CN2382648Y - 电动自行车感测踏力机构 - Google Patents

Abstract

一种电动自行车的感测踏力机构,主要是曲柄的天心轴连设一差动式齿轮传动机构,当人力踩踏力驱动天心轴而使差动式传动机构产生反作用力,通过其引动具挠性的扭力感应片,当扭力感应片上贴附的应变规感测微量变形产生电阻值的变化,连接通路的放大电路接收该电阻值变化,形成放大的电压信号,使其输送给控制器,而控制电动机精确地辅助出力。

Description

电动自行车感测踏力机构

本实用新型涉及一种电动自行车，尤指一种电动自行车感测扭力或踏力的电动自行车感测踏力机构。

自行车由于兼备运动、轻便、不污染环境的特性，使得自行车工业始终不坠，尤以先进国家更是开辟自行车专用道，享受骑单车的乐趣。自行车的产品型态发展愈益多种，目前已开始盛行电动自行车，以电动机的电动力辅助脚踏踏力，提供较舒适轻便的骑乘效果。目前已有感测扭力、速度的电动自行车，如「附有电动机的自行车」，其中设置检测踏力的踏力检测机构与车速检测机构，以及控制电动机动力的控制器。当检测讯号传至控制器，便可透过控制器改变电动机动力的大小。进一步说，该自行车的传动机构是由踏板输入旋转，经曲柄、单向离合器而传动行星齿轮式增速机，踏力检测机构是凭借施力于行星齿轮机构的太阳齿轮的反作用力，由检测杆的旋转量而得知人力踩踏的力量，而车速检测机构是透过检测减速机构的转速，再将两个检测结果传输至控制器，从而控制电动机的输出。但是，该自行车有其缺点存在；第一，行星齿轮式的传动机构，构造复杂，要求加工精度高，致使每个齿轮互有牵一发动全局的关系，彼此间齿数配置均需要计算妥当，尤其是欲设定一定值的转速比，则所有齿轮的齿数均需要全盘修正以得出最适合的需要，因此制造成本偏高，而易将价格转嫁至消费者。第二，踏力检测机构的元件多而复杂，其透过检测机构的旋转位移量实质在接触到电位器之后，始由电位器侦测得知踏力的结果，因此反覆接触式的感测设计，较易造成部件磨损、材料消耗的问题，检测机构、电位器的寿命较短。

本实用新型的主要目的是提供一种通过电动自行车的差动式传动机构作用使扭力感应片变形来感测踏力的电动自行车的感测踏力机构。

本实用新型的技术方案在于提供一种电动自行车的感测踏力机构，供应电动机电力的电池箱及相关的控制器等配合固设在车架，一本体内部形成容室以安置电动机，电动机的心轴组接减速机构，而在本体横向贯穿设置一天心轴，天心轴两端是接设曲柄、踏板，车架上设有控制器以供扭力、速度检测的讯号输入，使控制器据以可控制电动机出力，容室在相对电动机心轴邻侧的一处侧壁配合轴承以组装一主动伞齿轮，其一端为伞齿，另一端的轴端供一单向轴承套设，使主动伞齿轮预备与一伞齿棘轮直交啮合，该伞齿棘轮一端为固接于本体外的大齿盘；其中，在天心轴一端设置差动式齿轮传动机构，其包含传动杆、反动伞齿轮、传动伞齿轮，传动棘轮座；天心轴在一端同轴套设一反动伞齿轮，反动伞齿轮在伞齿的另面为平面，外侧一端垂直突设有突块，另设一长块状挡压块，其端面锁固在本体，一侧垂直面螺锁定位一挠性材质的扭力感应片一端，使扭力感应片另一端自由端靠在突块侧面上，而挡压块相邻扭力感应片侧面削设一部份厚度，以与扭力感应片保持一移动间隙，扭力感应片相对在移动间隙方向的一侧贴固一可测量应变的应变规，应变规连接一电阻信号导线，使其另端接往固定在挡压块侧面的电路上，该电路至少包含供电的电压源、放大电路；

天心轴相邻反动伞齿轮固套一传动杆，传动杆两端延伸处各套设有传动伞齿轮，传动伞齿轮能与反动伞齿轮齿面啮合。

如以上所述的电动自行车的感测踏力机构，其中，天心轴相对反动伞齿轮的一端贯穿出本体，另一端通过本体开口，在该端开口配合外盖罩设封闭，而天心轴一端与本体之间隔套一轴承以扣环定位，天心轴接着另套设一扣环而定位。

如以上所述的电动自行车的感测踏力机构，其中，传动杆对应的内环面为齿面，天心轴相对位置为滚齿面，与传动杆啮合为一体。

如以上所述的电动自行车的感测踏力机构，其中，本体朝向扭力感应片方向端面突设有一逆踏止动块，其贴抵于突块旁侧。

本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型运用差动式齿轮传动设计，作为扭力与速度感测的机构，在设计与制造上较简易，而不需要现有的行星齿轮***复杂及高加工精度要求，本实用新型相对有效地降低成本。

2.最值得一提的特色，本实用新型的踏力感测是由应变规配合差动式传动机构。其中利用挠性扭力感应片的弹性限度的区域内，应力与应变是成正比关系，因此测量应变就可直接简单地反应出应力，这是以扭力感应片结合应变规得以测量踏力并相当精确，即利用贴附的应变规产生电阻值的变化透过电阻信号电线传输至相关电路、控制器，而提供精确感测效果，并使电动踏力的辅助效果更精准，达到更适合的电力辅助效果，不但骑乘舒适、省电，也节省不必要的维修成本。较一般涡电流式感应器不太容易精确测量微量变形的误差性，本实用新型的设计可谓大幅增进功效。

主要是以差动式的传动机构，当人力踩踏而使差动式传动机构的反作用力施加于具挠性的扭力感应片，而。

以下结合附图进一步说明本实用新型的具体特征及目的。

图1是本实用新型的整体剖视组合图。

图2是本实用新型的伞齿棘轮与传动棘轮座的组合断面图。

图3是本实用新型的扭力感应片与差动式传动机构的局部立体图。

图4是本实用新型的扭力感应片与应变规配置端视平面图。

图5是本实用新型的速度感应器与速度感应片配置断面端视图。

本实用新型是一种电动自行车的感测踏力机构，其大体结构，是在下管与后下叉交接位置周边设有护罩保护，供应电动机电力的电池箱及相关的控制器等元件则配合固设于车架。请先参看图1，本体22一端锁接电动机40，本体22开口端配合有外盖14，以在组装完毕后封装。于本体22内部相对形成一容室43，使其设置减速机构及传动机构、感测装置。减速部份的配置如图1，由电动机40的心轴接出一小的螺旋齿轮(图示未见)，而啮合另一螺旋齿轮44后，容室43在相对电动机40心轴邻侧的一处侧壁，系配合轴承46以组装一主动伞齿轮41，其是一端为伞齿形，另一端的轴端供一单向轴承20套设，再配合由螺旋齿轮44同轴套设在单向轴承20外周侧，使主动伞齿轮41预备与一伞齿棘轮17直交啮合；如图1、2，经由减速部位动力传至伞齿棘轮17，该伞齿棘轮17结合螺固于大齿盘13，同时伞齿棘轮17内壁面透过轴承12而连结天心轴34，使天心轴34结合齿轮差动机构及相关的感测机构。其中，天心轴34一端贯穿出本体22，另一端通过本体22开口，在该端开口配合外盖14罩设封闭，而天心轴34一端与本体22之间隔套一轴承29以扣环定位，使天心轴34能够在固定状的本体22中旋转；

如图3、4，天心轴34同轴相近轴承29位置套固一反动伞齿轮27，反动伞齿轮27一面设为滚齿面273以啮合传动伞齿轮26，反动伞齿轮27另一面为平面，在该平面外端垂直突设有突块271，以在反动伞齿轮27的突块271的一侧固定一锁设于挡压块31的扭力感应片30，具体方式是设一长块状挡压块31，其端面锁固在本体22，一侧垂直面是螺锁定位一挠性材质的扭力感应片30一端，扭力感应片30一侧贴固一可测量应变的应变规33，使扭力感应片30另一端自由端靠在突块271侧面上，而挡压块31相邻扭力感应片30侧面削设一部份厚度，以与扭力感应片30的应变规33保持一移动间隙32，且在本体22朝向扭力感应片30方向端面突设有一逆踏止动块222，其贴抵突块271旁侧，而应变规33是“STRAINGAUGE”，还在一衬片内装数条细金属丝，利用金属丝线变形时，电阻发生改变的原理来测量应变的装置，所以在应变规33接出电阻信号导线36，使其另一端接往固定在挡压块31侧面的电路35上，该电路35包含供电的电压源、放大电路等；

其次，如图1、2，在天心轴34上反动伞齿轮27的滚齿面273，为啮合一装设于传动杆23二端的传动伞齿轮26，传动杆23对应的内环面为齿面，与天心轴34外齿面相啮合为一体，传动杆23两端延伸处各套设有传动伞齿轮26，传动伞齿轮26恰与反动伞齿轮27齿面啮合；如图1、2、5，天心轴34相邻传动杆23又套固一传动棘轮座25，其为一伞齿，在外周侧套固一速度感应片18，速度感应片18是一完整的环圈，在周边等距剖设有隔槽181，留剩的等距轴向面为感应面182，在本体22朝向速度感应片18锁设一速度感应器19，传动棘轮座25相邻速度感应片18的末端另如图1、2，于外侧套设有二棘爪15，棘爪15配合弹簧扣16而扣定在传动棘轮座25，在棘爪15外侧准备卡合伞齿棘轮17，其为一伞齿在一端内凹处形成有棘齿面171，另端外侧为外螺纹面172而与大齿盘13螺接固定，因此棘爪15为伞齿棘轮17一端内侧壁的棘齿面171于外周卡合，伞齿棘轮17的伞齿面与主动伞齿轮41啮合，另端内侧则在套装于天心轴34的时候便隔套一轴承12。最后，在外盖14的开口环面套设有轴承10，将外盖14锁设于本体22封住内部，并形成轴承10内环面套设在伞齿棘轮17的外侧，而伞齿棘轮17的外螺纹172即供大齿盘13螺设连接，大齿盘13外露于本体22外，并在天心轴34与伞齿棘轮17间塞入油封11，天心轴34两端便是固接曲柄，曲柄的组装是属已知，以上便是整体的组装说明。

整体的使用过程即如下所述：

人的足部踩踏板以带动曲柄，将踏力传到天心轴34，带动传动杆23旋转，本实用新型的差动式传动特色，便是包含传动杆23、传动伞齿轮26、传动棘轮座25与反动伞齿轮27配置，简而言之：传动棘轮座25转速+反动伞齿轮27转速＝2倍传动杆23的转速。

依此的转速比关系是，当踏力处低阻力时，天心轴34带动传动杆23旋转，而传动伞齿轮26除绕着传动杆23转动外，还沿反动伞齿轮27齿面作圆周转动，此时反动伞齿轮27呈不动状态；本实用新型功效特色在于：当脚踏力造成的阻力大，则会令传动伞齿轮26稍微催动反动伞齿轮27，使反动伞齿轮27的反作用力令突块271如图3、4紧压扭力感应片30，使扭力感应片30往移动间隙32移动，产生微量变形，形成应变规33的电阻值随该微量变形而变化，电阻值透过电阻信号导线36传输至电路35，形成放大的电压信号经由导线37传输给控制器，以利控制器传输讯号给电动机40，输出适合的辅助力。

另，如图5所示，速度感应器19同时因转速关系，透过与速度感应片18的感应面182遮蔽关系，侦测讯号变化，反应当时骑乘者的脚踏曲柄的回转转速。

电路35、速度感应器19将讯号传输至控制器，如图1所示，透过控制器内部的程式计算输出适合的电压，驱动电动机40并经由螺旋齿轮44、主动伞齿轮41的传动，而将动力传至与天心轴34套设的伞齿棘轮17旋转，则电力即可透过伞齿棘轮17结合人力以驱动大齿盘13旋转，提供适合当下辅助踏力的动力需要；反之，倘若电动机40切断电源，而只有人力输出踏力时，由于单向轴承20设于主动伞齿轮41与螺旋齿轮44间，故踩动曲柄而使天心轴34、大齿盘13传动，棘爪15与棘齿面171卡制而使传动棘轮座25带动伞齿棘轮17，伞齿棘轮17啮合主动伞齿轮41旋转，此时主动伞齿轮41因单向轴承20的脱离而处于空转状态，使不致带动电动机40，若倒踩时，则棘爪15与棘齿面171脱离，传动棘轮座25不会带动伞齿棘轮17转动，而呈空转状态，以保证自行车骑乘的舒适稳定状况。

Claims (4)

1.一种电动自行车的感测踏力机构，供应电动机电力的电池箱及相关的控制器等配合固设在车架，一本体内部形成容室以安置电动机，电动机的心轴组接减速机构，而在本体横向贯穿设置一天心轴，天心轴两端是接设曲柄、踏板，车架上设有控制器以供扭力、速度检测的讯号输入，使控制器据以可控制电动机出力，容室在相对电动机心轴邻侧的一处侧壁配合轴承以组装一主动伞齿轮，其一端为伞齿，另一端的轴端供一单向轴承套设，使主动伞齿轮预备与一伞齿棘轮直交啮合，该伞齿棘轮一端为固接于本体外的大齿盘；其特征在于：

在天心轴一端设置差动式齿轮传动机构，其包含传动杆、反动伞齿轮、传动伞齿轮，传动棘轮座；天心轴在一端同轴套设一反动伞齿轮，反动伞齿轮在伞齿的另面为平面，外侧一端垂直突设有突块，另设一长块状挡压块，其端面锁固在本体，一侧垂直面螺锁定位一挠性材质的扭力感应片一端，使扭力感应片另一端自由端靠在突块侧面上，而挡压块相邻扭力感应片侧面削设一部份厚度，以与扭力感应片保持一移动间隙，扭力感应片相对在移动间隙方向的一侧贴固一可测量应变的应变规，应变规连接一电阻信号导线，使其另端接往固定在挡压块侧面的电路上，该电路至少包含供电的电压源、放大电路；

天心轴相邻反动伞齿轮固套一传动杆，传动杆两端延伸处各套设有传动伞齿轮，传动伞齿轮能与反动伞齿轮齿面啮合。

2.根据权利要求1所述的电动自行车的感测踏力机构，其特征在于：天心轴相对反动伞齿轮的一端贯穿出本体，另一端通过本体开口，在该端开口配合外盖罩设封闭，而天心轴一端与本体之间隔套一轴承以扣环定位，天心轴接着另套设一扣环而定位。

3.根据权利要求1所述的电动自行车的感测踏力机构，其特征在于：传动杆对应的内环面为齿面，天心轴相对位置为滚齿面，与传动杆啮合为一体。

4.根据权利要求1所述的电动自行车的感测踏力机构，其特征在于：本体朝向扭力感应片方向端面突设有一逆踏止动块，其贴抵于突块旁侧。

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