CN111012592B - 助力轮 - Google Patents

Abstract

一种助力轮，固定于车架。助力轮包含路轮、手轮、弹性件、二抵压件、动力组件、二薄膜感测件及控制器。路轮可转动地设置于车架。手轮设置于路轮并可相对路轮转动。弹性件相对二端分别连接于路轮及手轮。二抵压件分别设置于路轮及手轮。动力组件用以被固定于车架。二薄膜感测件设置于动力组件。二薄膜感测件分别受到二抵压件抵压，以令二薄膜感测件各感测到感测值。控制器用以接收二薄膜感测件的感测值，及驱动动力组件。当手轮相对路轮转动时，控制器依据二薄膜感测件所感测的感测值之间的差值的变化，调整动力组件提供路轮的一辅助扭力。

Description

助力轮

技术领域

本发明涉及一种助力轮，特别涉及一种具有薄膜感测件的助力轮。

背景技术

轮椅是用来协助不良于行的病患移动，且轮椅通常有车体、二路轮及二手轮。使用者可在乘坐于车体的状况下，利用手推动固定于路轮的手轮，来让路轮转动而达到移动的目的。由于让轮椅移动的方式是靠手推动路轮，故使用者在长距离移动之后手容易感到疲劳。因此，市面上发展出了一种电动轮椅，此电动轮椅可通过电动的方式辅助使用者进行移动。

常见的电动轮椅分为全自动的轮椅及助力式的轮椅。全自动的轮椅是完全是经由马达输出动力来让路轮转动。半自动电动轮椅则是除了通过使用者推动手轮来带动路轮转动外，更通过马达的辅助来驱动路轮转动，且马达可依据手轮相对路轮转动的角度调整输出于路轮的辅助扭力。然而，由于感测手轮相对路轮转动的角度通常是藉由电动轮椅的轮体上的磁铁与霍尔元件的搭配进行判断，故配有磁铁的电动轮椅的整体重量较重，而让使用者或协助者在搬运电动轮椅时较为吃力。因此，如何轻量化电动轮椅实为此领域研发人员亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种助力轮，藉以解决现有技术中电动轮椅不利于使用者或协助者搬运的问题。

本发明的一实施例所揭露的一种助力轮，适于固定于一车架。助力轮包含一路轮、一手轮、至少一弹性件、一第一抵压件、一第二抵压件、一动力组件、一第一薄膜感测件、一第二薄膜感测件及一控制器。路轮用以可转动地设置于车架。手轮设置于路轮，且手轮可相对路轮转动。弹性件的相对二端分别连接于路轮及手轮。第一抵压件及第二抵压件分别设置于路轮及手轮。动力组件用以被固定于车架。第一薄膜感测件及第二薄膜感测件设置于动力组件。第一薄膜感测件及第二薄膜感测件分别受到第一抵压件及第二抵压件抵压，以令第一薄膜感测件及第二薄膜感测件各感测到一感测值。控制器用以接收第一薄膜感测件及第二薄膜感测件的二感测值，以及驱动动力组件。当手轮相对路轮转动时，控制器依据第一薄膜感测件所感测的感测值及第二薄膜感测件所感测的感测值之间的差值的变化，调整动力组件提供路轮的一辅助扭力。

根据上述实施例所揭露的助力轮，是通过重量较轻的第一抵压件、第二抵压件、第一薄膜感测件及第二薄膜感测件来调整动力组件提供路轮的辅助扭力，故具有助力轮的电动轮椅可达到轻量化的目的，而让电动轮椅便于使用者搬运。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例所揭露的助力轮装设于车架的平面示意图；

图2为图1的助力轮的立体示意图；

图3为图2的助力轮的分解示意图；

图4为图2的助力轮于其中一割面线的部分剖视示意图；

图5为图2的助力轮于另一割面线的部分剖视示意图；

图6为图2的助力轮的部分方框示意图；

图7为图2的助力轮位于平地上的侧视示意图；

图8为图7的助力轮的手轮相对于路轮转动的侧视示意图；

图9为图8的部分剖视示意图；

图10为图2的助力轮位于坡地上的侧视示意图；

图11为图10的助力轮的手轮相对于路轮转动的侧视示意图；

图12为图11的部分剖视示意图。

其中，附图标记

1 助力轮

2 车架

10 路轮

11 第一中央部

12 第一外环部

13 第一幅条部

20 手轮

21 第二中央部

22 第二外环部

23 第二幅条部

111、211 凹槽

30 弹性件

40 动力组件

41 壳体

411、90 容置空间

412 第一侧壁面

413 第二侧壁面

414 环形壁面

42 驱动件

43 电源

50 第一薄膜感测件

60 第二薄膜感测件

70 第一抵压件

71 固定部

72 抵压部

80 第二抵压件

81 固定部

82 抵压部

100 控制器

P 轴线

θ1、θ2 夹角

α1、α2 角度

D 方向

T 扭矩

S1 平地

S2 坡地

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参阅图1至图3。图1为根据本发明第一实施例所揭露的助力轮装设于车架的平面示意图。图2为图1的助力轮的立体示意图。图3为图2的助力轮的分解示意图。

本实施例的助力轮1例如为电动轮椅的轮组。助力轮1包含一路轮10、一手轮20、多个弹性件30、一动力组件40、一第一薄膜感测件50、一第二薄膜感测件60、一第一抵压件70及一第二抵压件80。

路轮10包含一第一中央部11、一第一外环部12及多个第一幅条部13。每一第一幅条部13的相对二端分别连接于第一中央部11及第一外环部12，且第一中央部11可转动地设置于电动轮椅的一车架2。

手轮20包含一第二中央部21、一第二外环部22及多个第二幅条部23。每一第二幅条部23的相对二端分别连接于第二中央部21及第二外环部22，且第二中央部21可转动地叠设于第一中央部11远离车架2的一侧。

接着，请一并参阅图3至图5。图4为图2的助力轮于其中一割面线的部分剖视示意图。图5为图2的助力轮于另一割面线的部分剖视示意图。

在本实施例中，第一中央部11与第二中央部21皆具有多个凹槽111、211。第一中央部11的这些凹槽111位于第一中央部11邻近于第二中央部21的一侧，且第二中央部21的这些凹槽211位于第二中央部21邻近于第一中央部11的一侧。第一中央部11的这些凹槽111与第二中央部21的这些凹槽211分别形成多个容置空间90。这些弹性件30例如皆为压缩弹簧。这些弹性件30分别设置于这些容置空间90内，且每一弹性件30的相对二端皆抵靠第一中央部11及第二中央部21。

动力组件40用以被固定于车架2(如图1所示)，且动力组件40包含一壳体41、一驱动件42及一电源43。壳体41设置于第二中央部21远离第一中央部11的一侧，且壳体41具有一容置空间411、一第一侧壁面412、一第二侧壁面413及一环形壁面414。第一侧壁面412、第二侧壁面413及环形壁面414皆背对于容置空间411。第一侧壁面412背对第二中央部21，以及第二侧壁面413面对第二中央部21。环形壁面414位于第一侧壁面412及第二侧壁面413之间，并连接第一侧壁面412及第二侧壁面413。驱动件42例如为马达。驱动件42及电源43皆位于壳体41内，且电源43电性连接驱动件42。驱动件42用以驱动路轮10转动。驱动件42例如是直接驱动路轮10，或驱动件42是通过齿轮或皮带间接驱动路轮10。电源43例如为电池，且电源43用以提供驱动件42电力。第一薄膜感测件50及第二薄膜感测件60设置于环形壁面414，且第二薄膜感测件60较第一薄膜感测件50靠近于手轮20的第二中央部21。

第一抵压件70包含一固定部71及一抵压部72。第一抵压件70的固定部71的其中一端通过其中一第一幅条部13间接固定于第一中央部11，且固定部71的部分位于壳体41的环形壁面414的周围。也就是说，壳体41的环形壁面414的部分面向固定部71。第一抵压件70的抵压部72例如为滚珠螺丝。抵压部72设置于固定部71，且抵压部72朝环形壁面414延伸并抵压第一薄膜感测件50。

第二抵压件80包含一固定部81及一抵压部82。第二抵压件80的固定部81的其中一端直接固定于第二中央部21，且固定部81的部分位于壳体41的环形壁面414的周围。也就是说，壳体41的环形壁面414的部分面向固定部81。第二抵压件80的抵压部82例如为滚珠螺丝。抵压部82设置于固定部81，且抵压部82朝环形壁面414延伸并抵压第二薄膜感测件60。受到抵压的第一薄膜感测件50及第二薄膜感测件60各感测到一感测值，此感测值例如为电阻值。

在本实施例中，第一抵压件70的固定部71是通过第一幅条部13间接固定于第一中央部11，但并不以此为限。在其他实施例中，第一抵压件的固定部可直接固定于第一中央部。

此外，第二抵压件80的固定部81直接固定于第二中央部21的设置，并非用以限定本发明。在其他实施例中，第二抵压件的固定部可通过其中一第二幅条部间接地固定于第二中央部。

再者，路轮10的第一中央部11及第一外环部12之间是通过这些第一幅条部13连接，且手轮20的第二中央部21及第二外环部22之间是通过这些第二幅条部23连接的设置，并非用以限定本发明。在其他实施例中，路轮的第一中央部及第一外环部之间可通过多个扇形板体连接，且手轮的第二中央部及第二外环部之间可通过多个扇形板体连接。

另外，第二薄膜感测件60较第一薄膜感测件50靠近于手轮20的第二中央部21的设置，并非用以限定本发明。在其他实施例中，第二薄膜感测件可较第一薄膜感测件靠近于第二中央部。

接着，请参阅图6，图6为图2的助力轮的部分方框示意图。

在本实施例中，助力轮1(如图2所示)更包含一控制器100。第一薄膜感测件50及第二薄膜感测件60电性连接控制器100。控制器100电性连接于驱动件42，且控制器100用以驱动驱动件42。

在本实施例中，手轮20可相对路轮10转动而处于一基准状态或一相对转动状态。请参阅图7，图7为图2的助力轮位于平地上的侧视示意图。

首先，以下说明皆是以助力轮1装设于车架2(如图1所示)而成为电动轮椅的情况进行描述。在路轮10停放于水平地面(后续简称平地S1)，且无外力施予手轮20的状态下，手轮20并无相对路轮10转动，且手轮20是位于基准状态。此时，第一薄膜感测件50(如图2所示)所感测的感测值与第二薄膜感测件60(如图2所示)所感测的感测值之间具有一第一感测差值。所谓的第一感测差值即为二薄膜感测件所感测的电阻值的差值。此外，第一抵压件70的抵压部72与路轮10的转动轴线P的连线与第二抵压件80的抵压部82与路轮10的转动轴线P的连线夹一第一夹角θ1。

接着，请参阅图8及图9，图8为图7的助力轮的手轮相对于路轮转动的侧视示意图。图9为图8的部分剖视示意图。

当使用者欲使电动轮椅沿图8中的方向D前进时，使用者可通过手施力于手轮20，而于手轮上20产生一扭矩T。此时，手轮20会相对路轮10转动，并通过这些弹性件30带动路轮10转动，且手轮20会处于相对转动状态。当手轮20处于相对转动状态时，手轮20的第二中央部21及路轮10的第一中央部11会抵压这些弹性件30，而令这些弹性件30变形。此外，第一抵压件70的抵压部72与路轮10的转动轴线P的连线与第二抵压件80的抵压部82与路轮10的转动轴线P的连线夹一第二夹角θ2，且第一薄膜感测件50(如图2所示)所感测的感测值与第二薄膜感测件60(如图2所示)所感测的感测值之间具有一第二感测差值。

接着，控制器100(如图6所示)依据第二感测差值与第一感测差值之间的变化取得手轮20相对路轮10转动的一角度值。此角度值即为第一夹角θ1及第二夹角θ2的差值。接着，控制器100会通过此角度值换算得知每一弹性件30的一变形量。在控制器100取得每一弹性件30的变形量后，控制器100再通过弹性件30的弹性系数获得让弹性件30变形的一作用力，并依据此作用力令驱动件42(如图6所示)提供给路轮10一辅助扭力，来帮助路轮10转动并前进。如此一来，前进的路轮10不仅是受到使用者的推动之外，还受到驱动件42的辅助扭力的帮助。

此外，若使用者须驱动件42提供给路轮10更大辅助扭力时，使用者可施予手轮20更大的扭矩，来让手轮20相对路轮10转动的角度值增加，以令控制器100依据更大的弹性件30的变形量驱动驱动件42提供更大的辅助扭力。

另外，当使用者欲使电动轮椅沿方向D的反向后退时，使用者可施予手轮20方向相反于扭矩T的一扭矩，来让驱动件42输出反向的辅助扭力给路轮10。此反向的辅助扭力的获得方式类似于辅助路轮10前进的辅助扭力的获得方式，故不再赘述。

接着，当使用者的手放开手轮20后，手轮20的第二中央部21会受到这些弹性件30的弹力带动，而让手轮20从相对转动状态转回基准状态。由于路轮10还在行进中，故路轮10会通过这些弹性件30带动处于基准状态下的手轮20。此时，第一抵压件70的抵压部72与路轮10的转动轴线P的连线与第二抵压件80的抵压部82与路轮10的转动轴线P的连线之间的夹角恢复成与等于第一夹角θ1，且第一薄膜感测件50所感测的感测值与第二薄膜感测件60所感测的感测值之间的差值恢复成等于第一感测差值。若使用者需驱动件42再提供路轮10辅助扭力时，则使用者可再重复推动手轮20的动作。

接着，请参阅图10至图12，图10为图2的助力轮位于坡地上的侧视示意图。图11为图10的助力轮的手轮相对于路轮转动的侧视示意图。图12为图11的部分剖视示意图。

如图10所示，接着将说明电动轮椅的助力轮1于坡地S2的使用状况。如图11及图12所示。当使用者施予手轮20与前述让电动轮椅于平地S1(如图8所示)上前进的相同扭矩T时，由于电动轮椅在坡地S2上会受到重力的影响，故路轮10受到手轮20带动而转动的角度α2会小于路轮10在平地S1上受到手轮20带动而转动的角度α1(如图8所示)。此外，重力及扭矩T分别会藉由路轮10的第一中央部11及手轮20的第二中央部21传递至每一弹性件30的相对二端，故造成每一弹性件30的变形量相较于在平地S1时受到扭矩T的作用下所产生的变形量增加。因此，在坡地S2上施予手轮20扭矩T所产生的辅助扭力会大于在平地S1上施予手轮20相同的扭矩T所产生的辅助扭力。如此一来，电动轮椅在爬坡时，使用者推动手轮20所产生的辅助扭力会有被放大的效果，来帮助路轮10在坡地S2上前进。

在本实施例中，控制器100是依据让弹性件30变形的作用力，驱动驱动件42提供给路轮10辅助扭力，但并不以此为限。在其他实施例中，控制件可依据弹性件的变形量或是直接依据手轮相对路转动的角度值，来驱动驱动件提供给路轮辅助扭力。

此外，这些弹性件30为压缩弹簧的设置，并非用以限定本发明。在其他实施例中，这些弹性件可为拉伸弹簧，且每一弹性件的相对二端分别固定于第一中央部及第二中央部。另外，这些弹性件30的数量并不以多个为限。在其他实施例中，弹性件的数量可为一。

在本实施例中，电阻式的第一薄膜感测件50及第二薄膜感测件60与第一抵压件70及第二抵压件80搭配，可相较于电磁式的霍尔元件与磁铁对于手轮20相对路轮10转动的角度的感测精度更为提升，使得驱动件42所输出的辅助扭力的大小更为符合使用者的需求，故提升了具有助力轮1的电动轮椅的使用便利性。

另外，由于助力轮1是通过重量较轻的第一抵压件70、第二抵压件80、第一薄膜感测件50及第二薄膜感测件60来调整驱动件42提供路轮10的辅助扭力，故具有助力轮1的电动轮椅可达到轻量化的目的，而让电动轮椅便于使用者搬运。

本实施例的动力组件40例如为可拆装地装设于车架2。详细来说，由于第一薄膜感测件50及第二薄膜感测件60是设置于壳体41的环形壁面414上，且二抵压部72、82是抵压于第一薄膜感测件50及第二薄膜感测件60，故有利于将动力组件40设计成可拆装于车架2的设置。更进一步以二抵压部72、82为滚珠螺丝来说，滚珠螺丝的壳体设置有弹簧及滚珠，且滚珠受到弹簧的推抵而抵压薄膜感测件，故在将动力组件40拆装时，可藉由动力组件40抵压滚珠，来让滚珠推抵弹簧而内缩于壳体的方式，来帮助动力组件40拆装于车架2。然而，动力组件40可拆装于车架2的设计，并非用以限定本发明。在其他实施例中，动力组件40与车架2之间可为不可分离的设计。

此外，由于动力组件40为可拆装地装设于车架2，故当使用者在需搬运具有助力轮1的电动轮椅时，可先将动力组件40拆下，以藉由减轻重量的方式来帮助搬运电动轮椅的作业。

根据上述实施例所揭露的助力轮，电阻式的第一薄膜感测件及第二薄膜感测件与第一抵压件及第二抵压件搭配，可相较于电磁式的霍尔元件与磁铁对于手轮相对路轮转动的角度的感测精度更为提升，使得驱动件所输出的辅助扭力的大小更为符合使用者的需求，故提升了具有助力轮的电动轮椅的使用便利性。

另外，由于助力轮是通过重量较轻的第一抵压件、第二抵压件、第一薄膜感测件及第二薄膜感测件来调整驱动件提供路轮的辅助扭力，故具有助力轮的电动轮椅可达到轻量化的目的，而让电动轮椅便于使用者搬运。

此外，二薄膜感测件设置于动力组件的壳体上并分别受到二抵压部抵压的设计，有利于将动力组件设计为可拆装于车架的设计。因此，可拆装于车架的动力组件可让使用者藉由减轻重量的方式帮助搬运电动轮椅的作业。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种助力轮，适于被固定于一车架，其特征在于，包含：

一路轮，用以能够转动地设置于该车架；

一手轮，设置于该路轮，且该手轮能够相对该路轮转动；

至少一弹性件，该至少一弹性件的相对二端分别连接于该路轮及该手轮；

一第一抵压件及一第二抵压件，分别设置于该路轮及该手轮；

一动力组件，用以被固定于该车架；

一第一薄膜感测件及一第二薄膜感测件，设置于该动力组件，且该第一薄膜感测件及该第二薄膜感测件分别受到该第一抵压件及该第二抵压件抵压，以令该第一薄膜感测件及该第二薄膜感测件各感测到一感测值；以及

一控制器，用以接收该第一薄膜感测件及该第二薄膜感测件的该二感测值，以及驱动该动力组件；

其中，当该手轮相对该路轮转动时，该控制器依据该第一薄膜感测件所感测的该感测值及该第二薄膜感测件所感测的该感测值之间的差值的变化，调整该动力组件提供该路轮的一辅助扭力。

2.根据权利要求1所述的助力轮，其特征在于，该路轮包含一第一中央部及一第一外环部，该第一外环部连接该第一中央部，该手轮包含一第二中央部及一第二外环部，该第二外环部连接该第二中央部，该第二中央部叠设于该第一中央部，该至少一弹性件位于该第一中央部及该第二中央部之间，该第一抵压件设置于该第一中央部，该第二抵压件设置于该第二中央部，且该动力组件设置于该第二中央部远离该第一中央部的一侧。

3.根据权利要求2所述的助力轮，其特征在于，该第一中央部与该第二中央部皆具有至少一凹槽，该第一中央部的至少一凹槽及该第二中央部的至少一凹槽共同形成一容置空间，该至少一弹性件设置于该容置空间内。

4.根据权利要求3所述的助力轮，其特征在于，该至少一弹性件的数量为多个，该第一中央部与该第二中央部的该至少一凹槽的数量皆为多个，该第一中央部的该些凹槽及该第二中央部的该些凹槽分别共同形成多个容置空间，该些弹性件分别位于该些容置空间内。

5.根据权利要求3所述的助力轮，其特征在于，该至少一弹性件为压缩弹簧，且该至少一弹性件的相对二端皆抵靠该第一中央部及该第二中央部。

6.根据权利要求2所述的助力轮，其特征在于，该至少一弹性件为拉伸弹簧，且该至少一弹性件的相对二端分别固定于该第一中央部及该第二中央部。

7.根据权利要求2所述的助力轮，其特征在于，该动力组件具有一第一侧壁面及一第二侧壁面及一环形壁面，该第一侧壁面背对该第二中央部，该第二侧壁面面对该第二中央部，该环形壁面位于该第一侧壁面及该第二侧壁面之间，并连接该第一侧壁面及该第二侧壁面，且该第一薄膜感测件及该第二薄膜感测件设置于该环形壁面。

8.根据权利要求7所述的助力轮，其特征在于，该第一抵压件及该第二抵压件各包含一固定部及一抵压部，该第一抵压件的该固定部之其中一端固定于该第一中央部，且该第一抵压件的该固定部的部分位于该动力组件的该环形壁面的周围，该第一抵压件的该抵压部设置于该第一抵压件的该固定部，且该第一抵压件的该抵压部朝该动力组件延伸，该第二抵压件的该固定部之其中一端固定于该第二中央部，且该第二抵压件的该固定部的部分位于该动力组件的该环形壁面的周围，该第二抵压件的该抵压部设置于该第二抵压件的该固定部，且该第二抵压件的该抵压部朝该动力组件延伸，该第一抵压件的该抵压部及该第二抵压件的该抵压部分别抵压该第一薄膜感测件及该第二薄膜感测件。

9.根据权利要求8所述的助力轮，其特征在于，该二抵压部皆为滚珠螺丝。

10.根据权利要求1所述的助力轮，其特征在于，该动力组件包含一壳体、一驱动件及一电源，该驱动件及该电源皆位于该壳体内，该电源电性连接该驱动件，该控制器用以驱动该驱动件，且该驱动件用以提供该辅助扭力予该路轮。

11.根据权利要求10所述的助力轮，其特征在于，该手轮能够相对该路轮转动而处于一基准状态或一相对转动状态，当该手轮处于该基准状态时，该手轮与该路轮皆无转动，或该手轮仅被该至少一弹性件带动而随该路轮转动，该第一薄膜感测件的该感测值及该第二薄膜感测件的该感测值之间具有一第一感测差值，当该手轮处于该相对转动状态时，该手轮相对该路轮转动，且该第一薄膜感测件的该感测值及该第二薄膜感测件的该感测值之间具有一第二感测差值，该控制器依据该第二感测差值与该第一感测差值之间的变化取得该手轮相对该路轮转动的一角度值，该控制器通过该角度值调整该驱动件提供予该路轮的该辅助扭力。

12.根据权利要求11所述的助力轮，其特征在于，当该手轮处于该相对转动状态时，该至少一弹性件被该手轮及该路轮抵压而变形，该控制器依据该手轮相对该路轮转动的该角度值取得该至少一弹性件的一变形量，且该控制器通过该变形量调整该驱动件提供予该路轮的该辅助扭力。

13.根据权利要求1所述的助力轮，其特征在于，该动力组件用以能够拆卸地被固定于该车架。

Images