TWI783587B

TWI783587B - 動力輸出扭力感知機構

Info

Publication number: TWI783587B
Application number: TW110126997A
Authority: TW
Inventors: 姚立和
Original assignee: 姚立和
Priority date: 2021-07-22
Filing date: 2021-07-22
Publication date: 2022-11-11
Also published as: EP4123279B1; EP4123279C0; US20230026432A1; CN218368158U; US11821472B2; TW202305334A; JP3239170U; CN115675716A; EP4123279A1; JP7421822B2; JP2023016794A

Abstract

本發明係指一種動力輸出扭力感知機構，其係於一軸桿的兩端分設有一輸入組及一可被輸入組帶動之輸出組，而本發明的特色在於該輸入組與輸出組間設有一扭轉連軸組，供利用該扭轉連軸組檢出旋轉扭力值、且以有線方式傳輸，藉此，能在可達微細且精準的檢出扭力值並傳輸時，避免因雜訊干擾而失真，讓後續輔助動力輸入更為即時及準確，且能有效簡化結構，具有易於製造及維護之效，可進一步降低整體成本。

Description

動力輸出扭力感知機構

本發明隸屬一種動力輸出之扭力檢知技術，具體而言係指一種可達微細且精準的檢出扭力值並以有線方式傳輸檢出訊號之動力輸出扭力感知機構，藉以能在檢出旋轉軸的扭力變化時，可以透過有線方式可靠、且準確輸出，避免無線傳輸扭力值時因雜訊干擾而失真，且可提高訊號傳輸的確實性與準確性，並能簡化結構，進一步降低製造及維修之成本。

按，旋轉動能的輸出，可用於轉動物件，而其動力輸入至動能輸出的過程中，會因物件的重量、爬升的坡度或負載等產生反作用力，此時需要加大原本驅動單元之動力輸入或提供另一輔助動力，才能使旋轉動能保持順暢及穩定。例如助力型自行車或電動型自行車，其中助力型自行車用來檢知輔助動力是否需要輸入之傳統力矩感測機構，其主要係在曲柄軸表面貼設一應變規，當曲柄軸受到左、右兩側曲柄踩踏時會產生扭力變形，讓該應變規檢知該曲柄軸之應變量，並運用無線傳輸訊號透過一接收器來控制輔助馬達之輸出動力，以協助騎乘者在爬坡時達到省力之效；

但前述結構中，由於無線傳輸方式的干擾或阻隔的不穩定現象，連帶影響到馬達輸出的輔助動力，例如當無線傳輸失真致使接收的扭力值變小時，將導致未能有效即時提供相對應的輔助動力，反之當無線傳輸失真致使接收的扭力值過大時，將造成輔助動力的大力輸出，可能發生因輔助動力過大而造成暴衝的問題，令車輛無法平順運轉，且同時存在回饋遲滞的現象，使得輔助動力無法即時準確產生等問題。

為此，有不少同業開發多種不同的設計來解決前述扭力傳輸失真的問題，然而由於前述機構係屬旋轉運動，因此用於檢知旋轉扭力值的力矩感測元件［應變規］在輸出扭力值訊號時，通常仍係採用無線傳輸方式來進行，其訊號依然容易發生被干擾或阻隔的現象，使得扭力值仍會因雜訊干擾而失真，進而使後續輔助動力輸入也產生誤差，影響到動力輔助的確動性、即時性及準確性。為了解決無線傳輸檢出扭力值訊號所面臨的問題，有部份業者利用碳刷原理來進行訊號傳輸，但其結構複雜度高、且製造精度要求高，造成其生產及維護的不易，無形間提高了整體成本。

換言之，由於現在感測元件［應變規］之訊號傳輸方式設計未臻完善，造成其扭力值回饋失真或遲滞的問題，進而使輔助動力無法準確且即時輸入，使其失去輔助效果，而如何克服前述問題，係業界及使用者所期待者，亦係本發明所欲探討者。

有鑑於此，本發明人乃針對前述問題深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發經驗，積極尋求解決之道，經不斷努力的研究與試作，終於成功的開發出一種動力輸出扭力感知機構，藉以克服現有者因傳輸問題所衍生的困擾與不便。

因此，本發明之主要目的係在提供一種動力輸出扭力感知機構，藉以能利用有線方式傳輸扭力值之檢出訊號，以避免傳輸扭力值時因雜訊干擾而失真。

又，本發明之次一主要目的係在提供一種動力輸出扭力感知機構，其能使檢出旋轉軸的扭力變化時，可以透過有線方式可靠、且準確輸出，讓後續輔助動力輸入更為即時及確實。

再者，本發明之另一主要目的係在提供一種動力輸出扭力感知機構，其能有效簡化結構，而能易於製造及維護，可進一步降低整體成本。

另者，本發明之再一主要目的係在提供一種動力輸出扭力感知機構，其感知機構能以敏捷且精準的檢出扭力值，使得輔助動力即時準確產生，免於滯動或暴衝的發生，提高動力輔助的確動性、即時性及準確性。

基於此，本發明主要係透過下列的技術手段，來實現前述之目的及其功效，其包含有：

一軸桿；

一輸入組，其具有一供動力驅動之輸入軸套，該輸入軸套係樞設於軸桿一端，且該輸入軸套端部凸伸有複數等距之凸軸塊，再者該等凸軸塊外緣表面分別形成有一道軸向延伸之軸向珠槽；

一輸出組，其具有一供輸入組驅動之輸出軸套，該輸出軸套設於軸桿另一端；以及

一扭轉連軸組，其設於該輸入軸套及輸出軸套之間，該扭轉連軸組至少包含有一旋轉環座、一扭力轉換環座及一固定環座，其中該旋轉環座一端固設於輸出組之輸出軸套上，又該旋轉環座異於輸出軸套一端凸伸有複數等距、且可伸入扭力轉換環座內之斜凸塊，且各該斜凸塊之側面形成有一斜錐珠槽，再者該扭力轉換環座內緣分別形成有複數可對應夾設於輸入軸套凸軸塊與旋轉環座斜凸塊間之珠槽座，且各該珠槽座具有對應旋轉環座斜錐珠槽之斜錐珠槽，供分別相對夾設一普利珠，另各該珠槽座具有對應輸入軸套軸向珠槽之軸向珠槽，供分別相對夾設系列導珠，又該固定環座係固設於該扭力轉換環座異於旋轉環座一側，使得該扭力轉換環座能被軸向推移時能令固定環座產生應變，且該固定環座至少一側表面具有一應變感知元件，該應變感知元件以有線方式連接一設於外部之控制處理單元。

藉此，本發明之動力輸出扭力感知機構利用該輸入組之輸入軸套凸軸塊與該扭轉連軸組中之旋轉環座、扭力轉換環座的設計，可以讓旋轉扭力轉換成軸向位移，並配合設於固定之固定環座上的應變感知元件，使經靈敏精準檢知之扭轉扭力值可以有線方式傳輸，以避免現有傳輸時因雜訊干擾而失真的問題，且其能使檢出旋轉軸的扭力變化時，可以透過有線方式可靠、且準確輸出，讓後續輔助動力輸入更為即時及確實，再者可以有效簡化結構，而能易於製造及維護，可進一步降低整體成本，大幅提高其實用性，進一步可實現其經濟效益。

且本發明並利用下列的技術手段，進一步實現前述之目的及功效；諸如：

所述之軸桿可以是一動力輸入軸，而輸入組之輸入軸套利用一單向軸承設於軸桿上，且輸出組之輸出軸套異於輸入組一端凸伸有一軸座段及一嚙合齒部，其中該軸座段設有一能設於一固定殼體內壁之軸承，而該嚙合齒部可以供套嵌一齒盤，再者該扭轉連軸組之固定環座亦固設於該固定殼體。

所述之軸桿對應輸出組之一側周緣形成有一道環凸緣，且該環凸緣兩側頂緣角落分別形成有一珠槽，而該輸出組之輸出軸套於環凸緣兩側分別設有一珠碗座，供相對夾設系列滾珠，以增進輸出軸套轉動順暢及平穩，又該軸桿於對應輸入組之一側周緣形成有一環扣槽，供於輸入組之輸入軸套端部扣設一扣環，供限制該輸入組之位置。

所述之輸入軸套上對應扭轉連軸組之凸軸塊係形成於輸入軸套之軸座段端部，且該等凸軸塊根部之側面分別形成有一嵌卡階級，而該扭力轉換環座之各該珠槽座具有對應輸入軸套嵌卡階級之嵌卡階級，使得該扭力轉換環座可以定位於該輸入軸套。

所述之扭轉連軸組之固定環座於對應扭力轉換環座一側利用複數爪塊夾設有一第一環珠座，該第一環珠座與扭力轉換環座相對處分別形成有一道珠槽，供配合夾設系列滾珠，使得扭力轉換環座能相對固定之固定環座平穩轉動。

所述之扭轉連軸組之固定環座對應輸入組一側設有一第二環珠座，且前述輸入組之輸入軸套上設有一相對應之第三環珠座，而該第二、三環珠座相對處分別形成有一道珠槽，供配合夾設系列滾珠，使得輸入組能相對固定之固定環座平穩轉動。

為使　貴審查委員能進一步了解本發明的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本發明之較佳實施例，並配合圖式詳細說明如後，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。

本發明係一種動力輸出扭力感知機構，隨附圖例示之本發明的具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本發明，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖式與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本發明之申請專利範圍內，根據本發明之設計與需求而進行變化。

本發明之動力輸出扭力感知機構的構成，係如第一、二圖所示，其係於一軸桿（10）的兩端分設有一輸入組（20）及一可被輸入組（20）帶動之輸出組（30），而本發明的特色在於該輸入組（20）與輸出組（30）間設有一扭轉連軸組（50），供利用該扭轉連軸組（50）敏捷精準檢出旋轉扭力值、且以有線方式即時準確傳輸；

而關於本發明各主要元件之詳細構成，則係如第二、三圖所示，所述之軸桿（10）可以是一動力輸入軸［如助力型自行車之曲柄軸］或一固定軸［如電動型自行車之動力模組軸桿］，且該軸桿（10）對應輸出組（30）之一側周緣形成有一道環凸緣（11），且該環凸緣（11）兩側頂緣角落分別形成有一珠槽（111、112），供該輸出組（30）套樞，又該軸桿（10）於對應輸入組（20）之一側周緣形成有一環扣槽（15），供限制該輸入組（20）之位置；

而所述之輸入組（20）利用一單向軸承（22）於軸桿（10）上設有一輸入軸套（21），且該輸入軸套（21）並利用一扣設於前述環扣槽（15）之扣環（23）限制於該軸桿（10）上［扣環（23）係於所有元件完成組裝後才進行扣設限制］，又該輸入軸套（21）對應扭轉連軸組（50）一端凸設有一供扭轉連軸組（50）部份元件設置之軸座段（24），且該輸入軸套（21）於軸座段（24）端部凸伸有複數等距、且可伸入扭轉連軸組（50）內之凸軸塊（25）［如第四、五圖所示］，本發明之輸入軸套（21）以四個等距之凸軸塊（25）為較佳實施例，再者該等凸軸塊（25）根部異於前述單向軸承（22）空轉方向之側面分別形成有一嵌卡階級（26），供定位該扭轉連軸組（50），又該等凸軸塊（25）外緣表面分別形成有一道軸向延伸之軸向珠槽（27）；

又所述之輸出組（30）具有一套設於該軸桿（10）上之輸出軸套（35），且該輸出軸套（35）內部利用兩個對應軸桿（10）環凸緣（11）兩側之珠碗座（31、32）套樞於該軸桿（10）上，且兩側珠碗座（31、32）與環凸緣（11）之珠槽（111、112）間分別夾設系列滾珠（310、320），使得該輸出軸套（35）可平穩、且順暢於軸桿（10）上轉動，又該輸出軸套（35）異於輸入組（20）一端凸伸有一軸座段（36）及一嚙合齒部（37），其中該軸座段（36）設有一能設於一固定殼體內壁之軸承（38）［該固定殼體可以是助力型自行車之五通管等］，而該嚙合齒部（37）可以供套嵌一齒盤［如助力型自行車之齒盤等］、又或與一輸出齒輪外緣相嚙合；

至於，所述之扭轉連軸組（50）至少包含有一旋轉環座（51）、一扭力轉換環座（52）及一固定環座（55），請進一步配合參看第四、五及六圖所示，其中該可穿套於軸桿（10）之旋轉環座（51）一端固設於輸出組（30）之輸出軸套（35）上，供帶動該輸出軸套（35）同步轉動，又該旋轉環座（51）異於輸出軸套（35）一端凸伸有複數等距、且可伸入扭力轉換環座（52）內之斜凸塊（511）［如第六、七及八圖所示］，本發明旋轉環座（51）之斜凸塊（511）以對應輸入軸套（21）之凸軸塊（25）數量為較佳實施例，且各該斜凸塊（511）上異於單向軸承（22）空轉方向之側面形成有一斜錐珠槽（512）［亦即為普利珠槽］，再者該扭力轉換環座（52）內緣分別形成有複數可對應夾設於輸入軸套（21）凸軸塊（25）與旋轉環座（51）斜凸塊（511）間之珠槽座（521）［如第五、六及八圖所示］，且該扭力轉換環座（52）之各該珠槽座（521）具有對應旋轉環座（51）斜錐珠槽（512）之斜錐珠槽（522），供分別相對夾設普利珠（523）［如第七圖所示］，使得該扭力轉換環座（52）可在旋轉過程中被頂推位移，另該扭力轉換環座（52）之各該珠槽座（521）具有對應輸入軸套（21）嵌卡階級（26）之嵌卡階級（524）［如第七圖所示］，使得該扭力轉換環座（52）可以定位於輸入軸套（21），另該扭力轉換環座（52）之各該珠槽座（521）具有對應輸入軸套（21）軸向珠槽（27）之軸向珠槽（525），供分別相對夾設系列導珠（526）［如第七圖所示］，使得該扭力轉換環座（52）能被靈敏且平穩軸向推移，又該固定環座（55）係定位於前述固定殼體［該固定殼體可以是助力型自行車之五通管等］，且該固定環座（55）於對應扭力轉換環座（52）一側利用複數爪塊（551）夾設有一第一環珠座（53），該第一環珠座（53）與扭力轉換環座（52）相對處分別形成有一道珠槽（531、528），供配合夾設系列滾珠（535），使得扭力轉換環座（52）能相對固定之固定環座（55）平穩轉動，又該固定環座（55）對應扭力轉換環座（52）之一側表面具有至少一徑向設置之應變感知元件（56），供檢知該固定環座（55）之變形量或軸向推移之壓力值，且該應變感知元件（56）以有線方式連接一設於外部之控制處理單元［圖中未示，如助力型自行車之輔助馬達控制器］，再者該固定環座（55）另側設有一第二環珠座（57），且前述輸入組（20）之輸入軸套（21）軸座段（24）上設有一相對應之第三環珠座（58），而該第二、三環珠座（57、58）相對處分別形成有一道珠槽（571、581），供配合夾設系列滾珠（585），使得輸入組（20）能相對固定之固定環座（55）平穩轉動；

藉此，可以透過該扭轉連軸組（50）檢出該輸入組（20）驅動該輸出組（30）之旋轉扭力，且以有線方式傳輸該旋轉扭力值之訊號，而組構成一能敏捷精準檢出、於傳輸時不失真、且準確可靠之動力輸出扭力感知機構者。

至於本發明動力輸出扭力感知機構的組成於實際作動時，以助力型自行車為例，將該作為曲柄軸之軸桿（10）定義為主要輸入源，而將該輸入組（20）定義為輔助輸入源，則如第九圖所揭示者，當該軸桿（10）因踩踏兩端曲柄［圖中未示］而轉動時，可透過輸入組（20）之單向軸承（22）帶動該輸入軸套（21），使該輸入軸套（21）可以透過凸軸塊（25）作動該扭轉連軸組（50）之扭力轉換環座（52），如此可以利用該扭力轉換環座（52）與該旋轉環座（51）之斜錐珠槽（522、512）與夾設之普利珠（523）產生迫緊作用，使得該旋轉環座（51）被驅動後能同步帶動該輸出組（30）之輸出軸套（35）轉動，進而作動與該輸出軸套（35）嵌合之齒盤；

而當遇到爬坡或負載增加時，齒盤之反作用力會透過輸出組（30）之輸出軸套（35）傳送至該扭轉連軸組（50）之旋轉環座（51）及扭力轉換環座（52），而令該扭力轉換環座（52）可利用與輸入軸套（21）間相對之軸向珠槽（525、27）與共同夾設之導珠（526）之作用，使得該扭力轉換環座（52）可向固定之固定環座（55）一側軸向位移，令該固定環座（55）能被擠壓，進而讓該固定環座（55）上之應變感知元件（56）即時且準確的檢知、且被換算成旋轉扭力值後有線傳輸至外部之控制處理單元［如輔助馬達之控制器］，如此即可依需求由輔助馬達作動該輸入組（20）之輸入軸套（21），而達到提供輔助動力之目的。

透過前述之設計與說明，本發明之動力輸出扭力感知機構利用該輸入組（20）之輸入軸套（21）凸軸塊（25）與該扭轉連軸組（50）中之旋轉環座（51）、扭力轉換環座（52）的設計，可以讓旋轉扭力轉換成軸向位移，並配合設於固定之固定環座（55）上的應變感知元件（56），使檢知之旋轉扭力值可以有線方式傳輸，以避免現有無線傳輸時因雜訊干擾而失真的問題，且其能使檢出旋轉軸的扭力變化時，可以透過有線方式即時、且準確輸出，讓後續輔助動力輸入更為確實及可靠，再者可以有效簡化結構，而能易於製造及維護，可進一步降低整體成本。

藉此，可以理解到本發明為一創意極佳之創作，除了有效解決昔式者所面臨的問題，更大幅增進功效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品創作或公開使用，同時具有功效的增進，故本發明已符合發明專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請發明專利。

10:軸桿 11:環凸緣 111:珠槽 112:珠槽 15:環扣槽 20:輸入組 21:輸入軸套 22:單向軸承 23:扣環 24:軸座段 25:凸軸塊 26:嵌卡階級 27:軸向珠槽 30:輸出組 31:珠碗座 310:滾珠 32:珠碗座 320:滾珠 35:輸出軸套 36:軸座段 37:嚙合齒部 38:軸承 50:扭轉連軸組 51:旋轉環座 511:斜凸塊 512:斜錐珠槽 52:扭力轉換環座 521:珠槽座 522:斜錐珠槽 523:普利珠 524:嵌卡階級 525:軸向珠槽 526:導珠 528:珠槽 53:第一環珠座 531:珠槽 535:滾珠 55:固定環座 551:爪塊 56:應變感知元件 57:第二環珠座 571:珠槽 58:第三環珠座 581:珠槽 585:滾珠

第一圖：係本發明動力輸出扭力感知機構之立體外觀示意圖。

第二圖：係本發明動力輸出扭力感知機構之立體分解示意圖，供說明其各元件之態樣及其相對關係。

第三圖：係本發明動力輸出扭力感知機構組成後之側視剖面示意圖。

第四圖：係本發明動力輸出扭力感知機構之局部立體分解示意圖。

第五圖：係本發明動力輸出扭力感知機構之局部立體組合示意圖。

第六圖：係本發明動力輸出扭力感知機構之另一局部立體組合動作示意圖。

第七圖：係本發明動力輸出扭力感知機構中於第五圖之局部側視剖面示意圖。

第八圖：係本發明動力輸出扭力感知機構中於第五圖之局部端視斷面示意圖。

第九圖：係本發明動力輸出扭力感知機構於進行扭力值檢出之側視動作示意圖。

10:軸桿

11:環凸緣

15:環扣槽

20:輸入組

21:輸入軸套

22:單向軸承

23:扣環

24:軸座段

25:凸軸塊

27:軸向珠槽

30:輸出組

31:珠碗座

310:滾珠

32:珠碗座

320:滾珠

35:輸出軸套

36:軸座段

37:嚙合齒部

38:軸承

50:扭轉連軸組

51:旋轉環座

52:扭力轉換環座

525:軸向珠槽

53:第一環珠座

535:滾珠

55:固定環座

56:應變感知元件

57:第二環珠座

58:第三環珠座

585:滾珠

Claims

一種動力輸出扭力感知機構，其包含有：一軸桿；一輸入組，其具有一供動力驅動之輸入軸套，該輸入軸套係樞設於軸桿一端，且該輸入軸套端部凸伸有複數等距之凸軸塊，再者該等凸軸塊外緣表面分別形成有一道軸向延伸之軸向珠槽；一輸出組，其具有一供輸入組驅動之輸出軸套，該輸出軸套設於軸桿另一端；以及一扭轉連軸組，其設於該輸入軸套及輸出軸套之間，該扭轉連軸組至少包含有一旋轉環座、一扭力轉換環座及一固定環座，其中該旋轉環座一端固設於輸出組之輸出軸套上，又該旋轉環座異於輸出軸套一端凸伸有複數等距、且可伸入扭力轉換環座內之斜凸塊，且各該斜凸塊之側面形成有一斜錐珠槽，再者該扭力轉換環座內緣分別形成有複數可對應夾設於輸入軸套凸軸塊與旋轉環座斜凸塊間之珠槽座，且各該珠槽座具有對應旋轉環座斜錐珠槽之斜錐珠槽，供分別相對夾設一普利珠，另各該珠槽座具有對應輸入軸套軸向珠槽之軸向珠槽，供分別相對夾設系列導珠，又該固定環座係固設於該扭力轉換環座異於旋轉環座一側，使得該扭力轉換環座能被軸向推移時能令固定環座產生擠壓，且該固定環座至少一側表面具有一應變感知元件，該應變感知元件以有線方式連接一設於外部之控制處理單元。
如請求項1所述之動力輸出扭力感知機構，其中該軸桿可以是一動力輸入軸，而輸入組之輸入軸套利用一單向軸承設於軸桿上，且輸出組之輸出軸套異於輸入組一端凸伸有一軸座段及一嚙合齒部，其中該軸座段設有一軸承，而該嚙合齒部可以供套嵌一齒盤。
如請求項1或2所述之動力輸出扭力感知機構，其中該軸桿對應輸出組之一側周緣形成有一道環凸緣，且該環凸緣兩側頂緣角落分別形成有一珠槽，而該輸出組之輸出軸套於環凸緣兩側分別設有一珠碗座，供相對夾設系列滾珠，又該軸桿於對應輸入組之一側周緣形成有一環扣槽，供於輸入組之輸入軸套端部扣設一扣環。
如請求項1所述之動力輸出扭力感知機構，其中該輸入軸套上對應扭轉連軸組之凸軸塊係形成於端部，且該等凸軸塊根部之側面分別形成有一嵌卡階級，而該扭力轉換環座之各該珠槽座具有對應輸入軸套嵌卡階級之嵌卡階級。
如請求項1所述之動力輸出扭力感知機構，其中該扭轉連軸組之固定環座於對應扭力轉換環座一側利用複數爪塊夾設有一第一環珠座，該第一環珠座與扭力轉換環座相對處分別形成有一道珠槽，供配合夾設系列滾珠。
如請求項1或5所述之動力輸出扭力感知機構，其中該扭轉連軸組之固定環座對應輸入組一側設有一第二環珠座，且前述輸入組之輸入軸套上設有一相對應之第三環珠座，而該第二、三環珠座相對處分別形成有一道珠槽，供配合夾設系列滾珠。