TW202014167A - 助力輪 - Google Patents

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Abstract

一種助力輪，固定於車架。助力輪包含路輪、手輪、彈性件、二抵壓件、動力組件、二薄膜感測件及控制器。路輪可轉動地設置於車架。手輪設置於路輪並可相對路輪轉動。彈性件相對二端分別連接於路輪及手輪。二抵壓件分別設置於路輪及手輪。動力組件用以被固定於車架。二薄膜感測件設置於動力組件。二薄膜感測件分別受到二抵壓件抵壓，以令二薄膜感測件各感測到感測值。控制器用以接收二薄膜感測件的感測值，及驅動動力組件。當手輪相對路輪轉動時，控制器依據二薄膜感測件所感測之感測值之間之差值的變化，調整動力組件提供路輪的一輔助扭力。

Description

助力輪
本發明係關於一種助力輪，特別是一種具有薄膜感測件的助力輪。
輪椅是用來協助不良於行的病患移動，且輪椅通常有車體、二路輪及二手輪。使用者可在乘坐於車體的狀況下，利用手推動固定於路輪的手輪，來讓路輪轉動而達到移動的目的。由於讓輪椅移動的方式是靠手推動路輪，故使用者在長距離移動之後手容易感到疲勞。因此，市面上發展出了一種電動輪椅，此電動輪椅可透過電動的方式輔助使用者進行移動。
常見之電動輪椅分為全自動的輪椅及助力式的輪椅。全自動的輪椅是完全是經由馬達輸出動力來讓路輪轉動。半自動電動輪椅則是除了透過使用者推動手輪來帶動路輪轉動外，更透過馬達之輔助來驅動路輪轉動，且馬達可依據手輪相對路輪轉動的角度調整輸出於路輪的輔助扭力。然而，由於感測手輪相對路輪轉動的角度通常是藉由電動輪椅之輪體上的磁鐵與霍爾元件的搭配進行判斷，故配有磁鐵的電動輪椅的整體重量較重，而讓使用者或協助者在搬運電動輪椅時較為吃力。因此，如何輕量化電動輪椅實為此領域研發人員亟待解決的問題之一。
本發明在於提供一種助力輪，藉以解決先前技術中電動輪椅不利於使用者或協助者搬運的問題。
本發明之一實施例所揭露之一種助力輪，適於固定於一車架。助力輪包含一路輪、一手輪、至少一彈性件、一第一抵壓件、一第二抵壓件、一動力組件、一第一薄膜感測件、一第二薄膜感測件及一控制器。路輪用以可轉動地設置於車架。手輪設置於路輪，且手輪可相對路輪轉動。彈性件的相對二端分別連接於路輪及手輪。第一抵壓件及第二抵壓件分別設置於路輪及手輪。動力組件用以被固定於車架。第一薄膜感測件及第二薄膜感測件設置於動力組件。第一薄膜感測件及第二薄膜感測件分別受到第一抵壓件及第二抵壓件抵壓，以令第一薄膜感測件及第二薄膜感測件各感測到一感測值。控制器用以接收第一薄膜感測件及第二薄膜感測件的二感測值，以及驅動動力組件。當手輪相對路輪轉動時，控制器依據第一薄膜感測件所感測之感測值及第二薄膜感測件所感測之感測值之間之差值的變化，調整動力組件提供路輪的一輔助扭力。
根據上述實施例所揭露的助力輪，是透過重量較輕的第一抵壓件、第二抵壓件、第一薄膜感測件及第二薄膜感測件來調整動力組件提供路輪的輔助扭力，故具有助力輪之電動輪椅可達到輕量化的目的，而讓電動輪椅便於使用者搬運。
以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。
請參閱圖1至圖3。圖1為根據本發明第一實施例所揭露的助力輪裝設於車架的平面示意圖。圖2為圖1的助力輪的立體示意圖。圖3為圖2的助力輪的分解示意圖。
本實施例的助力輪1例如為電動輪椅的輪組。助力輪1包含一路輪10、一手輪20、多個彈性件30、一動力組件40、一第一薄膜感測件50、一第二薄膜感測件60、一第一抵壓件70及一第二抵壓件80。
路輪10包含一第一中央部11、一第一外環部12及多個第一幅條部13。每一第一幅條部13的相對二端分別連接於第一中央部11及第一外環部12，且第一中央部11可轉動地設置於電動輪椅的一車架2。
手輪20包含一第二中央部21、一第二外環部22及多個第二幅條部23。每一第二幅條部23的相對二端分別連接於第二中央部21及第二外環部22，且第二中央部21可轉動地疊設於第一中央部11遠離車架2的一側。
接著，請一併參閱圖3至圖5。圖4為圖2的助力輪於其中一割面線的部分剖視示意圖。圖5為圖2的助力輪於另一割面線的部分剖視示意圖。
在本實施例中，第一中央部11與第二中央部21皆具有多個凹槽111、211。第一中央部11的這些凹槽111位於第一中央部11鄰近於第二中央部21的一側，且第二中央部21的這些凹槽211位於第二中央部21鄰近於第一中央部11的一側。第一中央部11的這些凹槽111與第二中央部21的這些凹槽211分別形成多個容置空間90。這些彈性件30例如皆為壓縮彈簧。這些彈性件30分別設置於這些容置空間90內，且每一彈性件30的相對二端皆抵靠第一中央部11及第二中央部21。
動力組件40用以被固定於車架2(如圖1所示)，且動力組件40包含一殼體41、一驅動件42及一電源43。殼體41設置於第二中央部21遠離第一中央部11的一側，且殼體41具有一容置空間411、一第一側壁面412、一第二側壁面413及一環形壁面414。第一側壁面412、第二側壁面413及環形壁面414皆背對於容置空間411。第一側壁面412背對第二中央部21，以及第二側壁面413面對第二中央部21。環形壁面414位於第一側壁面412及第二側壁面413之間，並連接第一側壁面412及第二側壁面413。驅動件42例如為馬達。驅動件42及電源43皆位於殼體41內，且電源43電性連接驅動件42。驅動件42用以驅動路輪10轉動。驅動件42例如是直接驅動路輪10，或驅動件42是透過齒輪或皮帶間接驅動路輪10。電源43例如為電池，且電源43用以提供驅動件42電力。第一薄膜感測件50及第二薄膜感測件60設置於環形壁面414，且第二薄膜感測件60較第一薄膜感測件50靠近於手輪20的第二中央部21。
第一抵壓件70包含一固定部71及一抵壓部72。第一抵壓件70的固定部71之其中一端透過其中一第一幅條部13間接固定於第一中央部11，且固定部71的部分位於殼體41之環形壁面414的周圍。也就是說，殼體41的環形壁面414的部分面向固定部71。第一抵壓件70的抵壓部72例如為滾珠螺絲。抵壓部72設置於固定部71，且抵壓部72朝環形壁面414延伸並抵壓第一薄膜感測件50。
第二抵壓件80包含一固定部81及一抵壓部82。第二抵壓件80的固定部81之其中一端直接固定於第二中央部21，且固定部81的部分位於殼體41之環形壁面414的周圍。也就是說，殼體41的環形壁面414的部分面向固定部81。第二抵壓件80的抵壓部82例如為滾珠螺絲。抵壓部82設置於固定部81，且抵壓部82朝環形壁面414延伸並抵壓第二薄膜感測件60。受到抵壓的第一薄膜感測件50及第二薄膜感測件60各感測到一感測值，此感測值例如為電阻值。
在本實施例中，第一抵壓件70的固定部71是透過第一幅條部13間接固定於第一中央部11，但並不以此為限。在其他實施例中，第一抵壓件的固定部可直接固定於第一中央部。
此外，第二抵壓件80的固定部81直接固定於第二中央部21的設置，並非用以限定本發明。在其他實施例中，第二抵壓件的固定部可透過其中一第二幅條部間接地固定於第二中央部。
再者，路輪10之第一中央部11及第一外環部12之間是透過這些第一幅條部13連接，且手輪20之第二中央部21及第二外環部22之間是透過這些第二幅條部23連接的設置，並非用以限定本發明。在其他實施例中，路輪之第一中央部及第一外環部之間可透過多個扇形板體連接，且手輪之第二中央部及第二外環部之間可透過多個扇形板體連接。
另外，第二薄膜感測件60較第一薄膜感測件50靠近於手輪20的第二中央部21的設置，並非用以限定本發明。在其他實施例中，第二薄膜感測件可較第一薄膜感測件靠近於第二中央部。
接著，請參閱圖6，圖6為圖2的助力輪的部分方塊示意圖。
在本實施例中，助力輪1(如圖2所示)更包含一控制器100。第一薄膜感測件50及第二薄膜感測件60電性連接控制器100。控制器100電性連接於驅動件42，且控制器100用以驅動驅動件42。
在本實施例中，手輪20可相對路輪10轉動而處於一基準狀態或一相對轉動狀態。請參閱圖7，圖7為圖2的助力輪位於平地上的側視示意圖。
首先，以下說明皆是以助力輪1裝設於車架2(如圖1所示)而成為電動輪椅的情況進行描述。在路輪10停放於水平地面(後續簡稱平地S1)，且無外力施予手輪20的狀態下，手輪20並無相對路輪10轉動，且手輪20是位於基準狀態。此時，第一薄膜感測件50(如圖2所示)所感測的感測值與第二薄膜感測件60(如圖2所示)所感測的感測值之間具有一第一感測差值。所謂之第一感測差值即為二薄膜感測件所感測之電阻值的差值。此外，第一抵壓件70的抵壓部72與路輪10的轉動軸線P之連線與第二抵壓件80的抵壓部82與路輪10的轉動軸線P之連線夾一第一夾角θ1。
接著，請參閱圖8及圖9，圖8為圖7的助力輪的手輪相對於路輪轉動的側視示意圖。圖9為圖8的部分剖視示意圖。
當使用者欲使電動輪椅沿圖8中的方向D前進時，使用者可透過手施力於手輪20，而於手輪上20產生一扭矩T。此時，手輪20會相對路輪10轉動，並透過這些彈性件30帶動路輪10轉動，且手輪20會處於相對轉動狀態。當手輪20處於相對轉動狀態時，手輪20的第二中央部21及路輪10的第一中央部11會抵壓這些彈性件30，而令這些彈性件30變形。此外，第一抵壓件70的抵壓部72與路輪10的轉動軸線P之連線與第二抵壓件80的抵壓部82與路輪10的轉動軸線P之連線夾一第二夾角θ2，且第一薄膜感測件50(如圖2所示)所感測之感測值與第二薄膜感測件60(如圖2所示)所感測之感測值之間具有一第二感測差值。
接著，控制器100(如圖6所示)依據第二感測差值與第一感測差值之間的變化取得手輪20相對路輪10轉動的一角度值。此角度值即為第一夾角θ1及第二夾角θ2的差值。接著，控制器100會透過此角度值換算得知每一彈性件30的一變形量。在控制器100取得每一彈性件30的變形量之後，控制器100再透過彈性件30之彈性係數獲得讓彈性件30變形的一作用力，並依據此作用力令驅動件42(如圖6所示)提供給路輪10一輔助扭力，來幫助路輪10轉動並前進。如此一來，前進的路輪10不僅是受到使用者的推動之外，還受到驅動件42的輔助扭力的幫助。
此外，若使用者須驅動件42提供給路輪10更大輔助扭力時，使用者可施予手輪20更大的扭矩，來讓手輪20相對路輪10轉動的角度值增加，以令控制器100依據更大的彈性件30之變形量驅動驅動件42提供更大的輔助扭力。
另外，當使用者欲使電動輪椅沿方向D的反向後退時，使用者可施予手輪20方向相反於扭矩T的一扭矩，來讓驅動件42輸出反向的輔助扭力給路輪10。此反向的輔助扭力的獲得方式類似於輔助路輪10前進之輔助扭力的獲得方式，故不再贅述。
接著，當使用者的手放開手輪20後，手輪20的第二中央部21會受到這些彈性件30的彈力帶動，而讓手輪20從相對轉動狀態轉回基準狀態。由於路輪10還在行進中，故路輪10會透過這些彈性件30帶動處於基準狀態下的手輪20。此時，第一抵壓件70的抵壓部72與路輪10的轉動軸線P之連線與第二抵壓件80的抵壓部82與路輪10的轉動軸線P之連線之間的夾角恢復成與等於第一夾角θ1，且第一薄膜感測件50所感測之感測值與第二薄膜感測件60所感測之感測值之間的差值恢復成等於第一感測差值。若使用者需驅動件42再提供路輪10輔助扭力時，則使用者可再重複推動手輪20的動作。
接著，請參閱圖10至圖12，圖10為圖2的助力輪位於坡地上的側視示意圖。圖11為圖10的助力輪的手輪相對於路輪轉動的側視示意圖。圖12為圖11的部分剖視示意圖。
如圖10所示，接著將說明電動輪椅之助力輪1於坡地S2的使用狀況。如圖11及圖12所示。當使用者施予手輪20與前述讓電動輪椅於平地S1(如圖8所示)上前進之相同扭矩T時，由於電動輪椅在坡地S2上會受到重力的影響，故路輪10受到手輪20帶動而轉動的角度α2(如圖8所示)會小於路輪10在平地S1上受到手輪20帶動而轉動的角度α1。此外，重力及扭矩T分別會藉由路輪10的第一中央部11及手輪20的第二中央部21傳遞至每一彈性件30的相對二端，故造成每一彈性件30的變形量相較於在平地S1時受到扭矩T之作用下所產生之變形量增加。因此，在坡地S2上施予手輪20扭矩T所產生之輔助扭力會大於在平地S1上施予手輪20相同之扭矩T所產生之輔助扭力。如此一來，電動輪椅在爬坡時，使用者推動手輪20所產生之輔助扭力會有被放大的效果，來幫助路輪10在坡地S2上前進。
在本實施例中，控制器100是依據讓彈性件30變形的作用力，驅動驅動件42提供給路輪10輔助扭力，但並不以此為限。在其他實施例中，控制件可依據彈性件的變形量或是直接依據手輪相對路轉動的角度值，來驅動驅動件提供給路輪輔助扭力。
此外，這些彈性件30為壓縮彈簧之設置，並非用以限定本發明。在其他實施例中，這些彈性件可為拉伸彈簧，且每一彈性件的相對二端分別固定於第一中央部及第二中央部。另外，這些彈性件30的數量並不以多個為限。在其他實施例中，彈性件的數量可為一。
在本實施例中，電阻式的第一薄膜感測件50及第二薄膜感測件60與第一抵壓件70及第二抵壓件80搭配，可相較於電磁式的霍爾元件與磁鐵對於手輪20相對路輪10轉動之角度的感測精度更為提升，使得驅動件42所輸出的輔助扭力的大小更為符合使用者之需求，故提升了具有助力輪1之電動輪椅的使用便利性。
另外，由於助力輪1是透過重量較輕的第一抵壓件70、第二抵壓件80、第一薄膜感測件50及第二薄膜感測件60來調整驅動件42提供路輪10的輔助扭力，故具有助力輪1之電動輪椅可達到輕量化的目的，而讓電動輪椅便於使用者搬運。
本實施例的動力組件40例如為可拆裝地裝設於車架2。詳細來說，由於第一薄膜感測件50及第二薄膜感測件60是設置於殼體41之環形壁面414上，且二抵壓部72、82是抵壓於第一薄膜感測件50及第二薄膜感測件60，故有利於將動力組件40設計成可拆裝於車架2的設置。更進一步以二抵壓部72、82為滾珠螺絲來說，滾珠螺絲的殼體設置有彈簧及滾珠，且滾珠受到彈簧的推抵而抵壓薄膜感測件，故在將動力組件40拆裝時，可藉由動力組件40抵壓滾珠，來讓滾珠推抵彈簧而內縮於殼體的方式，來幫助動力組件40拆裝於車架2。然而，動力組件40可拆裝於車架2的設計，並非用以限定本發明。在其他實施例中，動力組件40與車架2之間可為不可分離的設計。
此外，由於動力組件40為可拆裝地裝設於車架2，故當使用者在需搬運具有助力輪1的電動輪椅時，可先將動力組件40拆下，以藉由減輕重量的方式來幫助搬運電動輪椅的作業。
根據上述實施例所揭露的助力輪，電阻式的第一薄膜感測件及第二薄膜感測件與第一抵壓件及第二抵壓件搭配，可相較於電磁式的霍爾元件與磁鐵對於手輪相對路輪轉動之角度的感測精度更為提升，使得驅動件所輸出的輔助扭力的大小更為符合使用者之需求，故提升了具有助力輪之電動輪椅的使用便利性。
另外，由於助力輪是透過重量較輕的第一抵壓件、第二抵壓件、第一薄膜感測件及第二薄膜感測件來調整驅動件提供路輪的輔助扭力，故具有助力輪之電動輪椅可達到輕量化的目的，而讓電動輪椅便於使用者搬運。
此外，二薄膜感測件設置於動力組件之殼體上並分別受到二抵壓部抵壓的設計，有利於將動力組件設計為可拆裝於車架的設計。因此，可拆裝於車架的動力組件可讓使用者藉由減輕重量的方式幫助搬運電動輪椅的作業。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
1:助力輪2:車架10:路輪11:第一中央部12:第一外環部13:第一幅條部20:手輪21:第二中央部22:第二外環部23:第二幅條部111、211:凹槽30:彈性件40:動力組件41:殼體411、90:容置空間412:第一側壁面413:第二側壁面414:環形壁面42:驅動件43:電源50:第一薄膜感測件60:第二薄膜感測件70:第一抵壓件71:固定部72:抵壓部80:第二抵壓件81:固定部82:抵壓部100:控制器P:軸線θ1、θ2:夾角α1、α2:角度D:方向T:扭矩S1:平地S2:坡地
圖1為根據本發明第一實施例所揭露的助力輪裝設於車架的平面示意圖。 圖2為圖1的助力輪的立體示意圖。 圖3為圖2的助力輪的分解示意圖。 圖4為圖2的助力輪於其中一割面線的部分剖視示意圖。 圖5為圖2的助力輪於另一割面線的部分剖視示意圖。 圖6為圖2的助力輪的部分方塊示意圖。 圖7為圖2的助力輪位於平地上的側視示意圖。 圖8為圖7的助力輪的手輪相對於路輪轉動的側視示意圖。 圖9為圖8的部分剖視示意圖。 圖10為圖2的助力輪位於坡地上的側視示意圖。 圖11為圖10的助力輪的手輪相對於路輪轉動的側視示意圖。 圖12為圖11的部分剖視示意圖。
1:助力輪
10:路輪
11:第一中央部
12:第一外環部
13:第一幅條部
20:手輪
21:第二中央部
22:第二外環部
23:第二幅條部
40:動力組件
50:第一薄膜感測件
60:第二薄膜感測件
70:第一抵壓件
71:固定部
72:抵壓部
80:第二抵壓件
81:固定部
82:抵壓部

Claims (13)

  1. 一種助力輪，適於被固定於一車架，包含： 一路輪，用以可轉動地設置於該車架；一手輪，設置於該路輪，且該手輪可相對該路輪轉動；至少一彈性件，該至少一彈性件的相對二端分別連接於該路輪及該手輪；一第一抵壓件及一第二抵壓件，分別設置於該路輪及該手輪；一動力組件，用以被固定於該車架； 一第一薄膜感測件及一第二薄膜感測件，設置於該動力組件，且該第一薄膜感測件及該第二薄膜感測件分別受到該第一抵壓件及該第二抵壓件抵壓，以令該第一薄膜感測件及該第二薄膜感測件各感測到一感測值；以及一控制器，用以接收該第一薄膜感測件及該第二薄膜感測件的該二感測值，以及驅動該動力組件；其中，當該手輪相對該路輪轉動時，該控制器依據該第一薄膜感測件所感測之該感測值及該第二薄膜感測件所感測之該感測值之間之差值的變化，調整該動力組件提供該路輪的一輔助扭力。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之助力輪，其中該路輪包含一第一中央部及一第一外環部，該第一外環部連接該第一中央部，該手輪包含一第二中央部及一第二外環部，該第二外環部連接該第二中央部，該第二中央部疊設於該第一中央部，該至少一彈性件位於該第一中央部及該第二中央部之間，該第一抵壓件設置於該第一中央部，該第二抵壓件設置於該第二中央部，且該動力組件設置於該第二中央部遠離該第一中央部之一側。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之助力輪，其中該第一中央部與該第二中央部皆具有至少一凹槽，該第一中央部的至少一凹槽及該第二中央部的至少一凹槽共同形成一容置空間，該至少一彈性件設置於該容置空間內。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之助力輪，其中該至少一彈性件的數量為多個，該第一中央部與該第二中央部之該至少一凹槽的數量皆為多個，該第一中央部的該些凹槽及該第二中央部的該些凹槽分別共同形成多個容置空間，該些彈性件分別位於該些容置空間內。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之助力輪，其中該至少一彈性件為壓縮彈簧，且該至少一彈性件的相對二端皆抵靠該第一中央部及該第二中央部。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之助力輪，其中該至少一彈性件為拉伸彈簧，且該至少一彈性件的相對二端分別固定於該第一中央部及該第二中央部。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之助力輪，其中該動力組件具有一第一側壁面及一第二側壁面及一環形壁面，該第一側壁面背對該第二中央部，該第二側壁面面對該第二中央部，該環形壁面位於該第一側壁面及該第二側壁面之間，並連接該第一側壁面及該第二側壁面，且該第一薄膜感測件及該第二薄膜感測件設置於該環形壁面。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之助力輪，其中該第一抵壓件及該第二抵壓件各包含一固定部及一抵壓部，該第一抵壓件的該固定部之其中一端固定於該第一中央部，且該第一抵壓件的該固定部的部分位於該動力組件之該環形壁面的周圍，該第一抵壓件的該抵壓部設置於該第一抵壓件的該固定部，且該第一抵壓件的該抵壓部朝該動力組件延伸，該第二抵壓件的該固定部之其中一端固定於該第二中央部，且該第二抵壓件的該固定部之部分位於該動力組件之該環形壁面的周圍，該第二抵壓件的該抵壓部設置於該第二抵壓件的該固定部，且該第二抵壓件的該抵壓部朝該動力組件延伸，該第一抵壓件的該抵壓部及該第二抵壓件的該抵壓部分別抵壓該第一薄膜感測件及該第二薄膜感測件。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之助力輪，其中該二抵壓部皆為滾珠螺絲。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之助力輪，其中該動力組件包含一殼體、一驅動件及一電源，該驅動件及該電源皆位於該殼體內，該電源電性連接該驅動件，該控制器用以驅動該驅動件，且該驅動件用以提供該輔助扭力予該路輪。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之助力輪，其中該手輪可相對該路輪轉動而處於一基準狀態或一相對轉動狀態，當該手輪處於該基準狀態時，該手輪與該路輪皆無轉動，或該手輪僅被該至少一彈性件帶動而隨該路輪轉動，該第一薄膜感測件的該感測值及該第二薄膜感測件的該感測值之間具有一第一感測差值，當該手輪處於該相對轉動狀態時，該手輪相對該路輪轉動，且該第一薄膜感測件的該感測值及該第二薄膜感測件的該感測值之間具有一第二感測差值，該控制器依據該第二感測差值與該第一感測差值之間的變化取得該手輪相對該路輪轉動的一角度值，該控制器透過該角度值調整該驅動件提供予該路輪的該輔助扭力。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之助力輪，其中當該手輪處於該相對轉動狀態時，該至少一彈性件被該手輪及該路輪抵壓而變形，該控制器依據該手輪相對該路輪轉動之該角度值取得該至少一彈性件的一變形量，且該控制器透過該變形量調整該驅動件提供予該路輪的該輔助扭力。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之助力輪，其中該動力組件用以可拆卸地被固定於該車架。
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