TWM628604U - 動力輸出無線扭力檢出機構及應用彼之自行車 - Google Patents

Abstract

本創作係指一種動力輸出無線扭力檢出機構，其係於一固定體上分設有一輸入組及一可被輸入組帶動之輸出組，而本創作的特色在於該輸入組與該輸出組間設有一無線感測裝置，供利用該無線感測裝置檢出旋轉扭力值及轉速值、且以無線方式傳輸，藉此，能形成模組化設計，具有較佳的通用性，且可提高扭力檢出的準確度，同時提升訊號傳輸的穩定性及確效性，讓後續輔助動力輸入更為即時及準確，且具有易於組裝及維護之效，可進一步降低整體成本。

Description

動力輸出無線扭力檢出機構及應用彼之自行車

本創作隸屬一種動力輸出之扭力檢知技術，具體而言係指一種模組化、且通用性高的檢出扭力值並以無線方式傳輸檢出訊號之動力輸出無線扭力檢出機構，藉以透過無線化結構檢出扭力，讓後續輔助動力輸入更為即時及準確，且具有易於組裝及維護之效。

按，在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，例如助力型之自行車。而現有助力型之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，由於無線傳輸裝置因需要使用到電力，一般係以電池作為無線傳輸裝置電力供應，但其易因電池電量逐漸消耗，使無線傳輸裝置的訊號減弱而受到干擾或呈現不穩定的現象，連帶影響輔助動力的輸出，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。

再者，因現有的無線傳輸裝置係組設於動力輸出軸內，不論是在組裝、更換電池或維修時，均需拆解整個動力輸出軸，無形間形成一種困擾、且浪費時間，再者重新將零件逐一組裝時，也可能因組裝問題造成失準的狀況，進而影響後續扭力的檢出，故存在組裝及維護不易的問題，無形間提高了整體成本，而如何克服前述問題，係業界及使用者所期待者，亦係本創作所欲探討者。

有鑑於上述缺失弊端及需求，本創作人認為有進一步改正之必要，遂以從事相關技術以及產品設計製造之多年經驗，針對以上不良處加以研究創作，並積極尋求解決之道，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無線扭力檢出機構，藉以克服現有無線傳輸因無法持續供電所衍生的困擾與不便。

因此，本創作之主要目的係在提供一種動力輸出無線扭力檢出機構，藉以能達到無線供電之效，且可準確檢出扭力值，並使其扭力值之檢出訊號能穩定、且有效的進行無線傳輸，以避免無線傳輸扭力值時因訊號減弱而產生雜訊干擾或失真。

再者，本創作之另一主要目的係在提供一種動力輸出無線扭力檢出機構，其能透過模組化結構，而能易於組裝或維修，且無需如現有者更換電池，不僅可確保訊號傳輸之準確性，且具有易於組裝及維護之效，無形間可以降低組裝及維修之成本。

又，本創作之次一主要目的係在提供一種應用動力輸出無線扭力檢出機構之自行車，其能使檢出旋轉軸的扭力變化值，可以透過其無線方式可靠、且準確輸出，讓後續輔助動力輸入更為即時及確實，可免於助力型之自行車發生滯動或暴衝的現象。

基於此，本創作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：

一輸入軸，其可樞設於一固定體上，該輸入軸可受至少一初始動力驅動旋轉；

一無線感測裝置，其係設於該輸入軸上，該無線感測裝置具有一固設於前述固定體之固定件及一設於前述輸入軸之連動件，其中該固定件上具有一初級線圈，且該固定件上設有一光柵感知件，而該連動件上具有對應該初級線圈之次級線圈，使得該連動件之次級線圈能無線生成電能，又該連動件於對應該固定件光柵感知件之同心軸線上具有系列等距之感應部，而該連動件並電氣連接一控制電路板，供檢出輸入軸之扭力值大小，且依扭力值生成一相對應、且可無線傳輸之應變訊號。

藉此，本創作之動力輸出無線扭力檢出機構利用該無線感測裝置能使該連動件之控制電路板能檢出輸入軸的扭力值大小，且透過無線方式傳輸該應變訊號，以驅動該輔助動力組依該扭力值大小對該輸出組提供輔助動力，而達到無線供電之效，且可準確檢出扭力值，並使其扭力值之檢出訊號能穩定、且有效的進行無線傳輸，以避免無線傳輸扭力值時因訊號減弱而產生雜訊干擾或失真，同時能透過模組化結構，而能易於組裝或維修，且無需如現有者更換電池，不僅可確保訊號傳輸之準確性，且具有易於組裝及維護之效，無形間可以降低組裝及維修之成本，當其應用於如助力型之自行車時能使檢出旋轉軸的扭力變化時，可以透過其無線方式可靠、且準確輸出，讓後續輔助動力輸入更為即時及確實，可免於助力型之自行車發生滯動或暴衝的現象，大幅提高其實用性，進一步可實現其經濟效益。

且本創作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：

所述之輸入軸異於該無線感測裝置一側設有一輸出組，該輸出組具有一套樞於該輸入軸之傳動軸套，且該傳動軸套與該輸入軸間設有至少一第一單向軸承，而該輸出組外套設有一輔助動力組，而該輔助動力組係於該傳動軸套上套樞有一動力件，且該動力件內緣與該傳動軸套間設有至少一第二單向軸承，該等第二單向軸承之作動方向與前述第一單向軸承相反，使得該輔助動力組可依前述該無線感測裝置檢出該輸入軸之扭力值大小來提供該輸出組相對應大小之輔助動力，以輔助驅動該輸出組之傳動軸套。

所述之輸入軸上設有一連動之感測軸套，而該輸出組與該無線感測裝置分設於該感測軸套上。

所述之輸入軸一端具有一嚙齒段，而該感測軸套對應該輸入軸嚙齒段一端形成有一相對應的嚙齒段，使該感測軸套可固設咬死於該輸入軸、且同步轉動，再者該感測軸套另端與輸入軸間設有一軸承，以確保該感測軸套能相對反應出該輸入軸與該輸出組間的一扭力值。

所述之輸出組之傳動軸套一端另形成有一輸出段，該輸出段可以是嚙齒段，用於組裝被動件。

為使　貴審查委員能進一步了解本創作的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本創作之較佳實施例，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。

本創作係一種動力輸出無線扭力檢出機構，隨附圖例示之本創作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，並非限制本創作，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，當可在不離開本創作之申請專利範圍內，根據本創作之設計與需求而進行變化。

本創作之動力輸出無線扭力檢出機構的構成，係如第一圖所示，其係由一輸入軸（10）、一輸出組（30）、一輔助動力組（40）及一無線感測裝置（50）所組成，其中該輸入軸（10）與輔助動力組（40）可以分別對該輸出組（30）進行驅動輸出，供分別或耦合驅動一被動體〔圖中未示〕，如助力型之自行車，而本創作的特色係在設於該輸入軸（10）上的該無線感測裝置（50）可以精準檢出旋轉扭力值及轉速值、且以無線方式即時準確傳輸；

而該動力輸出無線扭力檢出機構之詳細構成，則如第二、三及四圖所示，所述之輸入軸（10）的兩端中至少一端可以透過輸入一初始動力來作動其以軸心旋轉，例如該輸入軸（10）可以是助力型之自行車的曲柄軸，並透過踩踏設於兩端之曲柄來作動該曲柄軸，以透過驅動曲柄軸上的齒盤來產生輸出，以帶動鏈條來驅動該助力型之自行車，而該輸入軸（10）一端形成有一嚙齒段（11），且該輸入軸（10）外套設有一感測軸套（15），該感測軸套（15）具有一軸孔（150），且該感測軸套（15）之軸孔（150）對應輸入軸（10）嚙齒段（11）一端形成有一相對應的嚙齒段（16），使該感測軸套（15）可固設咬死於該輸入軸（10）、且同步轉動，再者該感測軸套（15）之軸孔（150）另端與輸入軸（10）間設有一軸承（17），以確保該感測軸套（15）能相對反應出該輸入軸（10）與該輸出組（30）間的一扭力值，再者該輸入軸（10）異於該感測軸套（15）軸承（17）一側設有一第一外側軸承（18），供組設於外部之固定體〔圖中未示〕內，以確保該輸入軸（10）能自由轉動；

而前述之輸出組（30）係由一同時對應輸入軸（10）與感測軸套（15）之階級狀傳動軸套（31）所構成，其中該傳動軸套（31）係套樞於該輸入軸（10）之感測軸套（15）上，且該傳動軸套（31）與該感測軸套（15）間設有至少一第一單向軸承（32），其中該等第一單向軸承（32）可以呈順向驅動、且逆向空轉之動作，再者該傳動軸套（31）與該輸入軸（10）間可以設有一軸承（34），以確保該傳動軸套（31）轉動的平穩與順暢，另該傳動軸套（31）上設有一第二外側軸承（35），供組設於外部之固定體〔圖中未示〕內，以確保該傳動軸套（31）能自由轉動，且該傳動軸套（31）外部一端另形成有一輸出段（311），該輸出段（311）可以是嚙齒段，用於組裝被動件〔圖中未示〕，如自行車之齒盤，供透過鏈條驅動自行車；

又前述之輔助動力組（40）可依前述輸入軸（10）之扭力值、轉速值由控制器驅動件〔圖中未示〕作動輸出一相對應大小之輔助動力，以驅動該輸出組（30）之傳動軸套（31），而該輔助動力組（40）係於輸出組（30）之傳動軸套（31）上套樞有一動力件（41），且該動力件（41）內緣與該傳動軸套（31）間設有至少一第二單向軸承（42），該等第二單向軸承（42）之作動方向與前述第一單向軸承（32）相反，如該等第二單向軸承（42）可以呈順向空轉、且逆向驅動之動作；

至於，所述之無線感測裝置（50）係設於該輸入軸（10）之感測軸套（15）上，該無線感測裝置（50）具有一固定件（51）及一連動件（55），其中該固定件（51）可用於鎖固在前述固定體〔圖中未示〕上，供連接電氣迴路，且該固定件（51）上具有一初級線圈（52）〔一次側〕，再者該固定件（51）上設有一光柵感知件（53），另該連動件（55）係固設於該感測軸套（15）上、且與該感測軸套（15）同步轉動，又該連動件（55）上具有對應該固定件（51）初級線圈（52）之次級線圈（56）〔二次側〕，使得該連動件（55）上的次級線圈（56）可相對該固定件（51）上的初級線圈（52）轉動、且切割磁力線，令該連動件（55）之次級線圈（56）能無線生成電能，又該連動件（55）於對應固定件（51）光柵感知件（53）之同心軸線上具有系列等距之感應部（57），使該連動件（55）透過感測軸套（15）與該輸入軸（10）同步旋轉時，可以利用連動件（55）之感應部（57）相對固定件（51）之光柵感知件（53）量測出該輸入軸（10）之轉速，並產生一相對轉速值大小之應變訊號，而該連動件（55）並電氣連接一控制電路板（58），使得該控制電路板（58）可依該應變訊號無線傳輸一控制訊號〔如切換成外力驅動模式〕來操作一驅動件〔如馬達〕作動前述輔助動力組（40）之動力件（41）相對該輸出組（30）之傳動軸套（31）輸出一輔助動力；

藉此，可以透過該無線感測裝置（50）之固定件（51）與連動件（55）間的相對初級線圈（52）與次級線圈（56）產生無線供電，使該連動件（55）上的控制電路板（58）能將扭力值、轉速值轉換成應變訊號、且無線傳輸控制訊號，使得該輔助動力組（40）可依該輸入軸（10）之扭力值、轉速值大小對該輸出組（30）提供一相對應大小之輔助動力，而組構成一動力輸出無線扭力檢出機構者。

至於本創作動力輸出無線扭力檢出機構的組成於實際作動時，則係如第一、四圖所示，當該輸入軸（10）獲得兩端中至少一端之初始動力時，例如輸入軸（10）為自行車曲柄軸時，可以透過踩踏兩端曲柄來輸入初始動力，則該輸入軸（10）會透過該感測軸套（15）經由該等第一單向軸承（32）帶動該輸出組（30）之傳動軸套（31），使得該傳動軸套（31）可由初始動力來驅動，且該傳動軸套（31）並利用其外緣之第二單向軸承（42）與該動力件（41）形成空轉，避免反向帶動控制器之驅動件造成損壞。同時該無線感測裝置（50）能利用固定件（51）及同感測軸套（15）連動之連動件（55）間的初級線圈（52）與次級線圈（56）相對感應現象，而無線生成供該無線感測裝置（50）之控制電路板（58）所需電力，且能量測該輸入軸（10）之感測軸套（15）扭力值及轉速值大小，且對控制器〔圖中未示〕發出一相對應之應變訊號，供該控制器判斷是否超出預設值，如該輸入軸（10）的應變訊號未達啟動輔助動力組（40）之設定值時，則該輔助動力組（40）之動力件（41）呈靜止狀，使得該輸出組（30）之傳動軸套（31）與輔助動力組（40）之動力件（41）間可因第二單向軸承（42）的設置而形成空轉，而不致作動與該輔助動力組（40）動力件（41）嚙合之控制器驅動件〔圖中未示〕如馬達，以避免該驅動件損壞。

而如第四、五圖所示，當該輸入軸（10）受初始動力驅動之扭力值變大、轉速值變慢〔例如騎乘自行車遇到爬坡時〕，達到該控制器之預設值、又或想利用驅動件直接作動時，其中該控制器可以啟動其與輔助動力組（40）動力件（41）嚙合之驅動件，並由該輔助動力組（40）輸出一個相對應之輔助動力，使得該動力件（41）可以透過該第二單向軸承（42）帶動輸出組（30）之傳動軸套（31）轉動，且由於該輸出組（30）之傳動軸套（31）與感測軸套（15）間設有第一單向軸承（32），使得兩者間形成空轉，而不致造成由輸入軸（10）傳遞來的初始動力與該輔助動力組（40）動力件（41）傳遞來的輔助動力相互干擾。

透過前述之設計與說明，本創作之動力輸出無線扭力檢出機構能利用該無線感測裝置（50）之設計，而能無線提供電力，使該連動件（55）之控制電路板（58）能檢出輸入軸（10）之感測軸套（15）的扭力值及轉速值大小，且透過無線方式傳輸該應變訊號，以驅動該輔助動力組（40）依該輸入軸（10）之扭力值、轉速值大小對該輸出組（30）提供輔助動力，而達到無線供電之效，且可準確檢出扭力值及轉速值，並使其檢出訊號能穩定、且有效的進行無線傳輸，以避免無線傳輸時因訊號減弱而產生雜訊干擾或失真；

同時能透過模組化結構，而能易於組裝或維修，且無需如現有者更換電池，不僅可確保訊號傳輸之準確性，且具有易於組裝及維護之效，無形間可以降低組裝及維修之成本，當其應用於如助力型之自行車時能使檢出旋轉軸的扭力及轉速變化時，可以透過其無線方式可靠、且準確輸出，讓後續輔助動力輸入更為即時及確實，可免於助力型之自行車發生滯動或暴衝的現象。

藉此，可以理解到本創作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，故本創作已符合新型專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請新型專利。

10:輸入軸 11:嚙齒段 15:感測軸套 150:軸孔 16:嚙齒段 17:軸承 18:第一外側軸承 30:輸出組 31:傳動軸套 311:輸出段 32:第一單向軸承 34:軸承 35:第二外側軸承 40:輔助動力組 41:動力件 42:第二單向軸承 50:無線感測裝置 51:固定件 52:初級線圈 53:光柵感知件 55:連動件 56:次級線圈 57:感應部 58:控制電路板

第一圖：係本創作動力輸出無線扭力檢出機構之立體外觀示意圖。

第二圖：係本創作動力輸出無線扭力檢出機構之立體分解示意圖，供說明其中輸出組各元件之態樣及其相對關係。

第三圖：係本創作動力輸出無線扭力檢出機構另一視角之立體分解示意圖，供說明其中無線感測裝置各元件之態樣及其相對關係。

第四圖：係本創作動力輸出無線扭力檢出機構組成後之側視剖面示意圖，供說明其使用初始動力之狀態。

第五圖：係本創作動力輸出無線扭力檢出機構之另一側視剖面示意圖，供說明其使用輔助動力之狀態。

10:輸入軸

11:嚙齒段

15:感測軸套

16:嚙齒段

17:軸承

18:第一外側軸承

30:輸出組

31:傳動軸套

311:輸出段

32:第一單向軸承

34:軸承

35:第二外側軸承

40:輔助動力組

41:動力件

42:第二單向軸承

50:無線感測裝置

51:固定件

52:初級線圈

53:光柵感知件

55:連動件

56:次級線圈

57:感應部

58:控制電路板

Claims (6)

1. 一種動力輸出無線扭力檢出機構，其包含有： 一輸入軸，其可樞設於一固定體上，該輸入軸可受至少一初始動力驅動旋轉； 一無線感測裝置，其係設於該輸入軸上，該無線感測裝置具有一固設於前述固定體之固定件及一設於前述輸入軸之連動件，其中該固定件上具有一初級線圈，且該固定件上設有一光柵感知件，而該連動件上具有對應該初級線圈之次級線圈，使得該連動件之次級線圈能無線生成電能，又該連動件於對應該固定件光柵感知件之同心軸線上具有系列等距之感應部，而該連動件並電氣連接一控制電路板，供檢出輸入軸之扭力值大小，且依扭力值生成一相對應、且可無線傳輸之應變訊號。
2. 如請求項1所述之動力輸出無線扭力檢出機構，其中該輸入軸異於該無線感測裝置一側設有一輸出組，該輸出組具有一套樞於該輸入軸之傳動軸套，且該傳動軸套與該輸入軸間設有至少一第一單向軸承，而該輸出組外套設有一輔助動力組，而該輔助動力組係於該傳動軸套上套樞有一動力件，且該動力件內緣與該傳動軸套間設有至少一第二單向軸承，該等第二單向軸承之作動方向與前述第一單向軸承相反，使得該輔助動力組可依前述該無線感測裝置檢出該輸入軸之扭力值大小來提供該輸出組相對應大小之輔助動力，以輔助驅動該輸出組之傳動軸套。
3. 如請求項2所述之動力輸出無線扭力檢出機構，其中該輸入軸上設有一連動之感測軸套，而該輸出組與該無線感測裝置分設於該感測軸套上。
4. 如請求項3所述之動力輸出無線扭力檢出機構，其中該輸入軸一端具有一嚙齒段，而該感測軸套對應該輸入軸嚙齒段一端形成有一相對應的嚙齒段，使該感測軸套可固設咬死於該輸入軸、且同步轉動，再者該感測軸套另端與輸入軸間設有一軸承，以確保該感測軸套能相對反應出該輸入軸與該輸出組間的一扭力值。
5. 如請求項2所述之動力輸出無線扭力檢出機構，其中該輸出組之傳動軸套一端另形成有一輸出段，該輸出段可以是嚙齒段，用於組裝被動件。
6. 一種自行車，其車體之曲柄軸結構可以是如請求項1至5中任一項所述之動力輸出無線扭力檢出機構。

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