TWI543885B - 用於自行車輪轂的感測器裝置 - Google Patents

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TWI543885B
TWI543885B TW100148375A TW100148375A TWI543885B TW I543885 B TWI543885 B TW I543885B TW 100148375 A TW100148375 A TW 100148375A TW 100148375 A TW100148375 A TW 100148375A TW I543885 B TWI543885 B TW I543885B
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北村智
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島野股份有限公司
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    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
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    • B62M6/50—Control or actuating devices therefor characterised by detectors or sensors, or arrangement thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
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    • B60B27/023—Hubs adapted to be rotatably arranged on axle specially adapted for bicycles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J6/00—Arrangement of optical signalling or lighting devices on cycles; Mounting or supporting thereof; Circuits therefor
    • B62J6/06—Arrangement of lighting dynamos or drives therefor
    • B62J6/12—Dynamos arranged in the wheel hub

Description

用於自行車輪轂的感測器裝置
本發明針對自行車車輪輪轂，且尤其針對具有力感測器的自行車車輪輪轂。
一些自行車組件具有感測器，而這些感測器附著於自行車組件以測量組件的各種不同的操作特性。舉例而言，傳動裝置換檔控制裝置可具有附著於操作纜線捲取機構的位置感測器，以感測操作纜線捲取構件的目前操作位置。操作纜線捲取構件的位置提供有關自行車傳動裝置的目前齒輪比的資訊，並且此資訊可經由顯示器而被傳達給騎車者。在另一例子中，磁鐵可被安裝於自行車車輪的輻條中的一個，並且例如為舌簧(reed)的感測器可被安裝於自行車車架，使得磁鐵在車輪的每一次周轉時經過感測器而使感測器產生電脈衝。相繼脈衝之間的時間可被用來決定自行車的速率。在又另一個例子中，例如應變計(strain gauge)的力感測器可被安裝於組件例如踏板曲柄或車輪輪轂的表面，以測量正被施加於組件的轉矩。屆時，來自感測器的資訊可被用來計算由騎車者所施加的作用力。
本發明針對用於自行車輪轂的感測器裝置的各種不同特徵。在一個實施例中，自行車輪轂裝置包含輪轂軸、被支撐以用於繞輪轂軸旋轉的輪轂構件、被支撐以用於繞輪轂軸旋轉且具有第一部份及第二部份的中間驅動構件、被支撐以用於繞輪轂軸旋轉且具有第一部份及第二部份的感測器軸件、及被設置在感測器軸件上的力感測器單元。中間驅動構件的第一部份被建構成用以接收外部旋轉驅動力，感測器軸件的第一部份被耦接於中間驅動構件的第二部份以接收旋轉驅動力，並且感測器軸件的第二部份被耦接於輪轂構件以用來將旋轉驅動力傳遞至輪轂構件。中間驅動構件與感測器軸件在輪轂構件內互相耦接。
在另一實施例中，自行車輪轂裝置包含輪轂軸、被支撐以用於繞輪轂軸旋轉的輪轂構件、被支撐以用於繞輪轂軸旋轉的感測器軸件、及被設置在感測器軸件上的力感測器單元。感測器軸件具有第一部份及第二部份，其中感測器軸件的第一部份被建構成用以接收外部旋轉驅動力，且感測器軸件的第二部份被耦接於輪轂構件以用來將旋轉驅動力傳遞至輪轂構件。感測器軸件的第二部份被相對地設置在輪轂構件的第一凸緣與輪轂構件的第二凸緣之間。
在另一實施例中，自行車輪轂裝置包含輪轂軸、被支撐以用於繞輪轂軸旋轉的輪轂構件、被支撐以用於繞輪轂軸旋轉的感測器軸件、及被設置在感測器軸件上的力感測器單元。感測器軸件具有第一部份及第二部份，其中感測器軸件的第一部份被建構成用以接收外部旋轉驅動力，且感測器軸件的第二部份被耦接於輪轂構件以用來將旋轉驅動力傳遞至輪轂構件。發電機被設置在輪轂構件內，其中發電機從感測器軸件及輪轂構件中的至少一個接收旋轉驅動力。
另外的發明特徵會從以下的敘述顯明，並且此些特徵單獨或是與以上特徵及其等效物的組合可形成如申請專利範圍中所載的進一步發明的基礎。
圖1為自行車輪轂10的實施例的部份剖面圖。自行車輪轂10包含輪轂軸單元14、延伸通過輪轂軸單元14的傳統的速釋機構18、被可旋轉地支撐在輪轂軸單元14上的輪轂殼單元22、飛輪(freewheel)單元26、支撐一對力感測器單元30(圖1中只顯示一個力感測器單元30)的感測器軸件28、及發電機34。
輪轂軸單元14包含管狀的輪轂軸38、及端蓋42及46。端蓋42經由外螺紋50而附著於輪轂軸38的第一側，其中外螺紋50接合形成在輪轂軸38的內周邊表面上的內螺紋54，並且端蓋46經由內螺紋58而附著於輪轂軸38的第二側，其中內螺紋58接合形成在輪轂軸38的外周邊表面上的外螺紋62。在此實施例中，輪轂軸38的第一側為圖1中的左側，而輪轂軸38的第二側為圖1中的右側。端蓋42包含側表面66及車架安裝軸套(boss)70，其中側表面66抵靠於供自行車輪轂10被安裝的叉架(fork)或車架構件(未顯示)的內側表面，而車架安裝軸套70以傳統方式裝配在叉架或車架構件的安裝槽溝內。類似地，端蓋46包含側表面74及車架安裝軸套78，其中側表面74抵靠於供自行車輪轂10被安裝的叉架或車架構件的內側表面，而車架安裝軸套78以傳統方式裝配在叉架或車架構件的安裝槽溝內。
速釋機構18包含速釋桿條82、及端蓋86及90。速釋桿條82延伸通過輪轂軸38，端蓋86經由藉著速釋槓桿98而被操作的傳統凸輪機構94而被附著於速釋桿條82的第一側，並且端蓋90被附著於速釋桿條82的第二側。速釋機構18的詳細結構及操作為已知的且並不形成本發明的一部份，因此會省略速釋機構18的進一步說明。
輪轂殼單元22可由例如鋁形成。如圖1、3、及4所示，輪轂殼單元22包含輪轂殼本體102、及第一及第二輻條安裝凸緣106及110。輪轂殼本體102的第一側藉著軸承單元114而被可旋轉地支撐在輪轂軸38的第一側上，其中軸承單元114包含被安裝於輪轂軸38的軸承錐體(bearing cone)118、被安裝於輪轂殼本體102的內周邊表面的軸承杯體(bearing cup)122、及被設置在軸承錐體118與軸承杯體122之間的多個滾珠軸承126。軸承錐體118具有接合輪轂軸38的外螺紋的內螺紋。保護蓋件130於軸承單元114的左側被安裝於輪轂軸38，以密封輪轂軸38與輪轂殼本體102之間的空間，使軸承單元114受保護而與污染物隔離。輪轂殼本體102的第二側藉著軸承單元138而被可旋轉地支撐在感測器軸件28上，其中軸承單元138包含被安裝於感測器軸件28的內側軸承座圈(race)142、被安裝於輪轂殼本體102的內周邊表面的外側軸承座圈146、及被設置在內側軸承座圈142與外側軸承座圈146之間的多個滾珠軸承150。
第一進出(access)蓋件154藉著螺釘158(圖3)而被安裝於輪轂殼本體102，第二進出蓋件162藉著螺釘166而被安裝於輪轂殼本體102，且電路安裝殼體170藉著螺釘(未顯示)而被安裝於輪轂殼本體102。電路安裝殼體170支撐電路板174，而此電路板174安裝有各種不同的電組件。保護蓋件178被安裝於輻條安裝凸緣106的第一側，以與電路安裝殼體170一起形成密封的殼體，以使電路板174上的電組件受保護而與污染物隔離。通道182、186、及190分別形成於第一進出蓋件154、第二進出蓋件162、及電路安裝殼體170，以容許連接於電路板174的導線192(圖6)通過。
飛輪單元26包含管狀的鏈輪安裝套筒194、單向離合器198、及管狀襯套202。鏈輪安裝套筒194的外周邊表面包含用來以傳統方式安裝多個鏈輪(未顯示)的多個花鍵206。單向離合器198包含管狀的棘爪支撐件210、被螺合於棘爪支撐件210上的軸承調整構件211、被支撐在棘爪支撐件210的外周邊表面上的多個棘爪214、及形成在鏈輪安裝套筒194的內周邊表面上的多個棘輪齒218。鏈輪安裝套筒194藉著軸承調整構件211及滾珠軸承222及226而被可旋轉地支撐在棘爪支撐件210上。棘爪支撐件210藉著被安裝於輪轂軸38的軸承錐體230及被設置在軸承錐體230與軸承調整構件211的內周邊表面之間的多個滾珠軸承234而被可旋轉地安裝在輪轂軸38上。軸承錐體230具有接合在輪轂軸38上的外螺紋的內螺紋。棘爪214以已知方式藉著棘爪彈簧238而被偏壓朝向與棘輪齒218接合，並且棘輪齒218以已知方式被建構成使得棘爪214只於一個旋轉方向將旋轉力從鏈輪安裝套筒194傳遞至棘爪支撐件210。棘爪支撐件210藉著多個內部花鍵242而被耦接於感測器軸件28，而此多個內部花鍵242係接合形成在感測器軸件28的外周邊表面上的多個外部花鍵246，使得棘爪支撐件210與感測器軸件28成為一單元旋轉。棘爪支撐件210被另外支撐在管狀襯套202上，並且管狀襯套202藉著外螺紋250而被耦接於感測器軸件28，而此外螺紋250係接合形成在感測器軸件28的內周邊表面上的內螺紋254，使得管狀襯套202與感測器軸件28受制止而不會彼此脫離並且也成為一單元旋轉。
感測器軸件28可由例如不銹鋼形成。如圖1及圖5至7所示，感測器軸件28為管狀輪轂構件，其具有在一個自由軸件端部部份248上以從棘爪支撐件210接收旋轉驅動力的多個外部花鍵246、繞相反自由軸件端部部份258的外周邊表面形成的多個花鍵256、及形成在相反自由軸件端部部份258的內周邊表面上的多個內部花鍵260。在以下的討論中，花鍵256被稱為輪轂耦接花鍵256，而花鍵260被稱為發電機耦接花鍵260。輪轂耦接花鍵256接合在輪轂殼單元22的中間(例如中心)位置處形成在輪轂殼本體102的內周邊表面上的多個花鍵259，以將旋轉力均勻地傳遞至輻條安裝凸緣106及110，以防止輪轂殼單元22的扭曲。在以下的討論中，花鍵259被稱為輪轂驅動花鍵259。輪轂耦接花鍵256與輪轂驅動花鍵259在輪轂殼本體102的第一凸緣106與輪轂殼本體102的第二凸緣110之間耦接。感測器軸件28另外包含徑向向外延伸的第一環狀凸緣262及徑向向外延伸的第二環狀凸緣266。第一環狀凸緣262及第二環狀凸緣266分別具有側表面264及268，而側表面264與側表面268在二者之間界定感測器單元安裝凹部270。一對軸向間隔開的環狀凹部272形成於感測器單元安裝凹部270內。
感測器軸件28的第二側藉著軸承單元274而被可旋轉地支撐在輪轂軸38上，其中軸承單元274包含被安裝於輪轂軸38的內側軸承座圈278、被安裝於感測器軸件28的內周邊表面的外側軸承座圈282、及被設置在內側軸承座圈278與外側軸承座圈282之間的多個滾珠軸承286。類似地，感測器軸件28的左側藉著軸承單元290而被可旋轉地支撐在輪轂軸38上，其中軸承單元290包含被安裝於輪轂軸38的內側軸承座圈294、被安裝於感測器軸件28的內周邊表面的外側軸承座圈298、及被設置在內側軸承座圈294與外側軸承座圈298之間的多個滾珠軸承302。在此實施例中，輪轂耦接花鍵256及輪轂驅動花鍵259在直立方向上與軸承單元290對準，以確保輪轂耦接花鍵256與輪轂驅動花鍵259之間的連接的強度及穩定性。管狀間隔件306被設置在軸承單元274與軸承單元290之間，以將軸承單元274及290保持於正確的軸向間隔處。
每一個力感測器單元30包含感測器底座310及力感測器314。感測器底座310為板件且可由例如鋁或不銹鋼製成，使得感測器底座310較為易於相對於感測器軸件28變形，以增大對於施加於感測器軸件28的扭轉應變的靈敏度。感測器底座310被用來調整力感測器單元30的靈敏度。在此實施例中，感測器底座310具有方形板件的形狀而具有成突出曲線狀的上表面318(圖6)及成凹入曲線狀的下表面322。結果，感測器底座310的成凹入曲線狀的下表面322可在感測器底座310被安裝於感測器軸件28時符合感測器軸件28的感測器單元安裝凹部270的成突出曲線狀的外周邊表面326，因而進一步增大對於施加於感測器軸件28的扭轉應變的靈敏度。在此實施例中，感測器底座310經由成為被固定於感測器軸件28的螺釘330的形式的在軸向上偏位(axially offset)的緊固件而被安裝於感測器軸件28。較佳地，螺釘330穿通感測器軸件28，以進一步確保扭轉應變被傳遞至感測器底座310。於感測器軸件28的環狀凹部272進一步容許感測器底座310回應施加於感測器軸件28的扭轉應變而撓曲。當然，如果想要，可以只設置一個環狀凹部272，或是可完全省略環狀凹部272。最後，感測器底座310包含在軸向上相反兩側的側表面334及338，此二側表面334及338分別面向且緊密相鄰(例如接觸)第一環狀凸緣262及第二環狀凸緣266的側表面264及268，以進一步增大對於施加於感測器軸件28的扭轉應變的靈敏度。
在此實施例中，力感測器314包含被安裝於感測器底座310的曲線狀的上表面318的應變計，使得感測器底座310被設置在力感測器314與感測器軸件28之間。應變計可由電阻性金屬(resistive metal)、半導體材料等製成。力感測器314可藉著適當的黏著劑而被安裝於感測器底座310。如果感測器底座是由半導體材料(例如矽等)形成，則力感測器314可藉著基板的適當摻雜(doping)而形成為感測器底座310的部份。感測器底座310的可移去本質使得可根據想要從力感測器314獲得的靈敏度而使用由不同材料形成的感測器底座。在此實施例中，力感測器314在軸向上被設置在軸承單元274與軸承單元290之間。力感測器314也被設置在軸承單元114與軸承單元138之間。此二特徵均減小懸臂式力(cantilevered force)對力感測操作的效應。
力感測器314藉著導線192而被連接於電路板174。在電路板174上的可能包含程式化的CPU(中央處理單元)、記憶體、及適當的輸入及輸出界面的電組件處理來自力感測器314的訊號，且可將結果傳遞至被設置在第二進出蓋件162內或下方的通訊元件，例如無線(例如RF(射頻))發射器346，使得無線發射器346可將資訊傳遞至另一位置(例如，傳遞至安裝在自行車車把上的自行車碼錶(cycle computer))。電路板174上的電組件例如程式化的CPU可以用已知的方式使用來自發電機(例如以下在第二實施例中所述的發電機)的線圈的訊號以計算自行車速率。組件可根據來自力感測器314的訊號及自行車的速率而進一步計算功率。
發電機34包含定子350及轉子354，其中定子350藉著螺母366而被軸向地固定在輪轂軸38上。定子350包含杯形的磁軛(yoke)358及磁鐵362，其中磁軛358被不可旋轉地安裝於輪轂軸38。磁鐵362為具有在圓周上交替的北極及南極的環形磁鐵。
如圖1及圖8至11所示，轉子354包含捲線軸(bobbin)370、捲繞捲線軸370的線圈374、及被安裝於捲線軸370的磁軛總成378(圖10)。捲線軸370、線圈374、及磁軛總成378係實質上根據美國專利第6,992,413號的教示而被建構。舉例而言，如圖8更清楚地顯示的，捲線軸370具有管狀的轉筒(barrel)386、第一凸緣390、及第二凸緣394。第一凸緣390及第二凸緣394形成在轉筒386的兩相反軸向端部處，並且線圈374捲繞管狀的轉筒386。如圖9所示，溝槽390a及394a分別形成在第一及第二凸緣390及394的側表面上，其中溝槽390a及394a實質上於徑向方向延伸。溝槽390a及394a形成為使得當沿著軸向方向觀看時，(i)溝槽390a及394a的徑向外側部份相對於彼此偏位，亦即第二凸緣394的溝槽394a的徑向外側部份位在第一凸緣390的溝槽390a的相鄰兩個徑向外側部份之間，且(ii)溝槽390a及394a的各別徑向內側部份彼此幾乎完全重疊。如圖8及10所示，每一個溝槽390a及394a的徑向外側部份被切削而分別形成缺口390b及394b。另外，如圖10更清楚地顯示的，多個凹陷部(indentation)390c及394c形成在第一及第二凸緣390及394未形成有溝槽390a或394a的上方內側表面上。轉子驅動構件396從第二凸緣394於第二方向軸向地延伸。
如圖10所示，磁軛總成378包含多個單一部件式第一臂部398及多個單一部件式第二臂部402(圖中只顯示一個第一臂部398及一個第二臂部402)。如圖11所示，每一個第一臂部398具有徑向內側部份398a、中間部份398b、徑向外側部份398c、及凹陷部接合部份398d。當多個第一臂部398被安裝於捲線軸370時，每一個徑向內側部份398a被設置在管狀的轉筒386的下方，並且中間部份398b被裝配在第一凸緣390的溝槽390a內。徑向外側部份398c從第一凸緣390的缺口390b朝向第二凸緣394軸向延伸，且在凹陷部接合部份398d被裝配在第二凸緣394的凹陷部394c內終止。類似地，每一個第二臂部402具有徑向內側部份402a、中間部份402b、徑向外側部份402c、及凹陷部接合部份402d。當多個第二臂部402被安裝於捲線軸370時，每一個徑向內側部份402a被設置在管狀的轉筒386的下方，並且中間部份402b被裝配在第二凸緣394的溝槽394a內。徑向外側部份402c從第二凸緣394的缺口394b朝向第一凸緣390軸向延伸，且在凹陷部接合部份402d被裝配在第一凸緣390的凹陷部390c內終止。
轉子驅動構件396為管狀構件，其包含形成在其外周邊表面上的多個花鍵404。花鍵404接合感測器軸件28上的多個發電機耦接花鍵260，使得感測器軸件28、轉子驅動構件396、捲線軸370、線圈374、及磁軛總成378相對於定子350成為一單元一起旋轉。結果，發電機34回應感測器軸件28的旋轉而產生電力。所產生的電力被儲存於電路板174上的蓄電器406。蓄電器406可為電池、電容器、或從電路板174上的整流器(或從某一其他位置)接收直流電流的某一其他合適的電荷儲存裝置，其中整流器接收來自發電機34的線圈374的電流。蓄電器406將電力供應至自行車上的各種不同組件，例如力感測器314及發射器346。
雖然以上為發明特徵的各種不同實施例的敘述，但是在不離開本發明的精神及範圍下可採用另外的修改。舉例而言，雖然第一臂部398及第二臂部402的每一個被形成為單一部件，但是第一臂部398及第二臂部402可如上述的美國專利第6,992,413號中所揭示的被形成為層疊的板件。
圖12為另一實施例的自行車輪轂10’的部份剖面圖。自行車輪轂10’非常類似於第一實施例的自行車輪轂10，因此以下只有不同處會被詳細說明。與第一實施例中的組件相同的組件具有相同的標號。
如圖12所示，自行車輪轂10’具有稍微不同的輪轂殼單元22’，因為電路板174、發射器346、及蓄電器406均被完全地設置在蓋件178內。另外，第一實施例中的感測器軸件28已由不同的感測器軸件420取代，其中感測器軸件420被耦接於成為中間驅動軸件424的形式的中間驅動構件，而中間驅動軸件424則又被耦接於棘爪支撐件210。
如圖12及13所示，感測器軸件420為管狀輪轂構件，其具有在一個自由軸件端部部份432上以從中間驅動軸件424接收旋轉驅動力的多個內部花鍵428、繞相反自由軸件端部部份440的外周邊表面形成的多個輪轂耦接花鍵436、及形成在相反自由軸件端部部份440的內周邊表面上的多個內部花鍵444。在以下的討論中，花鍵428被稱為中間驅動軸件耦接花鍵428，而花鍵444被稱為發電機耦接花鍵444。輪轂耦接花鍵436如同在第一實施例中接合形成在輪轂殼本體102的內周邊表面上的多個輪轂驅動花鍵259。在此實施例中，輪轂殼本體102的外表面在第一凸緣106與第二凸緣110之間不具有開口，因此不須要有第一及第二進出蓋件154及162。取而代之地，開口(未顯示)形成於在蓋件178下方的第一凸緣106的底座的附近，使得來自發電機34及以下會討論的力感測器單元498的接線可通過輪轂殼本體102的內部而至電路板174。感測器軸件420另外包含徑向向外延伸的第一環狀凸緣448及徑向向外延伸的第二環狀凸緣452。第一環狀凸緣448及第二環狀凸緣452分別具有側表面456及460，而側表面456與側表面460在二者之間界定感測器單元安裝凹部464。
中間驅動軸件424也為管狀輪轂構件，其具有在一個自由軸件端部部份472上的多個外部花鍵468及內螺紋470、及繞相反自由軸件端部部份480的外周邊表面形成的多個外部花鍵476。在以下的討論中，花鍵468被稱為棘爪支撐件耦接花鍵468，而花鍵476被稱為感測器軸件耦接花鍵476。棘爪支撐件耦接花鍵468接合形成在棘爪支撐件210上的多個內部花鍵242，以從棘爪支撐件210接收旋轉驅動力，而內螺紋470接合管狀襯套202上的外螺紋250。感測器軸件耦接花鍵476接合形成在感測器軸件420上的中間驅動軸件耦接花鍵428，以將旋轉驅動力傳遞至感測器軸件420。軸承單元274抵靠於中間驅動軸件424的內部側表面482，以在中間驅動軸件424的端面488與感測器軸件420的端面492之間形成空間484(圖15)，使得感測器軸件420及中間驅動軸件424可相對於彼此軸向移動。當然，空間484可藉著襯套或某一其他的抵靠關係而非藉著軸承單元274而產生。中間驅動軸件424的外周邊表面形成用於軸承單元494的內側軸承座圈493。軸承單元494另外包含多個滾珠軸承495及外側軸承座圈496，其中外側軸承座圈496被安裝於輪轂殼本體102的內周邊表面，且滾珠軸承495被支撐在內側軸承座圈493與外側軸承座圈496之間。
如圖14所示，一對平坦化(平面狀)的外部表面450在感測器單元安裝凹部464內形成在感測器軸件420的外周邊表面的相反兩側上(只有一個此種平坦化表面450被顯示在圖14中)。相應的一對力感測器單元498被安裝於感測器軸件420的外周邊表面。每一個感測器單元498包含被設置在撓性底座504的底面上的半導體應變計500，使得應變計500被設置在撓性底座504與相應的平坦化表面450之間。撓性底座504可藉著合適的黏著劑或藉著某一其他手段而被安裝於感測器軸件420。導線508被連接於應變計500，以將來自應變計500的訊號傳遞至電路板174。在此實施例中，至少兩個力感測器單元498及相應的平坦化表面450被設置在感測器軸件420上。力感測器單元498較佳地但是並非必定要繞感測器軸件420的軸線被對稱地配置在感測器軸件420的表面上。
如上所述，空間484形成在中間驅動軸件424的端面488與感測器軸件420的端面492之間。空間484將由施加於被安裝於中間驅動軸件424的右側的組件(例如來自飛輪單元26)的軸向推力(axial thrust force)所導致的中間驅動軸件424朝向感測器軸件420的軸向移動被傳遞至感測器軸件420的機會減至最小。此種推力可能會被應變計500錯誤地認知成為旋轉力。
各種不同組件的尺寸、形狀、位置、或定向可依所想要的被改變。舉例而言，各實施例中的輪轂耦接花鍵256及輪轂驅動花鍵259不需被定心在第一凸緣106與第二凸緣110之間。輪轂耦接花鍵256及輪轂驅動花鍵259可較為靠近第二凸緣110地對準，以容許在感測器軸件的相反軸向端部處有較多的空間可用於額外的力感測器單元。顯示成為互相直接連接或接觸的組件可有設置在其間的中間結構。分開的組件可被結合，反之亦然。舉例而言，第一實施例中的感測器軸件28及棘爪支撐件210可被形成為一個連續的部件，而第二實施例中的中間驅動軸件424及棘爪支撐件210可被形成為一個連續的部件。組件可被省略或被取代。舉例而言，第二實施例中的軸承單元274可被省略。摩擦襯套可被用來取代滾珠軸承單元。舉例而言，軸承單元138可被省略而由設置在感測器軸件28與輪轂殼本體102之間的適當的襯套套筒取代。發電機34可被省略而由電池取代。
一個元件的功能可由二個元件來實施，反之亦然。一個元件的功能可由另一個元件來實施，並且功能可在元件之間互換。一個實施例的結構及功能可被採用在另一個實施例中。舉例而言，力感測器單元310可被用來取代力感測器單元498，反之亦然。雖然具有內部轉子的發電機34被敘述，但是發電機34可由使用外部轉子的發電機來取代。在此情況中，發電機的線圈可被固定於輪轂軸38，且磁鐵可與輪轂殼本體102一起旋轉。線圈可藉著接觸套筒或經由其他合適的接線而被電連接於電路板174。蓄電器406可被省略，使得電力藉著整流器而被直接供應至電組件。
所有的有利點不須同時呈現在一特別的實施例中。與習知技術不同的每一獨特特徵不論是單獨或與其他特徵組合也應被視為申請人的另外發明的分開敘述，包含由此些特徵所具體實施的結構及/或功能概念。此處所用的程度術語例如「大致或實質上」、「大約」、及「近似或幾近」表示其所修飾的術語具有使得最終結果不會大幅改變的合理偏差量。因此，本發明的範圍不應受所揭示的特定結構或是對特定結構或特徵在一開始的明顯注意或強調的限制。
10．．．自行車輪轂
10’．．．自行車輪轂
14．．．輪轂軸單元
18．．．速釋機構
22．．．輪轂殼單元
22’．．．輪轂殼單元
26．．．飛輪單元
28．．．感測器軸件
30．．．力感測器單元
34．．．發電機
38．．．輪轂軸
42．．．端蓋
46．．．端蓋
50．．．外螺紋
54．．．內螺紋
58．．．內螺紋
62．．．外螺紋
66．．．側表面
70．．．車架安裝軸套
74．．．側表面
78．．．車架安裝軸套
82．．．速釋桿條
86．．．端蓋
90．．．端蓋
94．．．凸輪機構
98．．．速釋槓桿
102．．．輪轂殼本體
106．．．第一輻條安裝凸緣，第一凸緣
110．．．第二輻條安裝凸緣，第二凸緣
114．．．軸承單元
118．．．軸承錐體
122．．．軸承杯體
126．．．滾珠軸承
130．．．保護蓋件
138．．．軸承單元
142．．．內側軸承座圈
146．．．外側軸承座圈
150．．．滾珠軸承
154．．．第一進出蓋件
158．．．螺釘
162．．．第二進出蓋件
166．．．螺釘
170．．．電路安裝殼體
174．．．電路板
178．．．保護蓋件
182．．．通道
186．．．通道
190．．．通道
192．．．導線
194．．．鏈輪安裝套筒
198．．．單向離合器
202．．．管狀襯套
206．．．花鍵
210．．．棘爪支撐件
211．．．軸承調整構件
214．．．棘爪
218．．．棘輪齒
222．．．滾珠軸承
226．．．滾珠軸承
230．．．軸承錐體
234．．．滾珠軸承
238．．．棘爪彈簧
242．．．內部花鍵
246．．．外部花鍵
248．．．自由軸件端部部份
250．．．外螺紋
254．．．內螺紋
256．．．花鍵，輪轂耦接花鍵
258．．．自由軸件端部部份
259．．．花鍵，輪轂驅動花鍵
260．．．內部花鍵，發電機耦接花鍵
262．．．第一環狀凸緣
264．．．側表面
266．．．第二環狀凸緣
268．．．側表面
270．．．感測器單元安裝凹部
272．．．環狀凹部
274．．．軸承單元
278．．．內側軸承座圈
282．．．外側軸承座圈
286．．．滾珠軸承
290．．．軸承單元
294．．．內側軸承座圈
298．．．外側軸承座圈
302．．．滾珠軸承
306．．．間隔件
310．．．感測器底座
314．．．力感測器
318．．．成突出曲線狀的上表面
322．．．成凹入曲線狀的下表面
326．．．成突出曲線狀的外周邊表面
330．．．螺釘
334．．．側表面
338．．．側表面
346．．．無線發射器
350．．．定子
354．．．轉子
358．．．磁軛
362．．．磁鐵
366．．．螺母
370．．．捲線軸
374．．．線圈
378．．．磁軛總成
386．．．轉筒
390．．．第一凸緣
390a．．．溝槽
390b．．．缺口
390c．．．凹陷部
394．．．第二凸緣
394a．．．溝槽
394b．．．缺口
394c．．．凹陷部
396．．．轉子驅動構件
398．．．第一臂部
398a．．．徑向內側部份
398b．．．中間部份
398c．．．徑向外側部份
398d．．．凹陷部接合部份
402．．．第二臂部
402a．．．徑向內側部份
402b．．．中間部份
402c．．．徑向外側部份
402d．．．凹陷部接合部份
404．．．花鍵
406．．．蓄電器
420．．．感測器軸件
424．．．中間驅動軸件
428．．．內部花鍵，中間驅動軸件耦接花鍵
432．．．自由軸件端部部份
436．．．輪轂耦接花鍵
440．．．自由軸件端部部份
444．．．內部花鍵，發電機耦接花鍵
448．．．第一環狀凸緣
450．．．平坦化(平面狀)的外部表面，平坦化表面
452．．．第二環狀凸緣
456．．．側表面
460．．．側表面
464．．．感測器單元安裝凹部
468．．．外部花鍵，棘爪支撐件耦接花鍵
470．．．內螺紋
472．．．自由軸件端部部份
476．．．外部花鍵，感測器軸件耦接花鍵
480．．．自由軸件端部部份
482．．．內部側表面
484．．．空間
488．．．端面
492．．．端面
493．．．內側軸承座圈
494．．．軸承單元
495．．．滾珠軸承
496．．．外側軸承座圈
498．．．力感測器單元
500．．．半導體應變計
504．．．撓性底座
508．．．導線
圖1為自行車輪轂的實施例的部份剖面圖。
圖2為輪轂殼單元的左側視圖，其中保護蓋件被移去以顯示電路安裝殼體及電路板。
圖3為自行車輪轂的立體圖。
圖4為自行車輪轂的部份切除立體圖。
圖5為感測器軸件、感測器底座、及力感測器的立體圖。
圖6為以從感測器軸件移去的方式顯示的感測器底座及力感測器的分解立體圖。
圖7為感測器軸件及感測器底座的部份切除立體圖。
圖8為捲線軸的實施例的剖面圖。
圖9為捲線軸的側視圖。
圖10為被安裝於捲線軸的磁軛臂件的特定實施例的部份立體圖。
圖11為與捲線軸一起使用的磁軛臂件的特定實施例的前視圖。
圖12為自行車輪轂的另一實施例的部份剖面圖。
圖13為中間驅動構件及感測器軸件的分解圖。
圖14為中間驅動構件及感測器軸件的立體圖，其中力感測器部份地附著於感測器軸件。
圖15為中間驅動構件及感測器軸件的部份切除立體圖。
98．．．速釋槓桿
86．．．端蓋
18．．．速釋機構
94．．．凸輪機構
82．．．速釋桿條
42．．．端蓋
50．．．外螺紋
54．．．內螺紋
38．．．輪轂軸
118．．．軸承錐體
126．．．滾珠軸承
122．．．軸承杯體
114．．．軸承單元
174．．．電路板
350．．．定子
406．．．蓄電器
362．．．磁鐵
10．．．自行車輪轂
170．．．電路安裝殼體
162．．．第二進出蓋件
34．．．發電機
190．．．通道
346．．．無線發射器
260．．．內部花鍵發電機耦接花鍵
259．．．花鍵，輪轂驅動花鍵
256．．．花鍵，輪轂耦接花鍵
186．．．通道
182．．．通道
30．．．力感測器單元
310．．．感測器底座
142．．．內側軸承座圈
154．．．第一進出蓋件
150．．．滾珠軸承
146．．．外側軸承座圈
138．．．軸承單元
246．．．外部花鍵
242．．．內部花鍵
238．．．棘爪彈簧
222．．．滾珠軸承
198．．．單向離合器
214．．．棘爪
218．．．棘輪齒
226．．．滾珠軸承
210．．．棘爪支撐件
211．．．軸承調整構件
234．．．滾珠軸承
230．．．軸承錐體
62．．．外螺紋
58．．．內螺紋
14．．．輪轂軸單元
46．．．端蓋
90．．．端蓋
78．．．車架安裝軸套
74．．．側表面
194．．．鏈輪安裝套筒
206．．．花鍵
26．．．飛輪單元
202．．．管狀襯套
110．．．第二輻條安裝凸緣，第二凸緣
22．．．輪轂殼單元
250．．．外螺紋
254．．．內螺紋
278．．．內側軸承座圈
274．．．軸承單元
286．．．滾珠軸承
330．．．螺釘
282．．．外側軸承座圈
28．．．感測器軸件
306．．．間隔件
298．．．外側軸承座圈
302．．．滾珠軸承
290．．．軸承單元
294．．．內側軸承座圈
102．．．輪轂殼本體
396．．．轉子驅動構件
404．．．花鍵
374．．．線圈
354．．．轉子
370．．．捲線軸
358．．．磁軛
366．．．螺母
106．．．第一輻條安裝凸緣，第一凸緣
178．．．保護蓋件
130．．．保護蓋件
66．．．側表面
70．．．車架安裝軸套

Claims (54)

  1. 一種自行車輪轂裝置，包含：輪轂軸；輪轂構件，其被支撐以用於繞該輪轂軸旋轉；中間驅動構件，其被支撐以用於繞該輪轂軸旋轉且具有第一部份及第二部份，其中該中間驅動構件的該第一部份被建構成用以接收外部旋轉驅動力；感測器軸件，其被支撐以用於繞該輪轂軸旋轉且具有第一部份及第二部份，其中該感測器軸件的該第一部份被耦接於該中間驅動構件的該第二部份以接收該旋轉驅動力，且其中該中間驅動構件的該第二部份以花鍵連接於該感測器軸件的該第一部份；其中該中間驅動構件與該感測器軸件在該輪轂構件內互相耦接；其中該感測器軸件的該第二部份被耦接於該輪轂構件以用來將該旋轉驅動力傳遞至該輪轂構件；及力感測器單元，其被設置在該感測器軸件上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的自行車輪轂裝置，其中該中間驅動構件與該感測器軸件被耦接成容許相對於彼此軸向移動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的自行車輪轂裝置，其中該中間驅動構件與該感測器軸件之間形成有空間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份在該輪轂構件的第一凸緣與 該輪轂構件的第二凸緣之間被耦接於該輪轂構件。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份在相對於該輪轂構件的軸向中間位置處被耦接於該輪轂構件，以用來將該旋轉驅動力傳遞至該輪轂構件。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份在該輪轂構件的實質上軸向中心處被耦接於該輪轂構件。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的自行車輪轂裝置，其中該中間驅動構件的該第二部份以花鍵連接於該輪轂構件。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份包含被設置在相對於該輪轂構件的軸向中間位置處的軸件端部。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的自行車輪轂裝置，其中該軸件端部被設置在該輪轂構件的實質上軸向中心處。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的自行車輪轂裝置，另外包含通訊元件，其將來自該力感測器單元的訊號傳遞至另一位置。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的自行車輪轂裝置，其中該通訊元件將來自該力感測器單元的該訊號無線式地傳遞至該另一位置。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的自行車輪轂裝置，另外包含第一軸承，其被設置在該中間驅動構件與該輪轂 軸之間。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的自行車輪轂裝置，另外包含第二軸承，其被設置在該中間驅動構件與該輪轂構件之間。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的自行車輪轂裝置，另外包含：第一軸承，其被設置在該輪轂構件與該輪轂軸之間；第二軸承，其被設置在該輪轂構件與該中間驅動構件之間；且其中該力感測器單元於軸向上在該第一軸承與該第二軸承之間被設置在該感測器軸件上。
  15. 一種自行車輪轂裝置，包含：輪轂軸；輪轂構件，其被支撐以用於繞該輪轂軸旋轉；感測器軸件，其被支撐以用於繞該輪轂軸旋轉且具有第一部份及第二部份，其中該感測器軸件的該第一部份被建構成用以接收外部旋轉驅動力，其中該感測器軸件的該第二部份被耦接於該輪轂構件以用來將該旋轉驅動力傳遞至該輪轂構件，且其中該感測器軸件的該第二部份被相對地設置在該輪轂構件的第一凸緣與該輪轂構件的第二凸緣之間；及力感測器單元，其被設置在該感測器軸件上。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份被設置在相對於該輪轂構 件的軸向中間位置處。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份被設置在該輪轂構件的實質上軸向中心處。
  18. 如申請專利範圍第15項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份以花鍵連接於該輪轂構件。
  19. 如申請專利範圍第15項所述的自行車輪轂裝置，另外包含中間驅動構件，其被支撐以用於繞該輪轂軸旋轉且具有第一部份及第二部份，其中該中間驅動構件的該第一部份被建構成用以接收該外部旋轉驅動力，且其中該中間驅動構件的該第二部份將該旋轉驅動力傳遞至該感測器軸件的該第一部份。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的自行車輪轂裝置，其中該中間驅動構件與該感測器軸件在該輪轂構件內互相耦接。
  21. 如申請專利範圍第19項所述的自行車輪轂裝置，其中該中間驅動構件與該感測器軸件被耦接成容許相對於彼此軸向移動。
  22. 如申請專利範圍第19項所述的自行車輪轂裝置，其中該中間驅動構件的該第二部份以花鍵連接於該感測器軸件的該第一部份。
  23. 如申請專利範圍第19項所述的自行車輪轂裝置，其中該中間驅動構件與該感測器軸件之間形成有空間。
  24. 如申請專利範圍第19項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份在該輪轂構件的第一凸緣與該輪轂構件的第二凸緣之間被耦接於該輪轂構件。
  25. 如申請專利範圍第19項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份在相對於該輪轂構件的軸向中間位置處被耦接於該輪轂構件，以用來將該旋轉驅動力傳遞至該輪轂構件。
  26. 如申請專利範圍第25項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份在該輪轂構件的實質上軸向中心處被耦接於該輪轂構件。
  27. 如申請專利範圍第19項所述的自行車輪轂裝置，其中該中間驅動構件的該第二部份以花鍵連接於該輪轂構件。
  28. 如申請專利範圍第19項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份包含被設置在相對於該輪轂構件的軸向中間位置處的軸件端部。
  29. 如申請專利範圍第28項所述的自行車輪轂裝置，其中該軸件端部被設置在該輪轂構件的實質上軸向中心處。
  30. 如申請專利範圍第19項所述的自行車輪轂裝置，另外包含通訊元件，其將來自該力感測器單元的訊號傳遞至另一位置。
  31. 如申請專利範圍第30項所述的自行車輪轂裝置，其中該通訊元件將來自該力感測器單元的該訊號無線式地 傳遞至該另一位置。
  32. 如申請專利範圍第19項所述的自行車輪轂裝置，另外包含第一軸承，其被設置在該中間驅動構件與該輪轂軸之間。
  33. 如申請專利範圍第32項所述的自行車輪轂裝置，另外包含第二軸承，其被設置在該中間驅動構件與該輪轂構件之間。
  34. 如申請專利範圍第19項所述的自行車輪轂裝置，另外包含：第一軸承，其被設置在該輪轂構件與該輪轂軸之間；第二軸承，其被設置在該輪轂構件與該中間驅動構件之間；且其中該力感測器單元於軸向上在該第一軸承與該第二軸承之間被設置在該感測器軸件上。
  35. 一種自行車輪轂裝置，包含：輪轂軸；輪轂構件，其被支撐以用於繞該輪轂軸旋轉；感測器軸件，其被支撐以用於繞該輪轂軸旋轉且具有第一部份及第二部份，其中該感測器軸件的該第一部份被建構成用以接收外部旋轉驅動力，且其中該感測器軸件的該第二部份被耦接於該輪轂構件以用來將該旋轉驅動力傳遞至該輪轂構件；力感測器單元，其被設置在該感測器軸件上；及發電機，其被設置在該輪轂構件內，其中該發電機從 該感測器軸件及該輪轂構件中的至少一個接收旋轉驅動力，且其中該感測器軸件的該第二部份於軸向上被設置在該發電機與該力感測器單元之間。
  36. 如申請專利範圍第35項所述的自行車輪轂裝置，其中該發電機包含：磁鐵構件，其被耦接於該輪轂軸；及線圈構件，其被耦接成與該輪轂構件一起旋轉。
  37. 如申請專利範圍第35項所述的自行車輪轂裝置，另外包含蓄電器，其儲存由該發電機所產生的電力。
  38. 如申請專利範圍第35項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份在該輪轂構件的第一凸緣與該輪轂構件的第二凸緣之間被耦接於該輪轂構件。
  39. 如申請專利範圍第35項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份在該輪轂構件的軸向中間位置處被耦接於該輪轂構件，以用來將該旋轉驅動力傳遞至該輪轂構件。
  40. 如申請專利範圍第39項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份在該輪轂構件的實質上軸向中心處被耦接於該輪轂構件。
  41. 如申請專利範圍第35項所述的自行車輪轂裝置，另外包含通訊元件，其將來自該力感測器單元的訊號傳遞至另一位置。
  42. 如申請專利範圍第41項所述的自行車輪轂裝置，其中該通訊元件將來自該力感測器單元的該訊號無線式地 傳遞至該另一位置。
  43. 如申請專利範圍第35項所述的自行車輪轂裝置，其中該力感測器單元被設置在該感測器軸件的該第一部份與該發電機之間。
  44. 如申請專利範圍第35項所述的自行車輪轂裝置，另外包含中間驅動構件，其被支撐以用於繞該輪轂軸旋轉且具有第一部份及第二部份，其中該中間驅動構件的該第一部份被建構成用以接收該外部旋轉驅動力，且其中該中間驅動構件的該第二部份將該旋轉驅動力傳遞至該感測器軸件的該第一部份。
  45. 如申請專利範圍第44項所述的自行車輪轂裝置，其中該中間驅動構件與該感測器軸件在該輪轂構件內互相耦接。
  46. 如申請專利範圍第44項所述的自行車輪轂裝置，其中該中間驅動構件與該感測器軸件被耦接成容許相對於彼此軸向移動。
  47. 如申請專利範圍第44項所述的自行車輪轂裝置，其中該中間驅動構件的該第二部份以花鍵連接於該感測器軸件的該第一部份。
  48. 如申請專利範圍第44項所述的自行車輪轂裝置，其中該中間驅動構件與該感測器軸件之間形成有空間。
  49. 如申請專利範圍第44項所述的自行車輪轂裝置，其中該中間驅動構件的該第二部份以花鍵連接於該輪轂構件。
  50. 如申請專利範圍第44項所述的自行車輪轂裝置，其中該感測器軸件的該第二部份包含被設置在相對於該輪轂構件的軸向中間位置處的軸件端部。
  51. 如申請專利範圍第50項所述的自行車輪轂裝置，其中該軸件端部被設置在該輪轂構件的實質上軸向中心處。
  52. 如申請專利範圍第44項所述的自行車輪轂裝置，另外包含第一軸承，其被設置在該中間驅動構件與該輪轂軸之間。
  53. 如申請專利範圍第52項所述的自行車輪轂裝置，另外包含第二軸承，其被設置在該中間驅動構件與該輪轂構件之間。
  54. 如申請專利範圍第44項所述的自行車輪轂裝置，另外包含：第一軸承，其被設置在該輪轂構件與該輪轂軸之間；第二軸承，其被設置在該輪轂構件與該中間驅動構件之間；且其中該力感測器單元於軸向上在該第一軸承與該第二軸承之間被設置在該感測器軸件上。
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