TWM646973U

TWM646973U - 電動輔助自行車的踩踏力偵測機構

Info

Publication number: TWM646973U
Application number: TW112207308U
Authority: TW
Inventors: 王長生
Original assignee: 摩特動力工業股份有限公司
Priority date: 2023-07-13
Filing date: 2023-07-13
Publication date: 2023-10-01

Abstract

本創作提供一種電動輔助自行車的踩踏力偵測機構，其包含踩踏力轉向部、主止推軸承、應變感測組件及主傳動齒輪。踩踏力轉向部單向傳動曲柄軸的踩踏力及轉向踩踏力朝向曲柄軸的軸向；主止推軸承抵靠於踩踏力轉向部外以傳遞轉向後的踩踏力；應變感測組件具有應變規、彈性環型座體及支撐環型座體，支撐環型座體抵靠於軸箱且與主止推軸承之間具有軸向應變間隙，彈性環型座體設於支撐環型座體外且抵靠於主止推軸承與支撐環型座體之間；主傳動齒輪的內連接環體與主齒輪為一體成型，踩踏力轉向部與內連接環體之間具有軸向活動間隙。

Description

電動輔助自行車的踩踏力偵測機構

本創作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。

一般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。另外，TWI769802揭示有一種電動輔助自行車的踩踏力偵測機構。

創作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。

本創作係提供一種電動輔助自行車的踩踏力偵測機構，其適於容置於該電動輔助自行車的一軸箱以與一曲柄軸配置及與一輔助動力組件連接，該曲柄軸活動設於該軸箱，該踩踏力偵測機構包含：一踩踏力轉向部，其單向傳動該曲柄軸的一踩踏力及轉向該踩踏力朝向該曲柄軸的軸向；一主止推軸承，其抵靠於該踩踏力轉向部以傳遞轉向後的該踩踏力；一應變感測組件，其具有一應變規、一彈性環型座體及一支撐環型座體，該支撐環型座體設於該踩踏力轉向部外，該支撐環型座體抵靠於該軸箱且與該主止推軸承之間具有一軸向應變間隙，該彈性環型座體設於該支撐環型座體外且抵靠於該主止推軸承與該支撐環型座體之間，該應變規設於該彈性環型座體且訊號連接於該輔助動力組件；以及一主傳動齒輪，其活動設於該曲柄軸與該軸箱之間，該主傳動齒輪具有一主齒輪、一內連接環體及一外連接環體，該內連接環體一體成型於該主齒輪的內側，該外連接環體固接於該主齒輪的外側，該踩踏力轉向部與該內連接環體同步轉動且與該內連接環體之間具有一軸向活動間隙。

在一實施例中，該主止推軸承為滾珠止推軸承。

在一實施例中，該支撐環型座體具有一支撐筒體及一支撐環型凸緣，該支撐筒體的一側與該主止推軸承之間具有該軸向應變間隙，該支撐筒體的另一側固接於該支撐環型凸緣，該支撐環型凸緣抵靠於該彈性環型座體與該軸箱之間。

在一實施例中，該主傳動齒輪具有一第一止推軸承、一第二止推軸承、一調整螺帽及一固定螺帽，該第一止推軸承抵靠於該軸箱與該主齒輪之間，該第二止推軸承抵靠於該主齒輪與該調整螺帽之間，該調整螺帽鎖固於該曲柄軸，該固定螺帽鎖固於該曲柄軸且抵靠於該調整螺帽，該固定螺帽的鎖固方向與該調整螺帽的鎖固方向相反。

在一實施例中，更包含一轉動感測部，該轉動感測部具有一感測器、一環型磁鐵、一環型固定座、一第三止推軸承及一第一軸承，該環型固定座固定套設於該曲柄軸，該第三止推軸承抵靠於該環型固定座與該踩踏力轉向部之間，該第一軸承設於該軸箱與該環型固定座之間，該環型磁鐵設於該環型固定座，該感測器設於該軸箱以感測該環型磁鐵。

藉此，本創作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。

為充分瞭解本創作之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本創作做一詳細說明，說明如後：

請參考圖1至圖10，如圖所示，本創作係提供一種電動輔助自行車的踩踏力偵測機構，其適於容置於該電動輔助自行車的一軸箱5以與一曲柄軸20配置及與一輔助動力組件3連接，該曲柄軸20活動設於該軸箱5。該軸箱5可如TWI769802的第一軸箱51與第二軸箱52的組合，該第一軸箱51可具有一定位槽體511及一環型蓋體512，該環型蓋體512蓋合於該定位槽體511上。該曲柄軸20穿設該第一軸箱51的環型蓋體512及定位槽體511及該第二軸箱52。另外，該軸箱5亦可為其他種結構的軸箱。該輔助動力組件3可如TWI769802的輔助動力源31、第一減速齒輪32及第二減速齒輪33的組合。另外，該輔助動力組件3亦可為其他種輔助動力機構。該踩踏力偵測機構包含一踩踏力轉向部1、一主止推軸承13、一應變感測組件14及一主傳動齒輪21。該踩踏力轉向部1單向傳動該曲柄軸20的一踩踏力F及轉向該踩踏力F朝向該曲柄軸20的軸向，該踩踏力轉向部1可如TWI769802所揭示的單向棘輪套筒10、主動端面凸輪11及被動端面凸輪12的組合以單向傳動該曲柄軸20的踩踏力F及轉向該踩踏力F朝向該曲柄軸20的軸向，該主動端面凸輪11與該第一軸箱51的定位槽體511之間設有一軸承111。另外，該踩踏力轉向部1亦可為其他種踩踏力轉向機構。該主止推軸承13抵靠於該踩踏力轉向部1以傳遞轉向後的該踩踏力F，該主止推軸承13可如TWI769802抵靠於該踩踏力轉向部1的被動端面凸輪12的背環面121或可抵靠於其他的踩踏力轉向機構，以傳遞轉向後的該踩踏力F。該應變感測組件14具有一應變規16、一彈性環型座體15及一支撐環型座體17。該支撐環型座體17的材質可為鋼，該支撐環型座體17設於該踩踏力轉向部1的被動端面凸輪12外，該支撐環型座體17抵靠於該軸箱5的定位槽體511的底部且與該主止推軸承13之間具有一軸向應變間隙6。該彈性環型座體15的材質可為鋁，該彈性環型座體15設於該支撐環型座體17外，該彈性環型座體15的環型頂面151及環型底面152分別抵靠於該主止推軸承13與該支撐環型座體17，以使該彈性環型座體15抵靠於該主止推軸承13與該支撐環型座體17之間。該應變規16設於該彈性環型座體15的外環面且訊號連接於該輔助動力組件3，該應變規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該輔助動力組件3的控制電路。該主傳動齒輪21活動設於該曲柄軸20與該軸箱5之間及活動設於該第一軸箱51的定位槽體511與該第二軸箱52之間，該曲柄軸20穿設該主傳動齒輪21，該主傳動齒輪21具有一主齒輪211、一內連接環體210及一外連接環體212，該內連接環體210一體成型於該主齒輪211的內側，該內連接環體210及該主齒輪211與該曲柄軸20之間設有一內軸承217，該外連接環體212固接於該主齒輪211的外側，該外連接環體212與該第二軸箱52之間設有一外軸承218且穿設該第二軸箱51，該外連接環體212的軸向栓槽2121可連接大盤(圖未示)，該踩踏力轉向部1的被動端面凸輪12的端部外的軸向栓槽122可與該內連接環體210的端部內的軸向栓槽2101活動連接，以使該踩踏力轉向部1的被動端面凸輪12與該內連接環體210同步轉動且與該內連接環體210之間具有一軸向活動間隙7，該軸向活動間隙7大於或等於該軸向應變間隙6，該支撐環型座體17可設於該被動端面凸輪12與該內連接環體210的連接處外，該內連接環體210可穿設該第一軸箱51的定位槽體511的底部以活動連接於該被動端面凸輪12。

如上所述，本創作的電動輔助自行車的踩踏力偵測機構的曲柄軸20接收騎乘者經由踏板(圖未示)及曲柄(圖未示)傳遞而來的踩踏力F時，該曲柄軸20會經由該單向棘輪套筒10單向帶動該主動端面凸輪11轉動以傳遞該踩踏力F，之後該主動端面凸輪11會帶動該被動端面凸輪12轉動且推移該被動端面凸輪12朝該曲柄軸20的軸向移動，因此該踩踏力F便轉向朝向該曲柄軸20的軸向，該被動端面凸輪12朝該曲柄軸20的軸向移動時會推抵該主止推軸承13，該主止推軸承13會推抵該彈性環型座體15的環型頂面151，由於該彈性環型座體15的環型底面152被該支撐環型座體17的背部及該軸箱5的定位槽體511的底部止擋，因此該彈性環型座體15會產生形變，接著該應變規16中的壓電材料會隨著該彈性環型座體15的形變而產生應變量及電壓變化，之後便可藉由該電壓變化換算出扭力，進而藉由該應變規16感測出該踩踏力F所產生的扭力，如該踩踏力F所產生的扭力大於或等於一預設扭力時，該輔助動力源31便可經由該第一減速齒輪32及該第二減速齒輪33輸出輔助動力至該主齒輪211，以輔助騎乘者輕鬆又省力地騎乘自行車。

如上所述，該彈性環型座體15產生形變時，由於該支撐環型座體17的前部與該主止推軸承13之間具有該軸向應變間隙6，因此當該彈性環型座體15的形變量將大於該軸向應變間隙6時，該支撐環型座體17便會頂撐住該主止推軸承13，以避免該主止推軸承13使該彈性環型座體15過度變形而造成永久形變。另外，該踩踏力轉向部1的主動端面凸輪11推移被動端面凸輪12朝該曲柄軸20的軸向移動時，由於該踩踏力轉向部1的被動端面凸輪12與該內連接環體210之間具有該軸向活動間隙7且該軸向活動間隙7大於或等於該軸向應變間隙6，因此在該應變規16的感測過程中，該被動端面凸輪12可自由地軸向移動，以使該彈性環型座體15可正確地形變，進而可藉由該應變規16正確地感測出該踩踏力F所產生的扭力。再者，由於該內連接環體210一體成型於該主齒輪211的內側，因此該內連接環體210於組裝時可直接活動連接於該踩踏力轉向部1的被動端面凸輪12，藉此可提升組裝的便利性及減少該主傳動齒輪21的加工程序。請參考圖13，如圖所示，本創作的踩踏力偵測機構可明確地感測是否有踩踏力輸入，其相較於習知的踩踏力偵測機構具有較高的解析度。另外，本創作的踩踏力偵測機構可感測較大的踩踏力，其相較於習知的踩踏力偵測機構具有較大的感測範圍。

請參考圖9，如圖所示，在一實施例中，該主止推軸承13可為滾珠止推軸承。藉此，本創作的主止推軸承13可提升強度及耐用度。

請參考圖1至圖4及圖9，如圖所示，在一實施例中，該支撐環型座體17可具有一支撐筒體171及一支撐環型凸緣172。該支撐筒體171的前部與該主止推軸承13之間具有該軸向應變間隙6，該支撐筒體171的背部固接於該支撐環型凸緣172，該支撐環型凸緣172抵靠於該彈性環型座體15的環型底面152與該軸箱5的定位槽體511的底部之間。藉此，本創作的支撐環型座體17可提升強度及耐用度。

請參考圖1、圖2、圖5、圖6及圖9，如圖所示，在一實施例中，該主傳動齒輪21可具有一第一止推軸承213(例如滾針止推軸承)、一第二止推軸承214(例如滾珠止推軸承)、一調整螺帽215及一固定螺帽216。該第一止推軸承213抵靠於該軸箱5的定位槽體511的底部與該主齒輪211之間，且該第一止推軸承213套設於該內連接環體210外，該第二止推軸承214抵靠於該主齒輪211與該調整螺帽215之間，該第二止推軸承214套設於該曲柄軸20外且設於該外連接環體212內，該調整螺帽215鎖固於該曲柄軸20且設於該外連接環體212內，該固定螺帽216鎖固於該曲柄軸20且抵靠於該調整螺帽215，該固定螺帽216設於該外連接環體212內，該固定螺帽216的鎖固方向與該調整螺帽215的鎖固方向相反。如上所述，本創作的踩踏力偵測機構組裝完成前可先藉由該調整螺帽215旋入該曲柄軸20與該外連接環體212之間，待該應變規16感測到訊號時(即該應變規16感測的起點)再將該固定螺帽216旋入該曲柄軸20與該外連接環體212之間，以鎖固該調整螺帽215及完成組裝本創作的踩踏力偵測機構。藉此，本創作的踩踏力偵測機構可便於組裝且組裝完成時可同時確認該應變規16是否可正常運作。

請參考圖1、圖2、圖9、圖11及圖12，如圖所示，在一實施例中，本創作的踩踏力偵測機構更可包含一轉動感測部19，該轉動感測部19具有一感測器191(例如電磁感測器)、一環型磁鐵192(例如霍爾感測磁鐵)、一環型固定座193、一第三止推軸承194(例如滾針止推軸承)及一第一軸承195。該環型固定座193的固定孔1931固定套設於該曲柄軸20，該第三止推軸承194抵靠於該環型固定座193的背部與該踩踏力轉向部1的主動端面凸輪11之間，該第一軸承195設於該軸箱5的環型蓋體512及套設於該環型固定座193的前部，該環型磁鐵192設於該環型固定座193的前部的環型固定槽1932，該感測器191設於該軸箱5的環型蓋體512以感測該環型磁鐵192。藉此，本創作的踩踏力偵測機構可經由該感測器191及該環型磁鐵192感測該曲柄軸20的轉速及感測該曲柄軸20是否有轉動。如該曲柄軸20有轉動且該踩踏力F所產生的扭力大於或等於該預設扭力時，該輔助動力組件3才會提供輔助動力以避免自行車暴衝。

本創作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創作，而不應解讀為限制本創作之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本創作之範疇內。因此，本創作之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

1:踩踏力轉向部 10:單向棘輪套筒 11:主動端面凸輪 111:軸承 12:被動端面凸輪 121:背環面 122:軸向栓槽 13:主止推軸承 14:應變感測組件 15:彈性環型座體 151:環型頂面 152:環型底面 16:應變規 17:支撐環型座體 171:支撐筒體 172:支撐環型凸緣 19:轉動感測部 191:感測器 192:環型磁鐵 193:環型固定座 1931:固定孔 1932:環型固定槽 194:第三止推軸承 195:第一軸承 20:曲柄軸 21:主傳動齒輪 210:內連接環體 2101:軸向栓槽 211:主齒輪 212:外連接環體 2121:軸向栓槽 213:第一止推軸承 214:第二止推軸承 215:調整螺帽 216:固定螺帽 217:內軸承 218:外軸承 3:輔助動力組件 31:輔助動力源 32:第一減速齒輪 33:第二減速齒輪 5:軸箱 51:第一軸箱 511:定位槽體 512:環型蓋體 52:第二軸箱 6:軸向應變間隙 7:軸向活動間隙 F:踩踏力

[圖1]係本創作具體實施例的踩踏力偵測機構、曲柄軸、輔助動力組件與軸箱的分解示意圖一。 [圖2]係本創作具體實施例的踩踏力偵測機構、曲柄軸、輔助動力組件與軸箱的分解示意圖二。 [圖3]係本創作具體實施例的踩踏力轉向部、主止推軸承與應變感測組件的分解示意圖一。 [圖4]係本創作具體實施例的踩踏力轉向部、主止推軸承與應變感測組件的分解示意圖二。 [圖5]係本創作具體實施例的主傳動齒輪的立體示意圖一。 [圖6]係本創作具體實施例的主傳動齒輪的立體示意圖二。 [圖7]係本創作具體實施例的踩踏力偵測機構、曲柄軸、輔助動力組件與軸箱的組合示意圖一。 [圖8]係本創作具體實施例的踩踏力偵測機構、曲柄軸、輔助動力組件與軸箱的組合示意圖二。 [圖9]係圖7的曲柄軸位置的縱向剖面示意圖。 [圖10]係本創作具體實施例的軸向應變間隙的示意圖。 [圖11]係本創作具體實施例的環型固定座的立體示意圖一。 [圖12]係本創作具體實施例的環型固定座的立體示意圖二。 [圖13]係習知踩踏力偵測機構與本創作踩踏力偵測機構的扭力比較的示意圖。

1:踩踏力轉向部

10:單向棘輪套筒

11:主動端面凸輪

111:軸承

12:被動端面凸輪

122:軸向栓槽

13:主止推軸承

14:應變感測組件

15:彈性環型座體

151:環型頂面

152:環型底面

16:應變規

17:支撐環型座體

171:支撐筒體

172:支撐環型凸緣

Claims

一種電動輔助自行車的踩踏力偵測機構，其適於容置於該電動輔助自行車的一軸箱以與一曲柄軸配置及與一輔助動力組件連接，該曲柄軸活動設於該軸箱，該踩踏力偵測機構包含：一踩踏力轉向部，其單向傳動該曲柄軸的一踩踏力及轉向該踩踏力朝向該曲柄軸的軸向；一主止推軸承，其抵靠於該踩踏力轉向部以傳遞轉向後的該踩踏力；一應變感測組件，其具有一應變規、一彈性環型座體及一支撐環型座體，該支撐環型座體設於該踩踏力轉向部外，該支撐環型座體抵靠於該軸箱且與該主止推軸承之間具有一軸向應變間隙，該彈性環型座體設於該支撐環型座體外且抵靠於該主止推軸承與該支撐環型座體之間，該應變規設於該彈性環型座體且訊號連接於該輔助動力組件；以及一主傳動齒輪，其活動設於該曲柄軸與該軸箱之間，該主傳動齒輪具有一主齒輪、一內連接環體及一外連接環體，該內連接環體一體成型於該主齒輪的內側，該外連接環體固接於該主齒輪的外側，該踩踏力轉向部與該內連接環體同步轉動且與該內連接環體之間具有一軸向活動間隙。
如請求項1所述之踩踏力偵測機構，其中該主止推軸承為滾珠止推軸承。
如請求項1所述之踩踏力偵測機構，其中該支撐環型座體具有一支撐筒體及一支撐環型凸緣，該支撐筒體的一側與該主止推軸承之間具有該軸向應變間隙，該支撐筒體的另一側固接於該支撐環型凸緣，該支撐環型凸緣抵靠於該彈性環型座體與該軸箱之間。
如請求項1所述之踩踏力偵測機構，其中該主傳動齒輪具有一第一止推軸承、一第二止推軸承、一調整螺帽及一固定螺帽，該第一止推軸承抵靠於該軸箱與該主齒輪之間，該第二止推軸承抵靠於該主齒輪與該調整螺帽之間，該調整螺帽鎖固於該曲柄軸，該固定螺帽鎖固於該曲柄軸且抵靠於該調整螺帽，該固定螺帽的鎖固方向與該調整螺帽的鎖固方向相反。
如請求項1所述之踩踏力偵測機構，其中更包含一轉動感測部，該轉動感測部具有一感測器、一環型磁鐵、一環型固定座、一第三止推軸承及一第一軸承，該環型固定座固定套設於該曲柄軸，該第三止推軸承抵靠於該環型固定座與該踩踏力轉向部之間，該第一軸承設於該軸箱與該環型固定座之間，該環型磁鐵設於該環型固定座，該感測器設於該軸箱以感測該環型磁鐵。