CN202201119U - 脚踏车的助力控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种脚踏车的助力控制装置，是配置在一个包括一个曲柄轴的脚踏车，该助力控制装置包含一个套固于该曲柄轴的驱动件、一个连接并受该驱动件的带动而转动的从动件、一个安装于该驱动件且根据该驱动件的形变量输出一个反应讯号的应变感测器、一个电连接该应变感测器以计算输出一个扭力讯号的扭力计算单元、一个套设于该曲柄轴以输出一个转速侦测讯号的转速侦测单元，及一个电连接该转速侦测单元并产生一个动力控制讯号的操控单元，借由测量该驱动件带动该从动件转动时所产生的形变，及由该转速侦测单元测量转速后，能够精准计算出骑乘者的施力而应用于各种路况。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种助力控制装置，特别是涉及一种利用转速侦测讯号与扭力讯号以整合控制辅助动力的脚踏车的助力控制装置。
背景技术
现有的一种电动辅助脚踏车，如中国台湾专利第M326504号专利所示，主要是在脚踏车的脚踏构件上设置踏力感测组，而直接接触骑乘者的脚底来感测脚踏力，并以所测得的感测信号控制驱动马达转动，进而提供动力以辅助驱动脚踏车，据以减轻骑乘者的踩踏负荷。
不过，由于骑乘者所花费的踩踏能量是与施力及踩踏速度有关，因此只通过测定踏力作为辅助控制并不能充分反映骑乘者的施力状况，而无法使该电动辅助脚踏车在各种路况时(如上坡、平地或下坡等)皆能让骑乘者舒适的骑乘。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能够精准的反应骑乘者施力的脚踏车的助力控制装置。
本实用新型脚踏车的助力控制装置，是配置在一个脚踏车，该脚踏车包括一个沿一条轴线方向延伸的曲柄轴，该助力控制装置包含一个驱动件、一个从动件、一个应变感测器、一个扭力计算单元、一个转速侦测单元，及一个操控单元。
该驱动件套固于该曲柄轴，并能够随该曲柄轴而转动，该从动件套设于该曲柄轴，且连接并受该驱动件的带动而转动，该应变感测器安装于该驱动件，且于接收一个初始讯号后根据该驱动件的形变量输出一个反应讯号，该扭力计算单元电连接该应变感测器以计算输出一个扭力讯号，该转速侦测单元套设于该曲柄轴并根据该曲柄轴的转速以输出一个转速侦测讯号，该操控单元包括一个电连接该转速侦测单元且分别接收该转速侦测讯号与该扭力讯号的接收模组，及一个电连接该接收模组以产生一个动力控制讯号的处理模组。
本实用新型所述脚踏车的助力控制装置还包含一个配置于该曲柄轴上的整合电路板，该扭力计算单元是设置于该整合电路板。
本实用新型所述脚踏车的助力控制装置中，该扭力计算单元包括一个电连接该应变感测器并计算输出该扭力讯号的运算模组、一个电连接该运算模组并转传该扭力讯号的无线传输模组、一个电连接该运算模组的电刷模组，及一个电连接该电刷模组的供电模组，该电刷模组具有二个沿该轴线方向间隔设置并环绕该曲柄轴且分别电连接该运算模组的一个第一导电环及一个第二导电环、一个能够滑动地触抵于该第一导电环的第一电刷，及一个能够滑动地触抵于该第二导电环的第二电刷，该供电模组电连接该第一电刷及该第二电刷以分别供应一个高电平讯号及一个低电平讯号。
本实用新型所述脚踏车的助力控制装置中，该电刷模组还具有一个套设于该曲柄轴并供该第一导电环及该第二导电环设置的绝缘环。
本实用新型所述脚踏车的助力控制装置中，该电刷模组还具有一个环绕该第一导电环及该第二导电环的管套，及一个设置于该管套以供该第一电刷及该第二电刷穿设的安装座。
本实用新型所述脚踏车的助力控制装置中，该转速侦测单元包括一个连结于该曲柄轴的光波发送器，及一个环绕该曲柄轴且电连接该接收模组并于接收该光波发送器发射的光之后输出该转速侦测讯号的光波感测器。
本实用新型所述脚踏车的助力控制装置中，该光波发送器具有一个配置数个发射出800～950nm波长光的光源以供该光波感测器接收的环型发射板。
本实用新型的有益效果在于：借由测量该驱动件带动该从动件转动时所产生的形变，及由该转速侦测单元测量转速后，能够精准计算出反应骑乘者施力的该动力控制讯号以驱动该马达，而能用于各种路况。
附图说明
图1是一个本实用新型脚踏车的助力控制装置的一个较佳实施例的立体组合图；
图2是该较佳实施例的局部立体示意图；
图3是该较佳实施例的立体分解图；
图4是该较佳实施例的电气方块图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。
参阅图1、2、3，本实用新型脚踏车的助力控制装置的较佳实施例是配置在一个脚踏车(图未示)，该脚踏车包括一个沿一条轴线方向L延伸的曲柄轴11、分别安装于该曲柄轴11的两侧的一个第一环体12及一个第二环体13、二个分别位于该第一环体12及该第二环体13的外侧的曲柄(图未示)、分别安装于该第一环体12及该第二环体13内的一个第一轴承14及一个第二轴承15、一个套设于该曲柄轴11的电路板固定座16，及一个连接该脚踏车以提供该脚踏车辅助动力的马达(图未示)。
参阅图2、3、4，该助力控制装置包含一个驱动件2、一个从动件3、一个应变感测器4、一个扭力计算单元5、一个整合电路板6、一个转速侦测单元7，及一个操控单元8。
该驱动件2套固于该曲柄轴11，并能够随该曲柄轴11而转动。
该从动件3套设于该曲柄轴11，且连接并受该驱动件2的带动而转动。于本实施例中，该驱动件2及该从动件3分别是以两凸块彼此交错环绕于该曲柄轴11，当该驱动件2随该曲柄轴11转动时，通过凸块的带动而连动该从动件3转动。
该应变感测器4安装于该驱动件2，且于接收一个初始讯号91后根据该驱动件2的形变量输出一个反应该驱动件2的形变量的反应讯号92。于本实施例中，该应变感测器4为一个电阻式应变计，且其一端接收该初始讯号91，另一端输出该反应讯号92。
该扭力计算单元5电连接该应变感测器4以计算输出一个扭力讯号93，且包括一个电连接该应变感测器4并计算输出该扭力讯号93的运算模组51、一个电连接该运算模组51并以无线传输方式转传该扭力讯号93的无线传输模组52、一个电连接该运算模组51的电刷模组53，及一个电连接该电刷模组53的供电模组54。于本实施例中，通过该无线传输模组52转传后的该扭力讯号93为一种无线射频讯号，该供电模组54为一个蓄电池。
该电刷模组53具有二个沿该轴线方向L间隔设置并环绕该曲柄轴11且分别电连接该运算模组51的一个第一导电环531及一个第二导电环532、一个能够滑动地触抵于该第一导电环531的第一电刷533、一个能够滑动地触抵于该第二导电环532的第二电刷534、一个套设于该曲柄轴11并供该第一导电环531及该第二导电环532设置的绝缘环535、一个环绕该第一导电环531及该第二导电环532的管套536，及一个设置于该管套536以供该第一电刷533及该第二电刷534穿设的安装座537。
该供电模组54电连接该第一电刷533及该第二电刷534以分别供应一个高电平讯号94及一个低电平讯号95，该供电单元54的高电平讯号94及低电平讯号95分别通过该第一电刷533、该第二电刷534、该第一导电环531及该第二导电环532传导至该运算模组51内以进行供电，并提供适当的该初始讯号91至该应变感测器4，以测量相对应该应变感测器4的形变。
该整合电路板6配置于该曲柄轴11上，且安装于该电路板固定座16，该扭力计算单元5是设置于该整合电路板6。
该转速侦测单元7套设于该曲柄轴11并根据该曲柄轴11的转速以输出一个转速侦测讯号96。
该转速侦测单元7包括一个连结于该曲柄轴11的光波发送器71，及一个环绕该曲柄轴11且呈恒定不转动并于接收该光波发送器71发射的光之后输出该转速侦测讯号96的光波感测器72。于本实施例中，该光波发送器71随该曲柄轴11转动时，该光波感测器72根据旋转的光计算出相对应该曲柄轴11的转速的该转速侦测讯号96。
该光波发送器71具有一个配置数个发射出800～950nm波长光的光源以供该光波感测器72接收的环型发射板711。
该操控单元8包括一个电连接该转速侦测单元7的光波感测器72且分别接收该转速侦测讯号96与该扭力讯号93的接收模组81，及一个电连接该接收模组81以产生一个动力控制讯号97的处理模组82，该接收模组81具有一个接收该扭力讯号93的接收线圈811。
该处理模组82整合该转速侦测讯号96及该扭力讯号93后产生该动力控制讯号97，以操控安装于该脚踏车的该马达适度的提供动能到该脚踏车。
使用时，当骑乘者踩踏该脚踏车而使所述曲柄、该曲柄轴11及该驱动件2转动时，受到该驱动件2带动的该从动件3会相对该驱动件2产生负载，而使该驱动件2产生微量形变，此时该应变感测器4同样形变而使输出相对应形变的该反应讯号92至该运算模组51，并于运算后得出相对应该曲柄轴11的扭力的该扭力讯号93，接着通过该无线传输模组52以无线传输方式输出给该操控单元8的接收模组81。
同时，设置于该曲柄轴11的该光波发送器71持续受到连动而转动，此时该光波感测器72根据该光波发送器71于转动时所发射出的特定波长的光，进而计算出该曲柄轴11的转速并输出该转速侦测讯号96给该操控单元8的接收模组81，此时，配合该扭力讯号93及该转速侦测讯号96就能够判断出骑乘者目前的路况(如上坡、平地或下坡等)。
由于骑乘者脚踏时作功P的大小(也就是所消耗的能量)是与转速ω及输出力量T成正比，因此能够以下列方程式表示：
P＝ωT＝2πf·T
其中f为每秒钟转动次数
由于输出力量T是正比于该曲柄轴11所受到的扭力，因此，该操控模组8于接收到该转速侦测讯号96及该扭力讯号93后，就能够计算出骑乘者实际脚踏时所消耗的能量，此时再配合路况的判断后，就能够以该处理模组82换算出较佳的该动力控制讯号97给该马达，相较于现有的电动辅助脚踏车，本实用新型能够让该马达的动力能够完全反应骑乘者的真实作功，进而让骑乘者的使用上更为舒适。
综上所述，借由测量该驱动件2带动该从动件3转动时所产生的形变，使施加于该曲柄轴11的扭力能得以计算，再配合由该转速侦测单元7测量转速后，能够精准计算出反应骑乘者施力的该动力控制讯号97以驱动该马达，使脚踏车骑乘时的辅助施力能够用于各种路况的修正，因此较以往的电动辅助脚踏车所应用的范围更广且更准确。
Claims (8)
1.一种脚踏车的助力控制装置，配置于一个脚踏车，该脚踏车包括一个沿一条轴线方向延伸的曲柄轴，其特征在于：该脚踏车的助力控制装置包含一个套固于该曲柄轴并能够随该曲柄轴而转动的驱动件、一个套设于该曲柄轴且连接并受该驱动件的带动而转动的从动件、一个安装于该驱动件且于接收一个初始讯号后根据该驱动件的形变量输出一个反应讯号的应变感测器、一个电连接该应变感测器以计算输出一个扭力讯号的扭力计算单元、一个套设于该曲柄轴并根据该曲柄轴的转速以输出一个转速侦测讯号的转速侦测单元，及一个操控单元，该操控单元包括一个电连接该转速侦测单元且分别接收该转速侦测讯号与该扭力讯号的接收模组，及一个电连接该接收模组以产生一个动力控制讯号的处理模组。
2.根据权利要求1所述的脚踏车的助力控制装置，其特征在于：该脚踏车的助力控制装置还包含一个配置于该曲柄轴上的整合电路板，该扭力计算单元是设置于该整合电路板。
3.根据权利要求2所述的脚踏车的助力控制装置，其特征在于：该扭力计算单元包括一个电连接该应变感测器并计算输出该扭力讯号的运算模组、一个电连接该运算模组并转传该扭力讯号的无线传输模组、一个电连接该运算模组的电刷模组，及一个电连接该电刷模组的供电模组，该电刷模组具有二个沿该轴线方向间隔设置并环绕该曲柄轴且分别电连接该运算模组的一个第一导电环及一个第二导电环、一个能够滑动地触抵于该第一导电环的第一电刷，及一个能够滑动地触抵于该第二导电环的第二电刷，该供电模组电连接该第一电刷及该第二电刷以分别供应一个高电平讯号及一个低电平讯号。
4.根据权利要求3所述的脚踏车的助力控制装置，其特征在于：该电刷模组还具有一个套设于该曲柄轴并供该第一导电环及该第二导电环设置的绝缘环。
5.根据权利要求4所述的脚踏车的助力控制装置，其特征在于：该电刷模组还具有一个环绕该第一导电环及该第二导电环的管套，及一个设置于该管套以供该第一电刷及该第二电刷穿设的安装座。
6.根据权利要求1所述的脚踏车的助力控制装置，其特征在于：该转速侦测单元包括一个连结于该曲柄轴的光波发送器，及一个环绕该曲柄轴且电连接该接收模组并于接收该光波发送器发射的光之后输出该转速侦测讯号的光波感测器。
7.根据权利要求5所述的脚踏车的助力控制装置，其特征在于：该转速侦测单元包括一个连结于该曲柄轴的光波发送器，及一个环绕该曲柄轴且电连接该接收模组并于接收该光波发送器发射的光之后输出该转速侦测讯号的光波感测器。
8.根据权利要求7所述的脚踏车的助力控制装置，其特征在于：该光波发送器具有一个配置数个发射出800～950nm波长光的光源以供该光波感测器接收的环型发射板。
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| WO2021044157A1 (en) * | 2019-09-04 | 2021-03-11 | Freeflow Technologies Limited | Strain wave gears, vehicle drive systems including same and methods of torque and cadence measurement |
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