CN1442680A - 扭力侦测器改良 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扭力侦测器改良，尤指使用于电动自行车的脚踏板扭力侦测，其具有一扭力感测转轴，并连结于中段车架的五通管内及驱动齿盘处，而两端为分别连接有脚踏板，即可以踩踏方式使脚踏板驱动旋转，一曲柄联结块、弹性钢板及扭力侦测器组定位于该驱动齿盘内面上，且扭力侦测器组为可容置一变形量放大器于其内，此变形量放大器为可由曲柄联结块的一曲柄抵压弹性钢板呈一变形，使该弹性钢板压动变形量放大器中的电阻应变片，由其变形程度来提供扭力感测转轴受力旋转时的相对扭力变形量的电气讯号输出，用以检出脚踏板的扭力感测电气讯号及转动方向讯号给上述电动车辆的马达动力控制器，此达到有效的电力输出。

Description

扭力侦测器改良

技术领域

本发明为一种扭力侦测器改良，尤指使用于电动自行车的辅助动力，而由脚踏板的踩踏力量来使曲柄联结块的一曲柄抵压弹性钢板呈一变形，该弹性钢板压动变形量放大器中的电阻应变片的变形程度，提供扭力感测转轴受力旋转时欲转动的相对扭力变形量的电气讯号输出，用以达到稳定的侦测效果。

背景技术

按，电动自行车为目前颇为风行的交通代步工具之一，特别是在于环保观念普遍深植人心的环境趋势下，电动自行车已颇有逐渐取代自行车成为未来轻型代步工具的主流。然而，在电动自行车结构中，桌子主要的动力来源为诸如电动马达的辅助传动动力源，因此，必需善加控制此一辅助传动动力源的运转，方可使电动自行车在运转及行驶操作过程中，达到人车一体的效果，否则只有徒增电力能源耗损及增添人员骑乘操作的安全问题。

然而，在一般传统的电动自行车结构中，简单的辅助传动动力源操作方式则是将该电动辅助传动动力源(如马达)装设于自行车前轮或后轮，由装设在操作把手上的电动开关的开(on)或关(off)作为启动电动辅助传动动力源的控制装置，由骑乘者手指压按操作来启动该辅助传动动力源，经由该辅助传动动力源投入全功率的辅助动力，因此，该辅助动力尖的输出功率并未经适当的控制及调整，极易造成无谓的电力浪费。举例来说，例如：在于电动自行车启动时，该辅助传动动力源必需投入较大的扭力，以使辅助电动自行车运转，或是在下坡或平坦路面行驶时，该辅助传动动力源必需完全切断不提供辅助动力或投入较小的辅助动力。

另外，上述习知的电动自行车辅助动力输出扭力控制，由于该输入控制信号为单纯的开、关型态，且所投入的辅助动力扭力亦为最大，并无法自动视该电动自行车的实际脚踏板踩踏状态及转速来作调整及辅助，除了极易造成无谓的电力及人力浪费外，在该电动自行车行驶的过程中，也极易产生辅助动力瞬间投入或切断的情况发生，如起步及停车，由于该辅助传动动力源于瞬间投入的扭力改变太快，使该电动自行车产生晃动或震动不稳的状态，而无法使该电动自行车产生人车一体的效果。

再者，或有厂商因而萌生改良，以加油把手的结构及操作方式，来控制该电动自行车中的辅助传动动力源辅助动力投入大小，固然可较上述习知以开关压按控制方式稍有改善其辅助动力及扭力投入的问题，但以单手加油方式来操作该辅助传动动力源的投入，必需凭驾驶者的目视状态及经验判断以转动加油把手而控制辅助传动动力源的投入大小，因此，亦无法完全达到使电动自行车真正视路况及实际的扭力需求状态而投入适当的动力及扭力，尤其是在于长时间的行驶时，易使双手肌肉紧绷疲累或因突发状况而紧张失控，如将加油把手旋转到最大，无法立即归位，造成操作上产生失控而酿成意外灾害。

除此之外，在相关先前专利技术文献方面，如台湾新型专利申请案第八四二一五五三八号“脚踏趋动电动辅助动力马达装置”，则揭示一种辅助动力马达的动力投入控制方式，其缺点则如上述习知以加油把手方式控制的电动自行车一般，无法真正视不同情况及实际的扭力需求来达到适当输出辅助动力的效果；此外，在美国专利第5,900,703号案，则又揭示了在于脚踏板所传动的齿盘上装设以若干磁铁，并在车架对应位置上装设以磁簧开关的侦测结构，用以根据齿盘上的磁铁及车架上的磁簧开关间的间距感应信号来控制启动(on)辅助传动动力或切断(off)辅助传动动力，但其缺点是该辅助传动动力源，如马达输出功率均一，无法视实际路况投入不同需求的功率，因此，在于不用大功率及扭力投入，但仍需辅助传动动力投入的状态下，则需频频由机械式的刹车来搭配控制，相对地，造成更多无效电力的耗损，致使电动自行车的行程范围缩小及辅助传动动力的效率变差。

故，申请人有鉴于上述缺点，乃搜集相关资料，经由多方评估及考量，并以从事于此行业累积的多年经验，经由不断试作及修改，始设计出此种有效的电力输出扭力侦测器改良的专利申请。

发明内容

本发明的主要目的即是在提供一种扭力侦测器改良，由扭力变形元件(strain gage)直接侦测脚踏板实际踩踏力量，来决定电动自行车辅助动力马达的投入动力及扭力大小，俾可真实反应实际路况及驾驶者的踩踏扭力需求，而投入适当大小的辅助动力及阻力，可使电动自行车于行驶上更加顺畅，并使该辅助传动动力更具有效率，而上述扭力变形元件(strain gage)是贴合于一弹性钢板上，并以此弹性钢板压动变形量放大器中的电阻应变片所产生的变形程度，用以提供扭力感测转轴受力旋转时欲转动的相对扭力变形量的电气讯号输出，再由一讯号检出装置，用以检出脚踏板的扭力感测电气讯号及转动方向讯号给上述电动车辆的马达动力控制器，此达到有效的电力输出。

本发明的又一目的是由侦测脚踏板的踩踏扭力需求，来控制电动自行车的辅助传动动力投入，可使电动自行车在行驶过程中完全由脚踏力量来控制辅助传动动力的输出，而不致因紧张失控而酿成意外，可确保电动自行车的行驶安全。

本发明使用于电动车的脚踏板扭力侦测，其特征在于具有一扭力感测转轴，定位于中段车架的五通管内及驱动齿盘处，而两端分别枢接有脚踏板；以及，一曲柄联结块、弹性钢板及扭力侦测器组定位于该驱动齿盘内面上，且扭力侦测器组为可容置一变形量放大器于其内，其线路与扭力感测转轴的接触端为相连结，即可以踩踏方式使脚踏板驱动旋转，使曲柄联结块的一曲柄抵压弹性钢板呈一变形，而可依其变形程度来提供扭力感测转轴受力旋转时的相对扭力变形量的电气讯号输出。

本发明是由其变形程度来提供扭力感测转轴受力旋转时的相对扭力变形量的电气讯号输出，用以检出脚踏板的扭力感测电气讯号，此达到有效的电力输出。输出较大的功率及扭力辅助电动自行车起步或上坡运转，使驾驶者于运转操纵时真正可达到省力及减轻体力负担的功效。可使电动自行车在行驶过程中完全由脚踏力量来控制辅助传动动力的输出，辅助电动自行车运转，行驶安全。

附图说明

图1为本发明的立体分解图。

图2为本发明的立体外观图。

图3为本发明的讯号检出装置的立体分解图。

图4为本发明的扭力感测转轴与讯号检出装置的侧视剖面图。

图5为本发明的扭力侦测器组的变形量放大器电路图。

图6为本发明曲柄联结块踩踏前的动作示意图。

图7为本发明曲柄联结块踩踏时的动作示意图。

图8为本发明的较佳实施例侧视图。

图中的1为扭力感测转轴，11为转向元件，111为接触端，112为绝缘马达控制器，A6为辅助动力马达，A7为螺栓。

具体实施方式

为达成上述目的及构造，本发明所采用技术手段及其功效，兹绘图就本发明的较佳实施例详加说明其步骤及功能如下，俾利完全了解。

请参阅第一、二、三、四图所示，本发明的扭力侦测器改良，包含一扭力感测转轴1，装设于电动自行车A(如第八图所示)的车架A1中段部份的五通管A11内，且该扭力感测转轴1上设有复数转向元件11及于转向元件表面设有接触端111，而接触端111与位于扭力侦测器组的变形量放大器形成连结。该接触端111为导体环绕结合于该扭力感测转轴1的转向元件11上，并且各接触端111间则以一绝缘环112来区隔，而转向元件11则为磁性元件、红外线感应器或其它等效元件所构成，且埋设于该扭力感测转轴1内部；再者，扭力感测转轴1的两侧端分别设有一连接端113，以穿套于电动自行车A的驱动齿盘A2后，分别连结脚踏板A3，并同时透过若干螺栓A7锁固连结一曲柄联结块2于该驱动齿盘A2内面上，且于该曲柄联结块2周缘对应的两个反向一百八十度的位置上，分别延设一曲柄21，且于其中一曲柄21的内侧则连结一固定块22，该固定块22则亦固定于驱动齿盘A2内面，而另侧曲柄21的外侧连结一弹性钢板3，该弹性钢板3一侧则亦固定于扭力侦测器组4一侧，且扭力侦测器组4具有一凹槽41，为可容置一变形量放大器42于其内，其线路与扭力感测转轴1的接触端111相为连结，以于扭力感测转轴1受力旋转时，产生相对的扭力感测电气讯号经由接触端111来输出，而上述的扭力侦测器组4亦固定于驱动齿盘A2内面，续利用一讯号检出装置5，于表面设有若干孔洞50，以螺栓A7穿过锁于该五通管A11下方预设的槽孔A111中，并且，该五通管外表设有讯号检出装置，用以检出脚踏板的扭力感测电气讯号及转动方向讯号给电动自行车的马达动力控制器，该讯号检出装置5设有复数的接触棒51及转向感测元件52，并罩覆有一绝缘外壳54；其中，该接触棒51为具有上、下伸缩弹性，以自槽孔A111伸入五通管A11内而分别接触于该扭力感测转轴1的接触端111及转向元件，以引接扭力侦测器组4的变形量放大器42所输出的扭力感测电气讯号，并经由一输出端53连接一电缆A4输出至电动自行车A的马达动力控制器A5中(参阅第八图所示)，以供该马达动力控制器A5作为动力及扭力输出的控制参考，而该转向感测元件52与扭力感测转轴1中的转向元件11相互对应，以于该扭力转轴1作正转或联系转方向运转时，分别感应不同的转向电气讯号，并经由上述输出端53输出至马达动力控制器A5中，以提供该马达控制器A5作电动自行车A运转方向或转速及车速的判别参考。

请再配合第五图所示，为上述扭力侦测器组4的变形量放大器42的详细线路图，其中，电源BATTERY是透过该接触端111而自该马达动力控制器A5中引入，换言之，上述接触端111，至少有两个为电源端BATTERY的输入端，以提供整个变形量放大器42的工作电压，并且，该变形量放大器42包括至少两个电阻应变片421及422，该变形量放大器的电阻应变片于线路上为可变电阻型态，随该扭力感测转轴1受力旋转而产生电阻值变化，在电气特性上可分别视同为一可变电阻器元件，并且，该电阻应变片421及422则与电阻器R1及R3构成一电桥网路，并再由侦测端点B1及B2引出其侦测电位，而上述变形量放大器42包括复数的运算放大器U1及U2，以配合电阻器R4、R5、R6、R7、R8、R9及可变电阻器VR2，形成一差动放大网路，以引接上述电桥网路中侦测端点B1及B2的电位输入，并由该运算放大器U2的输出端U21，将相对于扭力变化的电气讯号经由上述接触端111其中一者输出至上述电动自行车A中的马达动力控制器A5。

请再参阅第六、七图所示，当脚踏板A3在起步踩踏及每一次施力向前踩踏过程中，必需先行克服该曲柄联结块2与弹性钢板3的阻尼弹力，方可使该驱动齿盘A2被带动运转，而该弹性钢板3的其中一端与扭力侦测器组4间形成有一间隙40，为可供扭力感测元件置于其内且固定于弹性钢板上，并利用一扭力感测元件6置于该间隙40之间并固定于弹性钢板3上，由曲柄联结块2的曲柄21转动推挤弹性钢板3，使其与扭力侦测器组4间的间隙40与该扭力感测元件6间的距离变化，使该扭力感测元件6产生相对的感应电压讯号变化，作为扭力变化的感应讯号，并将扭力变化的感应讯号传送至变形量放大器42；此外，该扭力感测转轴1的一侧表面横向凿设有一线槽114(如第一图所示)，以供一讯号线缆12埋设固定，该讯号线缆12的一端则连结至上述扭力感测转轴1的接触端111，另一端则连结至变形量放大器42，故扭力感测转轴1的接触端111可传导连结电气讯号，并将其所连接的电气讯号传送至讯号检出装置5来连结传送至该电动自行车A的马达动力控制器A5。

当电动自行车A于上坡或起步的过程中，该脚踏板A3的踩踏施力力量较大，故使该曲柄联结块2中的弹性钢板3与扭力侦测器组4间的间隙40与该扭力感测元件6间的距离变化变大，换言之，该扭力感测元件6所感应获得的电压讯号变化量亦较高，并经由该变形量放大器42将电压讯号放大后，传送至扭力感测转轴1的接触端111后，再传导至讯号检出装置5(如第一图所示)，由讯号检出装置5再传送至电动自行车A的马达动力控制器A5，使该马达动力控制器A5控制辅助动力马达A6(请参阅第八图所示)，输出较大的功率及扭力辅助电动自行车A起步或上坡运转，使驾驶者于运转操纵时真正可达到省力及减轻体力负担的功效。

此外，当电动自行车A处于平坦路面或下坡行驶时，该脚踏板A3的踩踏施力力量较小或为零(不施力)，故使该曲柄联结块2中的弹性钢板3与扭力侦测器组4间的间隙40与该扭力感测元件6间的距离变化变小或不变动，换言之，该扭力感测元件6所感应获得的电压讯号变化量亦较小或为零，并经由该变形量放大器42传送至扭力感测转轴1的接触端111后，再传导至讯号检出装置5(如第一图所示)，由讯号检出装置5再传送至电动自行车A的马达动力控制器A5，使该马达动力控制器A5控制辅助动力马达A6，投入较小的功率及扭力以配合电动自行车A作平坦路面或下坡行驶，或亦可由该扭力感测转轴1中的转向元件11及该讯号检出装置5中的转向感测元件52来决定车辆运转方向及侦测车速之用，另外，转向元件11为一个或以上的感测元件组成，当脚踏板A3带动扭力感测转轴1时，其转向元件11跟随转动，则转向感测元件52可侦测的讯息为连续性的，可使电动自行车A转动，若可检测的讯号不为连续性时则不让电动自行车A转动，此防止车停时脚踏板A3轻踏发生暴冲的情况产生而造成意外，并使驾驶者于运转操作时可达到省电及确保行车安全的功效。

Claims (10)

1.一种扭力侦测器改良，使用于电动车的脚踏板扭力侦测，其特征在于它具有一扭力感测转轴，定位于中段车架的五通管内及驱动齿盘处，而两端分别枢接有脚踏板；以及，一曲柄联结块、弹性钢板及扭力侦测器组定位于该驱动齿盘内面上，且扭力侦测器组为可容置一变形量放大器于其内，其线路与扭力感测转轴的接触端为相连结，即可以踩踏方式使脚踏板驱动旋转，使曲柄联结块的一曲柄抵压弹性钢板呈一变形，而可依其变形程度来提供扭力感测转轴受力旋转时的相对扭力变形量的电气讯号输出。

2.如权利要求1所述的扭力侦测器改良，其特征在于该扭力感测转轴上设有复数转向元件及于转向元件表面设有接触端，而接触端则与位于扭力侦测器组的变形量放大器形成连结。

3.如权利要求1所述的扭力侦测器改良，其特征在于该五通管外表设有讯号检出装置，用以检出脚踏板的扭力感测电气讯号及转动方向讯号给电动自行车的马达动力控制器。

4.如权利要求1所述的扭力侦测器改良，其特征在于该讯号检出装置具有复数接触棒及转向感测元件，以伸入五通管内分别接触于该扭力感测转轴的接触端及转向元件。

5.如权利要求2所述的扭力侦测器改良，其特征在于该扭力感测转轴表面的转向元件为磁性元件、红外线感应器或其它等效元件所构成。

6.如权利要求2所述的扭力侦测器改良，其特征在于该扭力感测转轴表面的各接触端间，分别设有一绝缘环。

7.如权利要求1所述的扭力侦测器改良，其特征在于该变形量放大器中，包括有至少两个电阻应变片。

8.如权利要求7所述的扭力侦测器改良，其特征在于该变形量放大器的电阻应变片于线路上为可变电阻型态。

9.如权利要求1所述的扭力侦测器改良，其特征在于该曲柄联结块的弹性钢板与扭力侦测器组间形成一间隙，为可供扭力感测元件置于其内且固定于弹片钢板上。

10.如权利要求1所述的扭力侦测器改良，其特征在于该曲柄联结块的间隙所感应的扭力感测电气讯号，透过扭力感测转轴的接触端传送至讯号检出装置。

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