TWI532641B - Electric bicycle drive assembly - Google Patents

Description

電動自行車其驅動總成

本發明係有關於一種電動自行車其驅動總成，此尤指一種可助動輔助腳力踩踏之電動自行車其驅動總成，其係以自行車鏈條拉曲柄軸的位移量，據此取得扭力值，以對應控制該管式馬達組其輸出功率，特能達到助動方式輔助腳力之踩踏者。

自行車的騎乘不僅是一種交通工具，更是一種休閒的運動器具，其作動方式主要是透過騎乘者的腳力踩踏，以驅動一齒盤組連動一鏈條，藉此帶動後輪轉動，以作為自行車前進的動力；然而一般自行車所騎乘的路況，並非一成不變，有時是平坦的地形，有時是斜坡地形，尤其是在長距離騎乘下，對於一些體力較差的人，例如年紀稍長者或婦幼者，在騎乘過程中其腳力難免有所不繼。因此，為了解決此問題，乃有電動自行車的推出。

已知的電動自行車，其作動方式主要是透過一電動馬達的馬力運轉，來驅動齒盤組帶動鏈條，以連動後輪旋轉前進，而相關技術手段的應用，可參考US 6,230,586、US 8,418,584、EP 11164464.7、TW 201238831A1等專利前案。

如上所述，電動自行車除了提供人力的踩踏之外，更讓騎乘者可選擇以電力的方式，作為自行車前進的動力來源，但是問題所在，一 般電動自行車的設計理念，並非以腳力踩踏的能力為考量，而只是讓騎乘者在腳踏驅動與電力驅動兩者之間，選擇其中一種作為行進驅動的操作模式；因此US 6,230,586、US 8,418,584、EP 11164464.7、TW 201238831A1等專利前案，也是跳不出這種設計思維的模式；然而對於真正愛好自行車的騎乘者而言，如只是提供電動驅動方式來騎乘自行車，這樣與騎摩托車根本沒有太大的差異，完全享受不到自行車踩踏的快感，以及體力征服的成就感。

為此業界乃有人利用偵測自行車曲柄軸其轉動的扭力，來作為電動馬達輸出功率的依據，藉以作為輔助腳力踩踏的動力，相關的技術應用，可參考TW 451316、TW 453843等專利前案，而這些專利前案的共通點，都是在偵測曲柄軸其轉動的扭力，這種方式並不能真正測知騎乘者的腳力踩踏能力；簡單的說，曲柄軸的轉動固然與腳踏能力有關，然而習知的扭力偵測並無法偵測出騎乘者其踩踏是否吃力，縱使曲柄軸轉動的扭力及轉速在相同的情況，可是每一位騎乘者其踩踏的體力負荷，並非人人感受相同，這就是目前所採用的扭力偵測，作為判斷腳踏能力的盲點所在。

此外，習知的扭力偵測裝置及速度偵測裝置其所裝設的位置，大多為外掛方式，很容易因碰撞或外力因素而受損，加上外掛也有一些缺點，例如偵測的過程中，容易受到其他外在因素摻進其他參數，而影響到偵測值的精準性。

有鑑於習式的缺失，本案發明人歷經無數次研究改良後，終於完成本案之電動自行車其驅動總成的發明，即本發明之目的係在提供一 種可助動輔助腳力踩踏之電動自行車其驅動總成，特能真正根據騎乘者其踩踏能力，隨機提供電力助動的協助，藉此達到以助動方式輔助腳力之踩踏者。

為達上述本案之發明目的，本發明之電動自行車其驅動總成，其包含有一五通管、一曲柄軸、一外軸組、一管式馬達組、一左定位組、一右定位組、一齒盤組、一控制單元及一扭力偵測單元，其中：該五通管，係提供該曲柄軸容設安裝，其內部設有一軸孔容室，該軸孔容室的左側設有一左側孔，該軸孔容室的右側設有一右側孔，該軸孔容室的上側設有一上通孔，該五通管設有一底孔座；該曲柄軸，係軸向穿設於該五通管的軸孔容室，該曲柄軸其第一側穿出於該五通管的左側孔，該曲柄軸其第二側穿出於該五通管的右側孔；該外軸組，係套設於該曲柄軸，該外軸組包含一外軸管、一雙向軸承、一大傘齒及一滾針軸承，該外軸管係設有一軸孔以供該曲柄軸穿設，該軸孔一端裝設有該雙向軸承，該大傘齒固設於該外軸管外周緣的一側；該管式馬達組，係包含一馬達、一馬達固定座及一車架結合座，該馬達容設於一管體內，該馬達聯結一轉軸以作為其動力之輸出，該轉軸上固設有一小傘齒，該小傘齒與該大傘齒嚙合連動，該馬達固定座固設於該五通管，該車架結合座係供該管體套設並固定於該五通管；該左定位組，係受該曲柄軸所穿設，並將該曲柄軸的第一側套設限位於該五通管的左側孔； 該右定位組，係受該曲柄軸所穿設，並將該曲柄軸的第二側套設限位於該五通管的右側孔，該右定位組至少包含有一第一單向器、一滾珠軸承、一第二油封、一外環套、一第二單向器、一單向器外套環、一齒盤座及一齒盤座固定環，該齒盤座固定環固設於該曲柄軸的第二側，該第一單向器係用以限制該外軸管作單向驅動，該第二單向器套設於該單向器外套環內，該單向器外套環固定於該齒盤座的一內側槽；該齒盤組，係由至少一個以上之齒盤所組成，該齒盤組固設於該齒盤座，並受該第二單向器之限制作單向驅動；該控制單元，係一具有運算比對能力之電路單元，該控制單元並控制該馬達的作動及其輸出功率；該扭力偵測單元，其係裝設在該五通管的底孔座，該扭力偵測單元與該控制單元電性連接，其係用以偵測自行車鏈條拉該曲柄軸的位移量，以供該控制單元根據該位移量讀取得扭力值，以控制該馬達的作動與輸出功率。

上述之五通管，其底孔座係以一蓋板蓋合。

上述之外軸管，係設有一軸孔以供該曲柄軸穿設，該軸孔一端設有一軸承安裝部，該軸孔另端設有一襯套安裝部。

上述之左定位組，其至少包含一第一油封及一軸承。

上述之扭力偵測單元，係包含有一頂銷及一應變規。

本發明之電動自行車其驅動總成，更包含一轉速感應器，該轉速感應器係裝設在該五通管的底孔座，並與該控制單元電性連接，其係用以偵測自行車該曲柄軸的轉動及速度，該轉速感應器包含一遮光板及一 光感元件。

上述之五通管，其右側孔係為一偏心圓孔，該偏心圓孔的最長半徑與最短半徑的偏心間隙係設定為1.5m/m-2.5m/m之間。

1‧‧‧五通管

10‧‧‧軸孔容室

11‧‧‧左側孔

12‧‧‧右側孔

120‧‧‧偏心圓孔

13‧‧‧上通孔

14‧‧‧底孔座

141‧‧‧第一通孔

142‧‧‧第二通孔

15‧‧‧蓋板

16‧‧‧鎖合螺孔

2‧‧‧曲柄軸

21‧‧‧第一側

22‧‧‧第二側

3‧‧‧外軸組

31‧‧‧外軸管

311‧‧‧軸孔

312‧‧‧軸承安裝部

313‧‧‧襯套安裝部

32‧‧‧雙向軸承

33‧‧‧大傘齒

34‧‧‧滾針軸承

4‧‧‧管式馬達組

41‧‧‧馬達

411‧‧‧轉軸

412‧‧‧小傘齒

42‧‧‧馬達固定座

421‧‧‧連結孔

422‧‧‧鎖合栓

43‧‧‧車架結合座

431‧‧‧車架中管套孔

432‧‧‧鎖合孔

433‧‧‧螺栓

5‧‧‧左定位組

51‧‧‧第一油封

52‧‧‧軸承

6‧‧‧右定位組

61‧‧‧第一單向器

621‧‧‧滾珠軸承

622‧‧‧第二油封

63‧‧‧外環套

64‧‧‧第二單向器

65‧‧‧單向器外套環

66‧‧‧齒盤座

661‧‧‧內側槽

67‧‧‧齒盤座固定環

7‧‧‧齒盤組

71、72、73‧‧‧齒盤

8‧‧‧控制單元

A‧‧‧扭力偵測單元

A1‧‧‧頂銷

A2‧‧‧應變規

B‧‧‧轉速感應器

B1‧‧‧遮光板

B11‧‧‧套合孔

B2‧‧‧光感元件

B3‧‧‧內套

C‧‧‧管體

L‧‧‧偏心間隙

第一圖，係本發明之立體分解圖。

第二圖，係本發明之立體示意圖。

第三圖，係本發明之組合剖面示意圖。

第四圖，係本發明之局部立體示意圖。

第五圖，係本發明之平面組合示意圖。

第六圖，係本發明其第五圖之I-I剖面示意圖。

第七圖，係本發明之扭力偵測單元作動示意圖。

第八圖，係本發明其第五圖之II-II剖面示意圖。

請參閱第一、二、三、四圖所示，本發明之電動自行車其驅動總成，其包含有一五通管1、一曲柄軸2、一外軸組3、一管式馬達組4、一左定位組5、一右定位組6、一齒盤組7、一控制單元8及一扭力偵測單元A。

該五通管1，係提供該曲柄軸2容設安裝，其內部設有一軸孔容室10，該軸孔容室10的左側設有一左側孔11，該軸孔容室10的右側設有一右側孔12，該軸孔容室10的上側設有一上通孔13，該五通管1的底部凹設有一底孔座14，該底孔座14並以一蓋板15蓋合，該底孔座14設有一第一通孔141及一第二通孔142。

該曲柄軸2，係軸向穿設於該五通管1的軸孔容室10，該曲柄 軸2其第一側21穿出於該五通管1的左側孔11，該曲柄軸2其第二側22穿出於該五通管1的右側孔12。

該外軸組3，係套設於該曲柄軸2外周緣，該外軸組3包含一外軸管31、一雙向軸承32、一大傘齒33及一滾針軸承34，該外軸管31係設有一軸孔311以供該曲柄軸2穿設，該軸孔311一端設有一軸承安裝部312，以供該雙向軸承32裝設，該軸孔311另端設有一襯套安裝部313，以供該滾針軸承34套設，該大傘齒33固設於該外軸管31外周緣的一側。

該管式馬達組4，係包含一馬達41、一馬達固定座42及一車架結合座43，該馬達41容設於一管體C內，該馬達41聯結一轉軸411以作為其動力之輸出，該轉軸411上設有一小傘齒412，該小傘齒412與該大傘齒33嚙合連動，該馬達固定座42設有複數連結孔421以供對應之複數鎖合栓422插入，藉以將該馬達41固設於該五通管1，該車架結合座43係設有一車架中管套孔431以供該管體C套設，該車架結合座43周緣設有複數之鎖合孔432，以供對應之複數螺栓433鎖入該五通管1頂部之鎖合螺孔16，藉以將該車架結合座43固設於該五通管1。

該左定位組5，係受該曲柄軸2所穿設，並將該曲柄軸2的第一側21套設限位於該五通管1的左側孔11，該左定位組5至少包含一第一油封51及一軸承52。

該右定位組6，係受該曲柄軸2所穿設，並將該曲柄軸2的第二側22套設限位於該五通管1的右側孔12，該右定位組6至少包含有一第一單向器61、一滾珠軸承621、一第二油封622、一外環套63、一第二單向器64、一單向器外套環65、一齒盤座66及一齒盤座固定環67，該齒盤座固定 環67固設於該曲柄軸2的第二側22，該第一單向器61係用以限制該外軸管31作單向驅動，該第二單向器64套設於該單向器外套環65內，該單向器外套環65固定於該齒盤座66的一內側槽661。

該齒盤組7，係由至少一個以上之齒盤71、72、73所組成，該齒盤組7固設於該齒盤座66，並受該第二單向器64之限制作單向驅動。

該控制單元8，係一具有運算比對能力之電路單元，該控制單元8並控制該馬達41的作動及其輸出功率。

該扭力偵測單元A，其係裝設在該五通管1的底部凹設有一底孔座14，該扭力偵測單元A與該控制單元8電性連接，其係用以偵測自行車鏈條拉該曲柄軸2的位移量，提供該控制單元8根據該位移量讀取得扭力值，以控制該馬達41的作動與輸出功率，該扭力偵測單元A係包含有一頂銷A1及一具有金屬彈片之應變規A2，該頂銷A1穿入於該第一通孔141，其前端頂抵於該滾珠軸承621外周緣，其底端固設於該應變規A2(請參閱第五、六圖所示)。

請參閱第八圖所示，本發明之電動自行車其驅動總成，更包含一轉速感應器B，該轉速感應器B係裝設在該五通管1的底孔座14，並與該控制單元8電性連接，其係用以偵測自行車該曲柄軸2的轉動及速度，該轉速感應器B包含有一遮光板B1及一光感元件B2，該遮光板B1中央設有一套合孔B11，以供一內套B3套設並固設於該曲柄軸2，該光感元件B2凸伸於該底孔座14的第二通孔142內。

本發明之扭力偵測單元A及轉速感應器B係裝設在該五通管1內，因此可以受到該五通管1的保護，這點與一般電動自行車的電機感測 器為外掛式，兩者顯然不同。

本發明之五通管1，其右側孔12係為一偏心圓孔120，該偏心圓孔120的最長半徑與最短半徑的偏心間隙L係設定為1.5m/m-2.5m/m之間(依自行車規格而定)，該最長的半徑位置，最好設在該偏心圓孔120的圓心往水平方向的圓周位置處(如第六、七圖所示)，如此設計可以控制踩踏時，能夠正確由該應變規A2偵測到該曲柄軸2受鏈條拉力拉引時所產生的位移量變化，即齒盤71、72、73受到鏈條拉力牽動該曲柄軸2而產生位移，並使該頂梢A1對應連動該應變規A2產生變形，該控制單元8根據該應變規A2的變形量讀取扭力值，該扭力值的大小可以反映出騎乘者當時的體力狀況；因此，本發明的機構設計，完全與習知專利前案以偵測該曲柄軸2轉動時所推算出的扭力值則不同。

本發明之電動自行車其驅動總成，提供騎乘者踩踏自行車時，可以透過該扭力偵測單元A偵測自行車鏈條拉引該曲柄軸2的位移量，以提供該控制單元8根據此位移量讀取扭力值，而該扭力值的取得，該扭力偵測單元A係由該頂銷A1頂抵於該滾珠軸承621外周緣，當自行車鏈條受力拉該曲柄軸2時，由於該五通管1的右側孔12為一偏心圓孔120，該偏心圓孔120與該滾珠軸珠621間係具有一設定的的偏心間隙L，使該曲柄軸2受力後，會同步帶動該滾珠軸承621移位壓迫該頂銷A1，並對應壓迫該應變規A2變形而產生一變形量，(請參閱第五、六、七圖所示)，並將該變形量的訊號傳遞至該控制單元8，再由該控制單元8依據這個變形量的變化，讀出騎乘者採踏的扭力值，並根據該扭力值的大小，控制該馬達41的作動及其輸出功率，藉此隨機適時反映騎乘者當時的體力狀況，提供騎乘者所需要的 電力助動協助。

在電力驅動時，該馬達41接受該控制單元8的控制訊號而轉轉(轉動或驅動)，該馬達41轉軸411上的小傘齒412嚙合該大傘齒33，以驅動該外軸組3的外軸管31連動該齒盤組7轉動，使踩踏者可以得到電力驅動的助動，藉此有效減輕踩踏時的體力負荷。

本發明其進步效益所在，係能以助動的電力輔助腳力踩踏的不足，因此在該曲柄軸2未轉動時，該馬達41並不作任何的動力輸出，為達到此一作動的確保，本發明可以透過該轉速感應器B偵測自行車其曲柄軸2的轉動及速度，該控制單元8未收到該曲柄軸2的轉動訊號時，不會驅動該馬達41運轉，藉以確保電力驅動的安全性。

綜上所述，本發明之電動自行車其驅動總成，可根據騎乘者其踩踏能力，隨機提供電力助動的協助，藉此有效解決習式電動自行車的缺失，且本發明之技術手段又為先前技術所無，故而本發明特具專利之新穎性及進步性要件者。

在本發明內容中所提出之具體實施例，僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，凡在不超出本發明之精神與下述之申請專利範圍的情況下，所作的種種變化實施，仍屬於本發明之範圍。

1‧‧‧五通管

10‧‧‧軸孔容室

12‧‧‧右側孔

13‧‧‧上通孔

14‧‧‧底孔座

141‧‧‧第一通孔

142‧‧‧第二通孔

15‧‧‧蓋板

16‧‧‧鎖合螺孔

2‧‧‧曲柄軸

21‧‧‧第一側

22‧‧‧第二側

3‧‧‧外軸組

31‧‧‧外軸管

311‧‧‧軸孔

313‧‧‧襯套安裝部

32‧‧‧雙向軸承

33‧‧‧大傘齒

34‧‧‧滾針軸承

4‧‧‧管式馬達組

41‧‧‧馬達

411‧‧‧轉軸

412‧‧‧小傘齒

42‧‧‧馬達固定座

422‧‧‧鎖合栓

43‧‧‧車架結合座

431‧‧‧車架中管套孔

432‧‧‧鎖合孔

5‧‧‧左定位組

51‧‧‧第一油封

52‧‧‧軸承

6‧‧‧右定位組

61‧‧‧第一單向器

621‧‧‧滾珠軸承

622‧‧‧第二油封

63‧‧‧外環套

64‧‧‧第二單向器

65‧‧‧單向器外套環

66‧‧‧齒盤座

67‧‧‧齒盤座固定環

8‧‧‧控制單元

A‧‧‧扭力偵測單元

A1‧‧‧頂銷

A2‧‧‧應變規

B1‧‧‧遮光板

B11‧‧‧套合孔

B2‧‧‧光感元件

B3‧‧‧內套

Claims (7)

1. 一種電動自行車其驅動總成，其包含有一五通管、一曲柄軸、一外軸組、一管式馬達組、一左定位組、一右定位組、一齒盤組、一控制單元及一扭力偵測單元，其中：該五通管，係提供該曲柄軸容設安裝，其內部設有一軸孔容室，該軸孔容室的左側設有一左側孔，該軸孔容室的右側設有一右側孔，該軸孔容室的上側設有一上通孔，該五通管設有一底孔座；該曲柄軸，係軸向穿設於該五通管的軸孔容室，該曲柄軸其第一側穿出於該五通管的左側孔，該曲柄軸其第二側穿出於該五通管的右側孔；該外軸組，係套設於該曲柄軸，該外軸組包含一外軸管、一雙向軸承、一大傘齒及一滾針軸承，該外軸管係設有一軸孔以供該曲柄軸穿設，該軸孔一端裝設有該雙向軸承，該大傘齒固設於該外軸管外周緣的一側；該管式馬達組，係包含一馬達、一馬達固定座及一車架結合座，該馬達容設於一管體內，該馬達聯結一轉軸以作為其動力之輸出，該轉軸上固設有一小傘齒，該小傘齒與該大傘齒嚙合連動，該馬達固定座固設於該五通管，該車架結合座係供該管體套設並固定於該五通管；該左定位組，係受該曲柄軸所穿設，並將該曲柄軸的第一側套設限位於該五通管的左側孔；該右定位組，係受該曲柄軸所穿設，並將該曲柄軸的第二側套設 限位於該五通管的右側孔，該右定位組至少包含有一第一單向器、一滾珠軸承、一第二油封、一外環套、一第二單向器、一單向器外套環、一齒盤座及一齒盤座固定環，該齒盤座固定環固設於該曲柄軸的第二側，該第一單向器係用以限制該外軸管作單向驅動，該第二單向器套設於該單向器外套環內，該單向器外套環固定於該齒盤座的一內側槽；該齒盤組，係由至少一個以上之齒盤所組成，該齒盤組固設於該齒盤座，並受該第二單向器之限制作單向驅動；該控制單元，係一具有運算比對能力之電路單元，該控制單元並控制該馬達的作動及其輸出功率；該扭力偵測單元，其係裝設在該五通管的底孔座，該扭力偵測單元與該控制單元電性連接，其係用以偵測自行車鏈條拉該曲柄軸的位移量，以供該控制單元根據該位移量運算取得扭力值，以控制該馬達的作動與輸出功率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電動自行車其驅動總成，其中該底孔座以一蓋板蓋合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電動自行車其驅動總成，其中該外軸管的軸孔一端設有一軸承安裝部，該軸孔另端設有一襯套安裝部。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電動自行車其驅動總成，其中該左定位組至少包含一第一油封及一軸承。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電動自行車其驅動總成，其中該扭力偵測單元係包含有一頂銷及一應變規。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電動自行車其驅動總成，更包含一轉速感應器，該轉速感應器係裝設在該五通管的底孔座，並與該控制單元電性連接，其係用以偵測自行車該曲柄軸的轉動及速度，該轉速感應器包含有一遮光板及一光感元件。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電動自行車其驅動總成，其中該五通管的右側孔係為一偏心圓孔，該偏心圓孔的最長半徑與最短半徑的偏心間隙係設定為1.5m/m-2.5m/m之間。