TWM531429U - 助力車的扭力傳感裝置 - Google Patents

Description

助力車的扭力傳感裝置

本新型涉及一種助力車的動力輔助傳動系統，尤指一種能夠將曲柄軸的作用力量轉換為數位訊號的機械式的助力車的扭力傳感裝置。

隨著近年來運動、環保風氣的盛行，自行車逐漸成為大眾首選可以兼顧運動及環保兩個要項的活動，電動助力車(power assisting bike)的興起更帶動了自行車的改革。電動助力車的主要元件包含：電池、馬達、齒輪組、顯示器及扭力傳感裝置等，其中的扭力傳感裝置為連結驅動馬達動力及人力腳踏作用力的關鍵元件，為了讓使用者能夠有流暢的輔助動力，扭力傳感裝置已經成為助力車不可缺少的必要元件。

現有一般電動助力車的扭力傳感裝置的感測方式，大都是採用位移感測或應變規感測的電子式感測方式，轉換曲柄軸的作用力量成為數位訊號，關於現有扭力傳感裝置的具體結構設計，可以參閱如：TW I378883號「助動車的扭力感應裝置」、TW M417321號「腳踏車的助力控制裝置」、TW M451316號「電動自行車扭力傳感裝置」，以及TW M472666號「電助力自行車之踏力感測機構」等專利文獻所示。電子式的扭力傳感裝置通常存在有：感測元件的安裝精密度高、耐用性差及容易因為震動或受潮而誤判等問題。

為解決電子式扭力傳感裝置的問題，相關業者提出如TW I233906號「助動車踏力感測裝置」及TW I486281號「助動車動力輔助傳動系統」等專利文獻公開的機械式扭力傳感裝置，其主要係於傳動系統當中至少含有一對或一對以上的螺旋齒輪，其中的一個螺旋齒輪係被踩踏動力所帶動而只能原地轉動，另一個螺旋齒輪係可於其軸桿上被相對的螺旋齒輪嚙合帶動而作軸向平移運動，配合彈性體、環型磁鐵及霍耳感測器等元件，利用傳動系統中螺旋齒輪產生側向作用力的原理，來偵測螺旋齒輪軸向的位移量，進而可輸出電壓訊號來控制驅動馬達，讓馬達動力輸出達到輔助驅動的目的。

TW I233906號及TW I486281號公開的機械式扭力傳感裝置，其中的一對以上的螺旋齒輪是分別設置在不同的傳動軸，導致機械式扭力傳感裝置的整體結構極為複雜、佔用體積大、重量重，並且存在有組立裝配費工費時及製造成本高等各種問題，難以符合講究輕量化的自行車產業的要求。

為解決現有助力車的機械式扭力傳感裝置存在有結構複雜、組裝困難及體積大、重量重的問題，本新型提出一種結構精簡且輕巧的助力車的扭力傳感裝置，有效解決現有機械式扭力傳感裝置存在的技術問題。

本新型解決技術問題所提出的助力車的扭力傳感裝置，包括： 　　一曲柄軸，其以軸心中心線方向為軸向； 　　一螺旋齒輪，其以能軸向移動而不能轉動的方式套設結合於該曲柄軸，於該螺旋齒輪的外周面形成一斜齒部； 　　一內螺旋齒輪，其套設結合於該螺旋齒輪且於內周面設有一斜齒部與該螺旋齒輪的斜齒部相嚙合； 　　一鏈盤驅動輪，其套設該曲柄軸且一端銜接該內螺旋齒輪，該內螺旋齒輪單向驅動該鏈盤驅動輪； 　　一助力齒輪，其套設於該鏈盤驅動輪且以單向驅動該鏈盤驅動輪； 　　一壓力感測器，其套設於該曲柄軸；以及 　　一回推彈簧，其套設於該曲柄軸且位於該螺旋齒輪與該壓力感測器之間，並以彈性力作用於該螺旋齒輪與該壓力感測器。

較佳的，其中於所述的回推彈簧與所述的壓力感測器設有一止推軸承。

較佳的，其中所述的內螺旋齒輪於銜接所述鏈盤驅動輪的一端間隔設有多個棘爪，該鏈盤驅動輪對應匹配設有一與各棘爪相嚙合的棘齒部。

較佳的，其中所述的壓力感測器係為電阻式重量感測器；其中所述的回推彈簧係為波形彈簧。

較佳的，其中所述的曲柄軸設有一直齒部，所述的螺旋齒輪相對應設有一直齒部與該曲柄軸的直齒部相嚙合。

較佳的，其中於所述的螺旋齒輪與所述的回推彈簧之間設有一移動器，該移動器設有一供該回推彈簧推抵的環抵部；該移動器於內周面設有一直齒部與所述曲柄軸的直齒部相嚙合。

相較於先前技術，本新型的技術手段可獲得的功效增進包括： 　　1.本新型將套疊嚙合的螺旋齒輪及內螺旋齒輪套置安裝於曲柄軸，搭配同樣套置安裝於曲柄軸的回推彈簧及壓力感測器的設置，能夠利用螺旋齒輪產生的側向作用力將曲柄軸的作用力轉換成數位訊號的扭力傳感裝置，本新型具備結構精簡、體積輕巧及重量輕等功效，充分符合講究輕量化的助力車產業的要求。 　　2.本新型的整體組成元件精簡且組立裝配簡變快速，有效地降低製造成本，方便於助力車的推廣普及，深具產業利用價值。 　　3.本新型為機械式的扭力傳感裝置，安裝簡便且耐用性佳，能夠解決電子式扭力傳感裝置關於安裝精密度高、耐用性差及容易誤判的問題。 　　4.本新型為機械式的扭力傳感裝置，能夠左、右感測曲柄軸的作用力，只要曲柄軸其中任何一端受到踩踏作用力時，即可感測到軸向力變化而轉換成為數位訊號，驅動相關的輔助動力進行補償或助力，深具實用效益。

本新型提出的助力車的扭力傳感裝置的較佳實施例如圖1至圖3所示，其包括一曲柄軸10及相對地應裝配於該曲柄軸10的一螺旋齒輪20、一移動器30、一內螺旋齒輪40、一鏈盤驅動輪50、一助力齒輪60、一回推彈簧70及一壓力感測器80等元件。其中：

該曲柄軸10係為長直狀的圓形金屬桿件且於兩端分別形成一供自行車曲柄套掣結合的曲柄接頭11，以該曲柄軸10的軸心線方向為軸向，並於該曲柄軸10的中段位置設有一以系列軸向直齒等間隔環繞排列形成的直齒部12。

如圖2、圖3及圖4所示，該螺旋齒輪20係為長度小於該曲柄軸10的直齒部12的環形齒輪，該螺旋齒輪20於軸心位形成一與該曲柄軸10匹配的中孔21且於該中孔21的內周面設有一以系列軸向直齒等間隔環繞排列形成的直齒部22，該螺旋齒輪20的直齒部22與該曲柄軸10的直齒部12相嚙合，讓該螺旋齒輪20以不能繞該曲柄軸10轉動而能於該曲柄軸10軸向位移的方式套置結合於該曲柄軸10的直齒部12位置，該螺旋齒輪20於外周面設有一以系列斜齒等間隔環繞排列形成的斜齒部23。

如圖2及圖3所示，該移動器30係以抵靠該螺旋齒輪20的方式套置結合於該曲柄軸10，該移動器30於軸心位形成一與該曲柄軸10匹配的中孔31且於該中孔31的內周面設有一以系列軸向直齒等間隔環繞排列形成的直齒部32，該移動器30的直齒部32與該曲柄軸10的直齒部12相嚙合，讓該移動器30以不能繞該曲柄軸10轉動而能於該曲柄軸10軸向位移的方式套置結合於該曲柄軸10的直齒部12位置，該移動器30於周圍形成一供該回推彈簧70抵靠的環抵部33；在本新型的較佳實施例中，本新型將該螺旋齒輪20與該移動器30設計成兩個獨立的元件，本新型也可以將該螺旋齒輪20與該移動器30一體結合或者是省略該移動器30，本新型不作特定的限制，只要該螺旋齒輪20在軸向位移時能夠施力於該回推彈簧70即可。

如圖2至圖5所示，該內螺旋齒輪40係嚙合套置結合於該螺旋齒輪20的環形筒體，該內螺旋齒輪40於軸心位形成一與該螺旋齒輪20匹配的中孔41且於該中孔41的內周面設有一以系列斜齒等間隔環繞排列形成的斜齒部42，該內螺旋齒輪40的斜齒部42與該螺旋齒輪20的斜齒部23相嚙合，讓該螺旋齒輪20嚙合驅動該內螺旋齒輪40時，能夠產生讓該螺旋齒輪20於軸向位移的作用力，該內螺旋齒輪40在異於設置該移動器30的一端環繞間隔設有三個以上的棘爪槽43，於各棘爪槽43各安裝設有一朝向該曲柄軸10方向彈性伸出的棘爪44，並於該內螺旋齒輪40的兩端及外周圍各設有一軸承45、46、47，藉以確保該內螺旋齒輪40轉動的順暢性；在本新型的較佳實施例中，於該內螺旋齒輪40間隔設有四個棘爪槽43，並且各棘爪44係各利用一樞銷441結合於各棘爪槽43且各受一彈性件442作用而保持彈性伸出形態，套置於該內螺旋齒輪40外周圍的軸承47係為滾針軸承。

如圖1、圖2及圖3所示，該鏈盤驅動輪50係套置於該曲柄軸10的環形筒體且與該內螺旋齒輪40的棘爪44相嚙合，該鏈盤驅動輪50於軸心位設有一內徑大於該曲柄軸10的中孔51且設有一輪筒52及分別位於該輪筒52兩端的一棘齒部53及一驅動齒部54，該棘齒部53係穿套於該內螺旋齒輪40設有各棘爪44的一端且與各棘爪44相嚙合，讓該內螺旋齒輪40能透過各棘爪44以單向驅動該鏈盤驅動輪50轉動，該驅動齒部54係供自行車的鏈盤安裝結合。

該助力齒輪60係套置結合於該鏈盤驅動輪50的外部，該助力齒輪60於軸心位設有一內徑大於該鏈盤驅動輪50的輪筒52的中孔61，於該助力齒輪60的外周面設有一供助力馬達嚙合輸入助力的從動齒部62，並於該助力齒輪60與該鏈盤驅動輪50之間結合設有一單向軸承63，讓該助力齒輪60能夠以單向驅動該鏈盤驅動輪50轉動，於該助力齒輪60異於設置該內螺旋齒輪40的一端的外周面套置設有一軸承64。

如圖2及圖3所示，該回推彈簧70及該壓力感測器80係依據套置於該曲柄軸10，該回推彈簧70係位於該移動器30與該壓力感測器80之間且以彈性力推壓於該移動器30與該壓力感測器80，該壓力感測器80於軸心位設有內徑大於該曲柄軸10的中孔81，讓該壓力感測器80不會隨著該曲柄軸10轉動，較佳的，本新型於該回推彈簧70與該壓力感測器80之間設有一止推軸承82，於該止推軸承82與該移動器30之間設有一供該螺旋齒輪20及該移動器30軸向位移的間隙，讓該移動器30受該螺旋齒輪20產生的側向作用力推動時，該回推彈簧70能夠將該側向作用力經過該止推軸承82傳遞到該壓力感測器80而轉換為數位訊號輸出；在本新型的較佳實施例中，該回推彈簧70係為波形彈簧，當然本新型也可以選用蝶形彈簧或壓縮彈簧等適當形式的彈性元件來作為所述的回推彈簧，本新型不作特定的限制，在本新型的較佳實施例中，該壓力感測器80係為電阻式重量感測器。

請參閱圖1、圖2及圖6所示，當騎乘者通過左、右曲柄正向帶動該曲柄軸10正向轉動時，該曲柄軸10會帶動相嚙合的該螺旋齒輪20及該內螺旋齒輪40一起轉動，該內螺旋齒輪40轉動時通過各棘爪44帶動該鏈盤驅動輪50及鏈盤(圖中未示)一起轉動，達到以人力驅動的騎乘功能。其中，由於該螺旋齒輪20與該內螺旋齒輪40係以斜齒部23、42相嚙合，在該螺旋齒輪20帶動該內螺旋齒輪40的同時，會因為兩該斜齒部23、42的相互作用，會產生一個推動該螺旋齒輪20朝該回推彈簧70方向位移的作用力，該螺旋齒輪20產生的側向作用力能夠通該移動器30、該回推彈簧70及該止推軸承82而傳遞到該壓力感測器80，並由該壓力感測器80轉換成數位訊號輸出，因為該螺旋齒輪20產生的側向作用力與騎乘者施加的踩踏作用力成正比，所以能夠依據該壓力感測器80測量獲得騎乘者施加的踩踏作用力，即時回饋騎乘者的踩踏作用力，並且能夠依據騎乘者的設定，在踩踏作用力大於一設定值時，啟動輔助動力(助力馬達)來提供動力補償或助力。

當啟動助力馬達(圖中未示)時，助力馬達會帶動該助力齒輪60正向轉動，該助力齒輪60正向轉動的同時，會通過該單向軸承63帶動該鏈盤驅動輪50及鏈盤(圖中未示)一起轉動，達到以助力馬達驅動的騎乘功能。當騎乘者通過曲柄反向帶動該曲柄軸10反向轉動時，通過兩該斜齒部23、42的相互作用，會立即讓該螺旋齒輪20回歸原位，可以控制助力馬達立即停止對該助力齒輪60輸出動力。

以上所述，僅是本新型的較佳實施例，並非對本新型作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知識者，若在不脫離本新型所提技術特徵的範圍內，利用本新型所揭示技術內容所作出局部更動或修飾的等效實施例，均仍屬於本新型技術特徵的範圍內。

10‧‧‧曲柄軸
11‧‧‧曲柄接頭
12‧‧‧直齒部
20‧‧‧螺旋齒輪
21‧‧‧中孔
22‧‧‧直齒部
23‧‧‧斜齒部
30‧‧‧移動器
31‧‧‧中孔
32‧‧‧直齒部
33‧‧‧環抵部
40‧‧‧內螺旋齒輪
41‧‧‧中孔
42‧‧‧斜齒部
43‧‧‧棘爪槽
44‧‧‧棘爪
441‧‧‧樞銷
442‧‧‧彈性件
45‧‧‧軸承
46‧‧‧軸承
47‧‧‧軸承
50‧‧‧鏈盤驅動輪
51‧‧‧中孔
52‧‧‧輪筒
53‧‧‧棘齒部
54‧‧‧驅動齒部
60‧‧‧助力齒輪
61‧‧‧中孔
62‧‧‧從動齒部
63‧‧‧單向軸承
64‧‧‧軸承
70‧‧‧回推彈簧
80‧‧‧壓力感測器
81‧‧‧中孔
82‧‧‧止推軸承

圖1是本新型較佳實施例的立體圖。 圖2是本新型較佳實施例的組合剖面示意圖。 圖3是本新型較佳實施例的組成元件分解圖。 圖4是本新型較佳實施例的螺旋齒輪及內螺旋齒輪的分解圖。 圖5是本新型較佳實施例的曲柄軸、螺旋齒輪及內螺旋齒輪的組合立體圖。 圖6是本新型較佳實施例的螺旋齒輪位移動作示意圖。

10‧‧‧曲柄軸

11‧‧‧曲柄接頭

46‧‧‧軸承

47‧‧‧軸承

50‧‧‧鏈盤驅動輪

54‧‧‧驅動齒部

60‧‧‧助力齒輪

62‧‧‧從動齒部

64‧‧‧軸承

70‧‧‧回推彈簧

80‧‧‧壓力感測器

82‧‧‧止推軸承

Claims (10)

1. 一種助力車的扭力傳感裝置，包括： 　　一曲柄軸，其以軸心中心線方向為軸向； 　　一螺旋齒輪，其以能軸向移動而不能轉動的方式套設結合於該曲柄軸，於該螺旋齒輪的外周面形成一斜齒部； 　　一內螺旋齒輪，其套設結合於該螺旋齒輪且於內周面設有一斜齒部與該螺旋齒輪的斜齒部相嚙合； 　　一鏈盤驅動輪，其套設該曲柄軸且一端銜接該內螺旋齒輪，該內螺旋齒輪單向驅動該鏈盤驅動輪； 　　一助力齒輪，其套設於該鏈盤驅動輪且以單向驅動該鏈盤驅動輪； 　　一壓力感測器，其套設於該曲柄軸；以及 　　一回推彈簧，其套設於該曲柄軸且位於該螺旋齒輪與該壓力感測器之間，並以彈性力作用於該螺旋齒輪與該壓力感測器。
2. 如請求項1所述的助力車的扭力傳感裝置，其中於所述的回推彈簧與所述的壓力感測器設有一止推軸承。
3. 如請求項2所述的助力車的扭力傳感裝置，其中所述的內螺旋齒輪於銜接所述鏈盤驅動輪的一端間隔設有多個棘爪，該鏈盤驅動輪對應匹配設有一與各棘爪相嚙合的棘齒部。
4. 如請求項3所述的助力車的扭力傳感裝置，其中所述的壓力感測器係為電阻式重量感測器。
5. 如請求項4所述的助力車的扭力傳感裝置，其中所述的回推彈簧係為波形彈簧。
6. 如請求項5所述的助力車的扭力傳感裝置，其中所述的曲柄軸設有一直齒部，所述的螺旋齒輪相對應設有一直齒部與該曲柄軸的直齒部相嚙合。
7. 如請求項1至5中任一項所述的助力車的扭力傳感裝置，其中於所述的螺旋齒輪與所述的回推彈簧之間設有一移動器，該移動器設有一供該回推彈簧推抵的環抵部。
8. 如請求項7所述的助力車的扭力傳感裝置，其中所述的曲柄軸設有一直齒部，所述的螺旋齒輪相對應設有一直齒部與該曲柄軸的直齒部相嚙合。
9. 如請求項8所述的助力車的扭力傳感裝置，其中所述的移動器於內周面設有一直齒部與所述曲柄軸的直齒部相嚙合。
10. 如請求項9所述的助力車的扭力傳感裝置，其中所述的助力齒輪的外周面設有一從動齒部。