TWI769802B - 電動輔助自行車的踩踏力偵測機構 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電動輔助自行車的踩踏力偵測機構，其包含套接於曲柄軸的單向棘輪套筒、套接於單向棘輪套筒的主動端面凸輪、組合於主動端面凸輪的被動端面凸輪、連接於被動端面凸輪且連接於主齒輪的連結軸套、以及應變規組件。應變規組件是設置於被動端面凸輪與連結軸套之間且包括彈性環型座體以及設置於彈性環型座體上的應變規。主齒輪適於透過連結軸套抑制被動端面凸輪，使得主動端面凸輪在曲柄軸的軸向推抵開被動端面凸輪，使被動端面凸輪施壓於應變規組件的彈性環型座體，以使彈性環型座體產生形變，應變規適於傳遞啟動訊號給輔助動力組件，從而提供輔助動力給主齒輪。

Description

電動輔助自行車的踩踏力偵測機構

本發明係提供一種電動輔助自行車的踩踏力偵測機構，尤指一種用於偵測踩踏力以啟動電動輔助自行車的輔助馬達從而提供輔助動力給曲柄軸之踩踏力偵測機構。

近年來在世界各國興起電動輔助自行車，其是在自行車搭載電動輔助的馬達以及電池，當騎乘者踩踏時，根據不同的踩踏力道，輔助馬達會提供相對程度的輔助動力，使騎乘者在騎乘陡坡或較不平的路面時，也可以輕鬆又省力。

目前偵測踩踏力道的方式是在電動輔助自行車的曲柄軸的軸承的套筒外設置扭力感應組件，藉由感測扭力的變化來決定是否啟動馬達。然而，許多騎乘者發現在騎乘電動輔助自行車時，有時未能獲得適當的輔助動力，原因在於踩踏力的變化超出了扭力感應組件的靈敏度或感應範圍。

發明人遂竭其心智悉心研究，進而研發出一種電動輔助自行車的踩踏力偵測機構，以達到可充分反應踩踏力的變化以提供輔助動力的目的。

本發明係提供一種電動輔助自行車的踩踏力偵測機構。踩踏力偵測機構適於容置於一軸箱以與電動輔助自行車的傳動機構配置，傳動機構包括一曲柄軸以及一主齒輪。主齒輪連接於一輔助動力組件。踩踏力偵測機構被曲柄軸所貫穿且包含一單向棘輪套筒、一主動端面凸輪、一被動端面凸輪、一 止推軸承、一連結軸套以及一應變規組件。單向棘輪套筒是套接於曲柄軸。主動端面凸輪是套接於單向棘輪套筒。被動端面凸輪是組合於主動端面凸輪。止推軸承是套接於被動端面凸輪。連結軸套是連接於被動端面凸輪並連接於主齒輪。應變規組件包括一彈性環型座體以及一應變規，彈性環型座體設置於止推軸承與軸箱之間，應變規是設置於彈性環型座體上且訊號連接於輔助動力組件。其中，主動端面凸輪帶動被動端面凸輪轉動，且主動端面凸輪沿曲柄軸的軸向推抵被動端面凸輪，被動端面凸輪經由止推軸承加壓於彈性環型座體。

在一實施例中，單向棘輪套筒套接於主動端面凸輪中，且於單向棘輪套筒與主動端面凸輪之間設有一滾珠軸承。

在一實施例中，主動端面凸輪具有一主動凸輪結構，主動凸輪結構具有環狀排列的複數波浪狀主動凸輪，被動端面凸輪具有組合於主動凸輪結構的一被動凸輪結構，被動凸輪結構具有環狀排列的複數波浪狀被動凸輪，波浪狀主動凸輪的凸出部設置於二波浪狀被動凸輪之間的凹陷部以使波浪狀主動凸輪的斜面與波浪狀被動凸輪的斜面相互靠設。

在一實施例中，彈性環型座體為截錐形的環體，並具有至少兩不同的厚度，應變規是設置在彈性環型座體的一外表面上。

在一實施例中，彈性環型座體為截錐形的環體，且彈性環型座體具有一最小周徑的環型頂面以及一最大周徑的環型底面，環型頂面是朝向止推軸承，環型底面是朝向連結軸套。

在一實施例中，踩踏力偵測機構更包含一止擋環片。止擋環片是抵頂於彈性環型座體的環型底面與軸箱之間。

在一實施例中，主齒輪延伸出一套軸，套軸的外側設有一第一栓槽結構，連結軸套的內側設有一第二栓槽結構以及一第三栓槽結構，被動端面凸輪的外側設有一第四栓槽凸輪結構，第二栓槽結構栓接第一栓槽結構，第三栓槽結構栓接第四栓槽結構。

在一實施例中，軸箱與主動端面凸輪之間設有一滾針軸承，主齒輪在軸向的兩側與軸箱之間分別設有一滾珠軸承，主齒輪與曲柄軸之間設有一滾針軸承。

在一實施例中，單向棘輪套筒止擋於曲柄軸的止擋環與環形止擋凸緣之間。

藉此，本發明的電動輔助自行車的踩踏力偵測機構達到了可充分反應踩踏力的變化以提供輔助動力的目的。

1:踩踏力偵測機構

10:單向棘輪套筒

101:第六栓槽結構

102:內環體

103:棘爪

104:外環體

105:滾珠軸承

11:主動端面凸輪

110:主動凸輪結構

111:前定位內環面

112:中定位內環面

113:波浪狀主動凸輪

12:被動端面凸輪

120:被動凸輪結構

121:第四栓槽結構

122:背環面

123:波浪狀被動凸輪

13:連結軸套

130:第二栓槽結構

131:第三栓槽結構

14:應變規組件

15:彈性環型座體

151:外表面

152:第一部分

153:第二部分

154:環型頂面

155:環型底面

16:應變規

17:止推軸承

18:止擋環片

2:傳動機構

20:曲柄軸

201:止擋環

202:第五栓槽結構

203:環形止擋凸緣

21:主齒輪

210:套軸

211:第一栓槽結構

212:第七栓槽結構

213:油封

22:大盤

23:曲柄

3:輔助動力組件

30:第二減速齒輪

31:輔助動力源

32:第一減速齒輪

5:軸箱

51:第一軸箱

511:定位槽體

512:環形蓋體

52:第二軸箱

61:滾珠軸承

62:滾針軸承

63:滾珠軸承

64:滾珠軸承

9:滾針軸承

91:C型扣環

[圖1]係本發明具體實施例的踩踏力偵測機構與傳動機構的分解示意圖一。

[圖2]係本發明具體實施例的踩踏力偵測機構與傳動機構的分解示意圖二。

[圖3]係本發明具體實施例的踩踏力偵測機構、傳動機構、輔助動力組件與軸箱的分解示意圖一。

[圖4]係本發明具體實施例的踩踏力偵測機構、傳動機構、輔助動力組件與軸箱的分解示意圖二。

[圖5]係圖3的組合示意圖。

[圖6]係圖5的剖面示意圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：請參考圖1至圖6，本發明係提供一種電動輔助自行車的踩踏力偵測機構1。踩踏力偵測機構1配置於電動輔助自行車(圖未示)的傳動機構2中，傳動機構2包括一曲柄軸20、被曲柄軸20所帶動的主齒輪21、被主齒輪21所帶動的大盤22以及帶動曲柄軸20的曲柄23，曲柄23可樞接有踏板(圖未示)，主齒輪21可經由第七栓槽結構212帶動大盤22，大盤22可經由鏈條(圖未示)或皮帶(圖未示)帶動電動輔助自行車的後輪(圖未示)，曲柄軸20與主齒輪21之間可經由滾針軸承9連接，曲柄軸20貫穿主齒輪21及大盤22。主齒輪21更適於連接於一輔助動力組件3。踩踏力偵測機構1被曲柄軸20所貫穿且包含一單向棘輪套筒10、一主動端面凸輪11、一被動端面凸輪12、一止推軸承17、一應變規組件14以及一連結軸套13。單向棘輪套筒10是套接於曲柄軸20，單向棘輪套筒10由內而外具有一內環體102、三棘爪103及一外環體104，內環體102的第六栓槽結構101套接於曲柄軸20的第五栓槽結構202，且單向棘輪套筒10止擋於曲柄軸20的止擋環201與環形止擋凸緣203之間，止擋環201可為扣環扣設於曲柄軸20或為螺帽鎖附於曲柄軸20。如圖1所示的轉動方向，曲柄軸20是逆時針單向帶動單向棘輪套筒10轉動及經由單向棘輪套筒10的外環體104帶動主動端面凸輪11轉動，曲柄軸20順時針轉動時則為空轉。主動端面凸輪11是套接於單向棘輪套筒10，主動端面凸輪11的前定位內環面111定位單向棘輪套筒10的外環體104，主動端面凸輪11的中定位內環面112是經由滾珠軸承105與單向棘輪套筒10的內環體102的後側連接。如圖1所示，被動端面凸輪12的前部是靠設於主動端面凸輪11的後部，主動端面凸輪11帶動被動端面凸輪12逆時針轉動時，主動端面凸輪 11可對被動端面凸輪12產生軸向的推力。如圖1所示，連結軸套13的前部是套接於被動端面凸輪12的後部，連結軸套13的後部套接於主齒輪21。止推軸承17是套接於被動端面凸輪12且靠設於被動端面凸輪12的背環面122。如圖1、圖3及圖6所示，應變規組件14包括一彈性環型座體15以及一應變規16，應變規16是設置於彈性環型座體15上且訊號連接於輔助動力組件3，彈性環型座體15的環型頂面154是靠設於止推軸承17，彈性環型座體15的環型底面155是靠設於軸箱5的定位槽體511內，定位槽體511可由軸箱5的第一軸箱51內直接加工成形。如圖1、圖3、圖5及圖6所示，使用者騎乘電動輔助自行車(圖未示)時，曲柄軸20會經由踏板及曲柄23的帶動而逆時針轉動，曲柄軸20可帶動單向棘輪套筒10、主動端面凸輪11、被動端面凸輪12、連結軸套13、主齒輪21及大盤22逆時針轉動。主動端面凸輪11帶動被動端面凸輪12逆時針轉動時，主動端面凸輪11會對被動端面凸輪12施予軸向的推力，該軸向的推力會傳遞至止推軸承17，由於應變規組件14定位於軸箱5的定位槽體511內且由止推軸承17止擋，因此止推軸承17可承接被動端面凸輪12所帶來的逆時針轉動而使應變規組件14不轉動以避免應變規組件14摩擦損壞，另外，該軸向的推力會經由止推軸承17加壓應變規組件14的彈性環型座體15，以使彈性環型座體15產生形變，應變規16感測到彈性環型座體15的形變時便會傳遞訊號給輔助動力組件3，當應變規16感測到彈性環型座體15的形變大於一預設值時表示使用者的踩踏力量已大於預設的踩踏力量而需要輔助動力，此時輔助動力組件3便會提供輔助動力給主齒輪21以協助使用者踩踏。另外，使用者的踩踏力量越大，曲柄軸20、單向棘輪套筒10、主動端面凸輪11及被動端面凸輪12所承接的扭力及該軸向的推力會跟著變 大，彈性環型座體15的形變量亦會跟著變大，因此使用者可根據實際需求設定該預設值。

如上所述，本發明的踩踏力偵測機構1可將曲柄軸20轉動時的扭力轉換成沿著曲柄軸20的軸向的推力，以直接加壓彈性環型座體15產生形變。藉此，本發明的踩踏力偵測機構1可具有較短的力量傳遞距離以提供精確的形變數據，進而達到了可充分反應踩踏力的變化以提供輔助動力的目的。另外，本發明的踩踏力偵測機構1經由被動端面凸輪12傳遞轉動的力量及軸向的推力可避免使用者踩踏時產生空行程。

如圖1及圖2所示，在一實施例中，主動端面凸輪11具有一主動凸輪結構110，主動凸輪結構110具有環狀排列的複數波浪狀主動凸輪113，被動端面凸輪12具有組合於主動凸輪結構110的一被動凸輪結構120，被動凸輪結構120具有環狀排列的複數波浪狀被動凸輪123，波浪狀主動凸輪113的凸出部設置於二波浪狀被動凸輪123之間的凹陷部以使波浪狀主動凸輪113的斜面與波浪狀被動凸輪123的斜面相互靠設，進而可使主動端面凸輪11帶動被動端面凸輪12轉動並施予軸向的推力，另外，由於主動端面凸輪11與被動端面凸輪12組合後分別受到單向棘輪套筒10與連結軸套13的止擋，因此主動端面凸輪11的波浪狀主動凸輪113的斜面與被動端面凸輪12的波浪狀被動凸輪123的斜面之間僅能略為相對滑動。藉此，當使用者騎乘電動輔助自行車(圖未示)時，被動端面凸輪12會承受負載，主動端面凸輪11帶動被動端面凸輪12轉動時，波浪狀主動凸輪113的斜面與波浪狀被動凸輪123的斜面之間會略為相對滑動，被動凸輪結構120的二波浪狀被動凸輪123之間的凹陷部會略為錯位於主動凸輪結構110的 波浪狀主動凸輪113的凸出部，使得被動端面凸輪12被主動端面凸輪11略為推抵開，從而使被動端面凸輪12可經由止推軸承17施壓於彈性環型座體15。

如圖1、圖3及圖6所示，在一實施例中，彈性環型座體15可為截錐形的環體，並具有至少兩不同的厚度，應變規16是設置在彈性環型座體15的一外表面151上。例如在本實施例中彈性環型座體15具有反覆交替的第一部分152(例如凸出部分)與第二部分153(例如凹陷部分)，第一部分152的厚度不同於第二部分153的厚度，應變規16可設置在第二部分153。但並不僅限於此。藉由彈性環型座體15的不等肉厚的結構可獲得更精確與更充分的應變數據，以充分反應踩踏力的變化，從而使輔助動力組件3可提供適當的輔助動力。彈性環型座體15具有一最小周徑的環型頂面154以及一最大周徑的環型底面155，環型頂面154是朝向止推軸承17，環型底面155是朝向連結軸套13。在本實施例中，踩踏力偵測機構1可更包含一止擋環片18。止擋環片18是抵頂於彈性環型座體15的環型底面155與軸箱5的定位槽體511之間，以承托彈性環型座體15。

如圖1、圖2及圖6所示，在一實施例中，主齒輪21延伸出一套軸210，套軸210的外側設有一第一栓槽結構211，連結軸套13的內側設有一第二栓槽結構130以及一第三栓槽結構131，被動端面凸輪12的外側設有一第四栓槽結構121，第二栓槽結構130栓接第一栓槽結構211，第三栓槽結構131栓接第四栓槽結構121。藉此使被動端面凸輪12、連結軸套13以及主齒輪21彼此栓接而可保持同步轉動。另外，藉由第三栓槽結構131及第四栓槽結構121的栓接，連結軸套13可限制被動端面凸輪12在軸向上移動，以避免使用者在踩踏時形成空行程。

如圖3至圖6所示，在一實施例中，踩踏力偵測機構1容置於一軸箱5中，軸箱5具有相互組接的一第一軸箱51及一第二軸箱52，第一軸箱51內具有一定位槽體511，第一軸箱51外具有一環形蓋體512以蓋闔於定位槽體511的一側的開口。組裝踩踏力偵測機構1於軸箱5時，曲柄軸20可貫穿單向棘輪套筒10、主動端面凸輪11、被動端面凸輪12、止推軸承17、應變規組件14、止擋環片18及連結軸套13，且由第一軸箱51的定位槽體511的一側的開口置入定位槽體511內以使應變規組件14經由止擋環片18抵靠於定位槽體511內，主齒輪21可由定位槽體511的另一側的開口套接於曲柄軸20並連接連結軸套13，環形蓋體512及第二軸箱52可分別由曲柄軸20的二端組裝於定位槽體511的一側的開口及第一軸箱51。如圖6所示，軸箱5的環形蓋體512與曲柄軸20之間設有一滾珠軸承61，滾珠軸承61可為密封式滾珠軸承以防塵及防水，軸箱5的第一軸箱51與主動端面凸輪11之間設有一滾針軸承62，主齒輪21在軸向的兩側與定位槽體511的另一側的開口及第二軸箱52之間分別設有一滾珠軸承63、64，滾珠軸承64可為密封式滾珠軸承以防塵及防水，主齒輪21與曲柄軸20之間設有一滾針軸承9，曲柄軸20可扣設有一C型扣環91於第二軸箱52外以避免曲柄軸20由左側抽離，曲柄軸20與主齒輪21之間可設有一油封213以防塵及防水。藉此，滾針軸承62可將主動端面凸輪11支撐在軸箱5內。滾珠軸承63、64可限制主齒輪21在軸向上的位移並將主齒輪21支撐在軸箱5內，以避免在使用者踩踏時形成空行程。滾針軸承9可將主齒輪21支撐在曲柄軸20上。

如圖1至圖4所示，在一實施例中，輔助動力組件3具有一輔助動力源31(例如馬達)、一第一減速齒輪32及一第二減速齒輪30，輔助動力源31可依序經由第一減速齒輪32及第二減速齒輪30嚙合於主齒輪21。應變規16則訊號 連接於輔助動力源31的控制電路，應變規16可藉由無線(例如RFID、紅外線或無線電)或有線連接的方式連接於輔助動力源31的控制電路。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

1:踩踏力偵測機構

10:單向棘輪套筒

101:第六栓槽結構

102:內環體

103:棘爪

104:外環體

105:滾珠軸承

11:主動端面凸輪

110:主動凸輪結構

111:前定位內環面

112:中定位內環面

12:被動端面凸輪

120:被動凸輪結構

121:第四栓槽結構

122:背環面

123:波浪狀被動凸輪

13:連結軸套

130:第二栓槽結構

131:第三栓槽結構

14:應變規組件

15:彈性環型座體

151:外表面

152:第一部分

153:第二部分

154:環型頂面

155:環型底面

16:應變規

17:止推軸承

18:止擋環片

2:傳動機構

20:曲柄軸

201:止擋環

202:第五栓槽結構

203:環形止擋凸緣

21:主齒輪

210:套軸

211:第一栓槽結構

9:滾針軸承

Claims (9)

1. 一種電動輔助自行車的踩踏力偵測機構，適於容置於一軸箱以與該電動輔助自行車的一傳動機構配置，該傳動機構包括一曲柄軸以及一主齒輪，該主齒輪連接於一輔助動力組件，該踩踏力偵測機構被該曲柄軸所貫穿且包含：一單向棘輪套筒，套接於該曲柄軸；一主動端面凸輪，套接於該單向棘輪套筒；一被動端面凸輪，組合於該主動端面凸輪；一止推軸承，套接於該被動端面凸輪；一連結軸套，連接於該被動端面凸輪並連接於該主齒輪；以及一應變規組件，包括一彈性環型座體以及一應變規，該彈性環型座體設置於該止推軸承與該軸箱之間，該應變規是設置於該彈性環型座體上且訊號連接於該輔助動力組件；其中，該主動端面凸輪帶動該被動端面凸輪轉動，且該主動端面凸輪沿該曲柄軸的軸向推抵該被動端面凸輪，該被動端面凸輪經由該止推軸承加壓於該彈性環型座體。
2. 如請求項1所述之踩踏力偵測機構，其中該單向棘輪套筒套接於該主動端面凸輪中，且於該單向棘輪套筒與該主動端面凸輪之間設有一滾珠軸承。
3. 如請求項1所述之踩踏力偵測機構，其中該主動端面凸輪具有一主動凸輪結構，該主動凸輪結構具有環狀排列的複數波浪狀 主動凸輪，該被動端面凸輪具有組合於該主動凸輪結構的一被動凸輪結構，該被動凸輪結構具有環狀排列的複數波浪狀被動凸輪，各該波浪狀主動凸輪的凸出部設置於二該波浪狀被動凸輪之間的凹陷部以使各該波浪狀主動凸輪的斜面與各該波浪狀被動凸輪的斜面相互靠設。
4. 如請求項1所述之踩踏力偵測機構，其中該彈性環型座體為截錐形的環體，該彈性環型座體具有至少兩不同的厚度，該應變規是設置在該彈性環型座體的一外表面上。
5. 如請求項1所述之踩踏力偵測機構，其中該彈性環型座體為截錐形的環體，且該彈性環型座體具有一最小周徑的環型頂面以及一最大周徑的環型底面，該環型頂面是朝向該止推軸承，該環型底面是朝向該連結軸套。
6. 如請求項5所述之踩踏力偵測機構，其中更包含一止擋環片，該止擋環片是抵頂於該彈性環型座體的環型底面與該軸箱之間。
7. 如請求項1所述之踩踏力偵測機構，其中該主齒輪延伸出一套軸，該套軸的外側設有一第一栓槽結構，該連結軸套的內側設有一第二栓槽結構以及一第三栓槽結構，該被動端面凸輪的外側設有一第四栓槽凸輪結構，該第二栓槽結構栓接該第一栓槽結構，該第三栓槽結構栓接該第四栓槽結構。
8. 如請求項1所述之踩踏力偵測機構，其中該軸箱與該主動端面凸輪之間設有一滾針軸承，該主齒輪在軸向的兩側與該軸箱之 間分別設有一滾珠軸承，該主齒輪與該曲柄軸之間設有一滾針軸承。
9. 如請求項1所述之踩踏力偵測機構，其中該單向棘輪套筒止擋於該曲柄軸的一止擋環與一環形止擋凸緣之間。

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