TWM456979U - 電動助行車之助行裝置 - Google Patents

Description

電動助行車之助行裝置

本創作一種電動助行車之助行裝置，詳而言之能提供助行車不論在平坦或有坡度的路面上，皆能維持在一定的行進速度，且不會有頓停或爆衝的情形，一種實用性極佳之創作。

按，在這科技蓬勃發展的社會上，各項產業的進步帶給人們有極大的便利性，而氣、機車就是其中之一，汽、機車給予人們可縮短時間的便利性，但是，伴隨著的缺失卻是容易造成環境的汙染，汽、機車所排放廢氣中含污染物成份有HC(碳氫化合物)、CO(一氧化碳)、NOx(氮氧化物)、SOx(硫氧化物)、Pb(鉛)及微粒等，而上述這些污染物質所給環境及人們有極大的影響，所以，現在市面上極力提倡具環保的電動助行車，其在於不會排放有害的污染物質，且具輕巧、操作簡單等優點，因此，即受到家庭主婦或年輕學子的喜愛，進而逐漸成為短程代步電動車主流。

然而，一般市面上的電動助行車普遍為兩種，其一為透過速度偵測，其二為透過扭力偵測的方式提供電動助行車的行進，然而，現在以扭力偵測方式列舉說明，請參閱中華民國專利公告號M339677「電動自行車之扭力偵測器」，一種電動自行車之扭力偵測器，其包括有一曲柄軸、一齒盤、一變速齒輪組，以將曲柄軸扭力傳遞到齒盤上，此變速齒輪組至少包含：一曲柄軸齒輪固定 於曲柄軸上、一齒盤齒輪固定於齒盤上，以及一感應齒輪嚙合在曲柄軸齒輪與齒盤齒輪之間；並設置有一感測器量測後述感應齒輪軸支承力。

雖然，上述「電動自行車之扭力偵測器」可有效偵測電動自行車透過扭力大小而增減行進速度，可是，根據上述所舉例透過扭力偵測之技術，以及透過速度偵測方式係具有下列幾項缺失：一、電動助行車利用速度偵測的方式，在遇到爬坡路段時，會因為路段較為陡峭而降低速度，導致偵速速度的元件感應電動助行車速度的下降，而降低電動助行車內部動力，造成電動助行車無法有效在爬坡路段上行進；二、根據「電動自行車之扭力偵測器」所述，電動助行車透過扭力偵測的方式，會因為使用者每下踩踏的力度不同以及力量不夠精準，使得電動助行車行進時的扭力也有所不同，進而導致偵測扭力的元件隨著不同扭力而浮動變化，容易造成起步時，電動助行車具有往前衝擊的力量，且於行進時有頓停的情況發生。故，相關業者必須加以改善，並符合大眾所需之使用。

有鑑於上述所列舉之缺失，本創作人利用許多時間投入研究相關知識，並加以比較各項優劣，且進行相關產品的研究與開發，並歷經多次實驗與測試，而終於推出一種「電動助行車之助行裝置」，其改善以往電動助行車利用速度偵測元件控制行進的速度，會導致遇到爬坡路段時無法有效爬升前進，而利用扭力偵測元件控制行進的速度，會因為使用者踩踏的力度不均而有不同扭力大小，造成扭力偵測元件會隨著扭力的變化而任意跳動，導致電動助行車有暴衝的情況等缺失。

本創作其主要目的係在於改善上述與習知技術上，透過速度偵測元件的使用，無法在具有坡度的路段有效提供電動助行車的行進，而利用扭力偵測元件的使用，在行進與起步時容易會有暴衝或頓停情況發生等缺失。

為達成前述創作之目的與功效，本創作一種電動助行車之助行裝置，其係裝設於助行車上，其包括有一感測件、一控制器、一切換開關、一馬達及一電力來源，其中：該感測件係與控制器及馬達電性連結，而感測件偵測人員的騎乘以及踩踏力道的大小，並傳遞訊號至控制器予以控制馬達的啟動及關閉帶動助行車行進的速度；該控制器係包括有一定速系統，該定速系統係控制馬達的運轉維持在一定轉速，並使助行車保持在一定的行進速度；該切換開關係與控制器相互連結，並控制定速系統的啟動或關閉；該馬達係裝設於助行車的輪盤上，且為驅動助行車行進的動力來源；該電力來源係與馬達電性連結，並提供電力供給馬達的啟動；如此，當使用者騎乘助行車起步並開啟切換開關時，透過感測件的偵測，並傳遞訊號至控制器，再經由定速系統啟動馬達，使得助行車加速前進、並維持於定速；又當助行車行進速度過快時，控制器則會切斷馬達與電力來源的電性連接，使助行車的行進速度下降。

本創作電動助行車之助行裝置其進一步包括有下列技術特徵：本創作該定速系統進一步包括有一PID運算邏輯程式，該控制器係接收感測件所傳遞之訊號，並經由該定速系統的PID運算邏輯程式計算，以啟動馬達的運作，並提升助行車的行進速度。

本創作該定速系統之PID運算邏輯程式所設定助行車之行進速度範圍為10 km/h~30 km/h，而最佳適度範圍則為15 km/h~25 km/h。

本創作感測件偵測助行車時速高於25 km/h時，則傳遞訊號至控制器，再藉由PID運算邏輯程式運算降低馬達之轉速。

本創作該馬達係為無刷馬達。

本創作該馬達內進一步包括有一測速單元，該測速單元用以偵測助行車的行進速度，當該測速單元偵測行進速度過慢時，透過控制器控制電力來源增加電力輸出，使馬達運轉速度增加並驅動助行車的行進速度，而該測速單元偵測行進速度過快時，則透過控制器控制降低電力來源對馬達的電力輸出，以降低助行車的行進速度。

本創作該感測件裝設於助行車的五通管內；或者該感測件裝設於助行車的曲柄內。

藉由上述所說明之自行車座管電池固定裝置，透過控制器的定速系統以及馬達配合，使助行車不論在平坦路段、爬坡路段或下坡路段皆可穩定保持在一定的行進速度，且避免有暴衝、頓停的情況發生，因此本創作可說是一種相當具有實用性及進步性之創作，相當值得產業界來推廣，並公諸於社會大眾。

(1)‧‧‧助行車

(11)‧‧‧感測件

(12)‧‧‧控制器

(121)‧‧‧定速系統

(1211)‧‧‧PID運算邏輯程式

(13)‧‧‧切換開關

(14)‧‧‧馬達

(141)‧‧‧測速單元

(15)‧‧‧電力來源

第一圖係本創作助行車示意圖。

第二圖係本創作助行車之助行裝置步驟流程示意圖。

第三圖係本創作使用者騎乘於平坦(起步)路段示意圖。

第四圖係本創作第三圖之助行裝置運作步驟流程示意圖。

第五圖係本創作使用者騎乘於爬坡路段示意圖。

第六圖係本創作第五圖之助行裝置運作步驟流程示意圖。

第七圖係本創作使用者騎乘於降坡路段示意圖。

第八圖係本創作第七圖之助行裝置運作步驟流程示意圖。

本創作係有關一種電動助行車之助行裝置，關於其所採用之技術、手段及所能達成之功效，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明於後。

以下係以較佳實施型態說明，且並非對本創作作任何形式上之限制，參閱第一圖至第二圖所示，本創作一種電動助行車之助行裝置，其係裝設於助行車(1)上，其包括有一感測件(11)、一控制器(12)、一切換開關(13)、一馬達(14)及一電力來源(15)，其中：該感測件(11)係與控制器(12)及馬達(14)電性連結，而感測件(11)偵測人員的騎乘以及踩踏力道的大小，並傳遞訊號至控制器(12)予以控制馬達(14)的啟動及關閉帶動助行車(1)行進的速度；該控制器(12)係包括有一定速系統(121)，該定速系統(121)係控制馬達(14)的運轉維持在一定轉速，並使助行車(1)保持在一定的行進速度；該切換開關(13)係與控制器(12)相互連結，並控制定速系統(121)的啟動或關閉；該馬達(14)係裝設於助行車(1)的輪盤上，且為驅動助行車(1)行進的動力來源；該電力來源(15)係與馬達(14)電性連結，並提供電力供給馬達(14)的啟動；如此，當使用者騎乘助行車(1)起步並開啟切換開關(13)時，透過感測件(11)的偵測，並傳遞訊號至控制器(12)，再經由定速系統(121)啟動馬達(14)，使得助行 車(1)加速前進、並維持於定速；又當助行車(1)行進速度過快時，控制器(12)則會切斷與馬達(14)與電力來源(15)的電性連接，使助行車(1)的行進速度下降。

前述為本創作主實施例之主要技術特徵，其對應本案申請專利範圍第一項的內容，得以詳知本創作之目的與實施型態，而其餘附屬申請專利範圍所述的技術特徵是為對申請專利範圍第一項內容的詳述或附加技術特徵，而非用以限制申請專利範圍第一項的界定範圍，應知本案申請專利範圍第一項不必要一定包含其餘附屬申請專利範圍所述的技術特徵。

請參閱第二圖所示，為了避免習知技術透過扭力偵測以及速度偵測的缺失，本創作在該定速系統(121)內進一步設有一PID運算邏輯程式(1211)，該PID運算邏輯程式(1211)是一個在工業控制應用中常見的反饋迴路程式，這種運算邏輯程式是把收集到的數據和一個參考值進行比較，然後把這個差別用於計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統的數據達到或者保持在參考值，PID運算邏輯程式(1211)可以根據歷史數據和差別的出現率來調整輸入值，這樣可以使系統更加準確，更加穩定，而本創作PID運算邏輯程式(1211)係用以計算感測件(11)所傳送之訊號，並將計算後之訊號用來啟動電力來源(15)所需提供之電力大小，以及穩定馬達(14)在運轉時的轉速，又馬達(14)的運作以及電力來源(15)的電力供給，以提升助行車(1)的行進速度，並可精準維持在PID運算邏輯程式(1211)所計算出的範圍內。

又續說明本創作PID運算邏輯程式(1211)所設定助行車(1)的行進速度，為了顧及騎乘者在行車上的安全性，該定速系統 (121)所設定PID運算邏輯程式(1211)計算感測件(11)所傳輸之訊號後的範圍為10 km/h~30 km/h，但助行車(1)會因外在因素(風力或地面摩擦力)的影響，使得PID運算邏輯程式(1211)在計算感測件(11)所傳輸之訊號具有數據上的浮動差異，因此，本創作係以最佳適度範圍則為15 km/h~25 km/h為最佳實施範圍。

請參閱第二圖所示，本創作為了增加助行車(1)行進的效率，在馬達的應用上係採用無刷馬達為最佳使用狀態，而無刷馬達具有下列所述幾項優點：1.高效率：比普通馬達性能高(效率高、扭力高、安定性高)。2.體積小省空間，低電磁干擾，免碳刷保養。3.轉子體積比傳統感應馬達及有刷馬達小非常多，擁有較佳的控制性能。4.內建馬達驅動器，只需提供直流24V電源，即可使馬達運轉。

根據上述所說明無刷馬達之優點後，請參閱第二圖所示，進一步在該馬達(14)內包括有一測速單元(141)，該測速單元(141)係用來偵測助行車(1)的行進速度，並提供定速系統(121)內的PID運算邏輯程式(1211)隨時計算，且調整電力來源(15)所需供給馬達(14)的電力，而綜合上述所說明並現於下例細說助行車(1)於起步行進、爬坡路段以及下坡路段的行駛狀態：

一．起步行進：請參閱第三圖所示，並以第四圖流程說明為搭配，使用者欲想騎乘助行車(1)時，首先把切換開關(13)開啟以啟動定速系統(121)及電力來源(15)，又使用者將雙腳踏至於助行車(1)的踏板上，讓位於五通管上的感測件(11)感測使用者準備要騎乘行進(假若使用者只有單隻腳踏於助行車踏板則不予啟動)，又感測件(11)感測到使用者雙腳的踩踏而傳輸訊號供給控制器(12)內 的定速系統(121)，而訊號經由定速系統(121)內的PID運算邏輯程式(1211)的計算後，再把計算完成後的訊號啟動馬達(14)，使得馬達(14)逐漸提高轉速，並進一步驅動助行車(1)逐漸增加行進速度，又助行車(1)的行進速度受限於定速系統(121)所設定之每小時15 KM~20 KM，以平均維持助行車(1)的行進速度，避免有暴衝、頓停的情況發生。

二．爬坡行進：請參閱第五圖所示，並以第六圖流程說明為搭配，一般的路面會依照地勢的高低而具有高低起伏，而在習知技術的動力驅動係利用行進速度的來增加轉速，但是，遇到爬坡路段時，會因為地勢逐漸向上爬升，導致行進速度的減慢，進而影響動力的下降，因此，本創作透過控制器(12)內的PID運算邏輯程式(1211)，以及馬達(14)內的測速單元(141)的相互配合，當測速單元(141)偵測到助行車(1)的行進速度下降時，則會傳送訊號給控制器(12)並增加電力來源(15)所供應之電力，而該馬達(14)透過電力的提升進而增加其轉速，又助行車(1)因馬達(14)轉速的增加進而在爬坡路段得以維持在每小時15 KM~20 KM的速度行進，便於使用者可順利爬坡。

三．降坡路段：請參閱第七圖所示，並以第八圖流程說明為搭配，根據上述爬坡路段所說明之缺失，反之，當使用者遇到降坡路段時，助行車(1)會因為地面具有斜度且受地心引力的影響而加速滑行，又助行車(1)的滑行速度加上馬達(14)所提供之轉速，導致使用者無法有效減緩助行車(1)的行進速度，造成危險性的發生，因此，本創作藉由控制器(12)內的PID運算邏輯程式(1211)，以及馬達(14)內的測速單元(141)相互配合當測速單元(141)偵測到助 行車(1)的行進速度過快時，則會提止電力來源(15)所供應之電力，使助行車(1)單只依靠滑行的速度前進，並避面助行車(1)再降坡時衝勁過大，以及馬達(14)過快的轉速而燒毀。

根據上述起步行進、爬坡行進以及降坡路段的敘述後，本創作在感測件(11)的設計上另可針對騎乘者在騎乘時，偵測雙腳對助行車(1)踏板施予的踩踏力道大小來增減行進的速度，當騎乘者相對踏板施予的踩踏力道較大時，感測件(11)傳遞訊號至定速系統(121)的PID運算邏輯程式(1211)內運算後，加速馬達(14)的運作以增加助行車(1)行進時的速度，又當騎乘者相對踏板施予較小的踩踏力道，或者將踏板的踩踏方向逆轉、停止操作時，感測件(11)則傳遞訊號至定速系統(121)的PID運算邏輯程式(1211)內運算，進而降低馬達(14)的運作以減緩、靜止助行車(1)的行進時的速度，本創作透過踩踏力道的大小來增減助行車(1)行進時的速度以提供騎乘者能以較簡易方式控制，並更具有人性化的設計。

根據上述平路(起步)行進、爬坡路段及降坡路段所述，並於下總結本創作之優點：安全性：透過感測件(11)裝設於助行車(1)上，並偵測使用者的雙腳踩踏之狀況，使用者的雙腳必須完全踩踏於助行車(1)踏板上，才得以傳輸訊號至控制器(12)，並進一步啟動馬達(14)的運作，避免助行車(1)於行進或啟動時，因尚有至少一隻腳未踏於踏板上，導致受傷的情形發生，而本創作將感測件(11)裝設於五通管內以及曲柄，以偵測使用者雙腳踩踏之情況，而該感測件(11)裝設於五通管內得以防止脫離而壞損，又該感測件(11)裝設於曲柄上得以便於使用者能快速且方便組裝或拆卸。

便利性：不論助行車(1)在爬坡、降坡及一般平坦路段的行進上，藉由控制器(12)的控制，得以較精準提供助行車(1)維持在一定的速度，節省使用者的體力與時間。

實用性：透過控制器(12)內的定速系統(121)以及PID運算邏輯程式(1211)的設定，並加上馬達(14)係利用了無刷式，藉而使助行車(1)整體能以快速達到定速行進，且不會佔據助行車(1)較多的空間，以達到輕巧設計，方便家庭婦女、老人或年輕學子的喜愛。

由上所述者僅為用以解釋本創作之較佳實施例，並非企圖據以對本創作做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之創作精神下所做有關本創作之任何修飾或變更者，為其他可據以實施之型態且具有相同效果者，皆仍應包括在本創作意圖保護之範疇內。

綜上所述，本創作「電動助行車之助行裝置」，其實用性及成本效益上，確實是完全符合產業上發展所需，且所揭露之結構創作亦是具有前所未有的創新構造，所以其具有「新穎性」應無疑慮，又本創作可較習用之結構更具功效之增進，因此亦具有「進步性」，其完全符合我國專利法有關新型專利之申請要件的規定，乃依法提起專利申請，並敬請 鈞局早日審查，並給予肯定。

(1)‧‧‧助行車

(11)‧‧‧感測件

(12)‧‧‧控制器

(13)‧‧‧切換開關

(14)‧‧‧馬達

(15)‧‧‧電力來源

Claims (8)

1. 一種電動助行車之助行裝置，其係裝設於助行車上，其包括有一感測件、一控制器、一切換開關、一馬達及一電力來源，其中：該感測件係與控制器及馬達電性連結，而感測件偵測人員的騎乘以及踩踏力道的大小，並傳遞訊號至控制器予以控制馬達的啟動及關閉帶動助行車行進的速度；該控制器係包括有一定速系統，該定速系統係控制馬達的運轉維持在一定轉速，並使助行車保持在一定的行進速度；該切換開關係與控制器相互連結，並控制定速系統的啟動或關閉；該馬達係裝設於助行車的輪盤上，且為驅動助行車行進的動力來源；該電力來源係與馬達電性連結，並提供電力供給馬達的啟動；如此，當使用者騎乘助行車起步並開啟切換開關時，透過感測件的偵測，並傳遞訊號至控制器，再經由定速系統啟動馬達，使得助行車加速前進、並維持於定速；又當助行車行進速度過快時，控制器則會切斷馬達與電力來源的電性連接，使助行車的行進速度下降。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之電動助行車之助行裝置，其中，該定速系統進一步包括有一PID運算邏輯程式，該控制器係接收感測件所傳遞之訊號，並經由該定速系統的PID運算邏輯程式計算，以啟動馬達的運作，並提升助行車的行進速度。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之電動助行車之助行裝置，其中，該定速系統之PID運算邏輯程式所設定助行車之行進速度範圍 為10 km/h~30 km/h，而最佳適度範圍則為15 km/h~25 km/h。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之電動助行車之助行裝置，其中，感測件偵測助行車時速高於25 km/h時，則傳遞訊號至控制器，再藉由PID運算邏輯程式運算降低馬達之轉速。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之電動助行車之助行裝置，其中，該馬達係為無刷馬達。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之電動助行車之助行裝置，其中，該馬達內進一步包括有一測速單元，該測速單元用以偵測助行車的行進速度，當該測速單元偵測行進速度過慢時，透過控制器控制電力來源增加電力輸出，使馬達運轉速度增加並驅動助行車的行進速度，而該測速單元偵測行進速度過快時，則透過控制器控制降低電力來源對馬達的電力輸出，以降低助行車的行進速度。
7. 根據申請專利範圍第1項所述之電動助行車之助行裝置，其中，該感測件裝設於助行車的五通管內。
8. 根據申請專利範圍第1項所述之電動助行車之助行裝置，其中，該感測件裝設於助行車的曲柄內。