TWI525016B - Power and resistance control devices - Google Patents

Description

助力及阻力控制裝置

本發明係與一種助力及阻力控制裝置有關，特別是指一種可用以發電以及產生助力之助力及阻力控制裝置。

按，坊間有許多種使用人力驅動輪圈之車輛，例如拖推車、自行車、三輪車以及輪椅等，一般而言，該等車輛皆會具有一車架，且該車架上係設有至少一輪圈，俾使該車輛可藉由該輪圈之滾動，而帶動該車輛進行移動。

惟，由於上述車輛皆是以人力進行驅動，因此在進行長距離移動或是遇到上坡時會耗費許多體力，而坊間雖有業者開發出利用電力驅動的電動自行車，但因為該電動自行車係採用電池驅動充電不易，所以在續航力方面長期以來備受使用者詬病，是以，本案發明人在觀察到上述缺點後，認為上述之車輛實有進一步改良之必要，而隨有本發明之產生。

本發明之主要目的係在提供一種助力及阻力控制裝置，其係可於平常時對電池單元進行充電，並於需要動力輔助時提供馬達助力，而具有較佳之續航力。

為達上述目的，本發明所提供之助力及阻力控制裝置，係可供設置於一使用人力驅動輪圈之車輛上，其中，該車輛係具有一車架，且該車架上係設有至少一輪軸，該軸輪上係樞設有至少一輪圈，而該助 力及阻力控制裝置則包含有：至少一電池單元；以及至少一馬達單元，其係與該車輛之輪圈及該電池單元相連接，且該馬達單元係具有一發電狀態以及一助力產生狀態，其中，於該發電狀態時，該馬達單元係受該輪圈轉動之帶動而產生充電電流，並對該電池單元進行充電，而於該助力產生狀態時，該馬達單元係接收該電池單元提供之驅動電流開始運轉，並驅動該輪圈轉動；還有一控制單元，其係與該電池單元及該馬達單元相連接，且該控制單元係具有一控制器，該控制器係連接有一電量感知器，可供感知該電池單元之電量，以及一車速感知器，可供感知該自行車之車速，以及一坡度感知器，可供感知該自行車行駛環境之坡度，同時該控制器係內建有一發電模式以及一助力產生模式，其中：該發電模式，係於電量低、車速快或坡度下降等條件之其中之一發生或同時發生時啟動，可控制該馬達單元進入該發電狀態；而該助力產生模式，係於電量充足、車速慢或坡度上升等條件之其中之一發生或同時發生時啟動，可控制該馬達單元進入該助力產生狀態。

本發明所提供之助力及阻力控制裝置，於偵測到電量低、車速快或坡度下降時，該控制器將會進入該發電模式，並控制該馬達單元進入該發電狀態，以對該電池單元進行充電，而於偵測到電量充足、車速慢或坡度上升時，該控制器則會進入該助力產生模式，並控制該馬達單元進入該助力產生狀態，以驅動該輪圈轉動，藉此，使本發明可於平常時對該電池單元進行充電，並於需要動力輔助時即時提供馬達助力，而具有較佳之續航力。

請同時參閱第一圖至第十圖所示，係為本發明之第一較佳實施例之圖式，其係揭露有一種助力及阻力控制裝置100，該助力及阻力控制裝置100係可供設置於一使用人力驅動輪圈之車輛200上，例如拖推車、自行車、三輪車以及輪椅等，於本實施例中，該車輛200係為一自行車態樣，並係具有一車架201，且該車架201上係設有二輪軸202，該等輪軸上係各設有一輪圈203，而該助力及阻力控制裝置100則設置於該等輪圈203，另，該車架201上更設有一組腳踏板204，且該腳踏板204處係設置有一腳踏感知器36，可供感知該腳踏板204是否踩踏及踩踏之轉數，且該腳踏板204係透過一齒輪變速控制器205與該輪圈203連動，又，該車架201上更設有一把手206，且該把手206上係設有一煞車件207、一控制把手50、一顯示單元60、一行車記錄器71、一藍牙轉換器73，其中，該煞車件207係連接有一鋼索208，且該鋼索208之另端係穿過固定於該車架201之一煞車感知器35連接於一煞車器209，該煞車器209係設於鄰近該輪圈203處，此外該把手206上之控制把手50更可控制調整助力與阻力輸出、該齒輪變速控制器205以及一燈光單元40之頭燈41、方向燈42與警示燈43，該頭燈41係安裝於該車架201，並透過一頭燈電源線44與該助力及阻力控制裝置100相連接，而該方向燈42與該警示燈43則安裝於該助力及阻力控制裝置100之兩側邊，其中，該助力及阻力控制裝置100係包含有：

至少一電池單元10，於本實施例中，係於該輪圈203之輪軸202以及該車架201上各設有一個電池單元10，且該等電池單元10係相 電性連接，另，該電池單元10係可進行拆換以及透過一外部電源300進行充電，又，該電池單元10更連接有一助力產生器11，可供調整由該電池單元10輸出之一驅動電流，同時該電池單元10更連接有一阻力調整器12，可供調整輸入該電池單元10之一充電電流。

至少一馬達單元20，請同時參閱第三圖以及第四圖所示，其係與該車輛200之輪圈203及該電池單元10相連接，且該馬達單元20係具有一離合狀態、一發電狀態、一助力產生狀態、一減速狀態，其中，於該離合狀態時，係讓該馬達單元20與該車輛200之輪圈203離合；而於該發電狀態時，該馬達單元20係受該輪圈202轉動之帶動而產生發電電力，並經過該阻力調整器12調整其電流輸出，以形成該充電電流對該電池單元10進行充電；而於該助力產生狀態時，該電池單元10係消耗電力提供該驅動電流至該助力產生器11，並經該助力產生器11調整供應該馬達單元20之電壓及電流，讓該馬達單元20運轉產生助力動能，以驅動該輪圈202轉動；而於該減速狀態時，該馬達單元20係受該輪圈203轉動之帶動而產生充電電流，經過該阻力調整器12調整為較高電流輸出，提供高阻力進行行駛減速，並對該電池單元10進行充電，當減速停止時，該馬達單元20即進入離合狀態；於本實施例中，該馬達單元20係設於該輪軸202並位於該電池單元10之一側，且該馬達單元20係具有樞設於該輪軸202之一轉輪21，該轉輪21係由滑設於該輪軸202之一內輪211以及套設於該內輪211外側且與該輪圈203連接之一外輪212所組成，其中，該內輪211內係設有一容室22，並可沿該輪軸202平移滑動，且該內輪211面對該外輪212之 一側係設有一第一磁鐵23，而該外輪212上則對應該第一磁鐵23設有一電磁鐵24，同時該內輪211之另側係設有一第二磁鐵25，而該容室22內則設有固定於該輪軸202之一固定磁鐵26，另，該容室22內更設有固定於該輪軸202之複數個定子27，又，該容室22內更設有固定於該轉輪21上對應該定子27處之複數個轉子28，藉此，如第三圖所示，當該電磁鐵24逆向通電時，該電池鐵24係產生反向激磁以推離該內輪211，同時該第二磁鐵25係受該固定磁鐵26磁吸，使該內輪211朝該固定磁鐵26移動而與該外輪212分離，讓該馬達單元20進入該離合狀態，如第四圖所示，結合時，驅動該馬達單元20使該內輪211及該外輪212轉速接近，該電磁鐵24順向通電，使該電磁鐵24磁吸該第一磁鐵23，讓該內輪211朝該電磁鐵24移動而與該外輪212結合，讓該馬達單元20進入該發電狀態或該助力產生狀態之其中一狀態，進而達成可正逆轉動之結合傳動。

一控制單元30，其係與該電池單元10及該馬達單元20相連接，於本實施例中，該控制單元30係設於該輪軸202並位於該馬達單元20之另側，且該控制單元30係具有一控制器31，該控制器31係進一步連接有：。

一電量感知器32，係利用監測該電池單元10之電壓變化或計算充電量及消耗量之方式，來感知該電池單元10之電量。

一車速感知器33，可供感知該車輛200之車速，於本實施例中，係透過偵測該輪圈之轉速換算獲得車速。

一坡度感知器34，可供感知該車輛200行駛環境之坡度，其中， 該坡度感知器係可為一電子式陀螺儀、液態坡度感知器。

一煞車感知器35，可供感知該車輛200之煞車件207是否作動，請同時參閱第五圖以及第六圖所示，於本實施例中，該煞車感知器35則具有設於該鋼索208上之一固定管351，且該固定管351之內壁係設有一擋止環352，該擋止環352之一側係設有一彈簧353，該彈簧353之另端係設有一磁鐵354，該磁鐵354係固定於該鋼索208，同時該固定管351之內壁更對應該磁鐵354設有一磁簧355，藉此，當使用者啟動該煞車件207時，此時該煞車件207將會連動該鋼索208，使該鋼索208帶動該磁鐵354通過感應該磁簧355而觸發該煞車感知器35，進而讓該控制器31可透過該煞車感知器35感知該煞車件207作動，值得一提的是，於本實施例中，該固定管351上更設有一位移感知器356，可供感應該鋼索208之位移量。

一腳踏感知器36，可供感知該車輛200之腳踏板204轉速，請參閱第七圖以及第八圖所示，於本實施例中，該腳踏感知器36係具有可隨該腳踏板204轉動之一磁鐵環361，且該磁鐵環361之周側係間隔環設有複數個磁鐵362，同時該腳踏感知器36更具有設於該車輛200之車架201支撐管上且位於對應該磁鐵環361位置處之一固定座363，且該固定座363上係設有二磁簧364，藉此，使該磁鐵環361可隨該腳踏板204轉動，而讓間隔環設於該磁鐵環361上的磁鐵362依序觸發該固定座363上之磁簧364，進而能夠計算獲得該腳踏板204之轉速，並可藉由該磁鐵環361觸發該等磁簧364之順序來判斷該腳踏板204之正反轉，值得一提的是，當該車輛200為一拖推車或輪椅 時，該腳踏感知器36係安裝於帶動之輪圈202之車架201上，並於該輪圈202安裝複數個磁鐵環362，當推動該輪圈202時，該腳踏感知器36可以獲得該輪圈202之轉速。

一煞車偵測器37，可供偵測煞車時產生前後方向之G力量。

同時該控制器31更內建有一離合模式、一發電模式、一助力產生模式以及一減速模式，並可依據上述感知器所測得之數值進行切換，其中：

該離合模式，係在使用者關閉該助力及阻力控制裝置100時、電力接近充足且車速快時、平坦之路面未達啟動助力條件時、電量不足夠且車速較慢或坡度較高未達啟動阻力充電時，以及確認為停止狀態下時啟動，可控制該馬達單元20進入該離合狀態。

該發電模式，係於電量低、車速快或坡度下降等條件之其中之一發生或同時發生時啟動，可控制該馬達單元20進入該發電狀態。

該助力產生模式，係於電量充足、車速慢、坡度上升以及該腳踏板204轉速大於一預定值等條件之其中之一發生或同時發生時啟動，可控制該馬達單元20進入該助力產生狀態，其中，該預定值為10至20RPM，本實施例中係設定為15RPM。

該減速模式，係於該煞車感知器35感知該煞車件207作動時及該煞車偵測器37偵測前後動作G力確認動作時啟動，可控制該馬達單元20進入該發電狀態，並透過該阻力調整器38增加該馬達單元20對該電池單元10進行充電之充電電流，使該馬達單元20之運轉阻力上升，藉以達到磁力煞車之效果。

此外該助力及阻力控制裝置100更進一步包含有一燈光單元40，其係設於該車輛200，並包含有一頭燈41、一方向燈42、一警示燈43，其中，該燈光單元40可獨立設置於該自行車200之車架201上或設置於該助力及阻力控制裝置100內，於本實施例中，請參閱第一圖及第三圖所示，該頭燈41係安裝於該車架201，並透過一頭燈電源線44與該助力及阻力控制裝置100相連接，而該方向燈42與該警示燈43則安裝於該助力及阻力控制裝置100之兩側邊。

一控制把手50，其係設於該車輛200之把手206，並如第九圖所示具有一助力控制鍵51，可供控制助力與阻力位階之上下調整、啟動自動助力與關閉助力模式之功能，使用者可依需求進行調整，提供合適助力及阻力狀態；以及一變速切換轉鈕52，可供轉動拉動該齒輪控制變速器205，對該車輛200產生齒輪位移變速，並透過有線及無線方式將該變速切換轉鈕52之位置值傳送至該控制器31，另可以依坡度與速度及電量狀態，由該助力及阻力控制裝置100控制該齒輪變速控制器205位移變速，又該變速切換轉鈕52也可以轉換為電動油門，可供對該馬達單元進行獨立之速度控制；以及一燈光控制鍵53，可供控制該燈光單元40之大燈41、方向燈42以及警示燈43；還有一對頻鍵54，其使用方式如下所述。

一顯示單元60，其係與該控制單元30相連接，並如第十圖所示包含有一電量顯示區61，可供顯示該電量感知器32所感知之電量值，以及一車速顯示區62，可供顯示該車速感知器33所感知之車速值，以及一坡度顯示區63，可供顯示該坡度感知器34所感知之坡度值， 以及助力顯示區64，可供該助力產生器37之助力值，以及一檔位顯示區65，可供顯示該變速系統205之檔位，以及一頭燈顯示區66，可供顯示該頭燈41之狀態，以及一方向燈顯示區67，可供顯示該前方方向燈組42與該後方方向燈組43之狀態，以及一警示燈顯示區68，可供顯示該後方警示燈組44之狀態，還有一連接狀態顯示區69，可供顯示各感知器以及下述附加功能單元70之連接狀態。

一附加功能單元70，其係設於該車輛200，並與該控制單元30無線連接，且該附加功能單元70係具有一行車記錄器71、一USB接收器72、一藍芽轉換器73以及一心跳感知器74，其中：

該行車記錄器71係如第一圖所示設於該車架201上，可供用以記錄該控制單元30以及該燈光單元40之作動，還有記錄該車輛之行駛畫面。

該USB接收器72係如第十圖所示設於該顯示單元60，可供與一外部電腦進行連線，以幫助使用者觀察及記錄該控制單元30之狀態，進而可針對該車輛200之特定行駛路線進行最佳化行駛設定。

該藍芽轉換器73係如第九圖所示設置於該控制把手50，可供與一攜帶式裝置，如智慧型手機等，進行連接。

該心跳感知器74，係如第九圖所示置放於該把手206，可供於該車輛行駛時，進一步設置於使用者之胸部或手腕上，以記錄及顯示使用者之心跳狀態，並於心跳過高時主動發出警告。

一無線傳輸單元80，其係設於該控制單元30，可供讓該控制單元30利用無線傳輸之方式連接該控制器31、該煞車感知器35、該腳踏 感知器36、該控制把手50、該顯示單元60以及該附加功能單元70等單體，其中，該無線傳輸單元80係採用封閉式分時雙向傳輸及回報狀況之溝通方式進行無線傳輸連接，約每秒傳輸資料20次，實際傳輸時間約5ms，約有40ms為程式處理時間。每次傳送資料分別為單體ID碼(包括單體傳輸顺序識別碼)3BYTES、接收狀態回覆2BYTES、傳送資料2BYTES、檢核碼1BYTE，共8BYTES。單體傳輸識別碼依序為該煞車感知器35、該腳踏感知器36、該控制把手50、該控制器31、該顯示單元60、該USB接收器72、該藍芽轉換器73、該行車紀錄器71以及該心跳感知器74。其通訊單體資料格式說明如下列表一所示：

該無線傳輸單元80係由該顯示單元60進行對頻對碼之控制，其對頻對碼時間維持1~2分鐘，各單體對頻對碼說明如下：

1. 該煞車件207需按壓1次，以透過該磁簧355喚醒該煞車感知器35，此時會收到該顯示單元60要求對頻對碼之核對命令，該煞車感知器35回覆收到後，使用者只要再持續按壓該煞車件207 5秒，以連續發出對頻要求，該顯示單元60接收到此命令後，會給予該煞車感知器35連線ID碼及轉換頻道要求，讓該煞車感知器35載入該ID碼及轉換頻道，完成對頻對碼動作，並通知其他單體更新該ID碼及轉換頻道。

2. 該腳踏板204需往前踩踏1圈，透過該磁簧364喚醒該腳踏感知器36，此時會收到該顯示單元60要求對頻對碼之核對命令，該腳踏感知器36回覆收到後，使用者只要再連續踩踏該腳踏板204 5圈，即可進入對頻對碼動作，並如同前述完成對頻對碼動作。

3. 該控制把手50需要按壓任一按鍵喚醒，此時會收到該顯示單元60要求對頻對碼之核對命令，使用者只要再按壓該對頻鍵54 5秒，即可進入對頻對碼動作，並如同前述完成對頻對碼動作。

4. 該控制器31啟動後，使用者只要將該腳踏板204往後轉3至5圈，即可進入對頻對碼動作，並如同前述完成對頻對碼動作。

5. 該USB接收器72***電源後，按下該對頻鍵54 3~5秒，即可進行對頻對碼動作。

6. 該藍芽轉換器73及行車紀錄器71通電後，即自動進行對頻對碼動作。

7. 該心跳感知器74需要接收心跳喚醒後，才進行對頻對碼動作，對頻動作時間5至10秒，選定後完成對頻對碼之動作。

為供進一步瞭解本發明構造特徵、運用技術手段及所預期達成之功效，茲將本發明使用方式加以敘述，相信當可由此而對本發明有更深入且具體之瞭解，如下所述：

請再繼續參閱第一圖至第十圖所示，當使用者關閉該助力及阻力控制裝置100時，此時該控制器31會控制該馬達單元20進入該離合狀態，其控制方式係如第二圖所示對該電磁鐵24逆向通電，使該電池鐵24產生反向激磁以推離該內輪211，同時該第二磁鐵25係會受該固定磁鐵26磁吸，而連動該內輪211朝該固定磁鐵26方向移動，進而使該內輪211會與該外輪212分離，並讓該轉子28與該定子27錯開，而能夠讓該輪圈203與該馬達單元20離合，以降低該輪圈203轉動之阻力。

而當使用者啟動該助力及阻力控制裝置100時，此時該控制器31於驅動該馬達單元20使該內輪211及該外輪212轉速接近時，會如第 三圖所示對該電磁鐵24順向通電，使該電磁鐵24通電吸引該第一磁鐵23，且讓該電磁鐵24與該第一磁鐵23間之磁吸力大於該固定磁鐵26與該第二磁鐵25間之磁吸力，而使該內輪211朝遠離該定子27方向移動，讓該內輪211與該外輪212結合，以及讓該轉子28位於對應該定子27位置處，而讓該輪圈203與該馬達單元20接合，之後，該控制器31會自動依據各感知器之數值判斷進入該發電模式或該助力產生模式，其控制方式如下：

當該控制器31偵測到電量低、車速快或坡度下降等條件之其中之一發生或同時發生時，該控制器31將會進入該發電模式，讓該輪圈203可帶動該外輪212連動該內輪211轉動，使該轉子28可環繞該定子27轉動，而讓該定子27產生感應發電並對該電池單元10進行充電，使該馬達單元20進入該發電狀態。

當該控制器31偵測到電量充足、車速慢、坡度上升以及該腳踏板204轉速大於該預定值等條件之其中之一發生或同時發生時，該控制器31會由該發電模式轉換成該助力產生模式，並控制該電池單元10提供電力給予該定子27，使該定子27產生磁力以帶動該轉子28，進而連動該內輪211帶動該外輪212轉動，而可驅動該輪圈203轉動，使該馬達單元20進入該助力產生狀態。

此外，當使用者拉動該煞車件207時，此時該煞車件207將會連動該鋼索208，使該鋼索208帶動該磁鐵354通過感應該磁簧355而觸發該煞車感知器35，進而讓該控制器31可透過該煞車感知器35感知該煞車件207作動，以及讓該位移感知器356感知該煞車件207位 移量，而自動進入該減速模式，該控制器31並控制該馬達單元20重新進入該發電狀態，依照該位移感知器356之位移值，進而使該阻力調整器12調整該馬達單元20對該電池單元10進行充電之充電電流，使該馬達單元20之運轉阻力改變，以連動該輪圈203產生磁力煞車效果，進入減速狀態。

且當使用者按下該控制把手50之助力控制鍵51，關閉該助力及阻力控制裝置100時，及電力接近充足且車速快時平坦之路面未達啟動助力時、且於電量不足夠時於車速較慢或坡度較高未達啟動阻力充電、確認為停止狀態下時，減少行駛阻力及避免無效之充電，進入該離合狀態。

藉此，使本發明之助力及阻力控制裝置100可於偵測到電量低、車速快或坡度下降時，讓該控制器31進入該發電模式，並控制該馬達單元20進入該發電狀態，以對該電池單元10進行充電，而於偵測到電量充足、車速慢或坡度上升時，讓該控制器31進入該助力產生模式，並控制該馬達單元20進入該助力產生狀態，以驅動該輪圈203轉動，而於偵測到使用者拉動該煞車件207時，讓該控制器31進入該減速模式，並控制該馬達單元20進入該發電狀態，且增加該馬達單元20對該電池單元10進行充電之充電電流，使該馬達單元20之運轉阻力上升，以連動該輪圈203產生磁力煞車效果，從而使本發明可於平常時對該電池單元10進行充電，並於需要動力輔助時即時提供馬達助力，以及於使用者煞車時提供磁力減速，而具有較佳之續航力與安全性。

值得一提的是，使用者係可透過該控制把手50之助力控制鍵51，依各人喜好調整助力之大小，以進一步藉由該助力產生器37調整該驅動電流，例如當使用者需要更大的助力時，此時使用者可藉由該助力控制鍵51之調高助力值，使該助力產生器31調整提高該電池單元10提供給該馬達單元20之驅動電流，以增加該馬達單元20之出力，進而可獲得較大的助力。

請再同時參閱第十一圖、第十二圖以及第十三所示，係為本發明之第二較佳實施例之圖式，該助力及阻力控制裝置100與前述第一較佳實施例不同之處係在於，如圖十一所示，該車輛200係具有一車架201，該車架201上係設有二輪軸202，該等輪軸202上係各設有一輪圈203，另，該車架201上更設有一組腳踏板204，該腳踏板204處設置該腳踏感知器36，且該腳踏板204係透過一齒輪變速控制器205與該輪圈203連動，又，該車架201上更設有一把手206，且該把手206上係設有一煞車件207、一控制把手50、一顯示單元60、一行車記錄器71、一藍牙轉換器73，該煞車件207係連接有一鋼索208，且該鋼索208之另端係穿過固定於該車架201之一煞車感知器35連接於一煞車器209，該煞車器209係設於鄰近該輪圈203處，其中，該助力及阻力控制裝置100係設置於該等輪圈203之上方，此配置令該控制單元30與馬達單元20位於該助力及阻力控制裝置100後方，其下有一轉輪921與該輪圈202壓合傳動，該電池單元10位於該助力及阻力控制裝置100中間，提供該馬達單元20與該燈光單元40之電力，該燈光單元40之方向燈42及警示燈43位於該助力及阻力控制裝置100 兩側，安裝於位於前側之輪圈203時，該頭燈41位於該助力及阻力控制裝置100前方，而安裝於位於後側之輪圈203時，該助力及阻力控制裝置100前方之頭燈41改為警示燈43，同時該助力及阻力控制裝置100上方更設置一手把13及燈源開關14，方便該電池單元10取下充電及對該燈光單元40進行開啟及關閉之動作。

此外如第十二圖以及第十三所示，本實施例中係具有一不同態樣之馬達單元90，該馬達單元90係具有一固定板91，該固定板91上係樞設有二轉動桿92，該等轉動桿92係分別位於該輪圈203之二側，且該等轉動桿92上係各設有一轉輪921以及一傘齒輪922，該轉輪921係抵觸於該輪圈203，另，該固定板91上更樞設有一固定桿93，且該固定桿93上係設有二組定子94，並於每一組定子94外側各環設有可沿該固定桿93軸向滑動之一轉環95，該等轉環95之內側係對應該定子94設有轉子96，而該等轉環95之外側則各設有一環斜面951，並分別與該等傘齒輪922連接，又，該等轉環95上係各設有一固定磁鐵97，而該固定桿93上則對應該等固定磁鐵97各設有一電磁鐵98，此外該等轉動桿92與該固定桿93間更各連接有一彈簧99，藉此，當該電磁鐵98未通電時，該彈簧99係拉動該等轉動桿92如第十二圖所示進行樞轉，使該等轉輪921遠離該輪圈203，讓該馬達單元90進入該離合狀態，以降低該輪圈203轉動之阻力，而當該電磁鐵98通電時，此時該電磁鐵98係磁吸該固定磁鐵97，使該等轉環95沿該固定桿93朝該電磁鐵98位移，而可藉由該環斜面951與該傘齒輪922間之楔形作用，推動該等轉動桿92反向樞轉，使該等轉輪921抵觸於該輪圈 203，讓該馬達單元20進入該發電狀態或該助力產生狀態之其中一狀態，其中，於該發電狀態時，係讓該輪圈203可帶動該等轉輪921連動該等轉動桿92轉動，而讓該等傘齒輪922分別帶動該等轉環95轉動，使該等定子94感應產生電力，以對該電池單元10進行充電，而於該助力產生狀態時，係讓該電池單元10提供電力給該等定子94，使該等定子94產生磁力以驅動該等轉子96連動該轉環95帶動該等傘齒輪922轉動，而進一步藉由該傘齒輪922帶動該轉動桿92連動該轉輪921，以驅動該輪圈203轉動，從而能夠達到與前述第一較佳實施例相同之效果。

茲，再將本發明之特徵及其可達成之預期功效陳述如下：

本發明之助力及阻力控制裝置，於偵測到電量低、車速快或坡度下降時，該控制器將會進入該發電模式，並控制該馬達單元進入該發電狀態，以對該電池單元進行充電，而於偵測到電量充足、車速慢或坡度上升時，該控制器則會進入該助力產生模式，並控制該馬達單元進入該助力產生狀態，以驅動該輪圈轉動，而於偵測到使用者拉動該煞車件時，該控制器將會進入該減速模式，並控制該馬達單元進入該發電狀態，且增加該馬達單元對該電池單元進行充電之充電電流，使該馬達單元之運轉阻力上升，以連動該輪圈產生減速效果，藉此，使本發明可於平常時對該電池單元進行充電，並於需要動力輔助時即時提供馬達助力，以及於使用者煞車時提供磁力減速，而具有較佳之續航力與安全性。

綜上所述，本發明在同類產品中實有其極佳之進步實用性，同時 遍查國內外關於此類結構之技術資料，文獻中亦未發現有相同的構造存在在先，是以，本發明實已具備發明專利要件，爰依法提出申請。

惟，以上所述者，僅係本發明之一較佳可行實施例而已，故舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

100‧‧‧助力及阻力控制裝置

10‧‧‧電池單元

11‧‧‧助力產生器

12‧‧‧阻力調整器

13‧‧‧把手

14‧‧‧電源開關

20‧‧‧馬達單元

21‧‧‧轉輪

211‧‧‧內輪

212‧‧‧外輪

22‧‧‧容室

23‧‧‧第一磁鐵

24‧‧‧電磁鐵

25‧‧‧第二磁鐵

26‧‧‧固定磁鐵

27‧‧‧定子

28‧‧‧轉子

30‧‧‧控制單元

31‧‧‧控制器

32‧‧‧電量感知器

33‧‧‧車速感知器

34‧‧‧坡度感知器

35‧‧‧煞車感知器

351‧‧‧固定管

352‧‧‧擋止環

353‧‧‧彈簧

354‧‧‧磁鐵

355‧‧‧磁簧

356‧‧‧位移感知器

36‧‧‧腳踏感知器

361‧‧‧磁鐵環

362‧‧‧磁鐵

363‧‧‧固定座

364‧‧‧磁簧

37‧‧‧煞車偵測器

40‧‧‧燈光單元

41‧‧‧頭燈

42‧‧‧方向燈

43‧‧‧警示燈

44‧‧‧頭燈電源線

50‧‧‧控制把手

51‧‧‧助力控制鍵

52‧‧‧變速切換轉鈕

53‧‧‧燈光控制鍵

54‧‧‧對頻鍵

60‧‧‧顯示單元

61‧‧‧電量顯示區

62‧‧‧車速顯示區

63‧‧‧坡度顯示區

64‧‧‧助力顯示區

65‧‧‧檔位顯示區

66‧‧‧頭燈顯示區

67‧‧‧方向燈顯示區

68‧‧‧警示燈顯示區

69‧‧‧連接狀態顯示區

70‧‧‧附加功能單元

71‧‧‧行車記錄器

72‧‧‧USB接收器

73‧‧‧藍芽轉換器

74‧‧‧心跳感知器

80‧‧‧無線傳輸單元

90‧‧‧馬達單元

91‧‧‧固定板

92‧‧‧轉動桿

921‧‧‧轉輪

922‧‧‧傘齒輪

93‧‧‧固定桿

94‧‧‧定子

95‧‧‧轉環

951‧‧‧環斜面

96‧‧‧轉子

97‧‧‧固定磁鐵

98‧‧‧電磁鐵

99‧‧‧彈簧

200‧‧‧車輛

201‧‧‧車架

202‧‧‧輪軸

203‧‧‧輪圈

204‧‧‧腳踏板

205‧‧‧齒輪變速控制器

206‧‧‧把手

207‧‧‧煞車件

208‧‧‧鋼索

209‧‧‧煞車器

300‧‧‧外部電源

第一圖係本發明之第一較佳實施例之設置示意圖。

第二圖係本發明之第一較佳實施例之方塊示意圖。

第三圖係本發明之第一較佳實施例之馬達單元之剖視圖。

第四圖係本發明之第一較佳實施例之煞車感知器之剖視圖。

第五圖係本發明之第一較佳實施例之腳踏感知器之設置示意圖。

第六圖係本發明之第一較佳實施例之腳踏感知器之剖視圖。

第七圖係本發明之第一較佳實施例之把手單元之平面圖。

第八圖係本發明之第一較佳實施例之顯示單元之平面圖。

第九圖係本發明之第一較佳實施例之馬達單元之動作示意圖。

第十圖係本發明之第一較佳實施例之煞車感知器之動作示意圖。

第十一圖係係本發明之第二較佳實施例之馬達單元之設置示意圖。

第十二圖係本發明之第二較佳實施例之馬達單元之剖視圖。

第十三圖係本發明之第二較佳實施例之馬達單元之動作示意圖。

10‧‧‧電池單元

11‧‧‧助力產生器

12‧‧‧阻力調整器

20‧‧‧馬達單元

21‧‧‧轉輪

211‧‧‧內輪

212‧‧‧外輪

22‧‧‧容室

23‧‧‧第一磁鐵

24‧‧‧電磁鐵

25‧‧‧第二磁鐵

26‧‧‧固定磁鐵

27‧‧‧定子

28‧‧‧轉子

30‧‧‧控制單元

31‧‧‧控制器

32‧‧‧電量感知器

33‧‧‧車速感知器

34‧‧‧坡度感知器

37‧‧‧煞車偵測器

40‧‧‧燈光單元

42‧‧‧方向燈

43‧‧‧警示燈

80‧‧‧無線傳輸單元

Claims (20)

1. 一種助力及阻力控制裝置，係可供設置於一使用人力驅動輪圈之車輛上，其中，該車輛係具有一車架，且該車架上係設有至少一輪軸，該軸輪上係樞設有至少一輪圈，而該助力及阻力控制裝置則包含有：至少一電池單元；至少一馬達單元，其係與該車輛之輪圈及該電池單元相連接，且該馬達單元係具有一發電狀態以及一助力產生狀態，其中，於該發電狀態時，該馬達單元係受該輪圈轉動之帶動而產生充電電流，並對該電池單元進行充電，而於該助力產生狀態時，該馬達單元係接收該電池單元提供之驅動電流開始運轉，並驅動該輪圈轉動；一控制單元，其係與該電池單元及該馬達單元相連接，且該控制單元係具有一控制器，以及一車速感知器，可供感知該車輛之輪圈轉速，以及一坡度感知器，可供感知該車輛行駛環境之坡度，同時該控制器係內建有一發電模式以及一助力產生模式，其中：該發電模式啟動產生，係於助力產生模式狀態下，因車速加快或坡度下降等條件下之其中之一發生或同時發生時，由該電池單元提供驅動電流至助力產生器，調整供應該馬達單元之電壓及電流後，產生降低助力動能，進而可控制該馬達單元進入該發電狀態，由該馬達單元提供發電之電壓及電流至阻力調整器，可供調整馬達單元輸入該電池單元之充電電流，進而產生行駛阻力，該助力產生模式啟動產生，係於發電模式狀態下，因車速減慢或坡 度上升等條件下之其中之一發生或同時發生時，馬達單元提供發電之電壓及電流至阻力調整器，可供調整馬達單元輸入該電池單元之充電電流，進而降低行駛阻力，進而可控制該馬達單元進入該助力產生狀態，由該電池單元提供該驅動電流至助力產生器，調整供應該馬達單元之電壓及電流後，產生行駛助力。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之助力及阻力控制裝置，其控制單元，進一步連接有一電量感知器，可供感知該電池單元之電量，且於坡度及車速相同條件下，其中：電量低時，於助力產生模式狀態下，由該助力產生器，調整供應該馬達單元之電壓及電流後，產生降低其助力動能，進而可控制該馬達單元進入該發電模式狀態。 電量充足時，於發電模式狀態下，由該阻力調整器，調整馬達單元輸入該電池單元之充電電流，進而降低行駛阻力，進而可控制該馬達單元進入該助力產生模式狀態。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之助力及阻力控制裝置，其中，該電池單元係設於該輪軸，而該馬達單元則設於該輪軸並位於該電池單元之一側，而該控制單元則設於該輪軸並位於該馬達單元之另側。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之助力及阻力控制裝置，其中，該馬達單元系具有樞設於該輪軸之一轉輪，且該轉輪內係設有一容室，該容室內係設有固定於該輪軸之複數個定子，以及固定於該轉輪上對應該定子處之複數個轉子。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之助力及阻力控制裝置，其中， 該馬達單元係具有一固定板，該固定板上係樞設有二轉動桿，該等轉動桿係分別位於該輪圈之二側，且該等轉動桿上係各設有一轉輪以及一傘齒輪，該轉輪係抵觸於該輪圈，另，該固定板上更樞設有一固定桿，且該固定桿上係設有二組定子，並於每一組定子外側各環設有可沿該固定桿軸向滑動之一轉環，同時該等轉環之內側係對應該定子設有轉子，而該等轉環之外側則各設有一環斜面，並分別與該等傘齒輪連接，又，該等轉環上係各設有一固定磁鐵，而該固定桿上則對應該等固定磁鐵各設有一電磁鐵，此外該等轉動桿與該固定桿間更各連接有一彈簧。
6. 依據申請專利範圍第2項所述之助力及阻力控制裝置，其中，該車架上更設有一煞車件，可供控制該車輛進行減速，而該控制單元則具有一煞車感知器，可供感知該煞車件位移量，同時該控制器更具有一減速模式，係於該煞車感知器感知該煞車件位移量作動時啟動，可控制該馬達單元進入該發電狀態，並透過該阻力調整器增加該馬達單元對該電池單元進行充電之充電電流，使該馬達單元之運轉阻力上升，依照煞車件位移量改變，藉以達到不同阻力磁力煞車之效果。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之助力及阻力控制裝置，其中，該車輛之煞車件係連接有一鋼索，而該煞車感知器則具有設於該鋼索上之一固定管，且該固定管係進一步固定於該車架，另，該固定管之內壁係設有一擋止環，且該擋止環之一側係設有一彈簧，該彈簧之另端係設有一磁鐵，該磁鐵係固定於該鋼索，又，該固定管之內壁更對應該磁鐵設有一磁簧，藉此，當使用者啟動該煞車件時，此時該煞車 件將會連動該鋼索，使該鋼索帶動該磁鐵通過感應該磁簧而觸發該煞車感知器，進而讓該控制器可透過該煞車感知器感知該煞車件作動。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之助力及阻力控制裝置，其中，該固定管上更設有一位移感知器，可供感應該鋼索之位移量。
9. 依據申請專利範圍第1項所述之助力及阻力控制裝置，其中，該車輛更進一步具有一腳踏板，可供帶動該輪圈轉動，而該控制單元則進一步包含有一腳踏感知器，可供感知該腳踏板轉速，而該控制器則可進一步於該腳踏板轉速大於一預定值時啟動該助力產生模式。
10. 依據申請專利範圍第9項所述之助力及阻力控制裝置，其中，該腳踏感知器係設於該車架上且位於對應該磁鐵環位置處之一固定座，且該固定座上係設有二磁簧，藉此，使該磁鐵環可隨該腳踏板轉動，而讓間隔環設於該磁鐵環上的磁鐵依序觸發該固定座上之磁簧，進而能夠計算獲得該腳踏板之轉速及正反轉。
11. 依據申請專利範圍第1項所述之助力及阻力控制裝置，其中，該馬達單元更進一步具有一離合狀態，係讓該馬達單元與該輪圈離合，而該控制器則內建有一離合模式，係在使用者關閉該助力及阻力控制裝置時啟動，並控制該馬達單元進入該離合狀態。
12. 依據申請專利範圍第11項所述之助力及阻力控制裝置，其中，該馬達單元係具有樞設於該輪軸之一轉輪，且該轉輪係由滑設於該輪軸之一內輪以及套設於該內輪外側且與該輪圈連接之一外輪所組成，其中，該內輪內係設有一容室，並可沿該輪軸平移滑動，且該內輪面對該外輪之一側係設有一第一磁鐵，而該外輪上則對應該第一磁 鐵設有一電磁鐵，同時該內輪之另側係設有一第二磁鐵，而該容室內則設有固定於該輪軸之一固定磁鐵，另，該容室內更設有固定於該輪軸之複數個定子，又，該容室內更設有固定於該轉輪上對應該定子處之複數個轉子，藉此，當該電磁鐵逆向通電時，該電池鐵係產生反向激磁以推離該內輪，同時該第二磁鐵係受該固定磁鐵磁吸，使該內輪朝該固定磁鐵移動而與該外輪分離，讓該馬達單元進入該離合狀態，而當該電磁鐵順向通電時，該電磁鐵係磁吸該第一磁鐵，使該內輪朝該電磁鐵移動而與該外輪結合，讓該馬達單元進入該發電狀態或該助力產生狀態之其中一狀態。
13. 依據申請專利範圍第1項所述之助力及阻力控制裝置，其中，該車輛於該車架上更設有一把手，而該助力及阻力控制裝置則進一步包含有一控制把手，其係設於該車輛之把手，其變速切換轉鈕，可供轉動拉動齒輪控制變速器，對該車輛產生齒輪位移變速，並透過有線及無線方式將該變速切換轉鈕之位置值傳送至控制器；助力及阻力控制器，控制該齒輪變速控制器位移變速，可供控制該車輛進行變速。
14. 依據申請專利範圍第13項所述之助力及阻力控制裝置，其中，更進一步包含有助力控制鍵，使用者可依需求進行調整，提供合適助力及阻力狀態。
15. 依據申請專利範圍第13項所述之助力及阻力控制裝置，其中，更進一步包含有一燈光單元，其係設於該車輛，而該控制把手上則設有燈光控制鍵，可供控制該燈光單元。
16. 依據申請專利範圍第1項所述之助力及阻力控制裝置，其中， 更進一步包含有一燈光單元，其係具有設置於該車架之頭燈，以及設置於該助力及阻力控制裝置二側之一方向燈與一警示燈。
17. 依據申請專利範圍第1項所述之助力及阻力控制裝置，其中，更進一步包含有一無線傳輸單元，其係採用封閉式分時雙向傳輸及回報狀況之溝通方式進行無線傳輸連接，其係設於該控制單元，可供讓該控制單元利用無線傳輸之方式連接各感知器。
18. 依據申請專利範圍第1項所述之助力及阻力控制裝置，其中，更進一步包含有一顯示單元，其係與該控制單元相連接，並包含有一波度顯示區，可供顯示該坡度感知器所感知之坡度值，以及一助力顯示區，可供顯示該助力產生模式時之助力值，以及一連接狀態顯示區，可供顯示各感知器之連接狀態。
19. 依據申請專利範圍第1項所述之助力及阻力控制裝置，其中，更進一步包含有一煞車偵測器，係位於該控制單元內，可供偵測煞車時產生前後方向之G力量，判斷確認後控制該馬達單元進入該發電狀態，以增加對該電池單元進行充電之充電電流，對該車輛達成減速煞車作用。
20. 依據申請專利範圍第13項所述之助力及阻力控制裝置，其中，該變速切換轉鈕可切換為電動油門之功能，可供對該馬達單元進行獨立之速度控制。