CN104129470B - 扭力感应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种扭力感应器，其具有相互轴向穿设的一外管、一中管与一施力轴，该中管与施力轴间连接一弹性件，且分别设有一第一感测盘与一第二感测盘，一检测单元可经由检测该第一感测盘与第二感测盘的相对角度的变化。本发明具有简单的构造、以及快速、灵敏、精准的感应能力，更可经简易加工装设在各种电动自行车上使用，轻易达到变换成助动式脚踏车的目的。

Description

扭力感应器

本申请是分案申请，原案的申请号为201110314265.5，申请日为2011年10月17日，发明名称为“助动车的扭力感应装置”。

技术领域

本发明关于一种可装设在各种电动自行车上使用的扭力感应器，其可感应骑乘者施予的扭力的变化量，并据此控制电动马达提供辅助动力以克服该车前进时因地形或人、车状况变化而增加的阻力的扭力感应器。

背景技术

脚踏车除了完全以人力踩踏来作为前进的动力之外，亦有配合电动马达来辅助驱动者，使骑乘者在爬坡或疲惫时，可藉该电动马达来辅助驱动该脚踏车前进，以减轻骑乘者的负担，此种利用电动马达在适当时机辅助驱动的自行车，一般称为“电动助动车”。而为了确保电动助动车在骑乘时的安全性，一般国家对于电动助动车在使用电动马达时的最高速限都有严格的规定。

其中一种现有技术的电动助动车是以感应该电动助动车的速度的方式，来决定何时需要启动电动马达以辅助驱动前进，且该现有技术的电动助动车上还预设有数段马达出力大小的选项可供选择；然而，此种电动助动车上所设的控制器并不会根据该助动车的负载，也不会根据骑乘者的重量来进行判断，所以总是错估了所需的辅助动力。

另一种利用感应轮体的旋转速度来决定电动马达辅助驱动的时机的方式也常见于现有技术的助动车中，然而，仅是感应轮体的旋转速度，未必能够正确地反映出所需的辅助动力，亦即，任何预设的马达出力，皆无法预先考量到当时骑乘者的体重与载重等资料以即时控制，完全无法正确反应出骑乘者真实需要的辅助动力。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种扭力感应器，可确实反应骑乘者所使出的踏力，以换算出所需要的辅助动力。

本发明的技术解决方案是提供一种扭力感应器，包括一外管、一中管、一施力轴、至少一外轴承、至少一内轴承、一弹性件、一第一感测盘、一第二感测盘与一检测单元：该中管沿轴向穿设于该外管中，该中管的内壁面上间隔设有一第一挡止凸块与一第二挡止凸块，该施力轴沿轴向贯穿该中管，该施力轴的环壁面上设有一第一挡止凸块与一第二挡止凸块，该施力轴的第一挡止凸块与第二挡止凸块均位于该中管的第一挡止凸块与第二挡止凸块相对应的侧面之间，该施力轴与中管能够选择性地使两者的第一挡止凸块相互抵靠，或使两者的第二挡止凸块相互抵靠，该外轴承环设于所述外管与中管之间，该内轴承环设于所述中管与施力轴之间，该弹性件设于所述中管与施力轴之间，且该弹性件的两端分别连接所述中管与施力轴，所述第一感测盘与第二感测盘环绕该施力轴，且相邻并相间隔设置，其中该第一感测盘固接于施力轴，该第二感测盘固接于中管，该检测单元设在该外管上，该检测单元检测所述第一感测盘与第二感测盘间的相角差。

上述第一感测盘可为一基准感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有多个穿孔(大光罩)；

上述第二感测盘可为一偏转感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有多个检测部，每一检测部具有多个检测细栅格(细光罩)，该检测细栅格沿该偏转感测盘的周缘间隔排列设置；

上述检测单元可具有一信号发射元件与一信号接收元件，该信号发射元件会朝该第一感测盘上设有穿孔处发出一信号，该信号接收元件可接收该信号发射元件所发出的信号，在该第一感测盘与第二感测盘在受力而旋转过程中，其上的穿孔与检测部经过该信号发射元件时，可能会一次(在较少应力的情况下)或多次(在较多应力的情况下)让信号通过，并被信号接收元件接收。

上述第二感测盘可为一基准感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有多个穿孔(大光罩)；

前述第一感测盘可为一偏转感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有多个检测部，每一检测部具有多个检测细栅格(细光罩)，该检测细栅格沿该偏转感测盘的周缘间隔排列设置；

上述检测单元可具有一信号发射元件与一信号接收元件，该信号发射元件会朝该第一感测盘上设有穿孔处发出一信号，该信号接收元件可接收该信号发射元件所发出的信号，在该第一感测盘与第二感测盘在受力而旋转过程中，其上的穿孔与检测部经过该信号发射元件时，可能会一次(在较少应力的情况下)或多次(在较多应力的情况下)让信号通过，并被信号接收元件接收。

上述弹性件可为一扭转弹簧，其设于该施力轴上，且两端分别固接于该中管与施力轴，当受力达到本扭力感应器最大检测值时该施力轴与中管两者的第一挡止凸块会相互抵靠，当完全不受力时，该弹性件会使该施力轴与中管两者的第二挡止凸块相互抵靠。

上述弹性件亦可为一种可压缩变形的弹性体，其设置于该中管的第一挡止凸块与施力轴的第一挡止凸块之间，当本扭力感应器完全不受力时，上述弹性件会使该施力轴与中管两者的第二挡止凸块相互抵靠。

上述中管的其中一端的端缘可进一步内凹成型出一卡槽，上述施力轴的环壁面上亦可进一步内凹成型出一卡槽，且该施力轴的卡槽进一步贯穿该施力轴的其中一端的端面，上述弹性件的两端分别穿设固定于该中管与施力轴的卡槽中。

上述施力轴的环壁面上可进一步环设有一凸环，该凸环的一侧面对应该中管的其中一端的端缘，上述第一感测盘与第二感测盘位于该施力轴的凸环以及该中管的端缘之间，且该第一感测盘固接于该施力轴的凸环，该第二感测盘固接于该中管的端缘。

由以上说明得知，本发明确实具有如下的优点：

当骑乘者踩踏该二踏板，以转动该曲柄并带动该施力轴转动时，该施力轴会透过该弹性件带动该中管以及中管上所设的齿盘转动；当在上坡路段或是进行加速，使得骑乘者必须以较大的力来进行踩踏时，该弹性件会缓冲骑乘者施予施力轴的力而产生压缩变形，使得该第一感测盘与第二感测盘间的相对角度产生变化。此时，该检测单元根据所测得的第一感测盘与第二感测盘的相对位置的变化，可经由一控制器来驱动该助动车上所装置的一电动马达来产生附加扭力以辅助该助动车前进，减轻骑乘者的负担，使该骑乘者可以一直维持固定的踩踏力，不会让身体过于劳累，并可维持稳定的运动效果。

本发明的扭力感应器的构造简单、量测精度高，以及快速、灵敏、精准的感应能力，可有效率的控制电动马达来辅助驱动助动车前进，更可经简易加工装设在各电动车上使用，确为一实用的发明。

附图说明

图1为本发明设置于一助动车上的侧视示意图；

图2为本发明的立体外观图；

图3为本发明的立体分解图；

图4为本发明的部分元件的立体分解图；

图5为本发明的端视部分元件剖面图；

图6为本发明的侧视部分元件剖面图；

图7为本发明的第一感测盘与第二感测盘的立体分解图；

图8为本发明的第一感测盘与第二感测盘相互迭置的侧视图；

图9为本发明的第二感测盘相对第一感测盘偏转后的侧视图；

图10为本发明的放大的侧视部分元件剖面图，其中第一感测盘为基准感测盘，第二感测盘为偏转感测盘；

图11为本发明另一实施例端视部分元件剖面图；

图12为本发明的动作与计算流程图；

图13为本发明的第一感测盘与第二感测盘另一配置方式的立体分解图；

图14为本发明的放大的侧视部分元件剖面图，其中第二感测盘为基准感测盘，第一感测盘为偏转感测盘。

主要元件标号说明：

10扭力感应器11外管12、12A中管

121第一端122第二端123卡槽

124、124A第一挡止凸块125、125A第二挡止凸块13、13A施力轴

131第一端132第二端133凸环

134、134A第一挡止凸块135、135A第二挡止凸块136卡槽

14外轴承15内轴承16、16A弹性件

17基准感测盘171穿孔18偏转感测盘

181检测部182检测孔19检测单元

191信号发射元件192信号接收元件21单向轴承

22齿盘31曲柄311内端部

312外端部32踏板40助动车

41传动链条42电动马达43前轮

44后轮

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

参见图1所示，本发明设置在一助动车40的五通管中的扭力感应装置，进一步参见图2及图3所示，该扭力感应装置包括一扭力感应器10、一单向轴承21、一齿盘22、二曲柄31以及二踏板32。

配合参见图4所示，扭力感应器10包括一外管11、一中管12、一施力轴13、至少一外轴承14、至少一内轴承15、一弹性件16、一第一感测盘、一第二感测盘与一检测单元19。所述外管、中管、施力轴、外轴承、内轴承、第一感测盘与第二感测盘以同一轴心方式设置。

配合参见图6所示，该外管11与中管12均为中空管体，该中管12沿轴向穿设于该外管11中，令该中管12的两端分别为一第一端121与一第二端122，该中管12的第二端122的端缘内凹成型有一卡槽123，此外，该中管12的内壁面上间隔设有一第一挡止凸块124与一第二挡止凸块125。

施力轴13沿轴向贯穿该中管12，令该施力轴13的两端分别为一第一端131与一第二端132，该施力轴13的第一端131对应该中管12的第一端121，该施力轴13的第二端132对应该中管12的第二端122，该施力轴13的环壁面上设有一凸环133、一第一挡止凸块134、一第二挡止凸块135与一卡槽136。该凸环133环设于该施力轴13的环壁面上靠近施力轴13的第一端131处，且该凸环133的一侧面对应该中管12的第一端121的端缘。

配合参见图5所示，该施力轴13的第一挡止凸块134与第二挡止凸块135位于该凸环133与施力轴13的第二端132之间，且该施力轴13的第一挡止凸块134与第二挡止凸块135均位于该中管12的第一挡止凸块124与第二挡止凸块125相对应的侧面之间，该施力轴13与中管12可选择性地使两者的第一挡止凸块134、125相互抵靠，或使两者的第二挡止凸块135、125相互抵靠。

该施力轴13的卡槽136内凹成型于该施力轴13的环壁面上，并可进一步贯穿该施力轴13的第二端132的端面。

该外轴承14环设于该外管11与中管12之间，该外轴承14的一外环面与该外管11相接，外轴承14的一内环面与该中管12相接，使该中管12可顺畅的相对该外管11转动。

该内轴承15环设于该中管12与施力轴13之间，该内轴承15的一外环面与该中管12相接，内轴承15的一内环面与该施力轴13相接，使该施力轴13与中管12可顺畅地相对偏转。

该弹性件16设于该中管12与施力轴13之间，且该弹性件16的两端分别连接该中管12与施力轴13，使得在自然状态下该中管12与施力轴13间的相对位置保持固定，而当施力轴13转动时，可经由该弹性件16推动该中管12转动。

配合参见图7及10所示，该第一感测盘与第二感测盘环绕该施力轴13，且相邻并相间隔设置，该第一感测盘与第二感测盘位于该中管12的第一端121的端缘以及该施力轴13的凸环133之间，且该第一感测盘固接于该施力轴13的凸环133，该第二感测盘固接于该中管12的第一端121的端缘。该第一感测盘可为一基准感测盘17，该基准感测盘17上沿周缘间隔环绕排列有多个穿孔171，该第二感测盘可为一偏转感测盘18，该偏转感测盘18上沿周缘间隔环绕排列有多个检测部181，每一检测部181具有多个检测孔182，所述检测孔182沿该偏转感测盘18的周缘间隔排列设置。

在本较佳实施例中，该弹性件16为一扭转弹簧，其套设于该施力轴13上，且两端分别穿设固定于该中管12与施力轴13的卡槽123、136中。

此外，参见图13及图14所示，亦可令该第二感测盘为基准感测盘17，令该第一感测盘为偏转感测盘18，以使该第一感测盘与第二感测盘间的相角差可反映该中管12与施力轴13间的相角差，以及反映该弹性件16的形变量。

检测单元19设在该外管11上，并可检测该第一感测盘与第二感测盘间的相角差，该检测单元19具有一信号发射元件191与一信号接收元件192，该信号发射元件191设在该基准感测盘17的旁侧，并会朝该基准感测盘17上设有穿孔171处发出一信号，该信号接收元件192设在该偏转感测盘18的旁侧，并可接收该信号发射元件191所发出的信号；信号发射元件及信号接收元件相对设置。

单向轴承21套设固定于该中管12的第二端122处，齿盘22进一步套设固定于该单向轴承21上，该齿盘22用以进一步连接该助动车40的传动链条41。

该二曲柄31的内端部311分别固接于该施力轴13的第一端131与第二端132，该二踏板32分别枢设在该二曲柄31的外端部312处，该二踏板32可供使用者踩踏，以转动该曲柄31，并经由该曲柄31来带动该施力轴13转动。

参见图11所示的本发明的另一实施例，其中该弹性件16A为一种可压缩变形的弹性体，例如压缩弹簧，其设置于该中管12A与施力轴13A的第一挡止凸块124A、134A之间，且两端分别抵顶该中管12A与施力轴13A的第一挡止凸块124A、134A。

配合参见图12的本发明的动作与计算流程图所示，当骑乘者踩踏该二踏板32，以转动该曲柄31并带动该施力轴13转动时，该施力轴13会透过该弹性件16带动该中管12以及中管12上所设的齿盘22转动，并使该第一感测盘随该施力轴13一同转动，该第二感测盘随该中管12一同转动。

其中，参见图5所示，当受力达到本扭力感应器10最大检测范围时，该施力轴13与中管12的第一挡止凸块134、124会相互抵靠；当完全不受力时，上述弹性件16会使该施力轴13与中管12的第二挡止凸块135、125相互抵靠。

在图8所示的实施例中，该偏转感测盘18的各检测部181分别对应位在该基准感测盘17的两穿孔171之间，亦即，在一般的情况下，该检测单元19的信号接收元件192并无法接收到该信号发射元件191所发出的信号。

进一步参见图9所示，当该助动车40行驶于上坡路段或是开始进行加速，使得该骑乘者必须以较大的力来进行踩踏时，该弹性件16会缓冲骑乘者施予施力轴13的力而产生压缩变形，此时，该偏转感测盘18的检测部181会有一部分露出于该基准感测盘17的穿孔171，使该检测单元19的信号接收元件192可以透过该检测部181的检测孔182接收到该信号发射元件191所发出的信号，藉由计算信号接收元件192所接收到的信号次数，可以计算出所经过的检测孔182的数量，从而得到该偏转感测盘18相对该基准感测盘17所偏转的角度，以及骑乘者所施的应力；

上述检测单元19再根据所测得的基准感测盘17与偏转感测盘18的相对位置的变化，对一控制器发出信号，令该控制器控制该助动车40上所设的一电动马达42来辅助驱动该助动车40，以减轻骑乘者的负担，使该骑乘者不论是在上坡路段或者是在加速状态下，都可以维持固定的踩踏力，不会让身体过于劳累，并可维持稳定的运动效果。其中，上述电动马达42可利用传动该助动车40的前轮43或是后轮44的方式来辅助该助动车40前进。

此外，上述基准感测盘17与偏转感测盘18在组装时，亦可令该偏转感测盘18的各检测部181分别对应该基准感测盘17的各穿孔171，以使该检测单元19利用可检测该偏转感测盘18的检测细栅格182露出于该基准感测盘17的穿孔171的数量的方式，来计算该基准感测盘17与偏转感测盘18间的相角差。

本发明的扭力感应器具有简单的构造、以及快速、灵敏、精准的感应能力，可有效率的控制该电动马达42来辅助驱动助动车40前进，更可直接装设在各种助动车上使用，确为一实用的发明。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，在未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种扭力感应器，包括一外管、一中管、一施力轴、至少一外轴承、至少一内轴承、一弹性件、一第一感测盘、一第二感测盘与一检测单元，其特征在于：

该中管沿轴向穿设于该外管中，该中管的内壁面上间隔设有一第一挡止凸块与一第二挡止凸块，该施力轴沿轴向贯穿该中管，该施力轴的环壁面上设有一第一挡止凸块与一第二挡止凸块，该施力轴的第一挡止凸块与第二挡止凸块均位于该中管的第一挡止凸块与第二挡止凸块相对应的侧面之间，该施力轴与中管能够选择性地使两者的第一挡止凸块相互抵靠，或使两者的第二挡止凸块相互抵靠，该外轴承环设于所述外管与中管之间，该内轴承环设于所述中管与施力轴之间，该弹性件设于所述中管与施力轴之间，且该弹性件的两端分别连接所述中管与施力轴，所述第一感测盘与第二感测盘环绕该施力轴，且相邻并相间隔设置，其中该第一感测盘固接于施力轴，该第二感测盘固接于中管，该检测单元设在该外管上，该检测单元检测所述第一感测盘与第二感测盘间的相角差。

2.如权利要求1所述的扭力感应器，其特征在于：

所述第一感测盘为一基准感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有多个穿孔；

所述第二感测盘为一偏转感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有多个检测部，每一所述检测部具有多个检测细栅格，所述检测细栅格沿该偏转感测盘的周缘间隔排列设置；

所述检测单元具有一信号发射元件与一信号接收元件，该信号发射元件能够朝该基准感测盘上设有穿孔处发出一信号，该信号接收元件能够接收该信号发射元件所发出的信号。

3.如权利要求1所述的扭力感应器，其特征在于：

所述第二感测盘为一基准感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有多个穿孔；

所述第一感测盘为一偏转感测盘，其上沿周缘间隔环绕排列有多个检测部，每一检测部具有多个检测细栅格，该检测细栅格沿该偏转感测盘的周缘间隔排列设置；

前述检测单元具有一信号发射元件与一信号接收元件，该信号发射元件能够朝该基准感测盘上设有穿孔处发出一信号，该信号接收元件能够接收该信号发射元件所发出的信号。

4.如权利要求1至3中任一项所述的扭力感应器，其特征在于，所述弹性件为一扭转弹簧，其套设于该施力轴上，且两端分别固接于所述中管与施力轴。

5.如权利要求1至3中任一项所述的扭力感应器，其特征在于，所述弹性件为一种能够压缩变形的弹性体，其设置于所述中管的第一挡止凸块与所述施力轴的第一挡止凸块之间。

6.如权利要求4所述的扭力感应器，其特征在于，所述中管的其中一端的端缘内凹成型有一卡槽，所述施力轴的环壁面上内凹成型有一卡槽，且该施力轴的卡槽贯穿该施力轴的其中一端的端面，所述弹性件的两端分别穿设固定于所述中管与施力轴的卡槽中。

7.如权利要求1至3中任一项所述的扭力感应器，其特征在于，所述施力轴的环壁面上环设有一凸环，该凸环的一侧面对应该中管的其中一端的端缘，所述第一感测盘与第二感测盘位于该施力轴的凸环以及该中管的端缘之间，且该第一感测盘固接于该施力轴的凸环，该第二感测盘固接于该中管的端缘。

8.如权利要求4所述的扭力感应器，其特征在于，所述施力轴的环壁面上环设有一凸环，该凸环的一侧面对应该中管的其中一端的端缘，所述第一感测盘与第二感测盘位于该施力轴的凸环以及该中管的端缘之间，且该第一感测盘固接于该施力轴的凸环，该第二感测盘固接于该中管的端缘。

9.如权利要求5所述的扭力感应器，其特征在于，所述施力轴的环壁面上环设有一凸环，该凸环的一侧面对应该中管的其中一端的端缘，所述第一感测盘与第二感测盘位于该施力轴的凸环以及该中管的端缘之间，且该第一感测盘固接于该施力轴的凸环，该第二感测盘固接于该中管的端缘。

10.如权利要求6所述的扭力感应器，其特征在于，所述施力轴的环壁面上环设有一凸环，该凸环的一侧面对应该中管的其中一端的端缘，所述第一感测盘与第二感测盘位于该施力轴的凸环以及该中管的端缘之间，且该第一感测盘固接于该施力轴的凸环，该第二感测盘固接于该中管的端缘。