁环92

电子感知件94

具体实施方式

以下将通过所列举的实施例配合随附的图式，详细说明本发明的技术内容及特征，其中：

图1为设有本发明一较佳实施例所提供的自行车中轴的力矩感测系统的自行车的示意图；

图2为本发明该较佳实施例所提供的自行车中轴的力矩感测系统装设于该自行车的中轴及五通管的剖视示意图；以及

图3为一示意图，显示本发明该较佳实施例所提供的自行车中轴的力矩感测系统的电性连接关系。

请先参阅图1及图2，本发明一较佳实施例所提供的力矩感测系统10用以设于自行车20的一中轴22及一五通管24，该力矩感测系统10包含有一第一支架31、一第二支架32、一无线信号发射器42、一无线信号接收器44、一稳压放大调制电路50、一旋转变压器60，以及一力矩传感器70。

详而言之，该五通管24为固定的该自行车20车体的一部分，该中轴22穿设于该五通管24中，且该中轴22的二端分别用以连接一曲柄25，各该曲柄25并分别连接一供该自行车20的骑乘者踩踏的踏板26，因此，该中轴22会通过该等踏板26及曲柄25受到骑乘者所施的力矩而旋转。此外，该中轴22通过二轴承27而穿设于该五通管24中，因此，该中轴22可相对该五通管24转动而不会沿其轴向移动，且该二轴承27之间具有一界于该中轴22及五通管24之间的容置空间28，该力矩感测系统10设于该容置空间28中。

该第一支架31相对固定于该五通管24，因此该第一支架31相对自行车20车体固定不动；该第二支架32则固定于该中轴22，因此可随着该中轴22转动。该无线信号发射器42及该无线信号接收器44分别固定于该第二支架32及该第一支架31，该无线信号发射器42用以通过发射红外线或电磁波传送信号至该无线信号接收器44，以达到非接触式信号传输的功能。

该稳压放大调制电路50相对固定于该中轴22，如图3所示，该稳压放大调制电路50包含有相互电性连接的一整流稳压单元52、一信号放大单元54，以及一信号调制单元56。该整流稳压单元52与该无线信号发射器42、该旋转变压器60及该力矩传感器70电性连接；该信号调制单元56与该无线信号发射器42电性连接，用以将所接收的信号先转换成无线传输适用的数字形式再传送至该无线信号发射器42。

该旋转变压器60包含有一固设该第一支架31的第一构件61，以及一固设该第二支架32的第二构件62，且第一构件61相对自行车车体固定不动。该第一构件61为一缠绕有特定圈数漆包线的初级线圈，且通过一传输电缆12电性连接至一电源装置82；该第二构件62为一缠绕有特定圈数漆包线的次级线圈，且电性连接至该稳压放大调制电路50的整流稳压单元52。该第一构件61及第二构件62不互相接触，然而，当该第二构件62随着该中轴22相对该第一构件61旋转时，该第一构件61会将该电源装置82所提供的交流电耦合到该第二构件62，使该第二构件62产生交流电流，该第二构件62会再将电流传送至该稳压放大调制电路50的整流稳压单元52，然后，该整流稳压单元52会将稳定的电压提供给该信号放大单元54、该信号调制单元56、该无线信号发射器42及该力矩传感器70。

该力矩传感器70为常用的电阻式应变计，用以贴合于该中轴22，以感测该中轴22受自行车20的骑乘者所施力矩时产生的些微变形，并发出一感测信号至该稳压放大调制电路50。该力矩传感器70所发出的感测信号经过该信号放大单元54放大，再经过该信号调制单元56转换成数字形式后，即可通过该无线信号发射器42发送给该无线信号接收器44，然后，该无线信号接收器44的一信号调解单元442会将所接收到的感测信号转换成模拟形式，再通过该传输电缆12输出至一控制器84，或者，该无线信号接收器44亦可通过发射红外线或电磁波等非接触方式将感测信号发送至该控制器84。

通过前述本发明所提供的力矩感测系统10，该控制器84可接收到该力矩传感器70所发出的感测信号，以得知该中轴22所受的力矩，进而依据该感测信号控制一助力马达86的动力输出，以提供给该自行车20电助力。而且，由于该力矩传感器70将感测信号传送给与其同步转动的该无线信号发射器42，而该无线信号发射器42虽然相对该无线信号接收器44转动，但由于其距离不远，该感测信号在传输过程中不易产生衰减或遗失的问题，因此可供该控制器84准确地推算出骑乘者所施予该中轴22的力矩。

另外，如图2所示，该力矩感测系统10可更包含有一转速传感器90，该转速传感器90具有一固定于该中轴22的磁环92，以及一固定于该第一支架31的电子感知件94，该电子感知件94可为一霍尔IC（HallIntegrated Circuit），当该中轴22转动时，该电子感知件94可读取该磁环92的转动信号，再通过该传输电缆12将转动信号传送至该控制器84，以供该控制器84获知该中轴22的转速。

值得一提的是，该第一支架31用以供该旋转变压器60的第一构件61及该无线信号接收器44固定，使其邻近该中轴22而又不会随着该中轴22旋转，因此，该力矩感测系统10亦可不具有该第一支架31，而将该第一构件61及该无线信号接收器44固定于该五通管24或曲柄25，或者固定于该自行车20车体的其它邻近该中轴22的位置。同样地，该力矩感测系统10亦可不具有该第二支架32，而直接将该无线信号发射器42及该旋转变压器60的第二构件62固定于该中轴22。

通过前述说明可得知，本发明的创作特点在于提供一种二段式信号传输方法，先利用可动的无线信号发射器42以非接触传输方式将该力矩传感器70的感测信号传送至固定的无线信号接收器44，再利用该无线信号接收器44以接触传输方式或非接触传输方式将该感测信号传送至一固定的控制器84，且该无线信号发射器42与该无线信号接收器44的距离小于该无线信号接收器44与该控制器84的距离，以使该感测信号不易在传送过程中衰减或遗失。

最后，必须再次说明，本发明于前揭实施例中所揭露的构成元件，仅为举例说明，并非用来限制本案的范围，其它等效元件的替代或变化，亦应为本案的申请专利范围所涵盖。

Claims (11)

1.一种自行车中轴的力矩感测系统，其特征在于包含有：

一力矩传感器，设于自行车中轴；

一无线信号发射器，与中轴相对固定并与该力矩传感器电性连接，用以接收该力矩传感器所发出的感测信号，再以非接触方式发送该感测信号；

一无线信号接收器，设于该自行车车体的一邻近中轴的位置，用以接收该无线信号发射器所发送的感测信号，再将该感测信号传送出去；以及

一旋转变压器，该旋转变压器具有一相对自行车车体固定不动的第一构件，以及一随着中轴相对该第一构件旋转的第二构件，该第一构件用以电性连接至一电源装置，并通过该第二构件将电能传输至该力矩传感器及该无线信号发射器。

2.如权利要求1所述的自行车中轴的力矩感测系统，其特征在于，还包含有一与中轴相对固定的稳压放大调制电路，该稳压放大调制电路包含有一整流稳压单元、一信号放大单元及一信号调制单元，且该稳压放大调制电路与该旋转变压器的第二构件、该力矩传感器及该无线信号发射器电性连接。

3.如权利要求2所述的自行车中轴的力矩感测系统，其特征在于，该无线信号接收器具有一信号调解单元。

4.如权利要求1所述的自行车中轴的力矩感测系统，其特征在于，该旋转变压器的第一构件连接一传输电缆至该电源装置，以接收该电源装置所提供的交流电。

5.如权利要求1所述的自行车中轴的力矩感测系统，其特征在于，还包含有一第一支架，该第一支架用以固设于该自行车的一供该中轴穿设的五通管内，该无线信号接收器及该旋转变压器的第一构件固定于该第一支架。

6.如权利要求5所述的自行车中轴的力矩感测系统，其特征在于，还包含有一转速传感器，该转速传感器具有一固定于该中轴的磁环及一固定于该第一支架的电子感知件。

7.如权利要求5所述的自行车中轴的力矩感测系统，其特征在于，还包含有一固接于该中轴的第二支架，该无线信号发射器及该旋转变压器的第二构件固定于该第二支架。

8.如权利要求1所述的自行车中轴的力矩感测系统，其特征在于，该无线信号接收器设于该自行车的一供该中轴穿设的五通管、一连接于该中轴与一踏板之间的曲柄，或该自行车的其它邻近该中轴的固定部位。

9.如权利要求1所述的自行车中轴的力矩感测系统，其特征在于，该无线信号发射器利用电磁波或红外线发送该感测信号。

10.如权利要求1所述的自行车中轴的力矩感测系统，其特征在于，该无线信号接收器以接触方式或非接触方式将该感测信号传送至一控制器。

11.如权利要求10所述的自行车中轴的力矩感测系统，其特征在于，该控制器依据该感测信号控制一助力马达的动力输出。