TWI564182B - 電動自行車及其扭矩傳感器 - Google Patents

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TWI564182B
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陳彥吉
施昌沅
許仕欣
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鴻海精密工業股份有限公司
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Description

電動自行車及其扭矩傳感器
本發明涉及一種自行車電動助力傳感器。
目前，電動自行車作為一種環保、節能之交通工具或運動器材越來越受廣大消費者之歡迎。當電動自行車處於助力狀態時，通常利用扭矩傳感器檢測騎行者腳踩時產生之動態力矩，將動態之力矩訊號轉變為電訊號，控制電路根據該電訊號得出騎行者腳踩時產生之扭力大小，並據此控制電機輸出之扭力大小以共同驅動電動自行車之前輪或後輪旋轉。然，傳統之扭矩傳感器於安裝時，需先將自行車踩踏板處之橫軸先行拆卸，將橫軸區段鑽一小孔以連接訊號線，再將扭矩傳感器差製安裝於軸內，此過程相當地費時並且需要一定之組裝技術與拆卸工具，故，傳統之扭矩傳感器安裝困難。
有鑒於此，本發明提供一種方便安裝之扭矩傳感器。
本發明還提供一種採用該扭矩傳感器之電動自行車。
一種扭矩傳感器，用以連接於一驅動件及一外部負載之間，該扭矩傳感器包括殼體，該殼體用以與該驅動件連接，該扭矩傳感器包括裝設於該殼體內之第一齒輪、電路模組及觸發頭，該第一齒輪轉動裝設於該殼體內並用以與該外部負載止轉連接，該觸發頭與該第一齒輪連接，該電路模組包括電阻，該電阻裝設於該殼體內且與該觸發頭滑動接觸，該第一齒輪隨該外部負載轉動時，該觸發頭於該電阻上滑動以改變該電路模組之電阻大小，從而使該電路模組輸出相應電訊號以控制該驅動件輸出之扭矩大小。
一種電動自行車，其包括飛輪、後輪、裝設於該後輪軸孔中之驅動件及扭矩傳感器，該扭矩傳感器連接於該飛輪與該驅動件之間，該扭矩傳感器包括殼體、裝設於該殼體內之第一齒輪、電路模組及觸發頭，該殼體與該驅動件連接，該第一齒輪遠離該驅動件之一端與該飛輪止轉連接，該觸發頭與該第一齒輪連接，該電路模組包括電阻，該電阻裝設於該殼體內且與該觸發頭滑動接觸，該第一齒輪隨該飛輪轉動時該觸發頭於該電阻上滑動以改變該電路模組之電阻大小，從而使該電路模組輸出相應電訊號以控制該驅動件輸出之扭矩大小。
本發明之扭矩傳感器安裝時，只需將扭矩傳感器之一端與驅動件連接，並將扭矩傳感器之第一齒輪與外部負載固定即可，無需改變自行車部件以配合安裝，安裝操作簡單。
圖1係本發明實施方式之電動自行車之立體示意圖。
圖2係圖1所示電動自行車之部分分解示意圖。
圖3係圖1所示電動自行車之帶扭矩傳感器之電機之立體示意圖。
圖4係圖3所示帶扭矩傳感器之電機之扭矩傳感器之部分分解示意圖。
圖5係圖3所示帶扭矩傳感器之電機之扭矩傳感器之分解示意圖。
圖6係圖5所示扭矩傳感器之另一視角之分解示意圖。
圖7係圖2於VII處之放大圖。
圖8係本發明另一實施方式扭矩傳感器之分解示意圖。
請參閱圖1及圖2，本發明實施方式之電動自行車1包括飛輪3、後輪5、驅動件20及扭矩傳感器60。驅動件20裝設於後輪5之軸孔51中。扭矩傳感器60連接飛輪3與驅動件20。飛輪3可藉由扭矩傳感器60帶動後輪5旋轉，以使扭矩傳感器60可感測到飛輪3傳遞之扭矩。驅動件20用以根據扭矩傳感器60感測到之扭矩控制其輸出扭矩之大小以使後輪5加力旋轉。可理解，電動自行車1還包括前輪、踏板、踏板曲柄（未標示）等部件，為省略篇幅，這裡不作介紹。
請同時參閱圖3，於本實施例中，驅動件20包括內定子22及外轉子24。外轉子24套設於內定子22之外周緣，且能夠相對內定子22轉動。外轉子24收容並裝設於後輪5之軸孔51中（請參閱圖2），並與後輪5相對固定。
請參閱圖2，扭矩傳感器60與內定子22朝向飛輪3之端面連接且與內定子22同軸設置。請一併參閱圖4至圖6，扭矩傳感器60包括殼體62及裝設於殼體62內之齒輪傳動組件66、電路模組68及觸發頭69。殼體62裝設於內定子22上；齒輪傳動組件66可轉動地裝設於殼體62內且與飛輪3止轉連接；觸發頭69裝設於齒輪傳動組件66上且與電路模組68相鄰設置。
請參閱圖4，殼體62大致呈中空圓柱狀，其包括套接部623、底蓋625及端蓋627。底蓋625及端蓋627分別裝設於套接部623兩端。其中，端蓋627鄰近飛輪3設置，底蓋625與內定子22同軸連接。套接部623、底蓋625及端蓋627共同圍成收容部629。於本實施例中，套接部623之每一端環繞內壁周緣間隔凸設二凸條6234，二凸條6234之間形成裝設槽6236。端蓋627及底蓋625之周緣分別收容並裝設於對應之裝設槽6236內，且端蓋627及底蓋625能夠相對套接部623轉動。端蓋627大致中心位置貫通開設有穿插孔6272。
請同時參閱圖4至圖5，齒輪傳動組件66包括可轉動地裝設於收容部629內之第一齒輪663、第二齒輪664、第三齒輪665及復位件669。第三齒輪665與第二齒輪664嚙合，第二齒輪664與第一齒輪663嚙合，復位件669連接第一齒輪663與底蓋625，用以使第一齒輪663復位。
第一齒輪663包括連接件6632及嚙合部6634。連接件6632之一端穿設於穿插孔6272及飛輪3之軸孔31中並與飛輪3止轉連接。嚙合部6634裝設於連接件6632遠離飛輪3之另一端。嚙合部6634能夠隨著連接件6632及飛輪3相對底蓋625轉動。嚙合部6634上貫通開設有通孔6636。
第二齒輪664遠離底蓋625之一端與嚙合部6634嚙合，第三齒輪665與第二齒輪664靠近底蓋625之一端嚙合，且第三齒輪665鄰近嚙合部6634設置。第三齒輪665與嚙合部6634旋轉方向一致。第二齒輪664及第三齒輪665之半徑小於嚙合部6634之半徑，以使第三齒輪665相對底蓋625之轉動距離大於嚙合部6634相對底蓋625之轉動距離。
請參閱圖7，第三齒輪665包括同軸依次設置之齒輪部6652、傳動軸6654及轉盤6656，齒輪部6652及轉盤6656分別裝設於傳動軸6654之兩端。其中，齒輪部6652與傳動軸6654遠離驅動件20之一端連接，轉盤6656與傳動軸6654靠近驅動件20之一端連接，以使轉盤6656之轉動方向與齒輪部6652一致。
請再次參閱圖5，復位件669連接嚙合部6634與底蓋625，用以使第一齒輪663復位。於本實施例中，復位件669包括固定桿6693及環繞固定桿6693設置之複數彈片6694。固定桿6693之一端固定於底蓋625之大致中部位置，固定桿6693之另一端伸入通孔6636。每一彈片6694彎曲裝設於通孔6636中並且複數彈片6694相互間隔設置。每一彈片6694一端固定於固定桿6693上，每一彈片6694之另一端固定於通孔6636內壁上。可理解，複數彈片6694可用一盤簧替代，將該盤簧之一端固定於固定桿6693上，該盤簧之另一端與嚙合部6634之通孔6636內壁連接即可。
請同時參閱圖6，電路模組68裝設於底蓋625上，其包括電阻682。電阻682裝設於底蓋625上且鄰近轉盤6656設置。於本實施例中，底蓋625鄰近轉盤6656之表面上凹設有槽狀之滑道6252，電阻682裝設於滑道6252內。請同時參閱圖5，觸發頭69裝設於轉盤6656朝向滑道6252之表面上，且觸發頭69能夠於滑道6252內沿電阻682滑動。可理解，電路模組68還可包括其他電子組件，為省略篇幅，這裡不做介紹。
組裝電動自行車1時，只需將扭矩傳感器60之底蓋625與驅動件20連接，並將扭矩傳感器60之連接件6632插設於飛輪3之軸孔31中固定即可。
當騎行者帶動飛輪3轉動時，連接件6632及嚙合部6634於飛輪3之帶動下轉動，此時，彈片6694發生彈性形變。嚙合部6634轉動帶動第二齒輪664、第三齒輪665轉動，而第三齒輪665之轉動會帶動觸發頭69於電阻682上滑動。這時電路模組68之電阻隨著觸發頭69之移動而變大或者變小以產生電訊號。由於觸發頭69於電阻682上滑動之距離與飛輪3轉動之距離呈正比關係，故根據該電訊號可得出騎行者腳踏時產生之扭力。然後，電路模組68將該電訊號傳遞給驅動件20，以控制驅動件20輸出之扭力大小，從而輔助後輪5加力旋轉，以達到人力與電力之配合。當飛輪3不轉動時，觸發頭69、第三齒輪665、第二齒輪664及第一齒輪663於復位件669之作用下復位，驅動件20無扭力輸出。
本發明之扭矩傳感器60安裝時，只需將扭矩傳感器60之底蓋625與驅動件20連接，並將扭矩傳感器60之第一齒輪663與飛輪3固定即可，無需改變自行車部件以配合安裝，安裝操作簡單。本發明之扭矩傳感器60還可與驅動件20整合於一起，以組成一帶扭矩傳感器之電機100（如圖3所示），組裝電動自行車1時，無需分別組裝驅動件20及扭矩傳感器60，進一步節約生產時間。另，由於第二齒輪664及第三齒輪665之半徑小於嚙合部6634之半徑，嚙合部6634相對底蓋625之轉動距離經第二齒輪664及第三齒輪665傳動後變大，故使扭矩傳感器60對扭力之檢測更佳靈敏。復位件669採用複數彈片6694環繞通孔6636內壁設置，使嚙合部6634受力更均勻。
可理解，扭矩傳感器60不僅限應用於電動自行車1上，亦可應用其他設備上。可理解，當將扭矩傳感器60與驅動件20整合於一起時，底蓋625可省略，可直接將電阻682設置於內定子22上，將第一齒輪663、第二齒輪664及第三齒輪665轉動地裝設於內定子22上。
於本實施例中，齒輪傳動組件66包括第一齒輪663、第二齒輪664及第三齒輪665，可理解，齒輪之數目不限於三，可根據實際需要設置其他數目之齒輪。
可理解，第二齒輪664及第三齒輪665可省略，將觸發頭69直接裝設於第一齒輪663上即可（請參閱圖8）。
可理解，電路模組68在殼體62內之位置可根據實際需要進行選擇。
可理解，亦可將第二齒輪664靠近底蓋625之一端與嚙合部6634嚙合，將第二齒輪664遠離底蓋625之一端與齒輪部6652嚙合。
可理解，連接件6632與嚙合部6634可一體設置或是可拆卸地連接於一起。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，於爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之如申請專利範圍內。
電動自行車：1
飛輪：3
後輪：5
軸孔：51、31
帶扭矩傳感器之電機：100
驅動件：20
內定子：22
外轉子：24
扭矩傳感器：60
殼體：62
套接部：623
凸條：6234
裝設槽：6236
底蓋：625
滑道：6252
端蓋：627
穿插孔：6272
收容部：629
齒輪傳動組件：66
第一齒輪：663
連接件：6632
嚙合部：6634
通孔：6636
第二齒輪：664
第三齒輪：665
齒輪部：6652
傳動軸：6654
轉盤：6656
復位件：669
固定桿：6693
彈片：6694
電路模組：68
電阻：682
觸發頭：69
無
扭矩傳感器：60
殼體：62
套接部：623
凸條：6234
裝設槽：6236
底蓋：625
端蓋：627
穿插孔：6272
收容部：629
第一齒輪：663
第二齒輪：664
第三齒輪：665

Claims (10)

  1. 一種扭矩傳感器，用以連接於一驅動件及一外部負載之間，該扭矩傳感器包括殼體，其改良在於：該殼體用以與該驅動件連接，該扭矩傳感器包括裝設於該殼體內之第一齒輪、電路模組及觸發頭，該第一齒輪轉動裝設於該殼體內並用以與該外部負載止轉連接，該觸發頭與該第一齒輪連接，該電路模組包括電阻，該電阻裝設於該殼體內且與該觸發頭滑動接觸，該第一齒輪隨該外部負載轉動時，該觸發頭於該電阻上滑動以改變該電路模組之電阻大小，從而使該電路模組輸出相應電訊號以控制該驅動件輸出之扭矩大小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之扭矩傳感器，其中該扭矩傳感器還包括轉動裝設於該殼體內之第二齒輪及第三齒輪，該第三齒輪與該第二齒輪嚙合，該第二齒輪與該第一齒輪嚙合，該第二齒輪及該第三齒輪之半徑小於該第一齒輪之半徑，該觸發頭設置於該第三齒輪朝向該電阻之表面上，以藉由該第三齒輪與該第一齒輪連接。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之扭矩傳感器，其中該第一齒輪貫通開設通孔，該扭矩傳感器還包括復位件，該復位件包括固定桿及環繞該固定桿設置之複數彈片，該固定桿之一端裝設於該殼體上並伸入該通孔，每一彈片彎曲裝設於該通孔中且該複數彈片相互間隔設置，每一彈片之一端固定於該固定桿，每一彈片之另一端固定於該第一齒輪之通孔內壁上。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之扭矩傳感器，其中該第一齒輪包括連接件及裝設於該連接件一端上之嚙合部，該嚙合部與該第二齒輪嚙合，該連接件遠離該嚙合部之另一端穿設該殼體用以與該外部負載止轉連接。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之扭矩傳感器，其中該第三齒輪包括同軸依次設置之齒輪部、傳動軸及轉盤，該傳動軸連接於該齒輪部及該轉盤之間，該齒輪部與該第二齒輪嚙合，該觸發頭裝設於該轉盤遠離該齒輪部之表面上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之扭矩傳感器，其中該殼體包括套接部、底蓋及端蓋，該底蓋及該端蓋分別裝設於該套接部兩端，該套接部、該底蓋及該端蓋共同圍成一收容部，該底蓋用以與該驅動件同軸連接，該第一齒輪及該電路模組裝設於該收容部內，該電阻裝設於該底蓋鄰近該第一齒輪之表面上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之扭矩傳感器，其中該套接部包括相對之二端部，該套接部之每一端部環繞內壁周緣間隔凸設二凸條，該二凸條之間形成裝設槽，該端蓋及該底蓋之周緣分別收容於對應之裝設槽內，且該端蓋及該底蓋能夠相對該套接部轉動。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之扭矩傳感器，其中該底蓋鄰近該第一齒輪之表面上凹設有槽狀之滑道，該電阻裝設於該滑道內。
  9. 一種電動自行車，其包括飛輪、後輪、裝設於該後輪軸孔中之驅動件及扭矩傳感器，其改良在於：該扭矩傳感器連接於該飛輪與該驅動件之間，該扭矩傳感器包括殼體、裝設於該殼體內之第一齒輪、電路模組及觸發頭，該殼體與該驅動件連接，該第一齒輪遠離該驅動件之一端與該飛輪止轉連接，該觸發頭與該第一齒輪連接，該電路模組包括電阻，該電阻裝設於該殼體內且與該觸發頭滑動接觸，該第一齒輪隨該飛輪轉動時該觸發頭於該電阻上滑動以改變該電路模組之電阻大小，從而使該電路模組輸出相應電訊號以控制該驅動件輸出之扭矩大小。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電動自行車，其中該扭矩感測器還包括轉動裝設在該殼體內之第二齒輪及第三齒輪，該第三齒輪與該第二齒輪嚙合，該第二齒輪與該第一齒輪嚙合，該第二齒輪及該第三齒輪之半徑小於該第一齒輪之半徑，該觸發頭設置於該第三齒輪朝向該電阻之表面上，以藉由該第三齒輪與該第一齒輪連接。
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